SMD 黃光 LED AlInGaP 規格書 - 表面黏著封裝 - 順向電壓 1.8-2.4V - 光通量最高 2.13lm - 繁體中文技術文件

本文件詳述一款採用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體材料以產生黃光的表面黏著元件 (SMD) LED 之規格。此元件封裝於水清透鏡封裝內，專為自動化組裝製程與空間受限的應用而設計。其主要功能是作為廣泛電子設備中的狀態指示器、信號燈或前面板背光元件。

1. 產品概述

1.1 核心特色與優勢

• 符合 RoHS (有害物質限制) 指令。
• 包裝於 8mm 載帶並捲繞於 7 英吋直徑捲盤上，適用於高速自動化取放設備。
• 具備 EIA (電子工業聯盟) 標準封裝外型。
• 與 IC 相容的邏輯位準，易於與控制電路整合。
• 完全相容於紅外線 (IR) 迴焊製程，支援無鉛焊接溫度曲線。
• 預處理至 JEDEC (聯合電子裝置工程委員會) 濕度敏感等級 3，表示開封後在 <30°C/60% RH 條件下，車間壽命為 168 小時。

1.2 目標市場與應用

此 LED 專為多樣化領域中的可靠性和效能而設計。主要應用領域包括：

• 電信：無線電話、行動電話及網路設備中的狀態指示燈。
• 辦公室自動化：印表機、掃描器及筆記型電腦中的面板指示燈。
• 家電：各種家用設備中的電源開啟、模式或功能指示燈。
• 工業設備：控制面板與機械中的運作狀態及故障指示燈。
• 通用指示：信號與符號燈應用，以及需要均勻照明的面板背光。

2. 深入技術參數分析

以下章節提供在標準測試條件 (Ta=25°C) 下，元件運作限制與性能特性的詳細分析。

2.1 絕對最大額定值

這些數值代表應力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。不建議長時間在或接近這些極限下運作。

• 功率耗散 (Pd)：72 mW。這是元件能以熱形式耗散的最大功率。
• 峰值順向電流 (I_F(PEAK))：80 mA。這是最大瞬時順向電流，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。
• 連續直流順向電流 (I_F)：30 mA。這是建議用於連續運作的最大電流。
• 逆向電壓 (V_R)：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能導致接面崩潰。
• 運作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件設計運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。非運作狀態下的儲存溫度範圍。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了 LED 在指定測試條件 (I_F= 20mA) 驅動下的典型性能。

• 光通量 (Φ_v)：0.67 lm (最小) 至 2.13 lm (最大)。這是光源發出的總感知光功率，以流明 (lm) 為單位測量。此寬範圍透過分級管理。
• 發光強度 (I_v)：224 mcd (最小) 至 710 mcd (最大)。這是給定方向上每單位立體角的光通量，以毫燭光 (mcd) 為單位測量。這是從光通量測量得出的參考值。
• 視角 (2θ_1/2)：120° (典型)。這是發光強度為光軸 (0°) 值一半時的全角，表示非常寬的視角模式。
• 峰值發射波長 (λ_p)：591 nm (典型)。發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d)：584.5 nm 至 594.5 nm。定義光感知顏色的單一波長，每個分級的容差為 ±1 nm。
• 光譜線半寬度 (Δλ)：15 nm (典型)。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 (V_F)：在 20mA 下為 1.8 V (最小) 至 2.4 V (最大)。電流通過 LED 時的電壓降，每個分級的容差為 ±0.1V。
• 逆向電流 (I_R)：在 V_R=5V 下為 10 µA (最大)。元件反向偏壓時流動的小漏電流。

3. 分級系統說明

為確保生產批次的一致性，LED 會根據關鍵參數分類到不同的性能等級中。這讓設計師能選擇符合特定應用在亮度、顏色和電壓方面要求的元件。

3.1 光通量 / 發光強度分級

LED 根據其總光輸出進行分類。每個強度等級內的容差為 ±11%。

• 等級 D2：0.67 lm 至 0.84 lm (224 mcd 至 280 mcd)
• 等級 E1：0.84 lm 至 1.07 lm (280 mcd 至 355 mcd)
• 等級 E2：1.07 lm 至 1.35 lm (355 mcd 至 450 mcd)
• 等級 F1：1.35 lm 至 1.68 lm (450 mcd 至 560 mcd)
• 等級 F2：1.68 lm 至 2.13 lm (560 mcd 至 710 mcd)

3.2 順向電壓分級

LED 也會根據其在 20mA 下的順向電壓降進行分類，每個分級的容差為 ±0.1V。這對於限流電阻計算和電源供應設計至關重要。

• 等級 D2：1.8 V 至 2.0 V
• 等級 D3：2.0 V 至 2.2 V
• 等級 D4：2.2 V 至 2.4 V

3.3 色調 / 主波長分級

此分級確保顏色一致性。定義感知黃色調的主波長，被分類到特定範圍內，每個分級的容差為 ±1 nm。

• 等級 H：584.5 nm 至 587.0 nm
• 等級 J：587.0 nm 至 589.5 nm
• 等級 K：589.5 nm 至 592.0 nm
• 等級 L：592.0 nm 至 594.5 nm

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了具體的圖形數據，但可以分析 AlInGaP LED 的典型性能趨勢：

4.1 電流對電壓 (I-V) 特性

順向電壓 (V_F) 與順向電流 (I_F) 呈現對數關係。它非線性增加，在較低電流時（接近導通電壓）上升較陡，而在較高電流時由於半導體和封裝內的串聯電阻而呈現較線性的增加。

