SMD LED RGB 白色霧面 5630 封裝 - 尺寸 5.6x3.0x1.9mm - 電壓 1.8-3.8V - 功率 0.13W - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款採用 5630 封裝格式、配備白色霧面透鏡的表面黏著裝置 (SMD) LED 之規格。該元件在單一封裝內整合了三顆獨立發光晶片：一顆紅色 (AlInGaP)、一顆綠色 (InGaN) 與一顆藍色 (InGaN)。此配置可透過獨立或組合控制晶片來創造多種顏色。其主要設計目標是提供一個緊湊、可靠且高效的照明解決方案，適用於自動化組裝製程。

1.1 核心優勢

• 微型化設計：小巧的外型非常適合印刷電路板 (PCB) 上空間受限的應用。
• 自動化相容性：封裝設計與自動取放設備及紅外線 (IR) 迴焊製程相容，有助於大量生產。
• 多樣化色彩輸出：整合的 RGB 晶片能產生廣泛的光譜色彩，適用於狀態指示、背光與裝飾照明。
• 環保合規性：本產品符合 RoHS（有害物質限制）指令。
• 標準化包裝：以 12mm 寬載帶捲繞於 7 英吋直徑捲盤上供應，符合 EIA 標準，便於高效處理與儲存。

1.2 目標應用

此 LED 專為需要可靠、緊湊指示照明的各種電子設備而設計。典型的應用領域包括：

• 消費性電子產品：無線電話、行動電話、筆記型電腦與家電中的狀態指示燈。
• 專業與工業設備：網路系統、辦公室自動化設備與工業控制面板的前面板指示燈。
• 顯示器與標誌：信號與符號照明應用，以及需要擴散、均勻光輸出的前面板背光。

2. 技術參數：深入客觀解讀

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。不保證在此條件下操作。

• 功率耗散 (Pd)：紅色：130 mW；綠色/藍色：114 mW。此參數表示 LED 能以熱量形式耗散的最大功率。超過此限制有熱損壞風險。
• 峰值順向電流 (I_FP)：所有顏色在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）均為 100 mA。這適用於短暫的高強度閃爍，但不適用於連續操作。
• 直流順向電流 (I_F)：紅色：50 mA；綠色/藍色：30 mA。這是建議的最大連續順向電流，以確保可靠的長期運作。
• 溫度範圍：操作：-40°C 至 +85°C；儲存：-40°C 至 +100°C。這些定義了元件功能與非操作儲存的環境極限。

2.2 電氣與光學特性

測量於標準測試條件 Ta=25°C 且 I_F=20mA，除非另有說明。

• 發光強度 (I_v)：感知光輸出的關鍵量度。最小值/典型值/最大值：紅色：560/-/1120 mcd；綠色：1400/-/2800 mcd；藍色：280/-/560 mcd。綠色晶片展現最高的典型輸出。
• 視角 (2θ_1/2)：典型值為 120 度。此寬廣視角得益於霧面透鏡，提供寬廣、均勻的照明而非窄光束，非常適合指示燈應用。
• 順向電壓 (V_F)：LED 導通時的跨電壓降。範圍：紅色：1.8V 至 2.6V；綠色/藍色：2.8V 至 3.8V。紅色晶片較低的 V_F是 AlInGaP 技術相較於 InGaN（綠色/藍色）的特性。設計師必須在驅動電路設計中考慮這些差異。
• 峰值波長 (λ_P) 與主波長 (λ_d)： λ_P是光譜峰值：紅色 ~630nm，綠色 ~518nm，藍色 ~468nm。λ_d是人眼感知的單一波長，綠色（520-530nm）與藍色（465-475nm）有指定的分級。
• 逆向電流 (I_R)：在 V_R=5V 時最大為 10 μA。此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此參數僅供測試用途。若可能出現逆向電壓，建議使用電路保護（例如串聯電阻或二極體）。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會根據性能進行分級。此元件採用基於發光強度與主波長的二維分級系統。

3.1 發光強度分級

每種顏色晶片根據其在 20mA 下的光輸出分別進行分級。

• 紅色：分級 U2 (560-710 mcd)、V1 (710-900 mcd)、V2 (900-1120 mcd)。
• 綠色：分級 W2 (1400-1800 mcd)、X1 (1800-2240 mcd)、X2 (2240-2800 mcd)。
• 藍色：分級 T1 (280-355 mcd)、T2 (355-450 mcd)、U1 (450-560 mcd)。
• 每個強度分級內的公差為 +/-11%。

