SMD LED 0201 藍光規格書 - 尺寸 0.6x0.3x0.25mm - 電壓 2.4-3.3V - 功率 99mW - 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 封裝格式的微型表面黏著裝置（SMD）發光二極體（LED）的規格。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。它採用氮化銦鎵（InGaN）半導體材料，搭配水清透鏡產生藍光，提供寬廣的視角，適用於各種指示燈與背光用途。

1.1 產品特點

• 符合 RoHS（有害物質限制）指令。
• 以 12mm 載帶包裝，捲繞於直徑 7 吋的捲盤上，適用於自動化取放組裝。
• 標準化 EIA（電子工業聯盟）封裝佔位面積。
• 輸入相容於標準積體電路（IC）邏輯位準。
• 設計相容於自動化表面黏著貼裝設備。
• 適用於紅外線（IR）迴焊製程。
• 預處理加速至 JEDEC（聯合電子裝置工程委員會）濕度敏感等級 3。

1.2 應用領域

此 LED 適用於各種需要可靠、緊湊狀態指示的電子設備。典型的應用領域包括：

• 通訊設備（例如：無線電話、行動電話）。
• 辦公室自動化設備（例如：筆記型電腦、網路系統）。
• 家電與消費性電子產品。
• 工業控制與監控設備。
• 狀態與電源指示燈。
• 信號與符號照明。
• 前面板與鍵盤背光。

2. 技術參數深度客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

以下參數定義了可能導致元件永久損壞的極限值。在此條件下操作不保證其性能。

• 功率消耗（Pd）：99 mW。這是 LED 封裝在不超過其最高接面溫度下，能以熱形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA。這是最大允許的瞬時順向電流，通常在脈衝條件下指定（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度），以防止過熱。
• 直流順向電流（I_F）：30 mA。這是建議用於可靠長期運作的最大連續順向電流。
• 操作溫度範圍（T_opr）：-40°C 至 +85°C。這是元件設計能正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍（T_stg）：-40°C 至 +100°C。這是元件未通電時的儲存溫度範圍。

2.2 電氣 / 光學特性

這些參數在標準環境溫度（T_a）25°C 下量測，定義了元件的典型性能。

• 發光強度（I_V）：400 - 1040 mcd（毫燭光），於 I_F= 20mA 條件下。此參數量測 LED 對人眼的感知亮度，經過濾波以匹配 CIE 明視覺響應曲線。寬廣的範圍表示採用了分級系統。
• 視角（2θ_1/2）：110 度（典型值）。這是發光強度降至其軸向峰值一半時的全角。110° 的視角提供了非常寬廣的發光模式。
• 峰值發射波長（λ_P）：466 nm（典型值）。這是光輸出功率達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：466 - 476 nm，於 I_F= 20mA 條件下。這是從 CIE 色度圖推導出來，最能代表光線感知顏色的單一波長。
• 譜線半高寬（Δλ）：35 nm（典型值）。在最大強度一半處量測的光譜頻寬（半高全寬 - FWHM）。35nm 的數值是 InGaN 藍光 LED 的特徵。
• 順向電壓（V_F）：2.4 - 3.3 V，於 I_F= 20mA 條件下。這是 LED 在指定電流下運作時的跨壓。此範圍表示不同的電壓分級。
• 逆向電流（I_R）：10 μA（最大值），於 V_R= 5V 條件下。這是施加逆向偏壓時的小量漏電流。此元件並非為逆向操作而設計；此參數主要用於 IR 測試驗證。

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。這讓設計師可以選擇符合特定顏色、亮度與順向電壓要求的元件。

3.1 順向電壓（V_F）分級

在 20mA 測試電流下進行分級。每個分級的容差為 ±0.1V。

• 分級 F4：2.4V（最小值）至 2.7V（最大值）
• 分級 F5：2.7V（最小值）至 3.0V（最大值）
• 分級 F6：3.0V（最小值）至 3.3V（最大值）

3.2 發光強度（I_V）分級

在 20mA 測試電流下進行分級。每個亮度分級的容差為 ±11%。

• 分級 T2：400.0 mcd（最小值）至 540.0 mcd（最大值）
• 分級 U1：540.0 mcd（最小值）至 750.0 mcd（最大值）
• 分級 U2：750.0 mcd（最小值）至 1040.0 mcd（最大值）

