3.1mm 擴散式紅光LED燈規格書 - 直徑3.1mm - 順向電壓2.4V - 功耗75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款通孔安裝、擴散式透鏡LED燈的完整技術規格。此元件專為需要可靠效能與易於組裝的通用指示器與照明應用而設計。其主要元件材料為AlInGaP（磷化鋁銦鎵），以其在產生紅光時的高效率與穩定性而聞名。本產品符合RoHS指令，表示其不含鉛（Pb）等有害物質。

此LED的核心優勢包括其高發光強度輸出，確保即使在中等亮度環境下也能提供良好的可見度。它具有低功耗特性，適合用於電池供電裝置或優先考慮能源效率的應用。由於其低電流需求，該元件與積體電路相容，允許透過微控制器GPIO腳位或邏輯輸出直接驅動，並搭配適當的限流電阻。3.1mm直徑的封裝提供了適用於印刷電路板（PCB）或面板安裝的通用外型規格。

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些額定值是在環境溫度（T_A）為25°C時指定的。最大連續功耗為75 mW。在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）允許的峰值順向電流為90 mA。最大建議連續直流順向電流為30 mA。從50°C開始，適用0.4 mA/°C的線性降額因子，這意味著安全工作電流會隨著溫度升高而降低。元件可在-40°C至+100°C的環境溫度範圍內工作，並可在-55°C至+100°C的溫度下儲存。對於焊接，當測量點距離LED本體2.0 mm時，引腳可承受260°C最多5秒。

2.2 電氣與光學特性

典型工作特性是在T_A=25°C且順向電流（I_F）為20 mA的標準測試條件下測量的。

• 發光強度（I_V）：範圍從最小值85 mcd到最大值310 mcd，典型值為240 mcd。此測量使用近似於CIE明視覺響應曲線的感測器與濾光片。
• 視角（2θ_1/2）：60度。這是發光強度降至其軸向（正軸）值一半時的全角，是擴散式透鏡分散光線的特性。
• 峰值發射波長（λ_P）：632 nm。這是光譜功率分佈最高的波長。
• 主波長（λ_d）：範圍從617 nm到629 nm，典型值為621 nm。這是人眼感知到的單一波長，定義了LED的顏色（紅色），源自CIE色度圖。
• 光譜線半寬度（Δλ）：20 nm。這表示光譜純度；數值越小表示光源單色性越好。
• 順向電壓（V_F）：典型值為2.4 V，在I_F=20mA時最大值為2.4 V。最小值為2.0 V。
• 逆向電流（I_R）：當施加5V逆向電壓（V_R）時，最大值為100 μA。必須注意，此元件並非為逆向操作而設計；此測試條件僅用於特性描述。

3. 分級系統說明

產品根據關鍵性能參數進行分級，以確保生產批次內的一致性或滿足特定應用需求。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20mA下的發光強度（以毫燭光mcd為單位）分為三個等級：

• 等級EF：最小值85 mcd，最大值140 mcd。
• 等級GH：最小值140 mcd，最大值240 mcd。
• 等級J：最小值240 mcd，最大值310 mcd。

3.2 主波長分級

LED也根據其主波長進行分級以控制顏色一致性：

• 等級H28：617.0 nm 至 621.0 nm。
• 等級H29：621.0 nm 至 625.0 nm。
• 等級H30：625.0 nm 至 629.0 nm。

4. 性能曲線分析

雖然PDF參考了典型特性曲線，但提供的文本並未包含實際圖表。根據標準LED行為和給定的參數，可以推斷這些曲線的性質。I-V（電流-電壓）曲線將顯示指數關係，在20mA的測試電流下，順向電壓約為2.0-2.4V。發光強度 vs. 順向電流（I_V-I_F）曲線在正常工作範圍內通常是線性的，表示光輸出與電流成正比。發光強度 vs. 環境溫度曲線將顯示負係數，意味著光輸出會隨著接面溫度升高而降低。光譜分佈曲線將是一個以632 nm峰值波長為中心、半寬度為20 nm的鐘形曲線，定義了紅光輸出。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

元件封裝在一個3.1mm直徑的圓形擴散式透鏡封裝中。關鍵尺寸註記包括：所有尺寸單位為毫米（英吋）；除非另有說明，標準公差為±0.25mm；法蘭下方的樹脂最大突出量為1.0mm；引腳間距在引腳從封裝本體伸出的位置測量。詳細的尺寸圖通常會顯示本體直徑、透鏡形狀、引腳長度和引腳直徑。

5.2 極性識別

對於通孔LED，極性通常透過引腳長度（較長的引腳是陽極，正極）或透鏡邊緣或塑膠法蘭上的平面標記來指示。陰極（負極）通常與較短的引腳或有平面標記的一側相關聯。

5.3 包裝規格

LED以抗靜電袋包裝。標準包裝數量為每袋1000、500、200或100顆。每10個這樣的袋子放入一個內箱，總計10,000顆。最後，八個內箱裝入一個外運紙箱，每個外箱總計80,000顆。請注意，在每個出貨批次中，只有最終包裝可能不是完整包裝。

6. 焊接與組裝指南

6.1 儲存條件

LED應儲存在不超過30°C和70%相對濕度的環境中。如果從其原始的防潮包裝中取出，建議在三個月內使用。若需在原始包裝袋外長期儲存，應將其存放在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣環境乾燥器中，以防止吸濕。

