LTLMH4TGX7DA LED 燈珠規格書 - 尺寸 4.2x4.2x6.2mm - 電壓 2.9V - 功率 0.105W - 綠色 525nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高亮度表面黏著型 LED 燈珠的規格。此元件設計為表面黏著元件（SMD），相容於標準 SMT 組裝與工業迴焊製程。其封裝形式適用於需要控制輻射模式而無需額外光學元件的應用。

1.1 核心優勢

• 高發光強度：在其封裝尺寸下提供高亮度輸出。
• 能源效率：具備低功耗與高發光效率的特性。
• 堅固結構：採用先進環氧樹脂技術，提供卓越的防潮與抗紫外線能力。
• 環保合規：本產品為無鉛、無鹵素，並符合 RoHS 指令。
• 窄視角：封裝透鏡設計提供受控的窄視角（典型值 70/45°），使其適用於指示牌等指向性照明應用，無需二次光學元件。

1.2 目標市場與應用

此 LED 主要針對可靠性、亮度及受控光線分佈至關重要的標誌與顯示應用。典型應用包括：

• 視訊訊息標誌與顯示器。
• 交通資訊與導引標誌。
• 一般訊息與資訊看板。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。在此條件下操作不保證正常運作。

• 功率耗散（Pd）：最大值 105 mW。這是封裝能以熱形式散發的總功率。
• 順向電流：直流順向電流額定值為 30 mA。在脈衝條件下（工作週期 ≤ 1/10，脈衝寬度 ≤ 10ms），允許較高的峰值順向電流 100 mA。
• 熱降額：當環境溫度（TA）高於 45°C 時，最大直流順向電流必須以 0.5 mA/°C 線性降額。
• 溫度範圍：操作：-40°C 至 +85°C。儲存：-40°C 至 +100°C。
• 迴焊焊接：可承受最高峰值溫度 260°C 達 10 秒，相容於標準無鉛迴焊溫度曲線。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在環境溫度（TA）25°C 下量測，定義了元件在正常操作條件下的性能。

• 發光強度（Iv）：在測試電流（IF）20 mA 下，範圍從 5000 mcd（最小）到 14500 mcd（最大），典型值為 9200 mcd。分級極限適用 ±15% 的測試公差。
• 順向電壓（VF）：典型值 2.9V，在 IF=20mA 時範圍為 2.5V 至 3.5V。此參數對於驅動器設計與熱管理至關重要。
• 視角（2θ1/2）：70/45 度（典型值）。此非對稱模式表示在一個軸向上的光束較窄，適用於某些標誌應用。
• 主波長（λd）：525 nm（典型值），指定 LED 的感知綠色。範圍為 520 nm 至 530 nm。
• 峰值發射波長（λP）：典型值 517 nm，代表光譜功率分佈的峰值。
• 光譜半高寬（Δλ）：約 35 nm，表示綠光的光譜純度。
• 逆向電流（IR）：在逆向電壓（VR）5V 下最大 10 μA。此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此測試僅用於漏電流特性分析。

2.3 熱特性

有效的熱管理對於維持 LED 性能與壽命至關重要。關鍵考量包括：

• 105 mW 的功率耗散極限以及從 45°C 開始的降額曲線，凸顯了對適當 PCB 熱設計的需求。
• 建議的焊墊圖案包含一個散熱墊（P3），旨在連接到散熱片或冷卻機構以分散操作熱量。
• 建議避免在迴焊峰值溫度後快速冷卻，以防止對封裝造成熱衝擊。

3. 分級系統規格

為確保生產應用中的顏色與亮度一致性，LED 會進行分級。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 20mA 下量測的發光強度進行分類。分級代碼與範圍如下：

• GV：5000 – 6500 mcd
• GW：6500 – 8500 mcd
• GX：8500 – 11100 mcd
• GY：11100 – 14500 mcd

