3.1mm 琥珀色霧面 AlInGaP LED 燈泡 - 發光強度 140-240mcd @20mA - 順向電壓 2.4V - 繁體中文技術規格書

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能、插件式安裝的LED燈泡規格。此元件專為通用指示燈應用而設計，在效能、可靠性與易用性之間取得平衡。其主要功能是在電子設備中提供清晰可見的光訊號。

此元件的核心優勢包括相對於低功耗的高發光強度輸出，使其成為節能的選擇。其封裝與標準印刷電路板（PCB）安裝製程相容，並設計為可由低電流電路驅動，通常可直接與積體電路（IC）介面，無需複雜的驅動級。霧面透鏡提供寬廣且均勻的視角，從不同位置都能增強可見度。

目標市場涵蓋廣泛的消費性與工業電子產品，這些產品需要可靠的狀態指示。這包括但不限於家電、通訊設備和辦公設備中的電源指示燈、模式選擇器和運作狀態燈。

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應力極限。在這些極限下或超過極限的操作無法保證，在可靠的設計中應避免。

• 功率消耗（Pd）：75 mW。這是元件在環境溫度（T_A）為25°C時，能以熱形式消耗的最大功率。超過此值可能導致熱失控和故障。
• 直流順向電流（I_F）：30 mA。可通過LED的最大連續電流。
• 峰值順向電流：60 mA，但僅在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。這允許在閃爍應用等情況下實現短暫的更高亮度。
• 降額：當環境溫度每升高1°C超過50°C時，直流順向電流必須線性降低0.4 mA。這對於確保在高溫環境下的使用壽命至關重要。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。施加高於此值的逆向偏壓可能導致LED接面立即且災難性的故障。
• 工作與儲存溫度：-40°C 至 +100°C。此元件適用於工業級溫度範圍。
• 引腳焊接溫度：260°C，持續5秒，測量點距離LED本體1.6mm。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T_A=25°C 和 I_F=20mA（標準測試條件）下測得的典型效能參數。

• 發光強度（I_V）：140-240 mcd（毫燭光）。此數值指定了LED的感知亮度，由經過濾鏡匹配人眼明視覺響應（CIE曲線）的感測器測量。寬廣的範圍表示採用了分級系統（見第3節）。
• 視角（2θ_1/2）：75度。這是光強度降至其峰值（軸上）值一半時的全角。75°角表示一個相當寬廣、擴散的發光模式，適合大面積指示。
• 峰值發射波長（λ_P）：591 nm。這是光譜功率輸出最高的波長。
• 主波長（λ_d）：590 nm。這是從CIE色度圖得出的比色測量值，代表最能描述LED感知顏色（琥珀色）的單一波長。它是顏色規格更相關的參數。
• 光譜線半寬度（Δλ）：15 nm。這表示發射光的光譜純度或頻寬。寬度越窄表示光源單色性越好。
• 順向電壓（V_F）：2.4V（典型值，最大值）。在20mA工作時，LED兩端的電壓降。這對於設計串聯的限流電阻至關重要。
• 逆向電流（I_R）：100 µA（最大值），在V_R=5V時。這是接面在關閉狀態下漏電的度量。
• 電容（C）：40 pF（典型值），在0V偏壓和1MHz下。這與極高速開關應用相關，但在指示燈應用中通常可忽略不計。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據關鍵光學參數進行分類（分級）。這讓設計師可以選擇符合特定亮度和顏色要求的零件。

3.1 發光強度分級

單位：mcd @ 20mA。此特定料號提供的分級代碼為GH，對應最小強度140 mcd和最大強度240 mcd。其他可用分級（JK, LM）提供更高的強度範圍（最高達680 mcd）。每個分級極限的公差為±15%。

3.2 主波長分級

單位：nm @ 20mA。規格書列出了從H14（582-584 nm）到H20（594-596 nm）的分級。料號LTL1KHKSD的具體分級未在提供的摘錄中列出，但它會落在這些範圍之一內，定義其精確的琥珀色調。每個分級極限的公差為±1 nm，確保在選定分級內有嚴格的顏色控制。

4. 效能曲線分析

雖然文中未詳細說明具體圖表，但此類LED的典型曲線包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電壓與電流之間的指數關係。對於AlInGaP LED，膝點電壓約為2.0-2.1V。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_Vvs. I_F）：通常為接近線性的關係，顯示亮度隨電流增加而增加，但在極高電流下，由於熱效應，效率可能會下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨溫度升高而降額。與舊技術相比，AlInGaP LED通常具有更好的高溫效能。
• 光譜分佈：相對強度 vs. 波長的圖表，顯示峰值約在591 nm，半寬度約15 nm，確認了琥珀色。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED採用3.1 mm直徑的圓形封裝。關鍵尺寸註記包括：所有尺寸單位為mm；標準公差為±0.25mm；法蘭下樹脂最大突出量為1.0mm；引腳間距在封裝本體出口點測量。引腳設計用於插件式安裝。

