T-1 3/4 插件式LED燈規格書 - 572nm 黃綠色 - 20mA - 75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款T-1 3/4（約5mm）插件式LED燈的規格。此元件專為廣泛電子設備中的狀態指示與信號應用而設計。它採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體晶片，產生黃綠色光譜的光，峰值波長為572nm。LED封裝於綠色擴散式透鏡中，有助於擴大視角並柔化光輸出。此封裝類型為業界標準外型，可使用傳統焊接技術靈活安裝於印刷電路板（PCB）或面板上。

此LED的核心優勢包括符合RoHS（有害物質限制）指令，表示其為無鉛產品。它在高發光強度輸出與低功耗之間取得平衡，適用於電池供電及市電操作的設備。其設計與積體電路（IC）驅動位準相容，簡化了數位系統中的介面需求。

此元件的目標市場廣泛，涵蓋通訊設備、電腦周邊、消費性電子產品、家用電器及工業控制系統。其主要功能是提供關於系統狀態、電源指示或操作模式的清晰、可靠視覺回饋。

2. 技術參數深入解析

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。它們不適用於正常操作。

• 功率消耗（Pd）：最大值75 mW。這是在環境溫度（TA）為25°C時，LED封裝可安全轉換為熱和光的總電功率。
• 直流順向電流（IF）：最大連續電流30 mA。
• 峰值順向電流：最大值60 mA，但僅適用於脈衝條件下（工作週期 ≤ 1/10，脈衝寬度 ≤ 10ms）。這允許短暫超額驅動以達到更高的瞬間亮度，例如用於閃光或閃爍應用。
• 降額：當環境溫度超過50°C時，最大允許直流順向電流必須從其在25°C時的30mA額定值，以每攝氏度0.57 mA的速率線性降低。這對於高溫環境下的熱管理至關重要。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件額定在此寬廣溫度範圍內運作。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。
• 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（0.079"）。這定義了手焊或波峰焊的製程窗口。

2.2 電氣與光學特性

這些是在TA=25°C及IF=20mA（標準測試條件）下測量的典型性能參數。

• 發光強度（Iv）：85 至 400 mcd（毫燭光），典型值為180 mcd。此寬廣範圍透過分級系統管理（見第4節）。測量使用匹配明視覺（人眼）反應曲線（CIE）的濾光感測器。分級界限適用±15%的測試公差。
• 視角（2θ1/2）：40度（典型值）。這是發光強度降至中心軸測量值一半時的全角。綠色擴散式透鏡有助於形成此中等寬度的視角。
• 峰值發射波長（λP）：575 nm（典型值）。這是LED光譜輸出曲線最高點的波長。
• 主波長（λd）：566 至 578 nm。這是人眼感知到的、定義顏色的單一波長，源自CIE色度圖。目標值為572nm。
• 光譜線半高寬（Δλ）：11 nm（典型值）。這表示發射光的光譜純度或頻寬；數值越小表示光源單色性越好。
• 順向電壓（VF）：在IF=20mA時為2.1至2.4 V（典型值2.4V）。這是LED工作時兩端的電壓降。
• 逆向電流（IR）：當施加5V逆向電壓（VR）時，最大值為100 μA。重要注意事項：此測試條件僅用於特性描述。LED是二極體，並非設計用於逆向偏壓下操作；施加逆向電壓可能損壞它。

3. 分級系統規格

為確保生產一致性，LED會根據性能分級。這讓設計師能選擇符合特定強度與顏色要求的元件。

3.1 發光強度分級

分級由代碼（EF0, GH0, JK0）定義，包含在IF=20mA時的最小與最大強度值。每個分級界限適用±15%的公差。

• EF0：85 - 140 mcd
• GH0：140 - 240 mcd
• JK0：240 - 400 mcd

Iv分類代碼標示於每個包裝袋上以供追溯。

3.2 主波長分級

波長分級由代碼H06至H11定義，每個涵蓋2nm範圍。每個分級界限適用±1nm的公差。

• H06：566.0 - 568.0 nm
• H07：568.0 - 570.0 nm
• H08：570.0 - 572.0 nm
• H09：572.0 - 574.0 nm
• H10：574.0 - 576.0 nm
• H11：576.0 - 578.0 nm

4. 性能曲線分析

雖然規格書中參考了特定的圖形曲線（例如，圖1為光譜峰值，圖6為視角），但提供的數據允許分析關鍵關係。

電流 vs. 發光強度（I-Iv關係）：對於AlInGaP LED，在工作範圍內，發光強度通常與順向電流成正比。以最大連續電流（30mA）驅動LED會比20mA測試條件產生更高的強度，但必須考慮熱效應與效率下降。脈衝電流額定值（60mA）允許在工作週期應用中達到更高的峰值亮度。

溫度依賴性：降額規格（超過50°C時為0.57 mA/°C）是熱限制的直接指標。隨著接面溫度升高，最大允許電流會降低以防止過熱。此外，LED的順向電壓（VF）通常具有負溫度係數，意味著它會隨著溫度升高而略微下降。發光輸出通常也會隨著接面溫度升高而降低。

