目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心特性與優勢
- 1.2 目標應用
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣與光學特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 順向電壓分級
- 3.2 發光強度分級
- 3.3 主波長分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
- 4.2 發光強度 vs. 順向電流
- 4.3 光譜分佈
- 4.4 溫度依賴性
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 元件尺寸
- 5.2 極性識別
- 5.3 建議的 PCB 焊墊設計
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊溫度曲線
- 6.2 手工焊接
- 6.3 儲存與處理
- 6.4 清潔
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 載帶與捲盤規格
- 7.2 載帶品質保證
- 8. 應用設計考量
- 8.1 驅動方法
- 8.2 熱管理
- 8.3 電氣保護
- 9. 常見問題 (FAQ)
- 9.1 我可以直接從 5V 或 3.3V 邏輯輸出驅動此 LED 嗎？
- 9.2 為什麼有視角規格，我該如何使用它？
- 9.3 峰值波長和主波長有什麼區別？
- 9.4 我的應用需要非常一致的藍色。我應該指定什麼？
- 10. 設計與使用案例研究
- 10.1 多 LED 狀態指示燈面板
- 11. 技術介紹
- 11.1 InGaN 半導體技術
- 12. 產業趨勢
- 12.1 微型化與整合
- 12.2 效率與可靠性
1. 產品概述
本文件詳述一款標準 0603 封裝尺寸的表面黏著裝置 (SMD) 發光二極體 (LED) 的規格。該元件採用氮化銦鎵 (InGaN) 半導體材料發射藍光。其設計適用於自動化組裝製程，並相容於紅外線迴焊，使其非常適合大量生產的電子製造。
1.1 核心特性與優勢
此 LED 具備多項關鍵特性，能提升其在現代電子設計中的可用性與可靠性。它符合 RoHS (有害物質限制) 指令，屬於綠色產品。元件以業界標準的 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑的捲盤上供應，便於自動化取放設備高效處理。其設計與積體電路 (IC) 相容，可輕鬆整合至數位與類比電路中。
1.2 目標應用
此 LED 適用於一般電子設備。典型應用包括狀態指示燈、小型顯示器背光、面板照明，以及消費性電子產品、通訊設備和辦公設備中的裝飾性照明。其小巧的外形尺寸與高可靠性，使其成為空間受限設計的通用選擇。
2. 深入技術參數分析
除非另有說明，所有參數均在環境溫度 (Ta) 25°C 下指定。理解這些參數對於正確的電路設計和確保長期性能至關重要。
2.1 絕對最大額定值
這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。它們不適用於連續操作。
- 功率耗散 (Pd)：80 mW。這是 LED 封裝能以熱量形式耗散的最大功率。
- 峰值順向電流 (IFP)：100 mA。這是最大允許的瞬間電流，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 (IF)：20 mA。這是建議的最大連續順向電流，以確保可靠運作。
- 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
- 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。元件在此範圍內儲存不會劣化。
2.2 電氣與光學特性
這些是在指定測試條件下的典型性能參數。
- 發光強度 (Iv)：在順向電流 (IF) 20 mA 下，範圍從 140 mcd (最小值) 到 450 mcd (最大值)。強度是使用濾波器匹配人眼明視覺響應 (CIE 曲線) 的感測器測量。
- 視角 (2θ1/2)：120 度。這是發光強度降至中心軸測量值一半時的全角。如此寬的視角可提供寬廣、擴散的照明。
- 峰值發射波長 (λP)：468 nm (典型值)。這是光譜功率輸出最高的波長。
- 主波長 (λd)：在 IF=20mA 下，範圍從 465 nm 到 475 nm。這是人眼感知到的單一波長，定義了光的顏色，源自 CIE 色度圖。
- 譜線半寬度 (Δλ)：25 nm (典型值)。此參數表示發射光的光譜純度或頻寬。
