SMD 中功率藍光 LED 67-21S 規格書 - PLCC-2 封裝 - 150mA - 典型值 3.2V - 540mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

67-21S 是一款表面黏著元件（SMD）中功率 LED，專為一般照明應用而設計。它採用 PLCC-2（塑膠引腳晶片載體）封裝，提供緊湊的外形尺寸，適合自動化組裝製程。其主要發光顏色為藍色，透過 InGaN 晶片技術實現，並封裝於水清樹脂中以最大化光輸出。此 LED 的特點在於其高光效與寬廣的 120 度視角，使其能靈活應用於各種照明需求。它符合 RoHS 指令，並以無鉛（Pb-free）元件製造。

1.1 核心優勢與目標市場

此 LED 的主要優勢包括其性能與功耗的平衡，通常被稱為中功率。它提供比典型低功率指示燈 LED 更高的光輸出，同時相較於某些高功率產品，保持了更好的熱管理和效率。其寬廣的視角確保了均勻的光線分佈，這對於區域照明至關重要。主要目標市場是裝飾與娛樂照明（色彩和漫射光很重要）以及農業照明（特定光譜會影響植物生長）。它也適用於消費性和商業產品中的通用照明。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作極限是在特定條件下（焊接點溫度 25°C）定義的。最大連續順向電流（I_F）為 150 mA。它能承受 300 mA 的峰值順向電流（I_FP），但僅限於佔空比 1/10、脈衝寬度 10 ms 的脈衝條件下。最大功耗（P_d）為 540 mW。操作溫度範圍（T_opr）為 -40°C 至 +85°C，儲存溫度範圍（T_stg）為 -40°C 至 +100°C。從接面到焊接點的熱阻（R_{th J-S}）為 50 °C/W，這是熱管理設計的關鍵參數。最大允許接面溫度（T_j）為 125°C。此元件對靜電放電（ESD）敏感，需要適當的處理程序。

2.2 光電特性

在標準測試條件下（T_soldering= 25°C, I_F= 150 mA），指定了 LED 的典型性能。光通量（Φ）範圍從最小值 9.0 lm 到最大值 15.0 lm，典型容差為 ±11%。順向電壓（V_F）通常落在 2.9 V 至 3.6 V 之間，製造容差更嚴格，為 ±0.1V。視角（2θ_1/2），定義為發光強度降至峰值一半時的角度，通常為 120 度。當施加 5V 逆向電壓（V_R）時，逆向電流（I_R）規定最大為 50 μA。

3. 分級系統說明

為確保生產的一致性，LED 會根據關鍵性能參數進行分級。

3.1 光度（光通量）分級

光通量輸出被分類為多個分級代碼（B8, B9, L1-L5）。每個代碼代表在 150 mA 下測量的特定通量範圍。例如，B8 級涵蓋 9.0 至 9.5 lm，而 L5 級涵蓋 14.0 至 15.0 lm。這讓設計師能為其應用選擇具有所需亮度等級的 LED。

3.2 順向電壓分級

順向電壓被分級為代碼 36 至 42。每個代碼代表 0.1V 的範圍，從 36 級的 2.9-3.0V 到 42 級的 3.5-3.6V。當多個 LED 並聯連接時，選擇相同或相鄰電壓級的 LED 對於確保均勻的電流分配非常重要。

3.3 主波長分級

顏色（主波長）被分為兩個範圍：B54（465-470 nm）和 B55（470-475 nm）。這為需要特定藍色調的應用提供了一定程度的顏色一致性。主波長/峰值波長的測量容差為 ±1 nm。

4. 性能曲線分析

4.1 光譜分佈

提供的頻譜圖顯示了藍光 InGaN LED 的典型發射曲線。峰值集中在藍色波長區域（約 465-475 nm），具有相對較窄的頻譜寬度，這是此半導體材料的特徵。

4.2 順向電壓 vs. 接面溫度

圖 1 說明了順向電壓如何隨著接面溫度升高而變化。電壓通常隨著溫度升高而線性下降（負溫度係數），這是半導體二極體的常見特性。在恆壓驅動電路中必須考慮這一點。

4.3 相對輻射功率 vs. 順向電流

圖 2 顯示了光輸出功率與順向電流之間的關係。輸出隨電流呈次線性增加，在極高電流下，由於熱量產生增加和其他非理想效應，效率可能會下降。

4.4 相對光通量 vs. 接面溫度

圖 3 展示了熱淬滅效應。隨著接面溫度升高，光通量輸出會下降。適當的散熱對於維持光輸出和壽命至關重要。

4.5 順向電流 vs. 順向電壓（IV 曲線）

圖 4 呈現了 25°C 下的經典二極體 IV 特性曲線。它顯示了超過導通電壓後，電流與電壓之間的指數關係。

4.6 最大驅動電流 vs. 焊接溫度

圖 5 提供了一條降額曲線。它指示了為使接面溫度低於其 125°C 極限，基於焊接點溫度（與 PCB 溫度相關）的最大允許順向電流。在較高的環境或電路板溫度下，必須降低電流。

4.7 輻射圖樣

圖 6 是一個極座標圖，顯示了光強度的空間分佈。該圖樣證實了寬廣、類似朗伯分佈的發射輪廓，具有 120° 視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書包含 PLCC-2 封裝的詳細尺寸圖。關鍵尺寸包括總長度、寬度和高度，以及焊盤間距和尺寸。陰極通常由封裝上的標記或切角來識別。所有未指定的公差為 ±0.15 mm。