光譜特性：572nm的主波長（λd）將此LED置於黃綠色區域，接近人眼明視覺曲線的峰值靈敏度。這使其在每單位輻射功率的感知亮度方面非常高效。11nm的光譜半高寬表示相對較窄的發射頻帶，這是AlInGaP技術的特點，能產生飽和的顏色。

5. 機械與包裝資訊

5.1 外型尺寸

此元件符合標準T-1 3/4徑向引腳封裝輪廓。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，一般公差為±0.25mm。
• 法蘭下方樹脂的最大突出量為1.0mm。
• 引腳間距在引腳離開封裝本體的點測量，這對PCB佈局至關重要。
• LED引腳框架包含一個切割特徵，可能用於組裝時的機械穩定性或作為製造過程的一部分。

5.2 極性識別

對於徑向插件式LED，陰極（負極引腳）通常透過透鏡邊緣的平面、較短的引腳或法蘭上的凹口來識別。規格書暗示了標準業界慣例；較長的引腳通常是陽極（+）。設計師必須在組裝時驗證極性以防止反向連接。

5.3 包裝規格

LED以防靜電包裝袋供應。每袋提供多種包裝選項：1000、500、200或100顆。這些袋子隨後整合入紙箱：

• 內箱：包含15個包裝袋。若使用1000顆裝的袋子，總計為15,000顆。
• 外箱：包含8個內箱，若使用1000顆裝的袋子，整批出貨總計為120,000顆。最終出貨批次的最後一箱可能未裝滿。

6. 焊接與組裝指南

6.1 儲存

長期儲存時，環境溫度不應超過30°C或相對濕度70%。從原始密封防潮袋中取出的LED應在三個月內使用。若需在原始包裝外長期儲存，應將其保存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣吹掃的乾燥器中，以防止吸濕，這可能導致焊接時發生"爆米花"現象。

6.2 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇（IPA）。強烈或侵蝕性化學品可能損壞環氧樹脂透鏡。

6.3 引腳成型

若需彎曲引腳以進行安裝，必須在焊接前且在室溫下進行。彎曲處應距離LED透鏡基座至少3mm。彎曲時不應以LED基座作為支點，因為這可能對內部焊線或環氧樹脂密封造成應力。在插入PCB時，使用最小的壓接力以避免機械應力。

6.4 焊接製程

必須在焊點與LED透鏡基座之間保持至少2mm的最小間隙。透鏡絕不能浸入焊料中。

• 烙鐵：最高溫度350°C，每引腳最長時間3秒（僅限一次性焊接）。
• 波峰焊：預熱最高100°C，最長60秒。焊波溫度最高260°C，最大浸入時間5秒。LED應定位使焊波不接觸到距離透鏡基座2mm以內的區域。
• 重要警告：過高的溫度或時間可能熔化或變形環氧樹脂透鏡，使內部材料劣化，並導致災難性故障。紅外線（IR）迴焊明確不適用於此插件式封裝類型。

7. 應用與設計建議

7.1 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。其亮度由電流控制，而非電壓。為確保驅動多個LED（尤其是並聯時）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）。

不建議使用單一電阻驅動多個並聯的LED（電路模型B）。不同LED之間順向電壓（VF）特性的微小差異將導致流經每個支路的電流顯著不同，造成亮度不均。串聯電阻用於穩定電流並補償電源電壓及LED VF的變化。

電阻值（R）可使用歐姆定律計算：R = (Vcc - VF) / IF，其中Vcc為電源電壓，VF為LED的順向電壓（保守設計請使用規格書中的最大值），IF為所需的順向電流（例如20mA）。

7.2 靜電放電（ESD）防護

LED易受靜電放電損壞。在處理與組裝時必須採取預防措施：

• 人員應佩戴接地腕帶或防靜電手套。
• 所有設備、工作台及儲物架必須妥善接地。
• 可使用離子產生器來中和可能因摩擦積聚在塑膠透鏡上的靜電荷。
• 實施ESD控制計畫，並對組裝區域工作人員進行培訓與認證。

7.3 典型應用場景

此LED非常適合室內外標誌（其亮度與顏色效果良好）及一般電子設備。具體用途包括：

• 電源/狀態指示燈：家電、電腦及網路設備上的開/關、待機或操作模式燈。
• 面板指示燈：控制面板上開關、按鈕或圖例的背光。
• 消費性電子產品：音訊/視訊設備、充電器及玩具上的指示燈。
• 工業控制：機械、感測器及儀器上的狀態指示。

8. 技術比較與考量

與較舊的技術（如GaP磷化鎵綠色LED）相比，此AlInGaP黃綠色LED提供了顯著更高的發光效率與強度，在相同驅動電流下能產生更亮的輸出。572nm波長提供了極佳的能見度，因為它與人眼在明視覺（日光）下的峰值靈敏度密切吻合。

