SMD LED 3014 白光規格書 - 尺寸 3.0x1.4x0.8mm - 電壓 2.4-3.6V - 功率 0.093W - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款採用3014封裝格式、配置為頂視發光的表面黏著元件（SMD）LED之完整技術規格。其主要發光顏色為白色，此白光係透過InGaN晶片材料與黃色樹脂封裝體的組合所達成。此元件專為一般指示與照明應用而設計，在這些應用中，可靠的性能與易於組裝至關重要。

此LED的核心優勢包括其緊湊的P-LCC-2封裝，有利於高密度PCB安裝。其特點是內建反射器與白色封裝體，以增強光輸出與指向性。此元件完全符合現代環保與製造標準，為無鉛、符合RoHS、符合REACH且無鹵素。它已根據JEDEC J-STD-020D Level 3進行濕度敏感度預處理，確保在迴焊製程中的可靠性。

目標市場涵蓋廣泛需要狀態指示、背光或一般照明的電子設備。其設計使其適用於消費性與工業電子產品。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作限制定義於標準環境條件下（Ta=25°C）。超過這些額定值可能導致永久性損壞。

• 反向電壓（VR）：5 V。這是可施加於LED端子間反向方向的最大電壓。
• 順向電流（IF）：30 mA。為確保可靠運作所建議的最大連續直流電流。
• 峰值順向電流（IFP）：60 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，其工作週期為1/10，頻率為1 kHz。
• 功率耗散（Pd）：93 mW。封裝在不超過接面溫度限制下所能耗散的最大功率。
• 接面溫度（Tj）：115 °C。半導體接面所允許的最高溫度。
• 操作溫度（Topr）：-40 °C 至 +85 °C。元件被指定可運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度（Tstg）：-40 °C 至 +90 °C。
• 靜電放電（ESD）：可承受2000 V（人體放電模型），表示具有中等的處理敏感度。
• 焊接溫度：此元件可承受峰值溫度為260°C、持續10秒的迴焊，或每個端子於350°C下進行3秒的手動焊接。

2.2 電光特性

關鍵性能參數是在Ta=25°C、順向電流（IF）為20 mA的標準測試條件下量測。

• 發光強度（Iv）：範圍從最小值2240 mcd到最大值3550 mcd，典型值在此範圍內。發光強度的容差為±11%。
• 視角（2θ1/2）：發光強度為峰值強度一半時的全角通常為120度，表示其具有適合漫射照明的寬廣視角模式。
• 順向電壓（VF）：在20 mA時，範圍從2.40 V到3.60 V。順向電壓的容差指定為±0.1V。此參數對於設計限流電路至關重要。
• 反向電流（IR）：當施加5V反向電壓時，最大為10 μA，表示具有良好的二極體特性。
• 色度座標容差：在CIE圖上的色點容差為±0.01，這對於需要多顆LED的應用中的色彩一致性非常重要。

3. 分級系統說明

為確保亮度與色彩的一致性，LED會根據量測到的性能進行分級。

3.1 發光強度分級

LED根據其在IF=20mA下量測的發光強度分為兩個主要等級：

• 等級代碼 BB：發光強度範圍從2240 mcd到2800 mcd。
• 等級代碼 CA：發光強度範圍從2800 mcd到3550 mcd。

每個等級內適用±11%的容差。此分級讓設計師能根據應用所需的亮度等級選擇合適的LED。

3.2 色度座標分級

白光顏色由其於CIE 1931色度圖上的座標定義。規格書提供了詳細的等級代碼表（例如SB、J5、J6、K5、K6、L5、L6、M5、M6）以及對應的x和y座標最小與最大值。例如，等級代碼J5涵蓋從（0.2800, 0.2566）到（0.2800, 0.2666）的座標。這種精確的分級對於多顆LED間色彩均勻性至關重要的應用（例如顯示器背光或建築照明）至關重要。這些座標的容差為±0.01。

4. 性能曲線分析

規格書包含數條特性曲線，能更深入地了解LED在不同條件下的行為。

4.1 光譜分佈

典型的光譜分佈曲線顯示了在不同波長下發射光的相對強度。對於白光LED，這通常顯示在藍色區域（來自InGaN晶片）有一個寬峰，並在黃綠色區域（來自螢光粉轉換）有一個更寬的次峰。峰值波長（λp）是一個關鍵參數。該曲線與標準人眼響應曲線V(λ)進行比較。

