SMD 黃光 AlInGaP 晶片 LED 規格書 - 2.0x1.25x1.1mm - 2.4V - 62.5mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款採用超亮鋁銦鎵磷（AlInGaP）晶片以產生黃光的表面黏著元件（SMD）LED 燈之規格。此元件封裝於緊湊、符合業界標準的封裝內，專為自動化印刷電路板（PCB）組裝製程（包括紅外線迴焊）而設計。其微型尺寸使其適用於各電子領域中空間受限的應用。

1.1 核心優勢與特點

此 LED 具備多項關鍵特點，能提升其在現代電子製造中的可用性與可靠性：

• 符合 RoHS 規範：本元件製造符合有害物質限制指令，確保環境安全。
• 高亮度 AlInGaP 晶片：此半導體材料能提供高效率的黃光發射與良好的發光強度。
• 利於自動化的包裝：以 8mm 載帶包裝，捲繞於直徑 7 吋的捲盤上，相容於高速貼片設備。
• 標準化焊盤佈局：符合電子工業聯盟（EIA）封裝標準，確保設計互通性。
• 積體電路相容性：可直接由標準邏輯位準輸出驅動。
• 可迴焊：可承受表面黏著技術（SMT）組裝線使用的標準紅外線（IR）迴焊溫度曲線。

1.2 目標應用與市場

此元件專為電子設備內廣泛的指示燈與背光功能而設計。主要應用領域包括：

• 通訊設備：無線電話、行動電話及網路硬體中的狀態指示燈。
• 電腦與辦公室自動化：筆記型電腦鍵盤與鍵盤的背光、周邊設備的狀態燈。
• 消費性與家用電器：電源、模式或功能指示燈。
• 工業設備：機械與控制系統的面板指示燈。
• 顯示器與標誌：需要緊湊黃光光源的微型顯示器與符號照明。

2. 深入技術參數分析

本節詳細解析元件的絕對極限值與操作特性。除非另有說明，所有參數均在環境溫度（Ta）25°C 下指定。

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應力極限。為確保可靠性能，不建議在接近或達到這些極限的條件下操作。

• 功率消耗（Pd）：62.5 mW。這是封裝能以熱量形式消散的最大功率。
• 連續順向電流（IF）：25 mA DC。可靠操作的最大穩態電流。
• 峰值順向電流：60 mA，僅允許在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）以處理暫態突波。
• 逆向電壓（VR）：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 操作溫度範圍：-30°C 至 +85°C。元件正常操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件未通電時的安全溫度範圍。
• 焊接溫度：在迴焊製程（無鉛製程）中可承受 260°C 達 10 秒。

2.2 電氣與光學特性

這些是在指定測試條件下（IF = 20mA，Ta = 25°C）測得的典型性能參數。

• 發光強度（Iv）：範圍從 28.0 到 180.0 毫燭光（mcd）。實際值取決於特定的分級代碼（見第 3 節）。使用過濾至 CIE 明視覺響應曲線的感測器測量。
• 視角（2θ1/2）：130 度。這是發光強度降至軸上測量值一半時的全角，表示具有寬廣的視角錐。
• 峰值發射波長（λP）：588 nm。發射光譜最高點對應的波長。
• 主波長（λd）：範圍從 584.5 nm 到 597.0 nm。這是人眼感知以定義顏色（黃色）的單一波長，源自 CIE 色度圖。具體數值已分級。
• 譜線半高寬（Δλ）：15 nm。發射光譜在其最大強度一半處的寬度，表示色純度。
• 順向電壓（VF）：在 20mA 下介於 1.8V 至 2.4V 之間。LED 導通電流時的跨壓。
• 逆向電流（IR）：施加 5V 逆向偏壓時，最大為 10 μA。

2.3 熱考量

雖然提供的資料中未明確繪製圖表，但熱管理已隱含在額定值中。62.5mW 的功率消耗極限和 85°C 的最高操作溫度至關重要。超過 Pd 額定值將提高接面溫度，可能導致光通量衰減加速、順向電壓漂移，最終導致元件故障。設計人員必須確保適當的 PCB 佈局，並在必要時提供散熱措施，以在操作期間將接面溫度維持在安全範圍內。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。這讓設計師能選擇符合特定顏色、亮度及電氣特性要求的元件。