- 順向電壓 (VF)：在 IF=20mA 下，範圍從 2.8 V (最小值) 到 3.8 V (最大值)。這是 LED 導通電流時的跨壓降。
- 逆向電流 (IR)：在逆向電壓 (VR) 5V 下，為 10 μA (最大值)。此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此參數僅用於漏電流特性描述。
3. 分級系統說明
為確保量產的一致性，LED 會根據關鍵參數分級為不同的性能區間。這讓設計師能選擇符合其應用中顏色和亮度均勻性特定要求的元件。
3.1 順向電壓分級
分級標示為 D7 至 D11，每個級別在 20mA 下涵蓋 2.8V 至 3.8V 範圍內的 0.2V 區間。每個級別內的容差為 ±0.1V。當多個 LED 並聯時，選擇相同電壓級別的 LED 有助於維持均勻的電流分配。
3.2 發光強度分級
分級標示為 R2、S1、S2、T1 和 T2。在 20mA 下，強度範圍從 140 mcd (R2 最小值) 到 450 mcd (T2 最大值)。每個強度級別的容差為 ±11%。此分級對於需要多個指示燈亮度一致的應用至關重要。
3.3 主波長分級
分級標示為 AC (465-470 nm) 和 AD (470-475 nm)。每個級別的容差為 ±1 nm。這確保了對人眼感知的藍色進行非常嚴格的控制，對於多 LED 陣列或背光系統中的顏色匹配非常重要。
4. 性能曲線分析
雖然規格書中引用了特定圖表 (例如，圖 1、圖 5)，但此類元件的典型曲線提供了重要的設計見解。
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
兩者關係呈指數性。電壓超過閾值後的微小增加會導致電流大幅增加。因此，必須使用限流源驅動 LED，而非恆壓源，以防止熱失控和損壞。
4.2 發光強度 vs. 順向電流
發光強度大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於半導體接面內產生的熱量增加，效率可能會下降。
4.3 光譜分佈
發射光譜以峰值波長 (典型值 468 nm) 為中心，具有特徵性的半寬度。主波長決定了感知的色調。製造和驅動電流的變化可能導致這些光譜特性的輕微偏移。
4.4 溫度依賴性
LED 性能對溫度敏感。通常，順向電壓會隨著接面溫度升高而降低，同時發光強度也會降低。在指定的溫度範圍內操作 LED 對於維持性能和壽命至關重要。
5. 機械與封裝資訊
5.1 元件尺寸
此 LED 符合 EIA 標準 0603 封裝尺寸。關鍵尺寸包括本體長度約 1.6 mm、寬度 0.8 mm、高度 0.8 mm。應參考詳細的機械圖紙以獲取精確的焊墊佈局和放置公差，通常為 ±0.2 mm。
5.2 極性識別
陰極通常有標記，例如在透鏡相應側有綠色色調或封裝上有凹口。組裝時必須確保正確的極性方向，以確保正常功能。
5.3 建議的 PCB 焊墊設計
建議使用略大於元件尺寸的焊墊圖案，以確保可靠的焊點。規格書提供了針對紅外線或氣相迴焊製程優化的特定焊墊佈局圖，有助於防止迴焊過程中發生墓碑效應 (元件一端翹起)。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴焊溫度曲線
此元件相容於紅外線迴焊製程。建議採用符合 J-STD-020B 的無鉛焊接溫度曲線。關鍵參數包括預熱溫度 150-200°C、峰值本體溫度不超過 260°C，以及根據特定錫膏調整的液相線以上時間 (TAL)。總預熱時間應限制在最多 120 秒。
6.2 手工焊接
若必須進行手工焊接，請使用溫度不超過 300°C 的烙鐵。每個焊墊的焊接時間應限制在最多 3 秒，且僅應執行一次，以最小化元件的熱應力。
6.3 儲存與處理
未開封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度 (RH) 的環境。在帶有乾燥劑的防潮袋中，保存期限為一年。
已開封包裝：對於暴露在環境空氣中的元件，儲存條件不應超過 30°C 和 60% RH。強烈建議在開袋後 168 小時 (7 天) 內完成紅外線迴焊製程。對於在原包裝外更長時間的儲存，應儲存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。儲存超過 168 小時的元件在焊接前應在大約 60°C 下烘烤至少 48 小時，以去除吸收的水分並防止 "爆米花效應" (因迴焊過程中水氣快速膨脹導致封裝破裂)。
6.4 清潔
如果需要清潔組裝好的電路板，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。請勿使用未指定的化學清潔劑，因為它們可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝。
