綠色直插式LED燈珠 525nm - 3.0mm直徑 - 2.4-3.3V - 64mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款專為直角黑色塑膠支架（CBI - 電路板指示燈）設計的綠色直插式LED燈珠規格。本產品為固態光源，具有低功耗與高效率特性。它是一款符合RoHS指令的無鉛產品。發光顏色為綠色，主波長為525nm，採用InGaN技術。元件以捲帶包裝供應，適用於自動化組裝製程。

1.1 核心優勢

• 專為簡化電路板組裝而設計。
• 固態可靠性，操作壽命長。
• 低功耗與高發光效率。
• 環保、無鉛且符合RoHS規範的結構。
• 提供可堆疊的直角支架形式，安裝方式靈活多樣。
• 以捲帶包裝供應，適合高效率大量生產。

1.2 目標應用

此LED適用於跨越多個產業的廣泛應用，包括：

• 電腦周邊設備與狀態指示燈。
• 通訊設備。
• 消費性電子產品。
• 工業控制面板與機械設備。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

以下額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。所有數值均在環境溫度(TA)為25°C下指定。

• 功率消耗 (Pd)：64 mW - LED可安全以熱能形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流 (IFP)：60 mA - 僅允許在脈衝條件下使用（工作週期 ≤ 1/10，脈衝寬度 ≤ 10μs）。
• 直流順向電流 (IF)：20 mA - 為確保可靠運作所建議的最大連續順向電流。
• 操作溫度範圍：-30°C 至 +85°C - 元件正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C - 元件未運作時的安全溫度範圍。
• 引腳焊接溫度：最高260°C，持續時間最長5秒，測量點距離LED本體2.0mm。此點對於波焊或手焊製程至關重要。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了LED在標準測試條件下（TA=25°C，IF=10mA，除非另有說明）的典型性能。

• 發光強度 (Iv)：180 至 880 mcd。此寬廣範圍透過分級系統進行管理（參見第4節）。測量使用近似於CIE明視覺響應曲線的感測器/濾光片。
• 視角 (2θ1/2)：100度。此為發光強度降至其軸向（正軸）值一半時的全角，表示相對寬廣的視角模式，為擴散透鏡的典型特徵。
• 峰值發射波長 (λP)：530 nm（典型值）。光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λd)：525 至 535 nm。這是人眼感知、定義LED顏色的單一波長，源自CIE色度圖。
• 光譜線半寬度 (Δλ)：25 nm（典型值）。在最大強度一半處測得的光譜頻寬，表示色彩純度。
• 順向電壓 (VF)：在10mA下為2.4至3.3 V。設計限流電路時必須考慮此範圍。
• 逆向電流 (IR)：在VR=5V下，最大10 μA。重要：本元件並非設計用於逆向偏壓操作；此測試條件僅用於特性描述。

3. 分級系統規格

為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED會進行分級。設計師訂購時必須指定分級代碼，以保證性能落在定義的範圍內。

3.1 發光強度分級

分級在順向電流10mA下進行。每個分級極限的公差為±15%。

• 分級 HJ：180 mcd（最小）至 310 mcd（最大）
• 分級 KL：310 mcd（最小）至 520 mcd（最大）
• 分級 MN：520 mcd（最小）至 880 mcd（最大）

3.2 主波長分級

分級在順向電流10mA下進行。每個分級極限的公差為±1nm。

• 分級 G09：516.0 nm（最小）至 520.0 nm（最大）
• 分級 G10：520.0 nm（最小）至 527.0 nm（最大）
• 分級 G11：527.0 nm（最小）至 535.0 nm（最大）

