SMD PLCC-2 紅色 LED G67-21S/R3C 資料手冊 - 3.0x2.8x1.9mm - 1.8-2.9V - 150mA - 435mW - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款採用PLCC-2（塑膠引線晶片載體）封裝的表面黏著元件（SMD）中功率LED之技術規格。此元件採用AlGaInP半導體晶片以發射紅光，並以水透明樹脂封裝。其特點為外形緊湊、效能符合其功率等級且視角寬廣，使其成為適用於各種照明應用的多功能元件。本產品符合嚴格的環境標準，為無鉛（Pb-free）設計，遵循歐盟REACH法規，並歸類為無鹵素產品，其溴與氯含量均低於規定限值。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

該裝置的操作極限定義於基準焊接溫度25°C下。最大連續順向電流（I_F）額定值為150 mA，峰值順向電流（I_FP) 在脈衝條件下（工作週期 1/10，脈衝寬度 10ms）允許的 300 mA。最大功率耗散 (P_d) 為 435 mW。接點至焊接點的熱阻 (R_{th J-S}) 為 50 °C/W，這對於熱管理設計至關重要。最大允許接面溫度 (T_j) 為 115°C。其工作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C，儲存溫度範圍為 -40°C 至 +100°C。該元件具有 2000V（人體放電模型）的靜電放電 (ESD) 耐受能力，但仍必須採取適當的 ESD 防護措施進行操作。焊接參數分別針對迴流焊（260°C，10 秒）和手工焊接（350°C，3 秒）製程進行了規定。

2.2 電氣-光學特性

在T點測量_焊接 = 25°C 且 I_F = 150 mA，關鍵性能參數定義如下。光通量 (Φ_v) 的典型範圍為15.0至24.0流明，標示公差為±11%。其順向電壓（V_F）範圍為1.8V至2.9V，製造公差更嚴格，為±0.1V。該元件提供寬廣視角（2θ_1/2）達120度。最大逆向電流（I_R) 為 50 µA，當施加反向電壓 (V_R) 為 5V 時。

3. Binning System 說明

產品經過分級以確保關鍵參數的一致性，從而實現精確的設計與色彩匹配。

3.1 輻射功率（光通量）分檔

光通量輸出以代碼（如 L6、L7、L8、L9、M3、M4）標示的檔位進行分類。每個檔位定義了在 I_F=150mA 條件下的最小與最大光通量值，例如 L6 檔位涵蓋 15-16 流明，而 M4 檔位涵蓋 21-24 流明。每個檔位內適用 ±11% 的容差。

3.2 順向電壓分檔

順向電壓使用從25到35的兩位數代碼進行分級。每個代碼代表0.1V的級距，例如，分級25涵蓋1.8-1.9V，分級26涵蓋1.9-2.0V，依此類推，直至分級35涵蓋2.8-2.9V。每個分級的製造公差為±0.1V。

3.3 主波長分級

色座標透過主導波長分檔進行控制。可用的分檔為 O54 (615-620 nm)、R51 (620-625 nm) 和 R52 (625-630 nm)，用以定義所發出紅光的特定色調。主導/峰值波長的量測容差為 ±1 nm。

4. 性能曲線分析

該數據手冊提供了數個特性曲線，用以說明裝置在不同條件下的行為表現。

4.1 頻譜分佈

圖表顯示了相對發光強度與波長的關係，此為紅色AlGaInP LED的典型特性，其峰值位於620-660 nm範圍內，並具有明確的光譜寬度。

4.2 順向電壓 vs. 接面溫度

圖1繪製了順向電壓隨接面溫度變化的偏移曲線。該曲線通常呈現負係數，意味著V_F 隨T_j 增加，這是恆流驅動器設計的一個關鍵因素。

4.3 相對輻射功率 vs. 順向電流

圖2展示了光輸出（相對輻射功率）與順向電流之間的次線性關係。輸出隨電流增加而增加，但在較高電流下由於效率下降和熱效應，增加幅度會遞減。

4.4 相對光通量 vs. 接面溫度

圖3顯示了光輸出如何隨著接面溫度升高而下降。這種熱降額對於在散熱可能受限的實際應用中預測性能至關重要。

4.5 順向電流 vs. 順向電壓 & Thermal Derating

圖4描繪了標準的I-V曲線。圖5對於可靠性至關重要，它顯示了最大允許驅動順向電流與焊接溫度的函數關係，確保元件在組裝後的運行中不會承受過大壓力。

4.6 輻射場型

圖6展示了一幅極座標輻射圖，確認了120°視角（此處光強降至軸向值的50%）以及頂視PLCC封裝典型的對稱類朗伯發射模式。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸

PLCC-2 封裝的標稱尺寸為長度 3.0 mm、寬度 2.8 mm、高度 1.9 mm。詳細的尺寸圖標明了焊盤位置、整體公差（除非另有註明，否則為 ±0.1 mm）以及透鏡結構。頂視圖設計顯示光線垂直於安裝平面發射。

5.2 極性辨識

陰極通常可透過封裝上的視覺標記來識別，例如尺寸圖中所示的凹口、圓點或透鏡/本體的切角。在組裝過程中，正確的極性方向至關重要。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 迴流焊接參數

建議的迴流焊接溫度曲線峰值為260°C，持續時間10秒。此為標準無鉛（SnAgCu）製程要求。若需手動焊接，應使用接地烙鐵，溫度限制在350°C以內，每個引腳不超過3秒。

6.2 儲存條件

元件以防潮屏障袋包裝，內含乾燥劑。在未開封前，LED必須儲存於30°C以下且相對濕度90%以下的環境中。一旦開封，元件應在指定時間內使用，或依照MSL（濕度敏感等級）程序進行烘烤，以防止迴焊時產生爆米花現象。

6.3 使用注意事項

Over-current Protection: LED是電流驅動元件。必須使用外部限流電阻或恆流驅動器。由於二極體的指數型I-V特性，順向電壓的微小增加可能導致電流大幅且具破壞性的上升。
ESD注意事項： 本元件對靜電放電敏感。在處理與組裝過程中，請使用防靜電工作站、腕帶及包裝材料。

7. Packaging & Ordering Information

7.1 捲帶包裝規格

LED 以凸紋載帶包裝供應，適用於自動化取放組裝。載帶寬度、凹槽尺寸及鏈輪孔間距均有明確規範。每捲包含 4000 件元件。提供捲盤尺寸（直徑、寬度、軸心尺寸）以確保與自動化設備相容。

7.2 防潮包裝

完整包裝流程包含將捲盤元件連同乾燥劑與濕度指示卡放入鋁箔防潮袋中，隨後將袋口密封。

7.3 標籤說明

捲盤標籤包含多種代碼：P/N (產品編號)、QTY (包裝數量)、CAT (發光強度等級/分檔)、HUE (主波長等級/分檔)、REF (順向電壓等級/分檔) 以及 LOT No (可追溯批號)。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

其結合了中等功率、良好效率、廣角度及緊湊尺寸，使此LED適用於：
• 裝飾與娛樂照明： 建築重點照明、標誌、舞台燈光效果中需要紅色的場合。
• 農業照明： 園藝中的補充照明，可能對植物在紅光譜下的光形態建成產生影響。
• 一般照明： 指示燈、狀態燈、面板或開關的背光，以及其他需要可靠紅色指示的應用。

8.2 設計考量

• 熱管理： 在 R_{th J-S} 為 50 °C/W 的情況下，PCB 上的有效熱路徑設計（使用散熱孔、銅箔鋪設）對於維持低接面溫度至關重要，以確保長期可靠性與穩定的光輸出。
• 電流驅動： 請始終使用恆定電流源，或使用串聯電阻的電壓源，該電阻值需根據分檔表中的最大 V_F 以及目標工作電流計算得出。
• 光學設計： 120°視角與朗伯分佈模式，可在需要時簡化用於光束整形的二次光學設計。

9. Reliability & Quality Assurance

我們執行一系列完整的可靠性測試，其信心水準為90%，批容許不良率(LTPD)為10%。測試項目包括：
• 迴焊耐熱性
• 熱衝擊測試 (-10°C 至 +100°C)
• 溫度循環測試 (-40°C 至 +100°C)
• 高溫高濕儲存測試 (85°C/85% RH)
• 高/低溫操作與儲存壽命測試，於不同條件與電流下進行 (例如：90mA, 180mA)。
每項測試使用 22 個樣本，允收/拒收標準為 0/1，顯示其高可靠性標準。