3.3 色調（主波長）分級

在 20mA 測試電流下進行分級。每個分級的容差為 ±1nm。

• 分級 AC：466.0 nm（最小值）至 471.0 nm（最大值）
• 分級 AD：471.0 nm（最小值）至 476.0 nm（最大值）

4. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的性能曲線，對於理解元件在不同條件下的行為至關重要。雖然具體圖表未以文字重現，但其含義分析如下。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

I-V 特性是非線性的，這是二極體的典型特徵。順向電壓（V_F）具有正溫度係數，這意味著在給定電流下，它會隨著接面溫度升高而略微下降。設計師在設計限流電路時必須考慮這一點，以確保在整個溫度範圍內的穩定運作。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在安全工作區域內，發光強度通常與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於產熱增加（效率下降效應），效率可能會降低。在建議的 20mA 或以下電流運作可確保最佳效率與使用壽命。

4.3 光譜分佈

光譜輸出曲線以 466nm 的峰值波長為中心，半高全寬約為 35nm。這定義了藍色的色純度。用於分級的主波長，是根據人眼敏感度加權後從此光譜計算得出的。

4.4 溫度特性

LED 性能與溫度相關。發光強度通常隨著接面溫度升高而降低。操作與儲存溫度範圍（分別為 -40°C 至 +85°C 和 -40°C 至 +100°C）確保了半導體材料與封裝的完整性得以維持。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸

此元件符合 0201 封裝標準。關鍵尺寸（單位：毫米）包括本體長度約 0.6mm、寬度 0.3mm、高度 0.25mm。除非另有說明，所有尺寸公差為 ±0.2mm。陽極與陰極端子有明確標示，以確保正確的 PCB 方向。

5.2 建議 PCB 焊接墊

提供了適用於紅外線或氣相迴焊的焊墊圖形（佔位面積）。遵循此建議的焊墊佈局對於實現可靠的焊點、迴焊期間的正確自對位以及 LED 晶片的有效散熱至關重要。

5.3 載帶與捲盤包裝

LED 以寬度 12mm 的凸版載帶供應。載帶捲繞於直徑 7 吋（178mm）的捲盤上。標準捲盤數量為每捲 4000 顆，剩餘批次的最小包裝數量為 500 顆。包裝遵循 ANSI/EIA-481 規範，以確保與自動化組裝設備的相容性。

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：最高 150-200°C。
• 預熱時間：最長 120 秒。
• 峰值溫度：最高 260°C。
• 液相線以上時間：最長 10 秒（建議最多進行兩個迴焊週期）。

必須注意，最佳溫度曲線取決於特定的 PCB 設計、錫膏與迴焊爐。提供的曲線是基於 JEDEC 標準的通用目標。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，由於尺寸微小，必須極度小心。建議包括：

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 焊接時間：每個焊點最長 3 秒。
• 對 PCB 焊墊加熱，不要直接對 LED 本體加熱。

6.3 清潔

若需要焊後清潔，僅應使用指定的溶劑。在常溫下將 LED 浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。未指定的化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

6.4 儲存與濕度敏感性

此 LED 對濕度敏感（MSL 3）。

• 密封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度（RH）的環境。請在包裝日期起一年內使用。
• 已開封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤60% RH 的環境。建議在開封後 168 小時（7 天）內完成紅外線迴焊。
• 長期儲存（已開封）：儲存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。
• 暴露超過 168 小時：LED 在焊接前必須在大約 60°C 下烘烤至少 48 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊期間發生 \"爆米花\" 效應。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

當從高於其順向電壓的電壓源驅動時，此 LED 需要限流機制。最簡單的方法是串聯一個電阻。電阻值（R_s）可使用歐姆定律計算：R_s= (V_supply- V_F) / I_F。例如，使用 5V 電源，V_F為 3.0V（典型值），且期望的 I_F為 20mA，則 R_s= (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ω。電阻的額定功率應至少為 I_F²* R_s.