7. 包裝與訂購資訊
7.1 載帶與捲盤規格
LED 以 8mm 寬的凸版載帶包裝，捲繞在直徑 7 英吋 (178 mm) 的捲盤上供應。每捲包含 2000 個元件。載帶口袋用保護性頂部覆蓋膠帶密封。包裝遵循 ANSI/EIA-481 規範。對於少於整捲的數量，剩餘批次的最小包裝數量為 500 個。
7.2 載帶品質保證
每捲上連續缺失元件 (空口袋) 的最大數量為兩個，確保了自動化送料器的一致性。
8. 應用設計考量
8.1 驅動方法
LED 是電流驅動元件。為確保亮度均勻，特別是在並聯多個 LED 時，每個 LED 應由自己的限流電阻驅動。使用恆流源串聯驅動 LED 通常是實現均勻強度的更可靠方法，因為相同的電流流經串聯中的所有元件。
8.2 熱管理
儘管功率耗散較低 (最大 80mW)，適當的 PCB 佈局有助於散熱。確保有足夠的銅面積連接到散熱焊墊 (如有) 或陰極/陽極走線以作為散熱片，特別是在高環境溫度或接近最大電流下操作時。
8.3 電氣保護
如果 LED 連接到易受電壓突波或靜電放電 (ESD) 影響的線路，請考慮添加突波電壓抑制 (TVS) 二極體或其他保護電路。LED 具有較低的逆向崩潰電壓，容易被逆向偏壓或過壓條件損壞。
9. 常見問題 (FAQ)
9.1 我可以直接從 5V 或 3.3V 邏輯輸出驅動此 LED 嗎？
不行。您必須使用一個串聯的限流電阻。所需的電阻值 (R) 可以使用歐姆定律計算：R = (Vcc - VF) / IF，其中 Vcc 是您的電源電壓 (例如，5V)，VF 是 LED 的順向電壓 (使用分級中的最大值，例如 3.8V)，IF 是您期望的順向電流 (例如，20mA)。範例：R = (5V - 3.8V) / 0.02A = 60 歐姆。請務必選擇下一個較高的標準電阻值，並驗證電阻中的功率耗散。
9.2 為什麼有視角規格，我該如何使用它？
120 度的視角表示這是一款廣角 LED。其光輸出是擴散的，而非聚焦成窄光束。這對於需要從廣泛位置都能看見的狀態指示燈來說是理想的。對於需要定向光束的應用，透鏡或具有更窄視角的 LED 會更合適。
9.3 峰值波長和主波長有什麼區別？
峰值波長 (λP)是光發射最強的物理波長。主波長 (λd)是基於人眼如何感知顏色計算出的值；它是單一波長，其顏色看起來與 LED 的輸出相同。對於像這種藍光 LED 的單色 LED，兩者通常很接近，但主波長是顏色匹配的關鍵參數。
9.4 我的應用需要非常一致的藍色。我應該指定什麼？
您應該指定一個嚴格的主波長分級，例如要求所有元件來自 "AC" 級 (465-470 nm) 或 "AD" 級 (470-475 nm)。這可確保您產品中不同 LED 之間的顏色變化最小。
10. 設計與使用案例研究
10.1 多 LED 狀態指示燈面板
情境：設計一個具有 10 個藍色狀態指示燈的控制面板，這些指示燈必須具有均勻的亮度。
設計方法：
1. 電路：使用串聯連接以確保均勻性。使用 24V 電源，每串串聯 5 個 LED (5 * 3.8V 最大值 = 19V)，並使用兩個相同的串聯並聯。為每個串聯使用一個恆流驅動器或一個限流電阻，計算基於整個串聯的總壓降。
2. 元件選擇：指定來自相同發光強度分級 (例如，全部來自 T1 級：280-355 mcd) 和相同主波長分級 (例如，全部 AC 級) 的 LED，以確保視覺一致性。
3. 佈局：將 LED 對稱地放置在 PCB 上。確保使用建議的焊墊幾何形狀，以促進可靠的焊接和一致的對齊。
11. 技術介紹
11.1 InGaN 半導體技術
此 LED 使用氮化銦鎵 (InGaN) 主動層。通過改變晶格中銦與鎵的比例，可以調整半導體的能隙，這直接決定了發射光的波長 (顏色)。InGaN 是生產高效率藍光、綠光和白光 LED (後者使用帶有螢光粉塗層的藍光 LED) 的主流材料。0603 封裝內含微小的半導體晶片、打線接合以及一個模製的環氧樹脂透鏡，用於保護晶片並塑造光輸出。
12. 產業趨勢
12.1 微型化與整合
SMD LED 的趨勢持續朝向更小的封裝尺寸 (例如，0402、0201) 發展，以在智慧型手機、穿戴式裝置和超薄顯示器等日益緊湊的設備中節省電路板空間。此外，整合式 LED 模組的發展也在增長，這些模組將 LED 晶片與驅動 IC、保護元件，有時甚至是多種顏色 (RGB) 整合在單一封裝中，簡化了設計並提高了性能。
12.2 效率與可靠性
持續的材料科學和製造工藝改進穩步提高了 LED 的發光效率 (每瓦流明)，使得在較低功率或減少熱負載的情況下實現更亮的輸出。增強的封裝材料和技術也提高了長期可靠性、顏色穩定性以及對高溫高濕等惡劣環境條件的耐受性。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |