SMD LED 0201 藍光規格書 - 尺寸 0.6x0.3x0.25mm - 電壓 2.8-3.8V - 功率 80mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款採用0201封裝尺寸的微型表面黏著裝置（SMD）發光二極體（LED）之規格。此元件專為自動化印刷電路板（PCB）組裝而設計，非常適合空間受限的應用。該LED使用氮化銦鎵（InGaN）半導體材料發射藍光，並配備水清透鏡以實現最佳光輸出。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED的主要優勢包括極其緊湊的佔位面積、與高產量自動化貼裝設備的相容性，以及適用於無鉛紅外線（IR）迴焊製程。其設計符合RoHS（有害物質限制）規範。目標應用涵蓋廣泛的消費性和工業電子產品，包括但不限於狀態指示燈、前面板和鍵盤的背光、通訊設備中的信號燈、辦公室自動化設備、家用電器以及室內標誌。其微型尺寸在智慧型手機、平板電腦和穿戴式技術等可攜式裝置中尤其具有價值。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節詳細解析LED在標準測試條件下的操作限制與性能特性。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些額定值是在環境溫度（Ta）為25°C下指定的。最大連續直流順向電流（IF）為20 mA。允許較高的100 mA峰值順向電流，但僅限於佔空比1/10、脈衝寬度0.1 ms的脈衝條件下。最大功耗為80 mW。元件額定工作溫度範圍為-40°C至+85°C，並可在-40°C至+100°C的環境中儲存。

2.2 電光特性

電光特性是在Ta=25°C、順向電流（IF）為20 mA的條件下測量（除非另有說明）。發光強度（Iv）的典型範圍為90.0 mcd至224.0 mcd，使用經過濾波以匹配CIE明視覺響應曲線的感測器進行測量。視角（2θ1/2）定義為強度降至軸向值一半時的全角，典型值為110度，表示具有寬廣的視角模式。峰值發射波長（λp）中心位於468 nm。主波長（λd）定義了感知顏色，範圍從465 nm到475 nm。頻譜頻寬（Δλ）約為25 nm。驅動20 mA電流通過LED所需的順向電壓（VF）通常落在2.8 V至3.8 V之間。在反向電壓（VR）為5V時，最大反向電流（IR）指定為10 μA；必須注意，此元件並非設計用於反向偏壓下操作。

3. 分級系統說明

為確保生產一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。這使得設計師能夠選擇符合特定顏色、亮度和電氣行為要求的元件。

3.1 順向電壓（VF）分級

LED分為五個電壓等級（D7至D11）。每個等級代表0.2 V的範圍，從2.8-3.0 V（D7）到3.6-3.8 V（D11）。每個等級內的容差為±0.10 V。此分級有助於設計穩定的電流驅動電路，特別是在多個LED串聯連接時。

3.2 發光強度（IV）分級

光輸出分為四個強度等級：Q2（90.0-112.0 mcd）、R1（112.0-140.0 mcd）、R2（140.0-180.0 mcd）和S1（180.0-224.0 mcd）。每個強度等級的容差為±11%。這允許根據應用亮度需求進行選擇，確保多LED陣列的視覺一致性。

3.3 主波長（WD）分級

顏色（主波長）通過兩個等級進行控制：AC（465.0-470.0 nm）和AD（470.0-475.0 nm）。每個波長等級的容差為±1 nm。這種嚴格的控制對於需要特定色點或混色的應用至關重要。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形曲線（例如，圖1為頻譜分佈，圖5為視角），但此處分析其典型含義。順向電流與順向電壓（I-V）特性將顯示典型的二極體指數關係。在指定的工作範圍內，發光強度通常與順向電流成正比。峰值發射波長可能隨著接面溫度升高而呈現輕微的負向偏移，這意味著藍光波長可能隨著元件升溫而變得非常輕微地縮短。寬廣的110度視角曲線表示接近朗伯分佈的發射模式，提供了良好的離軸可見性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED符合EIA標準0201封裝外形。關鍵尺寸包括典型本體長度0.6 mm、寬度0.3 mm和高度0.25 mm。除非另有規定，所有尺寸公差均為±0.2 mm。封裝具有兩個用於表面黏著的陽極/陰極端子。

5.2 推薦PCB焊接墊設計

提供了用於可靠焊接的焊墊圖案設計。推薦的焊墊佈局針對紅外線或氣相迴焊製程進行了優化，確保形成適當的焊錫圓角並提供機械穩定性。遵循此圖案對於防止迴焊過程中發生墓碑效應（元件一端翹起）至關重要，尤其是對於如此微小的元件。

5.3 極性識別

組裝時必須注意極性。應查閱規格書以識別陰極的特定標記或內部晶粒結構。極性連接錯誤將導致LED無法點亮，並且施加超過最大額定值的反向電壓可能損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊溫度曲線

提供了符合J-STD-020B無鉛製程的建議迴焊溫度曲線。關鍵參數包括預熱區（通常為150-200°C，持續最多120秒）、受控升溫至不超過260°C的峰值溫度，以及適合所用錫膏的液相線以上時間（TAL）。峰值溫度的總時間應限制在最多10秒。必須強調，最佳曲線取決於特定的PCB設計、錫膏和迴焊爐，因此建議進行電路板層級的特性分析。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，則需極度小心。烙鐵頭溫度不應超過300°C，且與LED端子的接觸時間應限制在最多3秒，且僅限於單次焊接操作。過多的熱量可能損壞半導體晶粒或塑膠封裝體。

6.3 儲存與處理條件

LED對濕氣敏感。當儲存在原始密封的防潮袋中並配有乾燥劑時，應保持在≤30°C和≤70%相對濕度（RH）的環境下，並在一年內使用。一旦打開袋子，在≤30°C和≤60% RH的條件下，其車間壽命為168小時（7天）。超過此時間暴露的元件需要進行烘烤程序（約60°C，至少48小時）以去除吸收的濕氣，然後才能進行迴焊，以防止焊接過程中發生爆米花效應或封裝體破裂。