3.2 主波長分級

應用於綠色與藍色晶片以控制色調。

• 綠色：分級 AP (520-525 nm)、AQ (525-530 nm)。
• 藍色：分級 AC (465-470 nm)、AD (470-475 nm)。
• 每個波長分級內的公差為 +/-1 nm。

3.3 組合分級代碼（標籤代碼）

印在產品捲盤標籤上的單一英數字代碼（例如 A1、B4、D2）結合了三種顏色的強度分級以及綠色/藍色的波長分級。此對照表讓設計師能夠指定並採購具有嚴格控制光學特性的 LED，確保其最終產品的視覺一致性。例如，代碼 'A1' 指定紅色為 U2 分級、綠色為 W2 分級、藍色為 T1 分級。

4. 機械與包裝資訊

4.1 封裝尺寸

此元件符合標準 5630 佔位面積。關鍵尺寸（單位為毫米，公差 ±0.2mm，除非另有註明）包括本體長度約 5.6mm、寬度 3.0mm、高度 1.9mm。詳細的尺寸圖標明了焊墊位置、透鏡形狀與極性標記。

4.2 接腳分配與極性

6 焊墊配置允許獨立存取每個晶片：接腳 1 與 6：藍色；接腳 2 與 5：綠色；接腳 3 與 4：紅色。每個晶片的陰極通常在佔位圖中標示。在 PCB 佈局與組裝時必須遵守正確的極性。

4.3 建議的 PCB 焊接墊

提供了建議的焊墊圖案（佔位），以確保在迴焊過程中形成適當的焊點、機械穩定性與散熱。遵循此圖案對於組裝良率與長期可靠性至關重要。

4.4 載帶與捲盤包裝

LED 以壓紋載帶（12mm 寬）供應，並以覆蓋帶密封。載帶捲繞於標準 7 英吋（178mm）直徑的捲盤上。每捲包含 1000 顆。包裝符合 EIA-481-1-B 規範，確保與自動化組裝設備相容。

5. 焊接與組裝指南

5.1 紅外線迴焊溫度曲線

提供了適用於無鉛 (Pb-free) 焊接製程的建議迴焊溫度曲線，符合 J-STD-020B。此曲線詳細說明了關鍵參數：預熱、均熱、迴焊峰值溫度（不得超過 LED 的最高額定溫度）與冷卻速率。遵循此曲線對於防止熱衝擊與損壞 LED 封裝或環氧樹脂透鏡至關重要。

5.2 清潔

若需要進行組裝後清潔，僅應使用指定的溶劑。規格書建議在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。使用未指定或侵蝕性化學品可能損壞透鏡材料或封裝標記。

5.3 儲存條件

密封包裝：LED 應連同乾燥劑儲存在原始防潮袋中，溫度 ≤30°C 且相對濕度 (RH) ≤70%。在此條件下的建議保存期限為一年。
已開封包裝：一旦防潮袋被打開，元件應立即使用。若需要儲存，條件不應超過 30°C 與 60% RH。暴露於較高濕度可能導致吸濕，進而在迴焊過程中引起 "爆米花效應"（封裝破裂）。

6. 應用建議與設計考量

6.1 驅動電路設計

由於紅、綠、藍晶片的順向電壓 (V_F) 不同，不建議將其簡單並聯至共同電壓源，因為這會導致電流分配不均與亮度不一致。首選方法是使用限流電阻獨立驅動每個顏色通道，或者為了更好的—致性與調光控制，使用恆流驅動器或 PWM（脈衝寬度調變）電路。

6.2 熱管理

雖然功率耗散相對較低，但 PCB 上適當的熱設計對於使用壽命仍然重要。確保連接到散熱焊墊（如有）或元件安裝焊墊的足夠銅箔面積有助於散熱，維持較低的接面溫度並保持發光輸出與壽命。

6.3 光學整合

白色霧面透鏡提供朗伯發射模式（寬視角）。對於需要更定向光的應用，可能需要二次光學元件（例如導光板或外部透鏡）。其擴散特性有助於最小化熱點，並在直視時提供均勻的外觀。

7. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以從單一 3.3V 電源並聯驅動所有三種顏色 (RGB) 嗎？
答：效果不佳。藍色與綠色晶片的順向電壓（最小 2.8V）接近 3.3V，留給限流電阻的電壓降非常小，使得電流控制不精確且對電源變化敏感。紅色晶片 (V_F~2.2V) 將接收到不成比例的高電流。強烈建議對每個通道進行獨立電流控制。

