SMD 黃光 AlInGaP LED 規格書 - 封裝尺寸 - 順向電壓 1.7-2.5V - 發光強度 140-450mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

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裝置（SMD）發光二極體（LED）之規格。SMD LED 專為自動化印刷電路板（PCB）組裝製程設計，提供緊湊的外型尺寸，非常適合空間受限的應用。其主要功能是作為狀態指示燈、信號燈或廣泛電子設備中的前面板背光。

1.1 產品特點

• 符合 RoHS（有害物質限制）指令。
• 以 8mm 載帶包裝，捲繞於 7 英吋直徑的捲盤上，便於自動化處理。
• 標準化 EIA 封裝佔位面積，確保設計相容性。
• 輸入/輸出與積體電路（IC）邏輯位準相容。
• 設計用於與自動化取放組裝設備相容。
• 適用於表面黏著技術（SMT）中常用的紅外線（IR）迴焊製程。
• 預處理至 JEDEC 濕度敏感等級 3，表示在密封袋開啟後，於 <30°C/60% RH 環境下的車間壽命為 168 小時。

1.2 應用領域

此 LED 適用於各種需要可靠視覺指示器的電子系統。主要應用領域包括電信基礎設施、辦公室自動化設備（印表機、掃描器）、家用電器及工業控制面板。其具體用途涵蓋狀態指示（電源開啟、待機、運作中）、符號照明，以及前面板顯示器或標誌的背光。

2. 技術參數深度客觀解讀

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。不保證在或接近此極限下操作。所有額定值均在環境溫度（Ta）為 25°C 下指定。

• 功率消耗（Pd）：75 mW。這是 LED 封裝在不超過其熱限值下，能以熱形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：80 mA。這是最大瞬時順向電流，僅允許在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）使用，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。
• 操作與儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。元件可在此完整溫度範圍內運作與儲存。

2.2 電氣與光學特性

這些是在標準測試條件下（Ta=25°C，I_F=20mA，除非另有說明）測量的典型性能參數。

• 發光強度（I_V）：140 - 450 mcd（毫燭光）。在特定視角內測量的可見光輸出量。實際數值經過分級（見第 3 節）。
• 視角（2θ_1/2）：120 度（典型值）。這是發光強度降至其峰值（軸向）值一半時的全角。120° 角表示寬廣、擴散的發光模式，適合廣泛的可視性。
• 峰值發射波長（λ_P）：592 nm（典型值）。光譜功率輸出達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：586 - 596 nm。這是人眼感知的單一波長，定義了顏色（黃色）。它源自 CIE 色度座標，同樣經過分級。
• 光譜線半寬度（Δλ）：15 nm（典型值）。發射光在其最大功率一半處的光譜寬度。15nm 的數值是 AlInGaP LED 的特徵，表示顏色相對純淨。
• 順向電壓（V_F）：1.7 - 2.5 V。在 20mA 驅動下，LED 兩端的電壓降。此範圍考量了正常的半導體製造變異。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時為 10 μA（最大值）。LED 並非設計用於逆向偏壓操作；此參數僅用於漏電流測試。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會根據關鍵參數進行分類（分級）。這讓設計師能選擇符合特定應用需求的元件。

3.1 發光強度（I_V）分級

LED 根據其在 20mA 下測量的發光強度分類至不同等級。每個等級內的公差為 +/-11%。

• R2：140.0 - 180.0 mcd
• S1：180.0 - 224.0 mcd
• S2：224.0 - 280.0 mcd
• T1：280.0 - 355.0 mcd
• T2：355.0 - 450.0 mcd

3.2 主波長（WD）分級

LED 也根據其主波長進行分級以控制色調。每個等級的公差為 +/- 1 nm。

• H：586.0 - 588.5 nm
• J：588.5 - 591.0 nm
• K：591.0 - 593.5 nm
• L：593.5 - 596.0 nm

完整的料號通常包含這些分級代碼，以指定亮度與顏色。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中參考了特定的圖形數據，但以下解讀是基於標準 LED 行為及提供的參數。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

