SMD LED 擴散型黃光規格書 - AlInGaP - 120° 視角 - 50mA - 3550mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款表面黏著裝置（SMD）發光二極體（LED）的完整技術規格。此元件採用擴散型透鏡，並使用磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料來產生黃光。其設計兼容自動化組裝製程，包括取放設備與紅外線迴焊，適用於大量生產。封裝元件以業界標準的8mm載帶供應，並捲繞於直徑7英吋的捲盤上。

2. 深入技術參數分析

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。不保證在這些條件下或接近這些條件下操作能正常運作，為確保可靠性能應避免之。

• 功率消耗（Pd）：182 mW。此為元件在不超過其熱限值下，能以熱能形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（IFP）：100 mA。此為脈衝條件下（1/10工作週期，1ms脈衝寬度）允許的最大電流。由於平均發熱較低，此值高於直流額定值。
• 直流順向電流（IF）：70 mA。此為建議用於可靠長期運作的最大連續順向電流。
• 逆向電壓（VR）：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能導致崩潰並損壞LED接面。
• 操作溫度範圍（Topr）：-40°C 至 +85°C。此為元件被指定能正確運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍（Tstg）：-40°C 至 +100°C。此為元件未通電時可儲存的溫度範圍。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在環境溫度（Ta）25°C下量測，代表在指定測試條件下的典型性能。

• 發光強度（Iv）：在順向電流（IF）50 mA下，範圍從1400 mcd（最小值）到3550 mcd（典型最大值）。此參數量測光源在特定方向（沿軸向）的感知亮度。量測使用符合人眼明視覺反應（CIE曲線）的濾波感測器。
• 視角（2θ1/2）：120度（典型值）。此為發光強度降至其軸向（中心）值一半時的全角。120°的寬視角表示擴散的光輸出模式，適用於需要廣域照明而非聚焦光束的應用。
• 峰值發射波長（λP）：591 nm（典型值）。此為發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λd）：在IF=50mA下，範圍從584.5 nm至594.5 nm。這是從CIE色度圖導出的色度量。它代表人眼感知與LED光色相同的單色光波長。這是定義黃色色點的關鍵參數。
• 光譜線半寬度（Δλ）：15 nm（典型值）。此為發射光譜在其最大功率一半處的寬度（半高全寬，FWHM）。15nm的值表示相對窄頻的黃光發射，是AlInGaP技術的特徵。
• 順向電壓（VF）：在IF=50mA下為2.2 V（典型值）。此為LED在指定電流下操作時的跨壓降。這是設計限流電路的關鍵參數。
• 逆向電流（IR）：在VR=5V下為10 μA（最大值）。此為施加指定逆向電壓時流過的小漏電流。

3. 分級系統說明

為確保生產一致性，LED會根據關鍵參數分級。這讓設計師能選擇符合特定顏色、亮度與電壓要求的元件。

3.1 順向電壓分級

在測試條件IF = 50mA下進行分級。每個級別內的容差為 +/-0.1V。

• D2：1.80V（最小） - 2.00V（最大）
• D3：2.00V（最小） - 2.20V（最大）
• D4：2.20V（最小） - 2.40V（最大）
• D5：2.40V（最小） - 2.60V（最大）

3.2 發光強度分級

在測試條件IF = 50mA下進行分級。每個級別內的容差為 +/-11%。

• W2：1400 mcd（最小） - 1800 mcd（最大）
• X1：1800 mcd（最小） - 2240 mcd（最大）
• X2：2240 mcd（最小） - 2800 mcd（最大）
• Y1：2800 mcd（最小） - 3550 mcd（最大）

3.3 主波長分級

在測試條件IF = 50mA下進行分級。每個級別內的容差為 +/-1nm。這直接控制黃色的色調。

• H：584.5 nm（最小） - 587.0 nm（最大）
• J：587.0 nm（最小） - 589.5 nm（最大）
• K：589.5 nm（最小） - 592.0 nm（最大）
• L：592.0 nm（最小） - 594.5 nm（最大）

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定圖表（例如圖1為光譜輸出，圖5為視角），但所提供的數據允許分析關鍵關係。

• 電流 vs. 發光強度（I-Iv曲線）：發光強度是在50mA下指定。通常，對於AlInGaP LED，光輸出隨電流呈次線性增加。在建議的直流電流以上操作可能導致熱量增加、效率下降以及加速老化。
• 溫度相依性：LED的發光強度與順向電壓對溫度敏感。強度通常隨接面溫度升高而降低。順向電壓通常具有負溫度係數，對於AlInGaP約以2 mV/°C遞減。設計必須考量熱管理以維持穩定的光學性能。
• 光譜分佈：典型峰值在591 nm且半寬度為15 nm，發射光集中在可見光譜的黃色區域。主波長分級（H至L）透過將具有非常相似色度座標的LED分組來確保顏色一致性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 元件封裝尺寸

此LED符合EIA標準SMD封裝外形。詳細尺寸圖提供於規格書中，所有尺寸單位為毫米。關鍵特徵包括總長度、寬度和高度，以及焊墊位置與尺寸和透鏡結構。除非另有說明，公差為±0.2 mm。