6.2 引腳成型

如果需要彎曲引腳，必須在常溫下並於焊接前進行。彎曲點應距離LED透鏡基座至少3mm。彎曲時不應以引線框架的基座作為支點，以避免對環氧樹脂密封處施加應力。在PCB組裝過程中，應使用最小的壓接力。

6.3 焊接製程

對於此類通孔燈型，波峰焊或使用烙鐵的手工焊是合適的製程。不建議使用紅外線（IR）迴焊。必須保持從透鏡基座到焊點的最小間隙為3mm，以防止環氧樹脂沿引腳爬升並避免熱損傷。LED透鏡不得浸入焊料中。

建議焊接條件：

• 電烙鐵：最高溫度350°C，每個引腳最大焊接時間3秒（僅限一次）。
• 波峰焊：最高預熱溫度100°C，最長60秒。最高焊波溫度260°C，最大接觸時間5秒。

過高的溫度或時間可能導致透鏡變形或災難性故障。

7. 應用建議

7.1 預期用途與注意事項

此LED專為普通電子設備設計，包括辦公設備、通訊裝置和家用電器。未經事先諮詢和資格認證，不建議用於故障可能危及生命或健康的安全關鍵或高可靠性應用（例如，航空、醫療生命維持、交通控制）。

7.2 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。為了確保並聯驅動多個LED時亮度均勻，強烈建議為每個LED串聯一個獨立的限流電阻（電路模型A）。不鼓勵直接從電壓源並聯驅動LED（電路模型B），因為各個LED之間順向電壓（V_F）特性的微小差異會導致電流分配顯著不同，從而造成亮度不均。串聯電阻值可使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F，其中I_F是所需的順向電流（例如，20mA）。

7.3 靜電放電（ESD）防護

這些LED容易受到靜電放電損壞。在處理和組裝過程中必須採取預防措施：

• 操作人員應佩戴接地腕帶或抗靜電手套。
• 所有設備、工作站和儲物架必須妥善接地。
• 使用離子風機來中和可能積聚在塑膠透鏡表面的靜電荷。

8. 清潔

如果焊接後需要清潔，只能使用酒精類溶劑，如異丙醇。刺激性化學品或超音波清洗可能會損壞環氧樹脂透鏡或內部結構。

9. 技術比較與考量

與GaAsP（磷化鎵砷）紅光LED等舊技術相比，此AlInGaP元件提供了顯著更高的發光效率，在相同的輸入電流下能產生更高的亮度。與透明或水清透鏡相比，擴散式透鏡提供了更寬、更均勻的視角，非常適合需要從各種角度觀看的狀態指示器。3.1mm尺寸是常見的業界標準，與較小的2mm或3mm LED，或較大的5mm和10mm類型相比，在光輸出和電路板空間消耗之間提供了良好的平衡。

10. 常見問題（FAQ）

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長（λ_P=632nm）是LED發射光譜的物理峰值。主波長（λ_d=~621nm）是基於人眼顏色感知（CIE圖表）計算出的數值，定義了視覺顏色。兩者通常不同。

問：我可以不用串聯電阻驅動這個LED嗎？

答：不行。將LED直接連接到電壓源很可能導致過量電流、過熱並立即損壞。串聯電阻對於電流調節是必需的。

問：為什麼要有分級系統？

答：製造過程的變異會導致性能略有不同。分級將LED按嚴格控制的參數（亮度、顏色）分組，讓設計師能為需要一致性的應用選擇合適的等級。

問：如果我超過絕對最大額定值會發生什麼？

答：超出這些限制操作，即使是短暫的，也可能導致不可逆的損壞，例如光輸出降低、顏色偏移或完全失效。設計時應始終保留安全餘量。

11. 設計與使用案例研究

情境：為消費性音響放大器設計一個多指示器面板。面板需要10個紅色電源/狀態指示燈。為了確保所有LED具有相同的亮度和顏色，設計師指定從供應商處採購相同強度等級（例如，GH等級：140-240 mcd）和相同波長等級（例如，H29：621-625 nm）的LED。電路板上有一個5V電源軌。使用典型的V_F值2.4V和目標I_F值20mA，計算串聯電阻：R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130歐姆。選擇標準的130Ω或150Ω電阻。每個LED都有自己的電阻連接到5V電源軌，由放大器的微控制器透過電晶體或GPIO腳位控制。在組裝過程中，技術人員採用ESD安全規範，並以320°C手工焊接LED，每個引腳焊接時間少於2秒，確保維持透鏡3mm的間隙。

12. 工作原理

LED是一種半導體二極體。當施加超過其能隙的順向電壓時，電子和電洞在主動區（此例中為AlInGaP層）復合。這種復合以光子（光）的形式釋放能量。特定的材料成分（AlInGaP）決定了能隙能量，從而直接定義了發射光的波長（顏色）——在此例中為紅光譜。擴散式環氧樹脂透鏡含有散射粒子，使發射光子的方向隨機化，與透明透鏡相比，創造出更寬、更柔和的光束圖案。

13. 技術趨勢

LED技術的總體趨勢是朝向更高效率（每瓦更多流明）、改善顯色性和更高可靠性發展。對於指示器型LED，小型化持續進行（例如，1.6mm、1.0mm封裝）。同時，越來越強調更寬、更一致的視角以及更嚴格的分級公差，以滿足消費性電子和汽車應用的需求。此外，對永續性的追求推動了在整個生命週期中對環境影響更低的材料和製程的採用。