。

• 7.2 設計考量電流驅動：_F始終使用恆定電流或帶有串聯電阻的電壓源驅動 LED。直接連接到超過 V
• 的電壓源將導致過量電流並迅速損壞。熱管理：
• 雖然功率消耗低，但確保焊墊周圍有足夠的 PCB 銅箔面積有助於散熱，特別是在高環境溫度環境中或以較高電流驅動時。靜電放電（ESD）防護：
• 雖然未明確標示為敏感元件，但以適當的 ESD（靜電放電）預防措施處理所有半導體元件是良好的做法。光學設計：

寬廣的 110° 視角使其適合需要廣泛可見度的應用。對於聚焦光線，可能需要外部透鏡或導光板。

8. 技術比較與差異化

此 LED 的主要差異化因素是其極度緊湊的 0201 佔位面積及其特定的藍色色點（466-476nm 主波長）。與較大的封裝（例如 0603、0805）相比，0201 在 PCB 上提供了顯著的空間節省，實現了更高密度的設計。InGaN 技術提供了高效的藍光發射。寬廣視角與透明透鏡的結合，產生了明亮、擴散的光源，非常適合視角不受限制的狀態指示燈。詳細的分級系統允許在需要多個 LED 之間緊密顏色或亮度匹配的應用中進行精確選擇。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

9.1 峰值波長與主波長有何不同？_P峰值波長（λ_d）是 LED 發射最多光功率的物理波長。主波長（λ_d）是一個計算值，代表單色光的單一波長，該單色光在人眼看來與 LED 的輸出顏色相同。因此，λ

對於顏色規格與分級更為相關。

9.2 我可以連續以 30mA 驅動此 LED 嗎？

雖然直流順向電流的絕對最大額定值為 30mA，但已發布光學規格的典型測試條件與建議工作點是 20mA。以 30mA 運作可能會產生更高的光輸出，但也會產生更多熱量，可能縮短使用壽命並導致顏色偏移。為了可靠的長期運作，建議將電路設計為 20mA 或更低。

9.3 如果元件不適用於逆向操作，為何會有逆向電流規格？_R逆向電流（I

）規格是在生產測試（IR 測試）期間量測的品質控制參數。它確保了半導體接面的完整性。在應用中，絕不應故意施加逆向電壓，因為它並非設計用於阻擋顯著的逆向電壓，且可能損壞。

9.4 訂購時應如何解讀分級代碼？

為確保您收到性能一致的 LED，您應根據設計要求指定順向電壓（F4/F5/F6）、發光強度（T2/U1/U2）和主波長（AC/AD）的分級代碼。例如，訂單可能指定來自分級 F5、U1、AC 的元件，以獲得中等電壓、中高亮度及較藍的色調。

10. 實際使用案例情境：設計一個緊湊型穿戴式裝置狀態指示燈。_F該裝置的 PCB 空間有限。需要一個藍色電源指示燈。選擇 0201 LED 是因為其極小的佔位面積。設計使用 3.3V 微控制器 GPIO 引腳來控制 LED。使用所選電壓分級（例如分級 F6 的最大值 3.3V）的最大 V_F來計算串聯電阻，以確保即使在最壞情況的 V_s下也有足夠的電流：R_F= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0 Ω。這不可行。因此，必須選擇較低的 V_F分級（F4 或 F5），或提高電源電壓。選擇分級 F5（最大 V_s=3.0V）並添加一個小型升壓轉換器以提供 3.6V，則 R

= (3.6V - 3.0V) / 0.020A = 30 Ω。PCB 佈局在 LED 焊墊上提供了適度的銅箔鋪設以利散熱。LED 使用來自 12mm 載帶捲盤的自動化取放設備放置於電路板上。

11. 原理介紹

此 LED 是一種半導體光子裝置。它基於氮化銦鎵（InGaN）的異質接面結構。當施加順向偏壓時，電子和電洞分別從 n 型和 p 型半導體層注入主動區。這些電荷載子以輻射方式復合，以光子的形式釋放能量。InGaN 合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長（顏色）——在此例中為藍色。水清環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶片，提供機械保護，並塑造光輸出模式以達到指定的 110 度視角。

12. 發展趨勢