順向電壓（V_F）具有正溫度係數，並隨電流對數增加。在 20mA 下指定的 V_F範圍 1.7V 至 2.5V 是黃光 AlInGaP LED 的典型值。以恆定電流而非恆定電壓驅動 LED，對於穩定的光輸出至關重要。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在建議的操作範圍內，光輸出（I_V）大致與順向電流（I_F）成正比。然而，在極高電流下，效率可能因熱量增加而下降。絕對最大直流電流為 30mA。

4.3 溫度特性

AlInGaP LED 的發光強度通常隨著接面溫度升高而降低。為了在 -40°C 至 +100°C 的操作範圍內獲得可靠性能，應考慮 PCB 上的熱管理（足夠的銅面積用於散熱），特別是在接近最大電流或高環境溫度下運作時。

4.4 光譜分佈

光譜輸出以 592nm（黃色）的峰值波長為中心，典型半寬度為 15nm。主波長分級確保感知顏色保持在嚴格的公差範圍內。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸

此 LED 採用標準 SMD 封裝。關鍵尺寸註記包括：所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，一般公差為 ±0.2 mm。透鏡顏色為透明，光源顏色為黃色（AlInGaP）。

5.2 極性識別與焊墊設計

元件具有陽極和陰極端子。提供了建議用於紅外線或氣相迴焊的 PCB 焊接墊佈局，以確保正確的焊點形成與機械穩定性。組裝時正確的極性方向對元件運作至關重要。

5.3 載帶與捲盤包裝

LED 以 8mm 寬的凸版載帶供應，並以覆蓋帶密封。載帶捲繞於 7 英吋（178mm）直徑的捲盤上。標準捲盤數量為 5000 顆。包裝遵循 ANSI/EIA-481 規範。零散訂購最低數量為 500 顆。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議的紅外線迴焊溫度曲線

對於無鉛焊接製程，溫度曲線應符合 J-STD-020B。關鍵參數包括預熱區（150-200°C，最長 120 秒）、峰值溫度不超過 260°C，以及適合焊膏的液相線以上時間（TAL）。峰值溫度的總時間應限制在最多 10 秒，且迴焊最多執行兩次。

6.2 手工焊接

若需手工焊接，請使用溫度不超過 300°C 的烙鐵。接觸時間應限制在最多 3 秒，且僅應執行一次，以防止對塑膠封裝與半導體晶粒造成熱損傷。

6.3 儲存條件

密封袋：儲存於 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度（RH）。在帶有乾燥劑的密封防潮袋中，保存期限為一年。
開袋後：元件的濕度敏感等級（MSL）為 3。在暴露於 ≤30°C/60% RH 環境後的 168 小時（7 天）內，必須進行紅外線迴焊。若開袋後需更長時間儲存，請存放於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣吹掃的乾燥器中。暴露超過 168 小時的元件，在焊接前需以約 60°C 烘烤至少 48 小時，以去除吸收的濕氣並防止迴焊過程中發生 \"爆米花效應\"。

6.4 清潔

若需在焊接後進行清潔，僅使用指定的溶劑。將 LED 在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。請勿使用超音波清潔或未指定的化學液體，因其可能損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

LED 是電流驅動裝置。為確保亮度一致，特別是在並聯驅動多個 LED 時，務必為每個 LED 或每個並聯串聯使用一個限流電阻。電阻值（R）可使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F，其中 V_F是 LED 在所需電流 I_F（例如 20mA）下的順向電壓。在計算中使用規格書中的最大 V_F值（2.5V），將能保證即使存在元件間的變異，電流也不會超過目標值。

7.2 設計考量

• 熱管理：確保 PCB 佈局提供足夠的散熱設計，特別是在高電流或高環境溫度下運作時，以維持 LED 效率與使用壽命。
• 靜電防護：雖然未明確標示為敏感元件，但建議對所有半導體裝置採取標準的 ESD 防護措施進行操作。
• 光學設計：寬廣的 120° 視角使此 LED 適合需要廣泛可視性的應用。如需聚焦光束，則需要二次光學元件（透鏡）。

7.3 預期用途與限制

此 LED 設計用於普通電子設備。不適用於故障可能直接危及生命或健康的應用，例如航空、交通控制、醫療生命維持系統或關鍵安全裝置。對於此類應用，請諮詢製造商以獲取具有適當可靠性認證的元件。