4. 性能曲線分析

雖然規格書中參考了特定的圖形曲線，但以下解讀是基於標準LED行為及所提供的參數：

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

順向電壓(VF)在10mA下具有2.4V至3.3V的指定範圍。I-V特性呈指數關係。在額定電流以上操作LED將導致順向電壓和功率消耗顯著增加，可能超出最大額定值。強烈建議使用恆流驅動器而非恆壓源，以確保穩定的發光輸出與使用壽命。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在建議的操作範圍內，發光強度大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於熱效應增加，效率可能會降低。指定的Iv值是在10mA下測得；以最大直流電流20mA驅動將產生更高的強度，但必須謹慎進行熱管理。

4.3 溫度依存性

LED的發光強度通常隨著接面溫度升高而降低。雖然規格書提供了操作溫度限制（-30°C至+85°C），但在上限溫度時的實際光輸出將低於25°C時。對於需要在寬廣溫度範圍內保持穩定亮度的應用，應考慮PCB上的熱設計以及驅動電路中可能的亮度補償。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸與組裝

此LED設計用於與特定的直角黑色塑膠支架配合。關鍵機械注意事項包括：

• 所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，一般公差為±0.25mm。
• 支架材質為黑色塑膠。
• LED燈珠本身具有綠色擴散透鏡。
• 組裝時，引腳必須在距離LED透鏡基座至少3mm處彎折。彎折時不應以引線框架的基座作為支點。

5.2 包裝規格

本元件以業界標準的捲帶包裝形式供應。

• 載帶：由黑色導電聚苯乙烯合金製成，厚度為0.50 ±0.06 mm。
• 捲盤容量：每13英吋捲盤可容納400件。
• 紙箱包裝：
  • 1捲盤與乾燥劑及濕度指示卡一同包裝在防潮袋(MBB)中。
  • 2個防潮袋（總計800件）包裝在一個內箱中。
  • 10個內箱（總計8,000件）包裝在一個外箱中。

6. 焊接與組裝指南

6.1 儲存與處理

• 密封包裝：儲存於≤30°C且≤70% RH環境。請在打開防潮袋後一年內使用。
• 開封包裝：儲存於≤30°C且≤60% RH環境。元件應在暴露後168小時（1週）內進行IR迴焊。若儲存超過168小時，焊接前應在60°C下烘烤至少48小時，以防止迴焊過程中因濕氣導致損壞（"爆米花效應"）。

6.2 焊接製程

必須在透鏡/支架基座與焊點之間保持至少2mm的間隙。

• 烙鐵：最高溫度350°C，每個焊點最長時間3秒。僅施焊一次。
• 波焊：最高預熱溫度120°C，最長100秒。最高焊錫波溫度260°C，最長5秒。
• 清潔：必要時使用異丙醇等酒精類溶劑。避免使用刺激性化學品。

6.3 應用注意事項

• 此LED適用於室內/外標誌及一般電子設備。
• 在LED處於高溫狀態下焊接時，避免對引腳施加外部應力。
• 在PCB組裝過程中，使用最小的夾緊力，以避免對元件造成機械應力。
• 過高的焊接溫度或時間可能導致LED透鏡變形並損壞內部晶粒。

7. 設計考量與應用備註

7.1 電路設計

務必使用串聯限流電阻或恆流驅動電路。使用公式計算電阻值：R = (電源電壓 - VF) / IF，其中VF應取規格書中的最大值（3.3V），以確保即使使用低VF的LED，電流也不會超過限制。對於5V電源和10mA目標電流，電阻約為 (5V - 3.3V) / 0.01A = 170 Ω。選擇標準的180 Ω電阻將是安全的選擇。

7.2 熱管理

儘管功率消耗很低（最大64mW），確保LED接面有足夠的散熱能力可延長使用壽命並維持亮度穩定性。直角塑膠支架提供了一定的隔離，但PCB佈局應避免將LED放置在靠近其他顯著熱源的位置。對於以最大直流電流（20mA）運行的應用，熱考量變得更為重要。