3.1 順向電壓（Vf）分級

LED 根據其在測試電流 20mA 下的順向電壓降進行分類。這對於設計限流電路以及確保由恆壓源供電的多 LED 陣列亮度均勻至關重要。

• 分級代碼 F2：VF = 1.80V 至 2.10V（每級公差 ±0.1V）。
• 分級代碼 F3：VF = 2.10V 至 2.40V（每級公差 ±0.1V）。

3.2 發光強度（Iv）分級

此分級根據 LED 在 20mA 下測量的光輸出強度（單位為毫燭光，mcd）進行分類。

• 分級代碼 N：28.0 - 45.0 mcd
• 分級代碼 P：45.0 - 71.0 mcd
• 分級代碼 Q：71.0 - 112.0 mcd
• 分級代碼 R：112.0 - 180.0 mcd

每個亮度分級適用 ±15% 的公差。

3.3 色調（主波長）分級

此分類根據 LED 的主波長進行分類，以確保顏色一致性，主波長定義了感知的黃色色調。

• 分級代碼 H：584.5 - 587.0 nm
• 分級代碼 J：587.0 - 589.5 nm
• 分級代碼 K：589.5 - 592.0 nm
• 分級代碼 L：592.0 - 594.5 nm
• 分級代碼 M：594.5 - 597.0 nm

每個波長分級保持嚴格的 ±1nm 公差。

4. 性能曲線分析

雖然文件中引用了特定的圖形數據，但此類元件的典型曲線提供了其在不同條件下行為的重要見解。

4.1 電流對電壓（I-V）特性

AlInGaP LED 的 I-V 曲線是非線性的，類似於標準二極體。在順向電壓（VF）以下，幾乎沒有電流流動。一旦達到 VF，電流會隨著電壓的微小增加而迅速增加。這強調了使用恆流源而非恆壓源驅動 LED 的重要性，以防止熱失控並確保穩定的光輸出。在 20mA 下典型的 VF 範圍 1.8V 至 2.4V 是驅動電路的關鍵設計參數。

4.2 發光強度對順向電流

在相當大的範圍內，光輸出（發光強度）大致與順向電流成正比。然而，效率（每瓦流明）可能在特定電流下達到峰值，然後在更高電流下由於熱效應增加和效率下降而降低。在建議的 20mA 測試電流或以下操作可確保最佳效率與使用壽命。

4.3 溫度相依性

LED 性能對溫度敏感。隨著接面溫度升高：

• 順向電壓（VF）：降低。這可能影響簡單電阻限流電路中的電流調節。
• 發光強度（Iv）：降低。光輸出隨溫度升高而下降。
• 主波長（λd）：可能輕微偏移，可能導致細微的顏色變化。

這些效應凸顯了良好熱設計的必要性，特別是在高功率或高環境溫度的應用中。

4.4 光譜分佈

發射光譜的特徵是在 588 nm（黃色）處有一個峰值，且半高寬相對較窄，為 15 nm。這表示良好的色彩飽和度。定義感知顏色的主波長（λd）經過仔細分級，以確保不同生產批次之間的視覺一致性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 元件尺寸與極性

LED 封裝具有標稱尺寸。陰極通常在元件的相應側以綠色色調或封裝上的凹口標記。組裝時必須注意正確的極性以確保正常功能。透鏡為水白色，允許 AlInGaP 晶片的原生黃光無需濾色即可發射。

5.2 建議的 PCB 焊盤佈局

提供了 PCB 的建議焊盤圖案（佈局），以確保可靠的焊接。此圖案包括適當的焊盤尺寸與間距，以形成良好的焊錫圓角、確保機械穩定性並促進正確的迴焊。遵循此建議佈局有助於防止墓碑效應（元件一端翹起）和其他焊接缺陷。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊參數

