SMD 中功率黃光 LED 67-21S 規格書 - PLCC-2 封裝 - 150mA - 2.8V - 590-600nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款採用 PLCC-2 封裝格式的表面黏著元件（SMD）中功率發光二極體（LED）的規格。此元件以 AlGaInP 晶片材料封裝於透明樹脂中，實現黃光發射。其設計旨在滿足一般照明應用，在效能、效率與緊湊尺寸之間取得平衡。

此 LED 的核心優勢包括高發光效率、適合中功率應用的適中功耗，以及 120 度的寬廣視角，確保光線分佈均勻。本產品符合現代環保與安全標準，為無鉛（Pb-free）產品，並符合有害物質限制（RoHS）指令、歐盟 REACH 法規及無鹵素要求（Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm）。其緊湊設計使其成為空間受限照明解決方案的理想元件。

1.1 目標應用

此 LED 的主要應用領域多元，充分利用其顏色與效能特性。關鍵市場包括裝飾與娛樂照明，其穩定的黃光輸出適合營造美學效果。它亦適用於農業照明應用，可能用於特定生長階段或輔助照明。最後，其均衡的效能使其適用於各種消費性與商業產品中的一般用途照明。

2. 技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作限制定義於焊接點溫度（T_焊接）為 25°C 的條件下。超過這些額定值可能導致永久性損壞。

• 順向電流（I_F）：150 mA（連續）。
• 峰值順向電流（I_FP）：300 mA，在佔空比為 1/10、脈衝寬度為 10ms 的脈衝條件下允許。
• 功率消耗（P_d）：420 mW。
• 靜電放電（ESD）人體模型（HBM）：2000 V。此元件對靜電敏感，必須採取適當的 ESD 處理預防措施。此額定值僅供參考。
• 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +100°C。
• 熱阻，接面至焊接點（R_{th J-S}）：50 °C/W。此參數對於熱管理設計至關重要。
• 最高接面溫度（T_j）：115 °C。
• 焊接溫度：此元件可承受 260°C 迴焊 10 秒或 350°C 手焊 3 秒。

2.2 光電特性

典型效能測量條件為 T_焊接= 25°C 且 I_F= 150 mA。

• 光通量（Φ）：範圍從最小值 11 lm 到最大值 27 lm，典型公差為 ±11%。
• 順向電壓（V_F）：在指定電流下，範圍從 1.8 V 到 2.8 V，典型公差為 ±0.1V。
• 視角（2θ_1/2）：120 度，典型值。
• 逆向電流（I_R）：當施加 5V 逆向電壓（V_R）時，最大值為 50 µA。

3. 分級系統說明

為確保生產一致性，LED 會根據關鍵效能參數進行分級。這讓設計師能選擇符合特定應用在亮度與電氣特性上要求的元件。

3.1 光通量分級

LED 根據其在 I_F=150mA 下測量的光輸出進行分類。分級代碼（例如 L2、L3、M3、N3）定義了最小與最大光通量範圍。例如，L2 級涵蓋 11-12 lm，而 N3 級涵蓋 24-27 lm。每個級別內的公差為 ±11%。

3.2 順向電壓分級

元件亦根據其在 I_F=150mA 下的順向電壓降進行分級。代碼從 25 到 34 的級別代表以 0.1V 為步進的電壓範圍，從 1.8-1.9V（級別 25）到 2.7-2.8V（級別 34）。公差為 ±0.1V。

3.3 主波長分級

此定義了黃光的感知顏色。指定了兩個級別：Y53（590-595 nm）和 Y54（595-600 nm）。主波長/峰值波長的測量公差為 ±1 nm。

4. 效能曲線分析

規格書提供了數張圖表，說明元件在不同條件下的行為。

4.1 光譜分佈

圖表顯示了從約 520 nm 到 680 nm 波長範圍內的相對發光強度。曲線在黃色區域（約 590-600 nm）達到峰值，確認了主波長級別，在可見光譜的其他部分發射極少。

