目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與目標市場
- 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 發光強度分級
- 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
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸與極性
- 5.2 捲帶包裝
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 紅外線迴焊溫度曲線
- 6.2 手動焊接 (烙鐵)
- 7. 儲存與操作注意事項
- 7.1 儲存條件
- 7.2 清潔
- 8. 應用設計考量
- 8.1 驅動電路設計
- 8.2 熱管理
- 8.3 應用範圍與限制
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題 (基於技術參數)
- 10.1 對於 5V 電源，我應該使用多大的電阻值？
- 10.2 我可以用更高的電流脈衝驅動此 LED 以獲得更亮的閃光嗎？
- 10.3 如何解讀訂單上的分級代碼？
- 11. 實務設計與使用範例
- 11.1 設計一個狀態指示燈面板
- 12. 工作原理
1. 產品概述
本文件詳述一款採用擴散透鏡與 AlInGaP (磷化鋁銦鎵) 光源、發射紅光的表面黏著元件 (SMD) LED 之規格。此類 LED 專為自動化印刷電路板 (PCB) 組裝製程設計，非常適合空間受限且需要大量生產的應用。
1.1 核心優勢與目標市場
此元件的核心優勢包括其與現代電子製造中標準的自動化取放設備及紅外線 (IR) 迴焊製程的相容性。它採用 8mm 載帶包裝，捲繞於直徑 7 英寸的捲盤上，便於高效處理與組裝。本元件符合 RoHS 規範，確保滿足環保法規。其目標應用涵蓋廣泛的消費性與工業電子產品，包括但不限於通訊設備 (例如無線電話與行動電話)、辦公室自動化設備 (例如筆記型電腦)、網路系統、家電以及室內標誌。常用於狀態指示、符號照明與前面板背光。
2. 深入技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
超出這些限制操作可能導致永久性損壞。在環境溫度 (Ta) 25°C 下的關鍵額定值為：
- 功率消耗 (Pd)：72 mW。這是 LED 封裝能夠安全散發的最大熱功率。
- 連續順向電流 (IF)：30 mA DC。這是可靠運作的最大穩態電流。
- 峰值順向電流：80 mA，僅允許在脈衝條件下使用 (1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度)。
- 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。
- 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。
2.2 電氣與光學特性
典型性能是在 Ta=25°C 且順向電流 (IF) 為 20 mA 下量測，除非另有說明。
- 發光強度 (Iv)：範圍從最小值 90.0 mcd 到最大值 280.0 mcd。實際值由分級代碼決定 (參見第 3 節)。
- 視角 (2θ½)：120 度 (典型值)。此寬視角是擴散透鏡的特性，確保光線分佈於廣闊區域，而非高度定向。
- 主波長 (λd)：631 nm (典型值)，容差為 ±1 nm。此參數定義了感知顏色 (紅色)。峰值發射波長 (λp) 通常為 639 nm。
- 光譜線半高寬 (Δλ)：約 15 nm，表示紅光的光譜純度。
- 順向電壓 (VF)：2.0 V (典型值)，在 20 mA 下最大值為 2.4 V。容差為 ±0.1 V。
- 逆向電流 (IR)：在逆向電壓 (VR) 5V 下，最大值為 10 µA。請務必注意，此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此測試條件僅用於特性描述。
3. 分級系統說明
為確保生產批次間亮度的一致性，LED 會根據其在 20 mA 下量測的發光強度進行分級。
3.1 發光強度分級
分級代碼及其對應的強度範圍如下。每個分級內的容差為 ±11%。
- Q2：90.0 – 112.0 mcd
- R1：112.0 – 140.0 mcd
- R2：140.0 – 180.0 mcd
- S1：180.0 – 224.0 mcd
- S2：224.0 – 280.0 mcd
此系統允許設計師根據其特定應用選擇合適的亮度等級，以平衡性能與成本。
4. 性能曲線分析
雖然規格書中引用了具體的圖形數據，但典型的關係可描述如下：
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
AlInGaP 材料呈現出順向電壓隨電流對數增加的典型 I-V 曲線。在 20mA 下典型 Vf 為 2.0V，這是驅動電路設計的關鍵參數。
4.2 發光強度 vs. 順向電流
在建議的操作範圍內，光輸出 (發光強度) 大致與順向電流成正比。超過最大直流電流不僅不會使光輸出成比例增加，還有損壞元件的風險。
4.3 光譜分佈
發射光譜以 631 nm (主波長) 為中心，典型半高寬為 15 nm，產生飽和的紅色。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸與極性
本元件符合標準 EIA 封裝尺寸。規格書中提供了詳細的尺寸圖，所有尺寸單位為毫米，一般公差為 ±0.2 mm。陰極通常由封裝上的標記或載帶上的特定焊墊幾何形狀來識別。同時也規定了建議用於紅外線或氣相迴焊的 PCB 焊接墊佈局，以確保正確的焊點形成與機械穩定性。
5.2 捲帶包裝
