SMD LED 0201 白光/黃光 - 封裝尺寸 0.6x0.3x0.3mm - 電壓 2.6-3.2V - 功率 96mW - 繁體中文規格書

1. 產品概述

本文件詳述一款微型表面黏著裝置（SMD）發光二極體（LED）的規格，其封裝尺寸為0201。這些LED專為自動化印刷電路板（PCB）組裝製程設計，非常適合元件密度至關重要的空間受限應用。此特定料號的主要發光顏色為帶有黃色透鏡的白光，提供特定的色度點。

此元件的核心優勢包括極小的佔位面積、與大量取放設備的相容性，以及適用於無鉛紅外線（IR）迴焊製程。其結構符合RoHS（有害物質限制）標準。

目標市場與應用廣泛，涵蓋通訊設備、辦公室自動化裝置、家電、工業控制系統及各種消費性電子產品。典型用途包括狀態指示燈、前面板背光，以及低階訊號或符號照明。

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限。不保證在此條件下運作。

• 功率消耗（Pd）：96 mW。這是LED封裝在不超過其熱極限下，能以熱能形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（I_F(峰值)）：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。
• 工作溫度範圍（T_opr）：-40°C 至 +85°C。這是LED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。這是裝置未通電時的儲存溫度範圍。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在標準環境溫度（T_a）25°C及順向電流（I_F）20 mA下量測，除非另有說明。

• 發光強度（I_V）：1500 - 2900 mcd（毫燭光）。這定義了在主視角方向發射的可見光量。寬範圍表示使用了分級系統（見第3節）。量測使用符合CIE標準明視覺（人眼）響應的濾波感測器。
• 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°角表示寬廣、擴散的發光模式，適合區域照明而非聚焦光束。
• 色度座標（x, y）：(0.3100, 0.3100) 典型值。這些在CIE 1931色度圖上的座標定義了所發射白光的精確色點。此點對應於特定相關色溫（CCT）的白光。
• 順向電壓（V_F）：2.6 V（最小） - 3.2 V（最大）於20mA下。LED在導通指定電流時的跨壓降。此範圍對於驅動電路設計至關重要。
• 逆向電流（I_R）：10 μA（最大）於 V_R= 5V下。施加逆向電壓時的小漏電流。重要：此裝置並非設計用於逆向偏壓操作；此參數僅供測試用途。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據性能進行分級。這讓設計師能選擇符合特定電壓、亮度及顏色要求的元件。

3.1 順向電壓（V_F）分級

LED根據其在20mA下的順向電壓降進行分類。

• 等級 D8： V_F= 2.6V 至 2.9V
• 等級 D9： V_F= 2.9V 至 3.2V
• 每個等級內的容差為 ±0.10V。

3.2 發光強度（I_V）分級

LED根據其光學輸出功率進行分類。

• 等級 X1： I_V= 1500.0 mcd 至 2100.0 mcd
• 等級 X2： I_V= 2100.0 mcd 至 2900.0 mcd
• 每個等級內的容差為 ±11%。

3.3 顏色（色度）分級

這是顏色一致性最關鍵的分級。LED根據CIE色度圖上由四個（x, y）座標點定義的特定四邊形區域進行分類。

• 定義的等級：Y2, W1, X1, W2。每個等級代碼代表色度圖上的特定區域。
• 典型色度點 (0.3100, 0.3100) 落在這些定義區域內。
• 每個色調等級（x, y座標）的容差為 ±0.01。

這種多維度分級（V_F、I_V、顏色）確保來自同一生產批次的LED具有緊密匹配的電氣與光學特性，這對於需要均勻外觀的應用（如背光陣列或狀態指示燈群）至關重要。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形曲線，但其含義是標準的。

• 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：此曲線呈指數關係。規格書中20mA下的V_F即為工作點。電壓的微小增加會導致電流大幅增加，因此需要限流電路（例如串聯電阻或恆流驅動器）以防止熱失控。
• 發光強度 vs. 順向電流：在工作範圍內，光輸出通常與順向電流成正比。然而，在極高電流下，效率可能因熱量增加而下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度：LED的光輸出通常隨著接面溫度升高而降低。在溫度範圍上限（85°C）運作將導致比在25°C時更低的發光強度。在熱設計中必須考慮此降額。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本裝置符合EIA標準0201封裝外形。關鍵尺寸（單位：毫米）如下：