4.2 輻射模式

輻射特性圖（相對強度 vs. 角度）以視覺方式呈現了120度的視角，顯示光強度如何從中心（0度軸）向邊緣遞減。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓

此曲線說明了流經LED的電流與其兩端電壓降之間的非線性關係。對於設計驅動電路至關重要，因為電壓的微小變化會導致電流的大幅變化。該曲線通常呈現指數上升。

4.4 色度 vs. 順向電流

此圖顯示了色度座標（x, y）如何隨著操作電流的變化而偏移。了解這種關係對於使用調光或電流調變的應用非常重要，因為它會影響色彩一致性。

4.5 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線展示了光輸出如何隨著驅動電流增加而增加。在一定範圍內通常是線性的，但在較高電流下會飽和。在線性區域之外操作效率低下且會增加熱量。

4.6 最大允許順向電流 vs. 溫度

此降額曲線對可靠性至關重要。它顯示了LED所能承受的最大順向電流與環境（或外殼）溫度的函數關係。隨著溫度升高，最大允許電流會降低，以防止接面溫度超過其115°C的限制。在任何高溫環境下運作的設計都必須參考此圖。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED採用標準3014封裝。關鍵尺寸（單位為mm，除非另有說明，典型容差為±0.1mm）包括：

• 總長度：3.0 mm
• 總寬度：1.4 mm
• 總高度：0.8 mm
• 用於PCB焊墊圖案設計的焊墊尺寸與間距。

標註尺寸的圖紙對於建立正確的PCB佔位面積以確保適當的焊接與對齊至關重要。

5.2 極性識別

頂視圖通常標示陰極標記，這對於組裝時的正確方向至關重要。極性錯誤將導致LED無法發光，並可能使其承受反向電壓。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了建議的無鉛迴焊溫度曲線。關鍵階段包括：

• 預熱：以最大速率3°C/秒從環境溫度升至150-200°C，保持60-120秒。
• 迴焊：溫度高於217°C應維持60-150秒，峰值溫度不得超過260°C，且最多保持10秒。
• 冷卻：從高於255°C以最大速率6°C/秒冷卻。

同一元件上不應執行超過兩次的迴焊。

6.2 手動焊接

若需手動焊接，烙鐵頭溫度必須低於350°C，且每個端子的接觸時間不得超過3秒。建議使用低功率烙鐵（≤25W），並在焊接每個端子之間至少間隔2秒以利冷卻。

6.3 儲存與處理

• LED包裝於防潮袋中。袋子應僅在使用前立即打開。
• 打開後建議的環境條件為<30°C且相對濕度<60%。
• 若超過濕度敏感等級（MSL）條件，或濕度指示卡顯示濕度過高，則元件在使用前必須在60°C ±5°C下烘烤24小時。
• 在加熱期間或焊接後，不應對LED本體施加應力，且電路板不應彎曲。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

LED以壓紋載帶捲繞於捲盤上供應。每捲標準裝載數量為250、500、1000或2000顆。提供了載帶凹槽、間距與捲盤的詳細尺寸，以確保與自動貼片設備的相容性。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含關鍵資訊：客戶產品編號（CPN）、產品編號（P/N）、包裝數量（QTY）、發光強度等級（CAT）、主波長/色調等級（HUE）、順向電壓等級（REF）以及批號（LOT No）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 狀態指示器：適用於消費性電子產品、家電和工業控制面板中的開關、符號與光學指示器。
• 背光：因其薄型輪廓與寬視角，適用於手機、鍵盤與發光廣告看板。
• 一般照明：可作為室內外應用中傳統指示燈的替代品。
• 導光耦合：其封裝設計非常適合將光耦合至側光式導光板中，用於面板照明。

8.2 關鍵設計考量

• 限流：外部限流電阻絕對是必需的。其指數型的I-V特性意味著微小的電壓變化會導致電流大幅變化，這可能瞬間損壞LED（"燒毀"）。電阻值必須根據電源電壓與LED在所需操作電流下的順向電壓來計算。
• 熱管理：儘管功率耗散低，但適當的PCB佈局以散熱仍然重要，特別是在高環境溫度或接近最大電流下操作時。請參考降額曲線。
• ESD防護：雖然額定為2000V HBM，但在處理與組裝過程中仍應遵守標準的ESD預防措施。