8. 技術比較與差異化

此款黃光 AlInGaP LED 提供了性能特性的平衡。相較於舊技術的黃光 LED（例如基於 GaAsP），AlInGaP 提供更高的發光效率，在相同驅動電流下產生更亮的輸出，以及更好的色純度（更窄的光譜寬度）。寬廣的 120° 視角是與具有更窄光束的 \"水清\" 透鏡 LED 的關鍵區別，使此元件非常適合指示燈需要從廣泛角度觀看而無需額外擴散器的應用。MSL 3 等級以及與標準無鉛迴焊溫度曲線的相容性，使其成為現代化、大批量 SMT 組裝線的穩健選擇。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

9.1 使用 5V 電源時，我應該使用多大的電阻？

使用最大 V_F值 2.5V 與目標 I_F值 20mA：R = (5V - 2.5V) / 0.02A = 125 歐姆。最接近的標準值 120 歐姆或 130 歐姆皆適用。電阻的額定功率應至少為 P = I²R = (0.02)²* 120 = 0.048W，因此標準的 1/8W（0.125W）或 1/10W 電阻已足夠。

9.2 我可以連續以 30mA 驅動此 LED 嗎？

可以，30mA 是建議的最大直流順向電流。然而，在絕對最大額定值下運作可能會降低長期可靠性並增加接面溫度，從而降低光輸出。為獲得最佳使用壽命與穩定性，若發光強度符合應用需求，建議以 20mA 或更低的電流驅動。

9.3 訂購時 \"分級代碼\" 是什麼意思？

分級代碼指定了發光強度（例如 T1：280-355 mcd）和主波長（例如 K：591.0-593.5 nm）的保證最小與最大值。指定分級代碼可確保您收到的 LED 在每次訂購間具有一致的亮度與顏色，這對於多指示燈面板或視覺一致性很重要的產品至關重要。

9.4 開袋後，我可以將這些 LED 放在工作台上多久？

為了可靠的焊接，在打開防潮密封袋後，您有 168 小時（7 天）的時間，條件為工廠車間環境（≤30°C/60% RH）。若超過此時間，在嘗試迴焊前必須將 LED 以 60°C 烘烤 48 小時，以防止因濕氣快速蒸發而導致內部封裝損壞。

10. 實際使用案例

情境：為網路路由器設計狀態指示燈面板。面板需要 10 個黃光 LED 來顯示連線活動與系統狀態。為確保外觀一致，設計師選擇來自相同發光強度等級（例如 S2：224-280 mcd）與波長等級（例如 J：588.5-591.0 nm）的 LED。每個 LED 透過一個 120 歐姆的限流電阻，由微控制器的 GPIO 腳位驅動至 3.3V 電源軌，產生的順向電流約為 ((3.3V - 典型值 2.1V)/120Ω) ≈ 10mA，這在節省電力的同時提供了足夠的亮度。寬廣的 120° 視角確保指示燈在設備前方的任何位置都可見。PCB 佈局包含了建議的焊墊佔位面積，並設計為使用峰值溫度 250°C 的標準無鉛迴焊溫度曲線進行組裝。

11. 原理簡介

此 LED 基於磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體技術。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子與電洞被注入活性區域並在此復合。復合過程中釋放的能量以光子（光）的形式發射。AlInGaP 合金的特定成分決定了能隙能量，進而定義了發射光的波長（顏色）——在此例中為黃色（約 592 nm）。透明的環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶粒，提供機械保護，並塑造光輸出模式以達到指定的 120° 視角。

12. 發展趨勢

SMD 指示燈 LED 的總體趨勢持續朝向更高的發光效率（每單位電能輸入產生更多光輸出）發展，從而在相同亮度下實現更低的功耗。封裝尺寸也進一步微型化，允許更密集的指示燈陣列。為了滿足消費性電子產品對視覺一致性至關重要的需求，對顏色與強度更嚴格的分級公差日益受到重視。此外，與日益嚴格的環境法規（超越 RoHS，例如 REACH）的相容性，以及承受更高溫無鉛焊接溫度曲線的能力，仍然是關鍵的發展驅動力。此技術已成熟，漸進式的改進集中在製造良率、成本降低以及在惡劣條件下的可靠性。