• 封裝長度：0.6 mm（容差 ±0.2 mm）
• 封裝寬度：0.3 mm（容差 ±0.2 mm）
• 封裝高度：0.3 mm（容差 ±0.2 mm）

透鏡顏色為黃色，用以過濾發出的白光以達到最終色度。陰極通常透過載帶與捲盤上的標記或特定焊墊幾何形狀來識別。

5.2 建議PCB焊墊圖案

提供了適用於紅外線或氣相迴焊的建議焊墊佈局。此圖案旨在確保可靠的焊點形成、迴焊期間正確的自動對位以及足夠的機械強度。遵循建議的焊墊圖案對於防止墓碑效應（元件立碑）或不良焊點至關重要，尤其是對於此類微型元件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊溫度曲線

本元件相容於符合J-STD-020B的無鉛（Pb-free）紅外線迴焊製程。建議的通用曲線如下：

• 預熱：150-200°C，最長120秒，以緩慢升溫並活化助焊劑。
• 峰值溫度：最高260°C。應控制高於液相線（無鉛焊料通常約為~217°C）的時間。
• 總焊接時間：在峰值溫度下最長10秒，最多允許兩個迴焊循環。

注意：最佳曲線取決於特定的PCB組裝（板厚、層數、其他元件、錫膏）。提供的曲線為目標值；需要進行製程特性分析。

6.2 手工焊接（如必要）

如需手動維修，需極度小心：

• 烙鐵溫度：最高300°C。
• 接觸時間：每個焊點最長3秒。
• 限制：僅允許一個焊接循環。其熱容量非常低，容易過熱。

6.3 清潔

如需進行焊後清潔，僅應使用指定溶劑，以避免損壞塑膠封裝或透鏡。

• 推薦：乙醇或異丙醇。
• 製程：在常溫下浸泡少於一分鐘。除非驗證對封裝安全，否則請勿使用超音波清洗。
• 避免：未指定或具侵蝕性的化學清潔劑。

7. 包裝與處理

7.1 載帶與捲盤規格

元件以業界標準的凸版載帶包裝供應，便於自動化處理。

• 捲盤尺寸：直徑7英吋（178 mm）。
• 載帶寬度：12 mm。
• 每捲數量：4000顆（滿捲）。
• 最小訂購量（MOQ）：部分捲盤為500顆。
• 包裝符合ANSI/EIA-481規範。載帶有覆蓋膜以保護元件。

7.2 濕度敏感性與儲存

塑膠封裝具有濕度敏感性（MSL）。

• 密封袋（含乾燥劑）：儲存於≤30°C及≤70% RH環境。自封袋日期起，保存期限為一年。
• 開袋後：\"車間壽命\"開始計算。儲存於≤30°C及≤60% RH環境。
• 關鍵時限：元件必須在開袋後暴露於工廠環境條件下的168小時（7天）內進行紅外線迴焊。
• 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。
• 超過車間壽命：若元件暴露超過168小時，必須在焊接前以約60°C烘烤至少48小時，以去除吸收的水分並防止\"爆米花效應\"（迴焊期間封裝破裂）。

8. 應用指南與設計考量

8.1 驅動電路設計

由於指數型的I-V特性，對於指示燈應用，最常見的驅動方法是使用簡單的串聯電阻。電阻值（R_串聯）計算如下：R_串聯= (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大V_F值（3.2V）進行計算，以確保即使使用低V_F的元件，電流也不會超過20mA。對於需要恆定亮度或串聯驅動多個LED的應用，建議使用恆流驅動器。

8.2 熱管理

儘管功率消耗較低（最大96mW），但微型封裝的散熱能力有限。確保PCB上有足夠的銅箔面積連接到散熱焊墊（如有）或焊點，以作為散熱片。在未進行熱分析的情況下，應避免在高環境溫度下以絕對最大電流（30mA DC）運作。