10. Technical Comparison & Positioning

這款中功率PLCC-2 LED佔據了一個特定的利基市場。相較於低功率SMD LED（例如0603、0805），它能提供顯著更高的光通量，使其適用於照明而不僅是指示用途。與高功率LED相比，它需要較不複雜的熱管理和驅動電路，同時仍能為許多應用提供實用的光輸出。相較於類似尺寸的螢光粉轉換白光LED，AlGaInP技術在紅/橙/琥珀色光譜中能提供更高的效率。其120°的寬廣視角是與光束更窄、更集中的LED之間的關鍵區別。

11. 常見問題（基於技術參數）

Q: 我應該使用多大的驅動電流？
A: 絕對最大連續電流為 150 mA。為在效率、使用壽命和光輸出之間取得最佳平衡，通常在 60-120 mA 之間操作，但請務必根據您電路板的散熱性能參考降額曲線（圖 5）。
Q: 我該如何解讀訂單中的分檔代碼？
A: 標籤代碼 CAT、HUE 和 REF 直接對應第 3.1、3.2 和 3.3 節中的光通量、主波長和正向電壓分檔表。這讓您可以了解所收到 LED 的確切性能範圍。
Q: 我可以直接使用 3.3V 或 5V 邏輯電源驅動此 LED 嗎？
A: 不行。您必須使用一個串聯限流電阻。計算電阻值的公式為 R = (V_供應 - V_F) / I_F. 使用最大 V_F 從您的電壓區間中選擇，以確保電阻在任何時候都有足夠的電壓降。
Q: 接面溫度對性能有何影響？
A: 如圖3所示，光輸出隨著T_j 升高而降低。此外，更高的溫度會加速流明衰減，並可能縮短裝置壽命。保持低T_j 透過良好的散熱設計，對於維持長期穩定的性能表現至關重要。

12. 設計導入案例研究範例

情境： 設計一款低成本、電池供電的紅色安全警示燈。
需求： 全方位可見、低功耗、驅動電路簡單、結構緊湊。
設計選擇：
1. LED選擇： 選擇此PLCC-2紅色LED是因為其120°視角（良好的全向性）、中等功率（亮度與電池壽命平衡良好）以及SMD封裝（體積小、易於組裝）。
2. 驅動電路： 一個使用3V鈕扣電池、一個用於開關的MOSFET以及一個串聯電阻的簡單電路。電阻值是根據I_F = 100 mA，使用R = (3.0V - 2.5V_typ) / 0.1A = 5Ω. 選擇一個 5.1Ω, 1/4W 的電阻。
3. Thermal & PCB Design: 信標以短脈衝方式運作（10%工作週期），降低平均功耗與熱負載。PCB採用簡易雙層設計，LED焊盤連接至底層的小面積銅箔區域，以實現輕度散熱。
4. 結果： 一款功能可靠的信標，滿足尺寸、成本與性能目標，充分利用LED的指定特性。

13. 工作原理

這是一款基於AlGaInP（磷化鋁鎵銦）異質結構的半導體光子元件。當施加超過二極體導通電壓的正向電壓時，電子與電洞分別從n型與p型層注入主動區。這些載子在主動區的量子阱內發生輻射復合，以光子形式釋放能量。AlGaInP合金的特定成分決定了能隙能量，直接定義了發射光的波長（顏色）——在此例中為紅色光譜（615-630 nm）。透明環氧樹脂封裝體保護半導體晶片，提供機械穩定性，並塑造光輸出光束。

14. 技術趨勢

像這類PLCC-2型的中功率表面黏著發光二極體持續演進。整體產業趨勢包括：
• 效能提升： 內部量子效率、光提取效率以及封裝設計的持續改進，使得每瓦流明數（lm/W）不斷提升，在相同光輸出下降低了能源消耗。
• 提升的色彩一致性： 藉由先進的製程控制實現了更嚴格的波長與光通量分選容差，無需人工篩選即可在多LED陣列中達成更佳的色彩匹配。
• 增強的可靠性： 更穩固的封裝材料（模塑化合物、導線架）之開發，以及晶片層級可靠性的提升，使得LED在更高驅動電流與溫度下，能擁有更長的操作壽命（L70、L90指標）。
• 微型化與性能兼顧： 對更小、更密集LED陣列的追求，推動封裝尺寸縮小，同時維持或提升光輸出，但這也加劇了熱管理的挑戰。
• Smart & Integrated Solutions: 整體市場觀察到整合驅動器、控制器或感測器的LED產品有所成長，儘管這在高功率或特殊應用領域更為普遍。