注意：每個分級極限適用 ±15% 的公差。

3.2 主波長分級

LED 也根據其主波長進行分類以控制顏色一致性：

• G1：520 – 525 nm
• G2：525 – 530 nm

注意：每個分級極限適用 ±1 nm 的公差。

4. 性能曲線分析

雖然文件中引用了特定的圖形曲線（例如圖 1、圖 6），但此類元件的典型特性可從表格數據推斷：

• IV 曲線關係：順向電壓（VF）與順向電流（IF）直接相關。在典型的 20mA 下操作會產生約 2.9V 的 VF。超過最大電流將增加電壓降與功率耗散。
• 溫度依賴性：發光強度通常隨著接面溫度升高而降低。順向電流在 45°C 以上需降額的要求直接反映了此關係，需要熱管理以維持穩定的光輸出。
• 光譜分佈：主波長為 525nm 且光譜半高寬約 35nm，此 LED 發射出集中在綠色光譜中相對純淨的綠光。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

封裝為帶有透鏡的矩形外觀。關鍵尺寸（單位：mm）包括：

• 本體尺寸：4.2 ±0.2（長）x 4.2 ±0.2（寬）。
• 總高度：6.2 ±0.5。
• 引腳間距（引腳從封裝伸出處）：2.0 ±0.5。
• 允許法蘭下方樹脂突出最大 1.0mm。
• 除非另有說明，一般公差為 ±0.25mm。

5.2 極性識別與焊墊設計

• 極性：此元件有三個焊墊：P1（陽極）、P2（陰極）和 P3（陽極）。P3 同時也是主要的散熱墊。
• 建議焊墊圖案：焊墊圖案包含一個較大的 P3 焊墊，以利於熱傳導至 PCB。建議在焊墊設計中加入圓角半徑（R0.5）。此 LED 設計用於迴焊焊接，不適用於浸焊。

6. 焊接與組裝指南

6.1 儲存與濕度敏感性

根據 JEDEC J-STD-020 標準，此元件濕度敏感等級為 3 級（MSL3）。

• 未開封的包裝袋可在 <30°C / 90% RH 條件下儲存長達 12 個月。
• 開封後，若儲存在 <30°C / 60% RH 條件下，元件必須在 168 小時（7 天）內完成焊接。
• 若濕度指示卡顯示 >10% RH、車間壽命超過 168 小時，或暴露於 >30°C / 60% RH 環境，則需要在 60°C ±5°C 下烘烤 20 小時。烘烤應僅執行一次。
• 未使用的 LED 應與乾燥劑一同儲存在重新密封的防潮袋中。

6.2 迴焊溫度曲線

建議採用無鉛迴焊溫度曲線：

• 預熱/均溫：150°C 至 200°C，最長 120 秒。
• 液相時間（tL）：溫度高於 217°C 的時間應為 60-150 秒。
• 峰值溫度（Tp）：最高 260°C。
• 峰值溫度 ±5°C 內時間：最長 30 秒。
• 總升溫時間：從 25°C 升至峰值的時間不應超過 5 分鐘。

關鍵焊接注意事項：

• 迴焊焊接不得執行超過兩次。
• 使用烙鐵手工焊接（最高 315°C，3 秒）不得執行超過一次。
• 避免在 LED 處於高溫狀態下焊接時施加外部應力。
• 避免在峰值溫度後快速冷卻。

6.3 清潔

如需清潔，請使用酒精類溶劑，例如異丙醇。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED 以凸版載帶包裝，捲繞於捲盤上供應。

• 載帶尺寸：凹槽間距為 8.0 mm，載帶寬度為 16.0 mm。
• 捲盤規格：標準捲盤包含 1,000 顆。捲盤直徑為 330 mm ±2 mm。
• 靜電放電警告：包裝標示為含有靜電敏感元件（ESD），需要安全的處理程序。

8. 應用與設計建議

8.1 驅動電路設計

LED 是電流驅動元件。為了可靠操作與亮度均勻性，特別是在並聯多個 LED 時，強烈建議為每個 LED 串聯一個限流電阻。這可以補償個別元件之間順向電壓（VF）的自然差異，防止電流不均並確保亮度一致。

8.2 設計中的熱管理

考慮到功率耗散極限與熱降額：

• 將建議的散熱墊（P3）納入 PCB 佈局，將其連接到銅箔澆注區域或專用的散熱導孔結構以散熱。
• 對於高密度陣列或高環境溫度應用，請考慮額外的冷卻機制。
• 監控操作接面溫度，確保其保持在安全範圍內以獲得長期可靠性。