問：峰值波長與主波長有何不同？
答：峰值波長 (λ_P) 是 LED 光譜功率分佈中的實際最高點。主波長 (λ_d) 是一個計算值，代表對於標準人眼觀察者而言，與 LED 具有相同顏色（色調）的純單色光的單一波長。λ_d對於顏色規格更為相關。

問：綠色/藍色的最大直流電流是 30mA，但峰值脈衝電流是 100mA。我可以在 100mA 下使用 PWM 嗎？
答：可以，但有嚴格限制。100mA 額定值僅適用於非常特定的條件：0.1ms 脈衝寬度與 10% 工作週期（即 LED 開啟 0.1ms，然後關閉 0.9ms）。平均電流不得超過直流額定值。例如，100mA 脈衝在 10% 工作週期下，平均電流為 10mA，這是安全的。超過脈衝寬度或工作週期規格可能導致過熱。

問：如何解讀捲盤標籤上的分級代碼？
答：英數字代碼（例如 C5、D1）對應到規格書第 4.1 與 4.2 節中的表格。您查閱此代碼以找到紅、綠、藍色的特定發光強度範圍，以及綠色與藍色的主波長範圍。這確保您知道該捲盤上 LED 的確切性能特性。

8. 實務設計與使用案例

情境：為網路路由器設計多色狀態指示燈。
該設備需要 LED 來指示電源（恆亮綠色）、網路活動（閃爍綠色）與錯誤狀態（紅色或藍色）。單一顆 RGB LED（如 LTST-G563EGBW）可以滿足所有這些角色，相較於使用三顆獨立 LED 節省了 PCB 空間。

實作方式：
1. 微控制器的 GPIO 接腳連接到三個獨立的驅動電晶體（或專用 LED 驅動器 IC），每個控制 RGB LED 的一個顏色通道。
2. 對於 "電源開啟"，綠色通道以 10-15mA（遠低於其 30mA 最大值）驅動，以獲得清晰、明亮的指示。
3. 對於 "網路活動"，相同的綠色通道透過高頻 PWM 切換以產生閃爍效果，平均電流仍在限制範圍內。
4. 對於 "錯誤" 狀態，可以點亮紅色通道。更特定的 "嚴重錯誤" 可以使用藍色通道或組合（例如紅+藍 = 洋紅色）。
5. 霧面透鏡的 120 度寬視角確保從路由器周圍各個角度都能看到狀態。
6. 透過指定嚴格的分級代碼（例如要求綠色為 X1 分級與特定波長分級），設計師確保所有製造的路由器單元具有一致的顏色與亮度。

9. 技術介紹

此 LED 採用兩種主要的半導體材料技術：
磷化鋁銦鎵 (AlInGaP)：用於紅色發光晶片。此材料系統對於產生光譜中紅色至琥珀色部分的光線效率高，且通常展現出比 InGaN 基 LED 更低的順向電壓。
氮化銦鎵 (InGaN)：用於綠色與藍色發光晶片。透過改變晶體結構中的銦/鎵比例，可以調整能隙，從而調整發射波長。使用 InGaN 實現高效率綠光歷來比藍光更具挑戰性，這反映在綠色與藍色晶片之間不同的性能參數（例如順向電壓、效率）上，儘管使用相同的基本材料。

白色霧面透鏡通常由摻雜散射粒子的環氧樹脂或矽膠製成。此擴散材料使從小晶片發出的光線方向隨機化，將其從窄向光束轉變為寬廣的朗伯發射模式，使整個透鏡表面看起來均勻明亮。

10. 發展趨勢

SMD LED 領域持續沿著幾個與此類元件相關的關鍵軌跡演進：
效率提升（每瓦流明）：磊晶生長、晶片設計與光提取技術的持續改進，穩步提高了給定輸入電流下的發光輸出，允許更亮的指示燈或更低的功耗。
顏色一致性與分級：製造過程控制的進步正在減少 LED 特性的自然變異。這允許更嚴格的分級規格，甚至提供 "無分級" 產品，簡化了製造商的庫存管理，並確保最終產品具有卓越的顏色均勻性。
微型化與整合：對更小型電子設備的推動促使 LED 採用更緊湊的封裝。此外，整合度正在提高，更複雜的多晶片封裝（例如 RGBW、整合驅動器的可定址 LED）變得普遍，以簡化電路設計。
高可靠性材料：更堅固的透鏡材料（如高溫矽膠）與封裝結構的開發，提高了對熱循環、濕度與惡劣環境的耐受性，擴展了可能的應用空間。