5.2 極性識別

規格書包含標示陰極與陽極端子的圖示。組裝時必須注意正確極性。陰極通常以凹口、綠色標記或封裝底部的較短接腳/凸片標示。

5.3 載帶與捲盤包裝

此元件以具有保護蓋帶的凸版載帶供應。

• 載帶寬度：8 mm。
• 捲盤直徑：7英吋（178 mm）。
• 每捲數量：2000顆。
• 零頭最小訂購量（MOQ）：500顆。
• 包裝遵循ANSI/EIA-481規範，以確保與自動化組裝設備的兼容性。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

此元件兼容紅外線（IR）迴焊製程。提供符合JEDEC J-STD-020B無鉛焊接的建議溫度曲線。

• 預熱溫度：150°C 至 200°C。
• 預熱時間：最長120秒。
• 本體峰值溫度：最高260°C。
• 液相線以上時間（TAL）：建議時間於溫度曲線圖中指定（通常為60-90秒）。
• 最大通過次數：兩次。

6.2 手工焊接

若需手工焊接，必須極度小心。

• 烙鐵溫度：最高300°C。
• 每焊墊焊接時間：最長3秒。
• 最大次數：每個焊點僅限一次。

6.3 儲存與處理

• 密封包裝：儲存於≤30°C且≤70%相對濕度（RH）。請於一年內使用。
• 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。建議在打開防潮袋後168小時（7天）內完成紅外線迴焊。
• 長期儲存（已開封）：儲存於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。
• 烘烤：若元件暴露時間超過168小時，請在焊接前以約60°C烘烤至少48小時，以去除吸收的水氣並防止迴焊時發生\"爆米花\"損壞。

6.4 清潔

若需組裝後清潔，僅使用經核准的溶劑。

• 建議溶劑：乙醇或異丙醇。
• 程序：在常溫下浸泡少於一分鐘。除非確認對封裝安全，否則請勿使用超音波清洗。
• 警告：請勿使用未指定的化學液體，因其可能損壞LED透鏡或封裝材料。

7. 應用說明與設計考量

7.1 驅動電路設計

LED是電流驅動裝置。為確保穩定運作與壽命，限流機制至關重要。

• 串聯電阻（電路模型A）：最常見且建議的方法。將一個電阻（R）與LED串聯。其值使用歐姆定律計算：R = (Vcc - VF) / IF，其中Vcc為電源電壓，VF為LED順向電壓（使用分級中的最大值以進行最壞情況電流計算），IF為期望的工作電流（例如20mA、50mA）。此方法為每個LED提供出色的電流調節，且易於實現。
• 並聯連接警告：不建議將多個LED直接並聯使用單一限流電阻（電路模型B）。即使在同一分級內，個別LED之間順向電壓（VF）的微小差異也會導致電流分攤嚴重不平衡。一個LED可能汲取大部分電流，導致過熱和提前失效，而其他LED則保持昏暗。請始終為每個LED使用獨立的串聯電阻，或採用主動式恆流驅動器。

7.2 熱管理

儘管功率消耗相對較低，有效的熱設計對於維持性能與可靠性至關重要。

• PCB佈局：使用足夠的銅箔面積（散熱焊墊或鋪銅）連接到LED的焊墊，以作為散熱片並將熱量從元件導出。
• 環境溫度：確保操作環境溫度在指定範圍內。需考慮電路板上其他元件產生的熱量。
• 電流降額：若在高環境溫度（接近+85°C）下操作，應考慮降額（降低）工作電流以降低接面溫度，防止流明衰減加速。

7.3 典型應用場景

擴散型透鏡、寬視角與黃色的組合，使此LED適用於多種應用：

• 狀態與指示燈：消費性電子產品、工業控制面板與儀表中的電源開/關、待機模式、系統活動、警告指示燈。
• 背光照明：用於薄膜開關、鍵盤與前面板上圖標的側光式或直下式背光，需要均勻、廣角照明之處。
• 汽車內飾照明：警告燈、開關照明與一般環境照明（需符合特定汽車標準認證）。
• 標誌與裝飾照明：建築特色或裝飾展示中的重點照明。

8. 技術介紹與趨勢

8.1 AlInGaP技術

此LED基於磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料。AlInGaP在產生光譜中紅、橙、琥珀與黃色區域的光方面特別高效。與磷化鎵（GaP）等舊技術相比，其主要優勢包括在這些顏色中具有高發光效率（每瓦流明）與良好的色純度（窄光譜寬度）。該材料系統可通過調整組成元素的比例來精確調節能隙，從而調節發射波長。

8.2 擴散型透鏡 vs. 透明透鏡

擴散型（乳白或磨砂）透鏡材料含有散射粒子。當來自微小半導體晶片的光通過此透鏡時，會向多個方向散射。這導致更寬的視角（本例為120°）以及更均勻、柔和的外觀，減少眩光且無可見的晶片\"熱點\"。這與透明（水清）透鏡形成對比，後者產生更聚焦的光束，視角較窄且有明顯明亮的中心點。

8.3 產業趨勢

SMD LED的總體趨勢是朝向更高效率、更高可靠性與更小封裝尺寸發展。雖然此規格書代表一個成熟可靠的產品，但螢光粉轉換黃光LED（使用藍光晶片搭配黃色螢光粉）的新發展在效率、顯色性與成本方面提供了不同的權衡取捨。此外，封裝材料與熱管理技術的進步持續推動所有LED技術的功率密度與壽命極限。微型化的驅動力也導致封裝佔位面積更小，同時維持或改善光輸出。