LED 以凸型載帶搭配保護蓋帶供應，捲繞於直徑 7 英寸 (178 mm) 的捲盤上。每捲包含 2000 個元件。包裝遵循 ANSI/EIA 481 規範。關鍵注意事項包括：空的元件凹槽會被密封，且每捲最多允許連續兩個缺失元件 ("燈")。
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 無鉛製程的建議溫度曲線。關鍵參數包括：
- 預熱：150°C 至 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：建議遵循錫膏製造商規格與 JEDEC 指南。
由於電路板設計、元件密度與迴焊爐特性各不相同，此曲線應作為通用目標，並針對特定組裝線進行微調。
6.2 手動焊接 (烙鐵)
若需手動維修，烙鐵頭溫度不應超過 300°C，且每個焊點的接觸時間應限制在最多 3 秒。重新焊接僅應執行一次。
7. 儲存與操作注意事項
7.1 儲存條件
- 密封包裝：儲存於 ≤ 30°C 且 ≤ 70% 相對濕度 (RH)。若儲存在原裝防潮袋內並附乾燥劑，保存期限為一年。
- 已開封包裝：暴露於環境空氣中的元件應儲存於 ≤ 30°C 且 ≤ 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。
- 延長儲存 (袋外)：若需儲存超過 168 小時，請將元件置於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。袋外儲存超過 168 小時的元件，在焊接前需要進行烘烤，約 60°C 至少 48 小時，以去除吸收的水氣並防止迴焊時發生 "爆米花效應"。
7.2 清潔
若需在焊接後進行清潔，僅可使用酒精類溶劑，如異丙醇 (IPA) 或乙醇。在常溫下浸泡 LED 時間少於一分鐘。請勿使用未指定的化學清潔劑，因其可能損壞環氧樹脂透鏡或封裝。
8. 應用設計考量
8.1 驅動電路設計
LED 是電流驅動元件。為確保驅動多個 LED 時亮度均勻，必須為每個 LED 串聯一個限流電阻。不建議將 LED 直接並聯而不使用個別電阻，因為元件間順向電壓 (Vf) 的微小差異可能導致顯著的電流不平衡，造成亮度不均，甚至使部分 LED 過電流。規格書說明了建議的電路 (電路 A)，即每個 LED 串聯一個電阻。
8.2 熱管理
雖然功率消耗相對較低 (72 mW)，但將 LED 接面溫度維持在規定範圍內，對於長期可靠性與穩定的光輸出至關重要。若 LED 在其最大額定電流或接近該值下運作，尤其是在高環境溫度下，請確保使用足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔。
8.3 應用範圍與限制
本元件適用於標準電子設備。其並非設計或認證用於高可靠性對安全至關重要的應用，例如航空、交通控制、醫療生命維持系統或安全裝置。對於此類應用，必須諮詢製造商以獲取經過特殊認證的元件。
9. 技術比較與差異化
與舊式 LED 技術相比，AlInGaP LED 在紅色與琥珀色光方面提供了更高的效率與更好的色彩飽和度。擴散透鏡封裝提供了寬廣的 120 度視角，這對於需要廣域照明或多角度可見性的應用非常有利，有別於用於聚焦光束的窄視角 LED。與標準紅外線迴焊製程的相容性，使其與需要手動焊接或波峰焊的 LED 區分開來，實現了具成本效益的高速組裝。
10. 常見問題 (基於技術參數)
10.1 對於 5V 電源，我應該使用多大的電阻值？
使用歐姆定律 (R = (電源電壓 - LED_Vf) / LED_電流)，並假設典型 Vf 為 2.0V，期望電流為 20 mA：R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 歐姆。標準的 150 Ω 電阻是合適的。請務必使用可能的最大 Vf (2.4V) 進行計算，以確保在最壞情況下電流不會超過最大額定值。
10.2 我可以用更高的電流脈衝驅動此 LED 以獲得更亮的閃光嗎？
可以，規格書規定了在脈衝條件下 (1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度) 峰值順向電流為 80 mA。這可用於在閃光燈或指示燈應用中實現更高的瞬間亮度，但長時間的平均電流不得導致功率消耗超過 72 mW。
10.3 如何解讀訂單上的分級代碼？
分級代碼 (例如 R2, S1) 對應於發光強度範圍。訂購時指定分級代碼可確保您收到的 LED 亮度在該特定範圍內，這對於產品外觀的一致性非常重要。
11. 實務設計與使用範例
11.1 設計一個狀態指示燈面板
考慮一個具有多個狀態指示燈的路由器。使用此 SMD LED，設計師將：
- 根據所需的可見度選擇合適的亮度分級 (例如，中等亮度選 R2)。
- 使用建議的焊墊尺寸設計 PCB 佈局，以確保正確的焊接與對齊。
- 針對每個 LED，根據系統的電源電壓 (例如 3.3V 或 5V) 計算並放置一個串聯限流電阻。
- 在組裝過程中遵循建議的紅外線迴焊溫度曲線。
- 若組裝後的電路板需要清潔，僅使用異丙醇。
此方法可確保可靠、均勻且持久的指示燈。
12. 工作原理
此 LED 基於 AlInGaP 半導體材料。當施加超過二極體導通閾值的順向電壓時，電子與電洞在半導體的主動區域內復合，以光子 (光) 的形式釋放能量。AlInGaP 層的特定成分決定了能隙能量，進而定義了發射光的波長 (顏色) — 在此例中，約為 631 nm 的紅光。擴散環氧樹脂透鏡含有散射粒子，使發射光子的方向隨機化，從而產生寬廣、均勻的視角，而非窄光束。
13. 技術趨勢
SMD LED 技術的總體趨勢持續朝向更高的發光效率 (每瓦電輸入產生更多光輸出)、改善的顯色性以及更小的封裝尺寸以實現更高密度的設計。同時也著重於提升在高溫與高電流操作條件下的可靠性。如本元件所示，無鉛焊接與 RoHS 合規性的廣泛採用，仍然是全球電子製造的標準要求。
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。 |