在為應用選擇LED時，設計師必須權衡視角與軸向強度之間的取捨。此LED的40度視角提供了良好的折衷，提供了相當寬廣的視錐角，同時保持良好的軸上亮度。對於需要極寬視角的應用，不同的透鏡形狀（例如平頂或側視封裝）會更合適。

插件式封裝在原型製作、手動組裝及需要高焊點機械強度的應用中具有優勢。然而，對於大批量自動化組裝，表面黏著元件（SMD）封裝通常更受青睞，因為其貼裝速度更快且節省電路板空間。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以將此LED直接連接到5V數位邏輯輸出嗎？

答：不行。典型順向電壓為2.4V。將其直接連接到5V會導致過大電流流過，損壞LED。您必須使用串聯限流電阻。對於5V電源及20mA目標電流，電阻約為（5V - 2.4V）/ 0.02A = 130歐姆作為起點（使用最接近的標準值，例如120或150歐姆）。

問："降額"規格對我的設計意味著什麼？

答：如果您的應用在環境溫度高於50°C下運作，您必須降低最大連續電流。例如，在70°C環境溫度下（比50°C參考點高20°C），您必須將電流降低20°C * 0.57 mA/°C = 11.4 mA。因此，在70°C下的最大安全連續電流將為30 mA - 11.4 mA = 18.6 mA。

問：為什麼有單獨的"峰值"電流額定值？

答：LED可以在短脈衝中承受更高的電流，因為產生的熱量沒有時間將接面溫度提高到損壞程度。這對於產生非常明亮的閃光或用於多工方案（其中多個LED依序驅動）很有用。

問：訂購時如何解讀分級代碼？

答：您需要指定所需的發光強度分級（例如GH0代表140-240 mcd）和主波長分級（例如H08代表570-572nm），以確保您收到的LED具有一致的亮度與色調。如果您的應用對顏色要求不嚴格，則較寬的波長分級可能可以接受，且可能更具成本效益。

10. 設計實例研究

情境：為一個在最高60°C環境下運作的工業控制器設計狀態指示燈面板。面板有三個LED：電源（恆亮）、故障（閃爍）和活動（通訊期間脈衝）。系統使用3.3V微控制器進行控制。

設計步驟：

1. 電流選擇：由於環境溫度為60°C，需應用降額。超過50°C的溫度為10°C。電流減少量 = 10°C * 0.57 mA/°C = 5.7 mA。最大連續電流 = 30 mA - 5.7 mA = 24.3 mA。為確保可靠性與壽命，選擇15mA作為設計目標，在提供良好亮度的同時遠低於限制。
2. 電阻計算：使用Vcc = 3.3V，VF(max) = 2.4V，IF = 15mA。R = (3.3V - 2.4V) / 0.015A = 60歐姆。選擇標準的62歐姆電阻。
3. 驅動方法：每個LED連接在微控制器GPIO引腳（配置為輸出）與地之間，並串聯其專用的62歐姆電阻。"故障"LED透過軟體閃爍。"活動"LED以較高頻率脈衝以產生獨特的視覺效果，若使用超過30mA的脈衝，則保持在1/10工作週期限制內。
4. 分級：為確保外觀一致，指定GH0強度分級及H08或H09波長分級，以確保三個LED在亮度與色調上緊密匹配。
5. 佈局：PCB孔位根據引腳間距尺寸放置。在LED本體周圍保持至少2mm半徑的禁入區域，以防止波峰焊時發生焊料芯吸。

11. 技術原理介紹

此LED基於生長在基板上的AlInGaP半導體材料。當在p-n接面施加順向電壓時，電子與電洞被注入活性區域並在此復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定，該能量透過在晶體生長過程中調整鋁、銦、鎵和磷的比例來設計。572nm黃綠色發光是透過特定的AlInGaP成分實現的。綠色擴散式環氧樹脂透鏡有多重用途：封裝並保護脆弱的半導體晶片與焊線、作為折射元件塑造光輸出光束（形成40度視角）、並包含擴散粒子以散射光線，使發光表面看起來更均勻且不那麼刺眼。

12. 產業趨勢與背景

雖然像此T-1 3/4封裝的插件式LED對於維修、業餘愛好者及某些工業市場仍然至關重要，但電子製造的主流趨勢是朝向表面黏著技術（SMT）。SMD LED在自動化組裝速度、節省電路板空間及更低剖面高度方面具有顯著優勢。然而，插件式元件因其機械穩固性、易於手動焊接與返修，以及透過引腳與PCB的優異熱連接而受到重視。在材料技術方面，AlInGaP仍然是高效能紅色、橙色、琥珀色及黃綠色LED的標準。對於真正的綠色和藍色，InGaN（氮化銦鎵）是主流技術。發展重點持續在於提高發光效率（每瓦流明）、改善顏色在溫度與壽命期間的一致性與穩定性，以及增強在惡劣環境條件下的可靠性。