9. 技術比較與差異化

與傳統穿孔式LED相比，此3014 SMD LED提供了顯著優勢：

• 尺寸與密度：緊湊的3.0x1.4mm佔位面積允許在PCB上實現更高的安裝密度。
• 組裝成本：可實現全自動貼片與迴焊，與手動插件相比，減少了組裝時間與成本。
• 性能：由於自動化製造與分級，通常提供更高的發光效率與更一致的光學特性。
• 可靠性：固態結構與表面黏著設計通常帶來更高的抗衝擊與抗振動能力。

在SMD LED家族中，3014封裝在光輸出、尺寸與成本之間取得了平衡，定位於較小的封裝（如0402/0603，輸出較低）與較大的封裝（如2835/5050，輸出較高）之間。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：對於5V電源，我需要多大的電阻值？

答：使用歐姆定律：R = (電源電壓 - Vf) / If。假設典型Vf為3.0V，且期望If為20mA：R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 歐姆。為確保電流不超過限制，保守設計應使用規格書中的最大Vf（3.6V）計算：R_min = (5V - 3.6V) / 0.030A ≈ 47 歐姆。通常使用68-100歐姆之間的值。

問：我可以用3.3V電源驅動此LED嗎？

答：可以，但需謹慎。順向電壓範圍（2.4V-3.6V）意味著如果某些LED的Vf較高，它們在3.3V下可能不會發光。即使發光，若無驅動電路，電流也難以穩定。對於3.3V操作，建議使用恆流驅動器或極低阻值的電阻。

問：如何解讀發光強度等級代碼BB和CA？

答：等級BB包含亮度較低的LED（2240-2800 mcd），等級CA包含較亮的LED（2800-3550 mcd）。為確保陣列中外觀均勻，應指定並使用相同等級代碼的LED。

問：規格書提到"略帶綠點的彩色樹脂"。這會影響光色嗎？

答：樹脂的黃/綠色調是色彩轉換系統的一部分。InGaN晶片發出藍光，激發樹脂內的螢光粉產生黃光。兩者結合產生白光。樹脂本身的顏色並非發射光的顏色。

11. 實務設計與使用範例

範例1：多LED狀態指示面板

一個控制面板需要10個均勻的白光指示燈。為確保一致性，設計師應：

1. 指定所有LED來自相同的發光強度等級（例如CA）與相同的色度等級（例如K5）。

2. 為每個LED使用相同的限流電阻，並使用最大Vf計算。

3. 佈局PCB，為每個LED焊墊提供相等的走線長度與散熱設計，以最小化差異。

範例2：小型顯示器背光

將四顆LED沿導光板邊緣放置以照亮LCD。關鍵步驟：

1. 選擇LED放置位置與視角（120°適合），以確保均勻耦合至導光板。

2. 考慮使用恆流LED驅動IC代替個別電阻，以確保亮度一致並能透過PWM調光。

3. 驗證設備外殼內的操作溫度是否需使用"最大允許順向電流 vs. 溫度"曲線來降額順向電流。

12. 工作原理

這是一種固態發光二極體。當施加超過其特性順向電壓（Vf）的順向電壓時，電子與電洞在InGaN半導體材料內復合，以光子（光）的形式釋放能量。晶片的主要發射位於藍色光譜。此藍光隨後擊中嵌入封裝樹脂中的螢光粉顆粒。螢光粉吸收藍光並在更寬的光譜範圍內重新發射光，主要在黃色區域。人眼感知到的直接藍光與螢光粉轉換的黃光混合即為白光。內部反射器與白色封裝有助於將更多發射光導向元件頂部，從而提高整體發光強度。

13. 技術趨勢

像3014這類SMD LED的發展遵循幾個明確的產業趨勢：

效率提升：半導體磊晶與螢光粉技術的持續改進不斷提高發光效率（每瓦流明），使得相同封裝尺寸下能產生更亮的光或消耗更低的功率。

色彩品質：多螢光粉混合物與晶片設計的進步正在改善演色性指數（CRI），並允許更精確地調節白光色溫（CCT）。

微型化與整合：儘管3014仍然流行，但趨勢是朝向更小封裝且具有可比輸出的產品，以及將LED、驅動器和控制電路整合到單一封裝中的整合式LED模組。

智慧照明：更廣泛的市場正朝向可定址與可調（色溫與調光）的LED發展，儘管這通常需要比此處描述的基本指示LED更複雜的封裝。

可靠性與標準化：持續遵循與發展測試、分級與可靠性標準（如用於流明維持率的LM-80），為設計師提供了更可預測的長期性能數據。