SMD 中功率深紅光 LED 67-21S - PLCC-2 封裝 - 2.0x1.25x0.7mm - 2.0-2.9V - 60mA - 40-100mW - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款採用AlGaInP晶片技術發射深紅光的中功率表面黏著元件(SMD)LED規格。該元件封裝於緊湊的PLCC-2（塑料引線晶片載體）封裝內，專為自動化組裝製程設計。其主要優勢包括高發光效率、適合長時間運作的中等功耗，以及確保光線均勻分佈的極寬視角。這些特性使其成為超越簡單指示用途、適用於廣泛照明應用的多功能選擇。

1.1 主要特性與符合性

• Package: 標準 PLCC-2 封裝形式，適用於可靠的表面貼裝技術（SMT）放置。
• 發光顏色： 深紅色（峰值波長 650-680 nm）。
• 視角： 120度（典型值），提供寬廣的輻射模式。
• 環境合規性： The product is Pb-free (lead-free), compliant with the EU RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, adheres to EU REACH regulations, and meets halogen-free standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Binning： 遵循ANSI（美國國家標準協會）標準，確保顏色與光通量輸出的一致性，保障生產批次間的均勻性。

1.2 目標應用

此LED專為需要高效能紅光發射的照明應用而設計。典型使用情境包括：

• 裝飾與娛樂照明： 建築重點照明、舞台照明與情境照明，其中特定色點至關重要。
• 農業照明： 園藝與垂直農業中的補充照明，特別是在光形態建成過程中，紅光會影響植物生長與開花。
• 一般照明： 整合至需要紅色元件以實現可調白光或特定色溫效果的燈具中。

2. 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致器件永久損壞的極限。不保證在這些極限下或於此極限內操作。

重要注意事項： 此裝置對靜電放電（ESD）敏感。在組裝和處理過程中必須遵循正確的ESD處理程序，以防止潛在或災難性故障。

3. 電光特性

這些參數是在焊點溫度（T_soldering) 在25°C下，代表在指定條件下的典型性能。

備註：
1. 輻射功率容差為 ±11%。
2. 順向電壓容差為 ±0.1V。

4. Binning System 說明

為確保生產中的色彩與效能一致性，LED會進行分級。此裝置採用三項獨立的分級標準。

4.1 輻射功率分級

LED的分類是根據其在60mA電流下的光輸出功率而定。Bin代碼是產品訂購編號的一部分。

4.2 順向電壓分級

LED也會根據其順向壓降進行分類，這對於設計恆流驅動器和管理熱負載至關重要。

4.3 Peak Wavelength Binning

這定義了所發射深紅光的光譜顏色，對於需要特定波長的應用（例如，植物光受體反應）至關重要。

注意： 主導/峰值波長量測公差為±1nm。

5. 性能曲線分析

以下圖表源自典型數據，說明了關鍵參數如何隨操作條件變化。這些對於穩健的系統設計至關重要。

5.1 光譜分佈

所提供的光譜曲線在深紅光區域（典型元件約為660-670nm）顯示出一個窄而明確的峰值，這是AlGaInP技術的特徵。在其他光譜波段僅有極微弱的發射，從而產生飽和的紅色。

5.2 順向電壓 vs. 接面溫度 (圖1)

半導體LED的順向電壓（V_F）具有負溫度係數。當接面溫度（T_j）從25°C上升至115°C時，V_F 會線性下降約0.25V。此特性對於驅動電路的溫度補償至關重要，並可用於間接監測接面溫度。

5.3 相對輻射功率 vs. 順向電流 (圖2)

光輸出功率隨順向電流呈次線性增長。雖然以更高電流驅動可產生更多光，但也會顯著產生更多熱量，從而降低光效（每瓦流明）並可能縮短使用壽命。此曲線有助於設計師在輸出、效率與可靠性之間取得平衡。

5.4 相對光通量 vs. 接面溫度 (圖3)

與大多數LED相同，此元件的光輸出會隨著接面溫度上升而降低。圖表顯示，當溫度T達到115°C時，相對光通量會降至約室溫值的80%。_j 有效的熱管理（低熱阻R_th因此，對於維持穩定的光輸出至關重要。

5.5 正向電流 vs. 正向電壓 (IV 曲線) (圖4)

這是基本的 IV 特性。它顯示了在低電流下的指數關係，過渡到在額定工作電流 (~60mA) 下更具電阻性的行為。工作區域的斜率與 LED 的動態電阻有關。

5.6 最大驅動電流 vs. 焊接溫度 (圖5)