8.3 光學整合

寬廣的110°視角使此LED適合照亮小區域或導光管。為了將光最佳耦合到導光管中，需考慮LED的發光模式與導光管的接收角。黃色透鏡充當內建的擴散器/濾色片。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接從5V或3.3V邏輯輸出驅動此LED嗎？

答：不行。您必須使用串聯限流電阻。直接連接5V將導致災難性的過電流。對於5V電源供應及20mA目標電流，使用最大V_F值3.2V，R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω（可使用標準的91Ω或100Ω電阻）。

問：為什麼顏色分級如此重要？

答：人眼對白點的細微差異非常敏感，尤其是當多個LED並排觀看時。使用不同顏色等級的LED可能導致陣列出現明顯的斑駁或不均勻外觀。

問：如果在焊接前超過168小時的車間壽命會怎樣？

答：吸收的水分可能在迴焊快速加熱過程中轉化為蒸汽，可能導致內部分層或塑膠封裝破裂（\"爆米花效應\"），從而引發立即或潛在的故障。必須進行烘烤以驅除這些水分。

問：此LED適合戶外或汽車應用嗎？

答：其工作溫度範圍（-40°C至+85°C）涵蓋了許多環境。然而，規格書註明其適用於\"普通電子設備\"。對於具有高可靠性要求、極端環境應力（紫外線、濕度、熱循環）或安全關鍵功能（汽車、醫療、航空）的應用，必須諮詢製造商並進行額外的資格測試。此標準商用級LED可能不具備此類用途所需的可靠性認證。

10. 設計與應用案例

情境：便攜式藍牙模組上的狀態指示燈

一位設計師正在設計一款緊湊型藍牙音訊模組。電路板空間極其有限。他們需要一個小型、低功耗的LED來指示\"電源開啟\"和\"配對\"狀態。

• 元件選擇：選擇此0201 LED是因為其極小的佔位面積（0.6x0.3mm）。
• 電路設計：模組由3.7V鋰離子電池供電。微控制器上一個能提供20mA電流的GPIO腳位將驅動LED。計算串聯電阻：R = (3.7V - 2.9V_典型值) / 0.02A = 40Ω。選擇一個39Ω電阻，產生的電流約為20.5mA，符合規格。
• PCB佈局：使用建議的焊墊圖案。在焊墊上使用小的散熱連接，以助於焊接，同時保持與接地層的熱連接以利散熱。
• 組裝：整個PCB組裝使用無鉛錫膏並遵循JEDEC迴焊曲線。LED在生產線準備好之前一直保存在密封袋中，確保不超過車間壽命。
• 結果：一個可靠、明亮的狀態指示燈，佔用最小的電路板面積和功耗，滿足所有設計要求。

11. 技術原理介紹

LED是一種半導體二極體。當順向電壓施加於其端子（陽極相對於陰極為正）時，來自n型半導體材料的電子在主動區內與來自p型材料的電洞復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。光的特定波長（顏色）由所用半導體材料的能隙決定。

如本元件中的\"白光\"LED，通常是使用塗覆有螢光粉層的藍光或紫外光LED晶片製成。來自晶片的主要光激發螢光粉，然後螢光粉在更寬的光譜範圍內重新發射光，組合產生白光。黃色透鏡進一步修飾此輸出，以在白色光譜上達到指定的色度座標。

12. 產業趨勢與背景

0201封裝代表了電子產品持續朝向微型化及PCB上功能密度增加的趨勢。隨著智慧型手機、穿戴式裝置和物聯網感測器等消費性設備變得更小，對超小型被動與主動元件的需求不斷增長。

影響此類元件的關鍵趨勢包括：

• 先進封裝：在更小的佔位面積內改善熱性能和可靠性。
• 更高效率：每單位電輸入功率（瓦特）提供更多的光輸出（流明），減少能耗和熱量產生。
• 更嚴格的分級：隨著顯示器和照明應用對顏色均勻性的要求提高，色度和亮度等級的容差持續縮緊。
• 自動化相容性：元件必須為高速、高精度的取放機設計，可靠的載帶與捲盤包裝是供應鏈的關鍵部分。

此元件處於此生態系統中，既能實現緊湊的設計，又能為廣泛的指示燈和低階照明應用提供必要的性能參數。