5.2 極性識別

對於插件式LED，陰極通常由透鏡邊緣的平面、較短的引腳或塑膠法蘭上的凹口來識別。具體標記應在元件或其包裝上確認。

6. 焊接與組裝指南

正確的操作對於防止損壞至關重要。

• 引腳成型：必須在室溫下、焊接前進行。在距離透鏡基座至少3mm處彎曲引腳。請勿使用封裝本體作為支點。
• 焊接間距：在焊點與透鏡基座之間保持至少2mm的距離。切勿將透鏡浸入焊料中。
• 建議焊接條件：
  • 烙鐵：最高300°C，每引腳最長3秒。
  • 波峰焊：預熱最高100°C，最長60秒；焊波最高260°C，最長10秒。
• 重要：紅外線迴流焊不適用於此插件式LED。過高的熱量或時間可能導致透鏡變形或損壞LED。
• 清潔：若需清潔，僅使用酒精類溶劑，如異丙醇。

7. 包裝與訂購資訊

標準包裝如下：LED以每袋1000、500或250顆包裝。十袋放入一個內箱（總計10,000顆）。八個內箱裝入一個外運送箱（總計80,000顆）。部分包裝僅允許在運送批次的最後一箱中。

8. 應用設計建議

8.1 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。為確保亮度均勻並防止過電流損壞，當從電壓源供電時，每個LED必須串聯一個限流電阻。電阻值（R）使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。不建議為多個並聯的LED使用一個共用電阻（規格書中的電路B），因為各個LED的V_F存在差異，這可能導致亮度和電流分擔的顯著差異。

8.2 靜電放電（ESD）防護

LED對ESD敏感。在操作和組裝過程中必須採取預防措施：使用接地腕帶和工作台；使用離子風扇中和塑膠透鏡上的靜電；並確保所有設備正確接地。

8.3 儲存條件

若需在原始密封袋外長期儲存，請儲存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。建議的儲存環境為≤30°C且相對濕度≤70%。從原始包裝中取出的LED最好在三個月內使用。

9. 技術比較與差異化

此AlInGaP（磷化鋁銦鎵）LED代表了對GaAsP（磷化砷化鎵）等舊技術的進步。主要差異包括：

• 更高效率：AlInGaP提供每瓦更多流明，從而實現相同電流下的更高亮度，或相同亮度下的更低功耗。
• 更優異的溫度穩定性：與GaAsP相比，AlInGaP LED的發光強度隨溫度升高而下降的程度較小。
• 更好的色彩飽和度：此技術能實現更明亮、更鮮豔的琥珀色和紅色。

10. 常見問題（FAQ）

問：我可以直接用5V微控制器引腳驅動這個LED嗎？

答：不行。典型順向電壓為2.4V，微控制器引腳無法在同時下降約2.6V的情況下可靠地提供20mA電流。您必須使用一個串聯電阻（例如，(5V - 2.4V) / 0.02A = 130歐姆），並且可能需要一個由MCU引腳驅動的電晶體開關。

問：為什麼有最小發光強度（140 mcd），而不僅僅是典型值？

答：分級系統保證了最低效能水準。當您訂購GH分級的產品時，您能確保每個LED在標準測試條件下都達到或超過140 mcd，從而確保您應用的一致性。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長是發射光譜的物理峰值。主波長是基於人類色彩感知（CIE圖表）的計算值，更能準確代表您實際看到的顏色。對於像這種琥珀色的單色LED，兩者通常非常接近。

11. 實際應用範例

情境：設計一個市電供電的設備電源指示燈。

電源供應提供穩壓的5V電源軌。目標是擁有一個清晰可見、常亮的琥珀色指示燈。

1. 電流選擇：選擇 I_F= 20mA（標準測試電流，確保良好亮度和使用壽命）。
2. 電阻計算：使用最大 V_F(2.4V) 進行保守設計，確保即使使用較高V_F的零件也能保持亮度。R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130歐姆。最接近的標準值為130Ω或120Ω。
3. 電阻額定功率：P = I²R = (0.02)²* 130 = 0.052W。標準的1/8W（0.125W）或1/4W電阻綽綽有餘。
4. PCB佈局：將LED放置在面板開孔附近。確保孔徑能容納3.1mm透鏡並留有間隙。在焊盤設計中遵循至少2mm的焊點到本體間距規則。
5. 組裝：插入LED，確保極性正確。使用建議的波峰焊設定檔，注意不要使元件過熱。

12. 工作原理

LED是一種半導體二極體。當施加超過其能隙電壓的順向電壓時，電子和電洞在主動區（此處為AlInGaP層）複合。這種複合以光子（光）的形式釋放能量。特定的材料成分（Al, In, Ga, P）決定了能隙能量，從而決定了發射光的波長（顏色）。霧面環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶片，提供機械保護、塑造光輸出光束並增強光提取效率。

13. 技術趨勢

指示燈LED的總體趨勢是朝向更高的效率和微型化。雖然像這種3.1mm燈泡的插件式封裝因其堅固性和易於手動組裝而仍然流行，但表面黏著元件（SMD）LED由於其更小的尺寸、適合自動化取放組裝以及更低的剖面高度，正在主導新的設計。然而，插件式LED在需要高單點亮度、通過引腳實現優異散熱、或前面板安裝的機械強度至關重要的應用中仍保持優勢。底層的AlInGaP材料技術持續在效率和可靠性方面進行優化。