此降額曲線對可靠性至關重要。它根據焊點溫度（受PCB溫度影響），指出了為使接面溫度低於其115°C限值所允許的最大順向電流。例如，若焊點溫度達到70°C，最大安全連續電流需降額至約45mA。

5.7 輻射場型 (圖6)

極座標圖證實了其寬廣、類似朗伯分佈的發射場型，典型半角為120°。在寬廣的中心區域內，光強幾乎是均勻的，這使其適合需要廣域照明而非聚焦光束的應用。

6. 機械與封裝資訊

6.1 封裝尺寸

該LED採用標準PLCC-2封裝。關鍵尺寸（單位：mm）如下：
- 總長度：2.0 mm
- 總寬度：1.25 mm
- 整體高度：0.7 mm
- 引腳間距：1.05 mm（焊盤之間的距離）
- 焊盤尺寸：約 0.6mm x 0.55mm
所有未註明的公差均為 ±0.1mm。陰極通常由封裝上的凹口或綠色標記表示。

6.2 極性識別

正確的極性至關重要。封裝上設有視覺指示標記（例如切角或彩色圓點）以標示陰極 (-) 端子。PCB 銲墊設計必須與此方向保持一致。

7. 焊接與組裝指南

7.1 迴流焊接參數

本元件適用於標準紅外線或對流迴流焊接。建議的溫度曲線為：在元件封裝體上量測的峰值溫度為260°C (+0/-5°C)，且溫度高於240°C的時間不超過10秒。建議僅進行單次迴流焊接循環。

7.2 手工焊接

若需進行手工焊接，應使用溫度可控的烙鐵，其烙鐵頭最高溫度設定為350°C。每個引腳的接觸時間應限制在3秒或更短，以防止對塑料封裝及內部晶片接合造成熱損傷。

7.3 儲存條件

As a moisture-sensitive device (MSD), the LEDs are packed in a moisture-resistant bag with desiccant. Once the sealed bag is opened, the components must be used within a specified time frame (typically 168 hours at <30°C/60%RH) or baked before reflow to prevent \"popcorning\" damage during soldering.

8. 包裝與訂購資訊

8.1 捲帶與載帶規格

元件以壓紋載帶形式供應，適用於自動貼片機。提供標準捲盤尺寸（例如：13英吋捲盤）。每捲可用數量包括500、1000、1500、2000、2500、3000、3500及4000件。

8.2 標籤說明

捲盤標籤包含用於追溯與驗證的關鍵資訊：
- P/N： 完整產品編號，內含 Flux、Wavelength 及 Voltage 的特定 Bin 碼編碼。
- QTY： 捲盤上的零件數量。
- 批號： 用於質量控制的製造批號。

8.3 防潮包裝

運輸單元包含捲盤，其置於鋁箔層壓防潮袋內，袋中同時放置乾燥劑與濕度指示卡，隨後將袋口密封。

9. 可靠性測試

該產品以90%信心水準和10% LTPD（批次容許不良率）進行一系列全面的可靠性測試。主要測試項目包括：
- 迴焊耐熱性： 260°C for 10 seconds.
- 熱衝擊： 在-10°C至+100°C之間進行200次循環。
- 溫度循環： -40°C至+100°C之間進行200次循環。
- High Temperature/Humidity Storage & Operation: 在85°C/85%RH條件下進行1000小時。
- 高/低溫儲存： 在85°C和-40°C下進行1000小時。
- 高/低溫操作壽命： 在指定驅動電流下，於不同溫度（25°C、55°C、85°C、-40°C）進行1000小時。
這些測試驗證了LED在嚴苛環境與操作壓力下的長期穩定性與穩健性。

10. 應用設計考量

10.1 熱管理

由於熱阻（R_{th J-S}）為50°C/W，散熱管理至關重要。在60mA（V_F~2.5V，P_d~150mW）的連續工作條件下，接面溫度將比焊點高7.5°C。請使用具有足夠散熱孔及焊墊下銅箔面積的PCB，以將熱量散逸至周圍環境。請參考降額曲線（圖5），根據預期的PCB溫度調整最大電流。

10.2 電氣驅動

始終使用恆流源而非恆壓源驅動LED。這可確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動器設計應能適應正向電壓分檔範圍（2.0V至2.9V）。考慮採用脈衝寬度調變（PWM）進行調光，以避免類比（電流降低）調光相關的色偏。