本元件相容於無鉛（Pb-free）紅外線迴焊製程。建議的溫度曲線對於成功組裝而不損壞 LED 至關重要。

• 預熱區：150°C 至 200°C。
• 預熱時間：最長 120 秒，以逐漸升高溫度並活化助焊劑。
• 峰值溫度：最高 260°C。元件可在有限時間內承受此溫度。
• 液相線以上時間（峰值處）：最長 10 秒。元件承受峰值溫度的時間不應超過此持續時間，且迴焊次數不應超過兩次。

這些參數符合 JEDEC 標準。實際溫度曲線必須根據特定的 PCB 組裝（考慮電路板厚度、元件密度和錫膏規格）進行特性分析。

6.2 手工焊接（如必要）

如需手動維修，需極度謹慎：

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 焊接時間：每個焊點最長 3 秒。
• 頻率：手工焊接應僅執行一次，以最小化熱應力。

6.3 清潔

如需焊後清潔，僅應使用指定溶劑，以避免損壞塑膠封裝。推薦的溶劑包括乙醇或異丙醇。LED 應在常溫下浸泡少於一分鐘。不得使用未指定的化學液體。

6.4 儲存與操作條件

靜電放電（ESD）敏感性：雖然未明確評級為高度敏感，但仍建議謹慎操作。建議使用接地腕帶或防靜電手套操作。所有設備和工作站必須妥善接地，以防止靜電或突波損壞。

濕度敏感性：本元件具有濕度敏感性等級（MSL）評級。對於已開封並暴露於環境濕度的包裝：

• 應在一週內完成迴焊（表示 MSL 3）。
• 如需儲存超過一週，應將元件保存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。
• 若在原始包裝外儲存超過一週，焊接前需要在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中發生 \"爆米花\" 效應。
• 未開封、帶有乾燥劑的防潮袋，在儲存溫度 ≤30°C 且相對濕度 ≤90% 時，保存期限為一年。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED 以供自動化組裝優化的包裝格式提供：

• 載帶寬度：8 mm。
• 捲盤直徑：7 英吋（178 mm）。
• 每捲數量：3000 顆。
• 最小訂購量：剩餘數量為 500 顆。
• 凹槽密封：空的元件凹槽以覆蓋帶密封。
• 缺件：根據規格，最多允許連續缺失兩個 LED。
• 標準：包裝符合 ANSI/EIA-481 規範。

8. 應用設計建議

8.1 電路設計考量

電流限制：LED 是電流驅動元件。連接到電壓源時，必須使用串聯限流電阻或專用的恆流驅動電路。電阻值可使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - VF) / IF，其中 VF 是順向電壓（為安全起見使用分級中的最大值），IF 是所需的順向電流（例如 20mA）。

並聯連接：由於順向電壓（Vf 分級）的差異，通常不建議將多個 LED 直接並聯到單一電流源。Vf 的微小差異可能導致一個 LED 吸取的電流遠大於其他 LED，從而導致亮度不均和潛在的過度應力。首選串聯連接或對每個 LED 進行單獨的電流控制。

逆向電壓保護：雖然 LED 可耐受高達 5V 的逆向電壓，但最好避免使其暴露於逆向偏壓。在交流或雙極性電路中，可能需要一個並聯的保護二極體（相對於 LED 為逆向偏壓）。

8.2 應用中的熱管理

對於在高環境溫度或接近最大額定電流下操作的應用，請考慮以下事項：

• 使用在 LED 散熱焊盤（如適用）下方帶有散熱孔的 PCB，將熱量傳導到其他層或散熱器。
• 在連接到 LED 焊盤的 PCB 上提供足夠的銅面積，以作為散熱器。
• 當環境溫度升高超過 25°C 時，降低最大操作電流，以將接面溫度保持在限制範圍內。

8.3 光學整合

130 度的寬廣視角使此 LED 適用於需要廣泛可見性的應用。對於聚焦或定向光，可使用外部透鏡或導光管。水白色透鏡確保發射的黃光吸收最小。

9. 可靠性與應用範圍免責聲明

本元件預期用於標準商業和工業電子設備，包括辦公室、通訊和家用電器。對於需要極高可靠性且故障可能危及安全、健康或生命的應用（例如航空、運輸、醫療或關鍵安全系統），在設計採用前必須與元件製造商進行具體諮詢和資格認證。標準產品規格可能不足以滿足此類高可靠性應用的需求。