4.2 熱與電氣特性

• 順向電壓 vs. 接面溫度（圖1）：顯示 V_F如何隨著接面溫度（T_j）升高而線性下降，這是 LED 的常見特性。這對於恆流驅動設計很重要。
• 相對輻射功率 vs. 順向電流（圖2）：說明光輸出與驅動電流之間的非線性關係。效率通常在極高電流下會降低。
• 相對光通量 vs. 接面溫度（圖3）：展示光輸出如何隨著 T_j升高而減少，凸顯了熱管理對於維持亮度的重要性。
• 順向電流 vs. 順向電壓（圖4）：二極體的標準 I-V 曲線，顯示了指數關係。
• 最大驅動順向電流 vs. 焊接溫度（圖5）：一條降額曲線，指出隨著環境/焊接點溫度升高，必須降低最大允許連續順向電流，以防止超過 T_j(max).
• 輻射圖（圖6）：一個極座標圖，描繪了光強度的空間分佈，確認了寬廣的 120 度視角，接近朗伯分佈模式。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED 封裝於標準的 PLCC-2（塑膠有引線晶片載體）表面黏著封裝中。尺寸圖標明了長度、寬度、高度、引腳間距及其他關鍵機械特徵。除非另有說明，尺寸公差為 ±0.15 mm。此封裝設計用於與自動取放及迴焊製程相容。

6. 焊接與組裝指南

6.1 焊接參數

此元件適用於標準焊接製程：峰值溫度 260°C 的迴焊，持續時間 10 秒；或 350°C 的手焊，持續 3 秒。必須遵循這些製程曲線，以防止封裝損壞或內部材料劣化。

6.2 儲存與處理注意事項

• ESD 敏感性：本產品對靜電放電敏感。在所有組裝與測試階段，必須遵循適當的 ESD 安全處理程序。
• 濕度敏感性：元件包裝於防潮材料中（含乾燥劑的鋁箔防潮袋）。在生產環境準備使用產品前，不應打開袋子。若已暴露，可能需要根據產業標準進行烘烤（儘管此處未詳述特定條件）。
• 電流保護：必須使用外部限流電阻或恆流驅動器。LED 的電流在電壓稍微超過其順向電壓後會急遽上升，若未妥善控制，可能導致熱失控與故障。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶規格

LED 以凸版載帶供應，捲繞於捲盤上，用於自動組裝。關鍵規格包括捲盤尺寸、載帶寬度、口袋間距及前進方向。標準捲盤包含 4000 顆。提供了捲盤、載帶與蓋帶尺寸的詳細圖面，公差通常為 ±0.1 mm。

7.2 標籤說明

包裝標籤包含數個代碼：CPN（客戶產品編號）、P/N（產品編號）、QTY（包裝數量）、CAT（發光強度等級，對應光通量級別）、HUE（主波長等級）、REF（順向電壓等級）及 LOT No（批號，用於追溯）。

8. 應用建議與設計考量

8.1 設計考量

• 熱管理：由於熱阻（R_{th J-S}）為 50 °C/W，從焊接墊進行有效的散熱至關重要，特別是在以 150 mA 的最大電流或接近此電流操作時。對於高環境溫度應用，必須參考降額曲線（圖5）。
• 驅動電路：務必使用恆流源或帶有串聯電阻的電壓源來設定電流。順向電壓既有範圍（1.8-2.8V）又有負溫度係數，使得電壓驅動設計不穩定。
• 光學設計：寬廣的 120 度視角對於需要廣泛照明而無需二次光學的應用有益。對於聚焦光束，必須選擇適當的一次光學元件（透鏡）。

8.2 分級以確保應用一致性

對於顏色或亮度均勻性至關重要的應用（例如裝飾照明中的多 LED 陣列），指定嚴格的光通量（Φ）、順向電壓（V_F）及主波長級別是必要的。使用來自同一生產批次的 LED 可以進一步提升一致性。

9. 可靠性與品質保證

執行了一系列全面的可靠性測試，以確保產品在各種環境應力下的壽命與穩健性。測試以 90% 的信賴水準和 10% 的批容許不良率（LTPD）進行。每項測試的樣本數為 22 顆，接受/拒絕標準為 0/1。