10.3 光學整合

若需要更集中的光束，120°的寬廣視角可能需要輔助光學元件（透鏡、擴散片）。水清樹脂透鏡能將光吸收降至最低。對於多LED陣列，請確保足夠的間距，以避免相鄰元件間的熱耦合。

11. 技術比較與差異化

這款中功率LED佔據了一個特定的利基市場。相較於低功率指示燈LED，它提供顯著更高的輻射通量，並專為持續照明而設計。與高功率LED相比，它工作電流較低，封裝更簡單且無需金屬基板，這使得它在需要多個分佈式點光源的應用中更具成本效益。其關鍵差異化優勢在於結合了AlGaInP深紅光效率、標準化的PLCC-2封裝以利於製造，以及全面的ANSI分檔以確保顏色一致性。

12. 常見問題 (FAQ)

Q: 我可以持續以120mA驅動這顆LED嗎？
A: 不行。連續順向電流的絕對最大額定值為60mA。120mA的額定值僅適用於脈衝操作（10%工作週期，10ms脈衝寬度）。超過連續電流額定值將導致接面過熱，造成光通量快速衰減及提早失效。

Q: 輻射功率（mW）與光通量（lm）有何不同？
A: 輻射功率以瓦特為單位，量測的是發射出的總光功率。光通量則是根據人眼敏感度（明視覺曲線）調整後所感知的光功率。對於深紅光LED，由於人眼對紅光的敏感度較低，其光通量值會相對較低，但輻射功率（對植物生長或感測應用很重要）卻很高。

Q: 如何解讀產品代碼 67-21S/NDR2C-P5080B2C12029Z6/2T？
A: 此代碼包含了封裝類型 (67-21S)、顏色 (NDR = 深紅)，以及各項參數的特定分檔代碼（例如 B2 代表光通量，C1 代表光通量，29 代表電壓，Z6 代表波長）。確切的解碼應以製造商的分檔代碼表為準。

Q: 是否需要散熱片？
A> For a single LED on a standard FR4 PCB with moderate copper, a dedicated heatsink may not be necessary at 60mA. However, for arrays of LEDs or operation in high ambient temperatures, thermal analysis is required. The derating curve (Fig.5) provides guidance. Improving the PCB thermal design is often more effective than adding a separate heatsink to such a small package.

13. 實務設計案例研究

情境： 為室內生菜栽培設計一款補光燈條。燈條長度為1米，需要均勻覆蓋深紅光（660nm）以促進光合作用。

設計步驟：
1. 目標照度： 確定植物冠層所需的光合光子通量密度 (PPFD)。
2. LED 選擇： 這款LED，位於DA3分檔（660-670奈米），因其光譜與葉綠素吸收峰相匹配而成為理想選擇。
3. 陣列設計： 根據每顆LED的輻射輸出（例如，B4分檔的70mW）及光學系統效率計算所需LED數量。將其沿燈條均勻排列。
4. 熱設計： Mount the LEDs on an aluminum PCB (MCPCB) to manage the collective heat from the array, keeping the solder point temperature low to maximize light output and longevity (per Fig.3 & 5).
5. 驅動器設計： 使用能夠提供總電流（LED數量 * 60mA）的恆流驅動器，其電壓順應範圍需涵蓋串聯電路中最大V_F 的總和。包含PWM調光功能以進行每日光積量控制。

14. Operating Principle

此LED基於磷化鋁鎵銦（AlGaInP）半導體材料。當施加超過二極體導通電壓（約2.0V）的正向電壓時，電子和電洞分別從n型和p型層注入主動區域。它們以輻射形式復合，以光子形式釋放能量。AlGaInP合金的特定能隙能量決定了發射光子的波長，位於深紅色光譜範圍（650-680 nm）。環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護，並塑造光輸出光束。

15. 技術趨勢

此類中功率LED的趨勢是朝向不斷提升的光效（每瓦電能輸入產生更多光輸出）以及在更高工作溫度下改善的可靠性。磊晶生長與晶片設計的進步持續降低效率衰減（在高電流下光效下降的現象）。封裝技術的創新則聚焦於改善熱傳導路徑以降低熱阻_th 並採用更堅固、耐高溫的樹脂材料。此外，更嚴格的分檔容差正成為標準，以滿足園藝照明與高端建築照明等對色彩要求嚴苛的應用需求，這些應用中成千上萬顆LED的一致性至關重要。