8.3 光學整合

整合式透鏡提供 70/45° 視角。設計師應驗證此光束模式是否符合應用對光線分佈與視錐角的要求。對於非常窄或特定的模式，可能仍需要二次光學元件。

9. 技術比較與差異化

與標準 SMD 或 PLCC（塑膠引線晶片載體）封裝相比，此表面黏著型燈珠提供顯著優勢：

• 整合光學控制：封裝包含專為特定、受控輻射模式（窄視角）設計的透鏡，在許多標誌應用中減少或消除了對額外外部光學元件的需求，從而簡化組裝並降低成本。
• SMD 格式的高亮度：它在緊湊、自動化 SMT 相容的封裝中，提供了與較大或分立式 LED 相關的發光強度水平。
• 堅固性：與某些標準 SMD 封裝相比，使用先進環氧樹脂材料增強了防潮與抗紫外線能力，提高了對戶外或惡劣環境應用的適用性。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 主波長與峰值波長有何不同？

峰值波長（λP ~517nm）是發射光譜最強的單一波長。主波長（λd ~525nm）是從 CIE 色度圖上的色座標計算得出的值；它代表了最能描述人眼感知光線顏色的單一波長。對於綠色 LED，λd 通常比 λP 長。

10.2 我可以持續以 30mA 驅動此 LED 嗎？

雖然直流順向電流的絕對最大額定值為 30mA，但在此極限下持續操作需要卓越的熱管理，以將接面溫度保持在安全範圍內，因為功率耗散將接近 105mW 的最大值。為了可靠的長期操作，建議在測試條件 20mA 或以下驅動，除非熱設計已得到充分驗證。

10.3 為什麼並聯的每個 LED 都需要限流電阻？

順向電壓（VF）有一個範圍（2.5V 至 3.5V）。如果將多個 LED 直接並聯到一個電壓源，VF 最低的 LED 將不成比例地吸取更多電流，可能超過其額定值而失效，導致連鎖反應。為每個 LED 串聯一個電阻，通過增加線性阻抗來幫助平衡電流，確保更均勻的電流分配與亮度。

11. 實務設計與使用案例研究

情境：設計一個緊湊型交通資訊標誌。

1. 元件選擇：選擇此 LED 是因為其高亮度（確保白天可見度）、綠色（用於通行或資訊訊息）以及窄視角（將光線集中朝向駕駛者）。可能會選擇 GY 等級以獲得最大亮度。
2. 電路設計：設計一個恆流驅動電路。串聯中的每個 LED 都有一個串聯電阻，其計算基於電源電壓和在期望操作電流（例如，低於 20mA 測試條件的 18mA 以留餘裕）下的典型 VF（2.9V）。
3. PCB 佈局：PCB 焊墊圖案遵循建議的設計。散熱墊（P3）連接到電路板上的一個大面積銅箔區域，並通過散熱導孔連接到內部接地層作為散熱片。
4. 組裝：注意 MSL3 等級。使用受控的迴焊製程組裝電路板，遵循 260°C 峰值溫度曲線。開封的捲盤在 168 小時車間壽命內使用。
5. 結果：由於適當的熱與電氣設計，該標誌實現了明亮、均勻的照明，所有訊息元素顏色一致，在寬廣的溫度範圍內可靠運作，並具有長使用壽命。

12. 工作原理

此元件為發光二極體（LED）。它基於半導體材料中的電致發光原理運作。當順向電壓施加於 P-N 接面時，電子與電洞在主動區（由 InGaN 組成，用於產生綠光）中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。半導體層的特定成分決定了發射光的波長（顏色）。整合的環氧樹脂透鏡隨後將此發射光塑形並導向所需的光束模式。

13. 技術趨勢

表面黏著型燈珠格式代表了 LED 封裝的持續趨勢：

• 更高的整合度：超越簡單的發光體，發展到整合光學控制（透鏡）的封裝，如此處所示，降低了系統複雜性。
• 更高的效率與亮度：半導體磊晶與螢光粉技術（用於白光 LED）的持續改進，驅動著更小封裝中每瓦更高流明與更高亮度（單位面積亮度）。
• 增強的可靠性：更堅固的封裝材料（如前述的先進環氧樹脂）的發展，提高了對熱循環、濕氣和紫外線輻射的抵抗力，擴展了應用環境。
• 自動化標準化：SMT 格式佔主導地位，有利於高速、自動化的取放組裝，從而降低製造成本並提高一致性。