6.4 清潔

如果需要在焊接後進行清潔，應僅使用指定的溶劑。在室溫下將LED浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。使用未指定或侵蝕性化學品可能損壞封裝材料、透鏡或內部鍵合。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED以供自動化組裝的包裝形式提供。它們安裝在12 mm寬的凸版載帶上。此載帶纏繞在標準7英吋（178 mm）直徑的捲盤上。每整捲包含4000顆。對於少於整捲的數量，最小包裝數量為500顆。包裝符合ANSI/EIA-481規範。

7.2 料號解讀

料號通常編碼了關鍵屬性。雖然完整的命名慣例可能是專有的，但通常包括封裝尺寸（0201）、顏色（藍色，以"B"表示），以及可能包含性能分級代碼。確切的產品由規格書標題中列出的完整料號識別。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

為實現穩定可靠的操作，必須使用恆流源驅動LED，而非恆壓源。最常見的限流方法是使用一個串聯電阻。電阻值（R）的計算公式為 R = (電源電壓 - VF) / IF，其中VF是規格書中的順向電壓（保守設計時使用最大值），IF是所需的順向電流（例如，20 mA）。例如，使用5V電源且VF為3.8V，則 R = (5 - 3.8) / 0.02 = 60 Ω。一個62 Ω或68 Ω的標準值電阻將是合適的。對於精密或電池供電的應用，建議使用專用的LED驅動IC。

8.2 設計考量與注意事項

熱管理：儘管功耗很低（最大80 mW），確保焊墊周圍有足夠的PCB銅箔面積有助於散熱，維持LED的效率和壽命，特別是在高環境溫度的環境中。
靜電放電（ESD）防護：與所有半導體元件一樣，LED對靜電放電（ESD）敏感。組裝過程中應遵循適當的ESD處理程序。
光學設計：水清透鏡提供了一個明亮的點光源。為了獲得擴散或成形的光輸出，可以在產品外殼中整合外部導光板、擴散片或透鏡。
電流降額：以低於最大額定值的電流（例如，15 mA而非20 mA）操作LED，可以顯著提高其工作壽命並減少熱應力。

9. 技術比較與差異化

0201封裝代表了市面上最小的SMD LED佔位面積之一，對於超小型化設計而言，相較於0402或0603封裝具有顯著的尺寸優勢。使用InGaN技術提供了高效率的藍光發射。寬廣的110度視角與清晰透鏡的結合，使其有別於窄視角或擴散透鏡的變體，適合需要廣泛可見性的應用。其與標準無鉛迴焊溫度曲線的相容性，使其符合現代、RoHS合規的製造流程。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以用3.3V電源驅動這個LED嗎？
答：可以，但需要謹慎設計。由於順向電壓（2.8-3.8V）接近電源電壓，限流電阻值將會非常小，使得電流對VF和電源電壓的變化高度敏感。建議使用專用的低壓差恆流驅動器，以實現從3.3V電源軌的穩定操作。
問：峰值波長和主波長有什麼區別？
答：峰值波長（λp）是LED頻譜輸出曲線最高點對應的波長。主波長（λd）是一個計算值，代表在人眼看來具有相同顏色的純單色光的單一波長。λd與顏色感知和匹配更為相關。
問：如果元件不適用於反向操作，為什麼還有反向電流規格？
答：反向電流（IR）是在受控的5V反向偏壓下測試的漏電流規格。這是一項品質和參數測試，而非操作條件。在電路中施加反向電壓可能損壞元件。
問：訂購時如何解讀分級代碼？
答：您可以指定所需的VF、IV和WD分級代碼（例如，D9、R2、AC），以確保收到特性緊密集中的LED，以滿足您的應用需求，儘管這可能會影響供應情況和成本。

11. 實務設計與使用案例

案例：穿戴式裝置PCB上的狀態指示燈
一位設計師正在設計一款緊湊型健身追蹤器。電路板空間極其有限。需要一個藍色LED來指示藍牙配對狀態和低電量。選擇0201 LED是因為其極小的佔位面積。設計師選擇了強度等級R1（112-140 mcd）以確保足夠的可見性。LED通過一個100Ω串聯電阻（根據3.0V電池和典型VF計算得出）由系統微控制器的GPIO引腳驅動。PCB佈局遵循推薦的焊墊幾何形狀。在組裝過程中，製造商使用提供的無鉛迴焊溫度曲線。由於PCB在捲盤打開後存放超過一週，濕氣敏感元件在使用前進行了烘烤。最終產品具有一個可靠、明亮的狀態指示燈，佔用最小的空間和功耗。

12. 工作原理簡介

LED是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，能量以光子（光）的形式釋放。發射光的顏色（波長）由半導體材料的能隙決定。此特定LED使用氮化銦鎵（InGaN）化合物半導體，其能隙對應於藍光發射。水清環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶粒，提供機械保護，並塑造光輸出模式。

13. 技術趨勢

指示燈和背光LED的趨勢持續朝向進一步小型化、提高效率（每單位電功率輸出更多光，以流明/瓦衡量）以及更高的可靠性發展。封裝設計正在演進以改善熱性能，允許在小型封裝中使用更高的驅動電流。波長隨溫度和壽命的穩定性也在持續發展中。採用先進的半導體材料和磊晶生長技術，使得對色點的控制更為精確，並能從更小的晶片尺寸中獲得更高的亮度。整合化，例如在LED封裝本身內整合限流電阻或保護二極體，是另一個簡化電路設計並節省電路板空間的趨勢。