7.3 光學整合

100度的視角與擴散透鏡提供了寬廣、柔和的光線發射，適合需要從各種角度都能看見的狀態指示燈。對於需要更聚焦光束的應用，則需要二次光學元件。綠色（525-535nm）位於人眼高敏感度區域，使其非常適合用於引人注目的指示燈。

8. 技術比較與差異化

此直插式LED透過其與專用直角支架（CBI）的整合而與眾不同，提供了一個完整、易於組裝的指示燈解決方案。與表面黏著LED相比，像這樣的直插式版本通常為承受振動或手動處理的應用提供更優異的機械強度。針對強度與波長的特定分級結構，允許在多指示燈面板中進行精確的色彩與亮度匹配，這是相對於未分級或粗略分級的通用LED的一個關鍵優勢。全面的濕度敏感性與焊接指南也表明，這是一款為穩健、可靠的製造流程而設計的產品。

9. 常見問題 (FAQ)

9.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長(λP)是LED發射最大光功率的物理波長。主波長(λd)是基於人類色彩感知（CIE圖表）的計算值，代表我們感知到的光的單一波長。對於綠色LED，兩者通常很接近，但λd是色彩規格中更相關的參數。

9.2 我可以持續以20mA驅動這顆LED嗎？

可以，20mA是建議的最大直流順向電流。然而，在此最大值下運作將產生更多熱量，與在較低電流（如10mA）下運作相比，可能會縮短LED的使用壽命。請確保環境溫度在規格範圍內，如果使用多顆LED，請考慮熱設計。

9.3 為何發光強度範圍如此寬廣 (180-880 mcd)？

這是所有生產中可能的總範圍。分級系統（HJ, KL, MN）將此範圍劃分為更小、更一致的組別。您訂購時必須指定所需的分級代碼，以獲得適合您應用、在可預測亮度範圍內的LED。

9.4 如果防潮袋開封超過168小時，是否一定要烘烤？

是的，強烈建議在60°C下烘烤48小時以驅除吸收的濕氣。跳過此步驟，在高溫焊接過程中會有蒸氣壓力積聚的風險，可能導致內部分層或破裂（"爆米花效應"），從而引發立即或潛在的故障。

10. 實際應用範例

情境：為工業控制器設計多狀態指示燈面板。

設計師需要在垂直面板上使用綠色"系統正常"指示燈。他們選擇此款帶有直角支架的LED，以便於PCB安裝並提供清晰的側視效果。為確保外觀一致，他們在採購訂單中指定了強度分級KL（310-520 mcd）和波長分級G10（520-527 nm）。在PCB上，他們以符合支架佔位面積的中心間距放置LED。驅動電路使用5V電源軌和每個LED的180Ω限流電阻，將電流設定為約10mA。組裝期間，生產團隊遵循168小時的車間壽命規則，在波焊電路板前烘烤任何已暴露的捲盤。結果是獲得一個具有一致、明亮的綠色指示燈的面板，從操作員位置清晰可見。

11. 工作原理

這是一種半導體發光二極體（LED）。當施加超過其特性順向電壓(VF)的順向電壓時，電子和電洞會在InGaN（氮化銦鎵）半導體材料的主動區域內復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在本例中，約為525-535 nm的綠色光。擴散環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶粒，提供機械保護，並將光輸出塑造成寬廣的視角。

12. 技術趨勢

儘管直插式LED因其穩固性及某些組裝類型而仍然至關重要，但更廣泛的產業趨勢是朝向表面黏著元件（SMD）LED發展，因為它們尺寸更小、更適合自動化取放，並且具有更好的PCB熱路徑。然而，像這樣的直插式版本繼續服務於需要更高機械結合強度、更易於手動原型製作或特定光學格式（如直角視角）的應用。螢光粉轉換和直接發色半導體材料的進步持續提升所有LED類型（包括直插式封裝）的效率、顯色性和最大亮度。如本規格書所示，對精確分級和濕度敏感性處理的重視，反映了產業在消費性和工業電子產品中追求更高可靠性和一致性的驅動力。