9.1 可靠性測試項目

測試項目包括：迴焊耐受性、熱衝擊、溫度循環、高溫/高濕儲存、高溫/高濕操作、低溫儲存、高溫儲存，以及在不同電流與溫度條件下的多項高/低溫操作壽命測試（例如 25°C 下 150mA、55°C 下 150mA 及 85°C 下 90mA）。這些測試模擬了實際操作條件與加速老化。

10. 技術比較與定位

作為 PLCC-2 封裝的中功率 LED，此元件佔據了一個特定的利基市場。相較於低功率 LED（例如 0603、0805 封裝），它提供了顯著更高的光輸出，使其適用於主要照明，而不僅是指示燈。相較於高功率 LED（例如金屬基板上的 1W、3W 封裝），它在較低電流下操作，且熱管理要求較簡單，通常僅透過 PCB 走線散熱。其關鍵差異化優勢在於結合了良好的效率、緊湊且標準化的封裝、寬廣視角，以及符合嚴格的環保法規。

11. 常見問題（基於技術參數）

11.1 典型操作電流是多少？

光電特性是在 150 mA 下指定的，這也是最大連續順向電流。這是實現額定光通量的標準測試與建議操作點。

11.2 為何需要恆流驅動器？

順向電壓（V_F）存在生產上的差異（1.8-2.8V）且會隨溫度下降。使用固定電壓驅動會導致電流及光輸出大幅變化，可能超過絕對最大額定值並導致故障。恆流源確保了穩定的亮度並保護 LED。

11.3 如何解讀訂單中的分級代碼？

完整的料號包含光通量（例如 L8）、順向電壓（例如 28）及主波長（例如 Y54）的代碼。這指定了一個光通量介於 17-18 lm、V_F介於 2.1-2.2V、波長介於 595-600 nm 的元件。設計師應選擇符合其電路設計（電壓）與應用需求（亮度與顏色）的級別。

11.4 使用前的儲存條件為何？

元件對濕度敏感。必須儲存在原始未開封的防潮袋中。一旦開封，應在指定時間內使用，或根據相關產業標準（例如 IPC/JEDEC 標準）進行烘烤，以在迴焊前去除吸收的濕氣，防止爆米花效應或分層。

12. 實務設計與使用案例

情境：設計一條裝飾性黃光 LED 串燈。設計師需要每串 50 顆 LED。為確保外觀均勻，他們指定了嚴格的光通量級別（例如 L7：16-17 lm）和單一的主波長級別（Y54）。他們設計了一個提供恆定 150 mA 的驅動電路。考慮到 50 °C/W 的熱阻，他們確保 PCB 在 LED 焊接墊下方有足夠的銅面積作為散熱片，特別是如果燈具將用於封閉式外殼中。他們根據最大 V_F級別（例如 級別 34：2.8V）計算串聯燈串的總電壓降，以適當調整電源供應器尺寸。寬廣的 120 度視角非常適合創造擴散、均勻的發光效果，而不會產生熱點。

13. 操作原理

光是透過電致發光產生的。當施加超過二極體內建電位的順向電壓時，電子與電洞被注入半導體晶片（由 AlGaInP 組成）的主動區域。這些電荷載子復合，以光子的形式釋放能量。AlGaInP 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）——在此例中為黃光（590-600 nm）。透明樹脂封裝保護晶片，提供機械穩定性，並塑造光輸出模式。

14. 產業趨勢與背景

採用 PLCC-2 等封裝的中功率 LED，因其在成本、效率（每瓦流明）與可靠性之間取得極佳平衡，已成為一般照明應用的主力。此領域的趨勢是追求更高的效率，允許在相同尺寸下實現更低的能耗或更高的光輸出。同時，持續推動改善顏色一致性（更嚴格的分級）與更高的最高操作溫度額定值。此外，符合不斷演進的環保法規（RoHS、REACH、無鹵素）現已成為標準要求，而非差異化優勢。此技術已成熟，重點在於製造優化及整合到更智慧、連網的照明系統中。