4.2 光通量對順向電流

在大部分工作範圍內，光輸出（光通量）通常與順向電流成正比。然而，效率（每瓦流明）通常在特定電流達到峰值，並可能在極高電流下因熱產生增加和效率下降而降低。

4.3 溫度相依性

關鍵參數受接面溫度 (T_j) 影響：

• 順向電壓 (V_F)：隨溫度升高而降低（負溫度係數）。
• 光通量/發光強度：通常隨溫度升高而降低。降低速率是高功率或高環境溫度應用中熱管理的關鍵因素。
• 主波長 (λ_d)：可能隨溫度輕微偏移，影響感知顏色。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此元件符合 EIA 標準 SMD 封裝外型。所有關鍵尺寸，包括本體長度、寬度、高度和引腳間距，均在規格書中提供，標準容差為 ±0.2 mm，除非另有說明。水清透鏡材料通常為環氧樹脂或矽膠基材。

5.2 極性識別與焊墊設計

陰極通常標記在元件本體上，常用缺口、綠點或其他視覺標記。規格書包含建議的印刷電路板 (PCB) 焊墊圖案（貼裝焊墊），用於紅外線或氣相迴焊。此圖案旨在確保正確的焊點形成、迴焊過程中的自對準以及可靠的機械附著。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議紅外線迴焊溫度曲線

此元件相容於無鉛焊接製程。規格書引用符合 J-STD-020B 的溫度曲線。關鍵參數通常包括：

• 預熱：150°C 至 200°C，最長時間 120 秒，以逐漸加熱組裝件並活化助焊劑。
• 峰值溫度：最高 260°C。超過焊料液相線溫度（例如 SAC305 為 217°C）的時間必須受控。
• 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：最佳溫度曲線取決於具體的 PCB 設計、元件、錫膏和迴焊爐。提供的曲線是指南，必須針對實際生產設置進行特性分析。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，必須極度小心：

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 焊接時間：每個焊點最長 3 秒。
• 限制：手工焊接僅允許一個焊接循環，以最小化 LED 封裝的熱應力。

6.3 清潔

應僅使用指定的清潔劑。未指定的化學品可能損壞環氧樹脂透鏡或封裝。若焊接後需要清潔，建議在室溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。

6.4 儲存與處理

由於元件的濕度敏感等級 (MSL 3)，正確儲存至關重要：

• 密封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度 (RH)。請在包裝袋密封日期後一年內使用。
• 開封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤60% RH。元件必須在暴露於環境空氣後 168 小時 (7 天) 內進行紅外線迴焊。
• 延長暴露：若儲存超過 168 小時，請儲存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。暴露超過 168 小時的元件在焊接前需要在大約 60°C 下烘烤至少 48 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中的 "爆米花效應"。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED 以業界標準的凸紋載帶供應：

• 載帶寬度：8 mm。
• 捲盤直徑：7 英吋。
• 每捲數量：2000 顆 (標準滿捲)。
• 最小訂購量 (MOQ)：剩餘數量為 500 顆。
• 載帶以頂部覆蓋帶密封。包裝符合 ANSI/EIA-481 規範，允許最多連續兩個缺失元件。

8. 應用說明與設計考量

8.1 限流

串聯限流電阻對於可靠運作是必需的。電阻值 (R_s) 可使用歐姆定律計算：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。使用分級或規格書中的最大 V_F值，以確保在最壞情況下電流不超過所需的 I_F。電阻的額定功率必須足夠：P_R= (I_F)² * R_s.

。

8.2 熱管理

雖然這是低功率元件，但適當的熱設計可延長壽命並維持光輸出穩定性。確保 PCB 上有足夠的銅面積連接到 LED 的散熱焊墊（如適用）或引腳以散熱。避免在高環境溫度下以絕對最大電流和功率耗散運作。

8.3 光學設計

120° 視角提供非常寬的光束。對於需要更聚焦光束的應用，必須使用二次光學元件（透鏡、導光管）。水清透鏡適用於晶粒影像不重要的應用；若需要更擴散的外觀，則需要乳白或彩色擴散透鏡。

9. 常見問題 (FAQ)

9.1 光通量與發光強度有何不同？光通量 (lm)測量光源在所有方向上發出的可見光總量。發光強度 (mcd)

測量光源在特定方向上看起來有多亮。高強度 LED 可能具有窄光束，而高光通量 LED 發出更多總光量，可能覆蓋更廣的區域。在本規格書中，強度是從光通量測量得出的參考值。

9.2 為何分級很重要？_F製造變異導致個別 LED 之間的 V

、光輸出和顏色存在差異。分級將它們分類到參數嚴格控制的組別中。對於需要均勻外觀（例如多 LED 顯示器、背光）或精確電流驅動的應用，指定單一分級或同一組內的分級組合至關重要。

No.9.3 我可以不使用限流電阻來驅動此 LED 嗎？_FLED 是具有非線性 I-V 特性的二極體。電壓略高於其 V

可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加。始終需要串聯電阻（或恆流驅動器）來安全設定工作點。

9.4 如果開封後超過儲存或迴焊時間會發生什麼事？

吸收到塑膠封裝中的水分在高溫迴焊過程中可能迅速蒸發，導致內部分層、破裂或鍵合線損壞（"爆米花效應"）。遵循 MSL 3 指南（168 小時車間壽命），並在超過時執行所需的烘烤，對於組裝良率和長期可靠性至關重要。

10. 運作原理與技術

10.1 AlInGaP 半導體技術

此 LED 使用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體化合物作為其主動區。透過在晶體生長過程中精確控制這些元素的比例，材料的能隙被設計成當電子和電洞跨越能隙復合時（電致發光），在可見光譜的黃色區域（約 590 nm）發光。AlInGaP 技術以其在紅、橙和黃色波長的高效率而聞名。

10.2 SMD 封裝結構