6. 焊接與組裝指南

此 LED 適用於迴流焊接。建議的最高溫度曲線為峰值溫度 260°C，持續時間 10 秒。對於手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過 350°C，每個焊盤的接觸時間應限制在 3 秒內。這些限制對於防止損壞塑膠封裝和內部打線至關重要。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

元件以防潮載帶和捲盤形式供應，用於自動取放組裝。提供了捲盤尺寸和載帶凹穴尺寸。標準每捲裝載數量為 4000 顆。

7.2 濕度敏感度與包裝

LED 包裝在帶有乾燥劑的鋁箔防潮袋中，以保護其在儲存和運輸過程中免受環境濕度影響，因為吸濕可能在迴流焊接過程中導致爆米花效應。

7.3 標籤說明

捲盤標籤包含產品編號（P/N）、數量（QTY）以及光強度（CAT）、主波長（HUE）和順向電壓（REF）的特定分級代碼等資訊。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

裝飾與娛樂照明：藍色和寬廣角度使其適用於重點照明、標誌和舞台效果。
農業照明：藍光是園藝照明光譜中的關鍵組成部分，影響植物形態和光合作用。
通用照明：可用於陣列中，用於面板燈、筒燈和其他需要漫射藍光或白光（與螢光粉結合時）光源的燈具。

8.2 設計考量

熱管理：由於 R_{th J-S}為 50 °C/W，必須透過 PCB（使用散熱孔、鋪銅）進行有效的散熱，以確保在全電流下可靠運作。
電流驅動：強烈建議使用恆流驅動器而非恆壓源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。
光學：如果希望獲得更聚焦的光束，寬廣的視角可能需要二次光學元件（透鏡、反射器）。
ESD 保護：在 PCB 輸入端實施 ESD 保護，並確保組裝過程中的適當處理。

9. 可靠性與測試

規格書列出了一系列全面的可靠性測試，以 90% 信心水準和 10% LTPD（批次容許不良率）執行。測試包括迴流焊接耐受性、熱衝擊、溫度循環、高溫/高濕儲存與操作、低溫儲存與操作，以及在不同條件下（25°C、55°C、85°C 搭配不同電流）的多項高溫操作壽命測試。這些測試驗證了 LED 在典型環境和操作應力下的穩健性。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以連續以 300 mA 驅動此 LED 嗎？
答：不行。300 mA 額定值僅適用於脈衝操作（佔空比 1/10，脈衝寬度 10 ms）。最大連續電流為 150 mA。超過此值可能會導致 LED 過熱並損壞。

問：為什麼順向電壓分級很重要？
答：當多個 LED 並聯連接時，順向電壓的差異會導致電流分配不均。V_F較低的 LED 會汲取更多電流，可能導致過早失效。使用相同電壓級的 LED 可以將此風險降至最低。

問：如何解讀熱阻值（50 °C/W）？
答：這意味著 LED 接面每消耗一瓦功率，接面溫度將比焊接點溫度高出 50°C。例如，在 150 mA 和 V_F為 3.2V 時，功率約為 0.48W。這將導致從 PCB 焊盤到接面的溫升為 24°C。

問：防潮袋的目的是什麼？
答：SMD 封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴流焊接過程中，這些被截留的濕氣會迅速蒸發，產生內部壓力，導致封裝破裂（爆米花效應）。防潮袋和乾燥劑可防止使用前吸濕。

11. 實務設計案例

情境：使用 20 顆 67-21S LED 設計一條線性燈條。
設計步驟：
1. 電氣設計：決定串並聯配置。例如，並聯 10 串，每串包含 2 顆 LED 串聯。這需要約 6.4V 的驅動電壓（2 * 3.2V）和 1.5A 的總電流（10 串 * 150mA）。需要一個設定為 1.5A 且輸出能力 >7V 的恆流驅動器。
2. 熱設計：計算總功耗：20 顆 LED * 0.48W ≈ 9.6W。PCB 必須充當散熱片。使用 2 盎司銅層，每個 LED 焊盤下方使用散熱孔連接到大型內部接地層，並考慮使用鋁基板（MCPCB）以獲得更好的熱擴散。
3. 光學設計：對於線性燈條，原始的 120° 光束可能已足夠。如果使用擴散罩，請確保其具有高透光率以維持效率。
4. 元件選擇：指定來自相同光通量級（例如 L2）和順向電壓級（例如 38）的 LED，以確保亮度均勻和電流均分。

12. 技術原理介紹

67-21S LED 基於氮化銦鎵（InGaN）製成的半導體異質結構。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子和電洞被注入主動區。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。InGaN 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）——在此例中為藍色。PLCC-2 封裝將半導體晶片安裝在導線架上，用細線連接，並將其封裝在透明的環氧樹脂或矽膠樹脂中，以保護晶片並作為主要的光學元件。

13. 技術趨勢

像 67-21S 這樣的中功率 LED 市場持續演進。主要趨勢包括：
光效提升（lm/W）：晶片設計、磊晶生長和封裝取光效率的持續改進，使得相同電輸入下能獲得更高的光輸出。
顏色一致性改善：更嚴格的分級容差和先進的製造控制，減少了生產批次內和批次間的顏色差異。
可靠性增強：開發更穩固的封裝材料（例如高溫矽膠）和晶片貼裝技術，以承受更高的操作溫度和更惡劣的環境。
應用特定優化：LED 越來越多地針對特定市場進行客製化，例如針對植物光受體優化光譜的園藝照明，或考慮晝夜節律的人本照明。