T-1 5mm 穿孔式 LED 燈珠規格書 - 紅色 639nm - 2.4V 30mA - 72mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述標準 T-1 (5mm) 直徑穿孔式 LED 燈珠的規格。此元件專為廣泛電子應用中的狀態指示與照明而設計。其主要優點包括低功耗、高發光效率，以及符合 RoHS 規範的無鉛結構。該元件採用 AlInGaP 技術的紅色擴散透鏡，提供適合原型製作與量產的通用外型。

此 LED 的目標市場多元，涵蓋通訊設備、電腦周邊、消費性電子產品、家電與工業控制系統。其設計靈活性得益於提供多種發光強度分級與標準視角，讓工程師能根據特定應用需求選擇合適的亮度等級。

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

為避免永久損壞，不得在超出這些限制的條件下操作元件。關鍵額定值包括在環境溫度 (TA) 25°C 時的最大功耗為 72mW。直流順向電流限制為 30mA，而在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）則允許較高的峰值順向電流 90mA。操作溫度範圍指定為 -30°C 至 +85°C。一個關鍵參數是順向電流的降額因子，從 50°C 開始線性為 0.57 mA/°C。這意味著當環境溫度超過 50°C 時，允許的連續電流會降低，以管理接面溫度並確保可靠性。

2.2 電氣與光學特性

在 TA=25°C 與標準測試電流 (IF) 20mA 下量測，定義了 LED 的核心性能。發光強度 (Iv) 的典型值為 180 毫燭光 (mcd)，最小值為 110 mcd，最大值則根據分級代碼可達 400 mcd。視角 (2θ1/2)，即強度為軸上值一半的角度，為 50 度，提供中等寬度的光束。峰值發射波長 (λP) 為 639 nm，主波長 (λd) 範圍從 621 nm 到 642 nm，定義了感知的紅色。順向電壓 (VF) 在 20mA 下典型值為 2.4V，最大值為 2.4V。反向電流 (IR) 在反向電壓 (VR) 5V 下限制為 100 μA，但此元件並非設計用於反向偏壓操作。

3. 分級系統規格

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會被分類到不同的分級中。主要使用兩個分級維度：

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。分級代碼範圍從 F (110-140 mcd) 到 K (310-400 mcd)。每個分級限制的容差為 ±15%。

3.2 主波長分級

為確保顏色一致性，LED 根據其主波長進行分級。代碼 H29 至 H33 涵蓋從 621.0 nm 到 642.0 nm 的範圍，步進約為 4nm。每個分級限制的容差為 ±1 nm。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中參考了特定的圖形數據（圖 1-6），但此類元件的典型曲線說明了關鍵關係。順向電流對順向電壓 (I-V) 曲線顯示了二極體的指數關係特性。相對發光強度對順向電流曲線表明，在操作範圍內，光輸出隨電流線性增加。相對發光強度對環境溫度曲線通常顯示輸出隨溫度升高而降低，凸顯了熱管理的重要性。光譜分佈曲線以 639 nm 峰值波長為中心，光譜半寬約為 20 nm。

5. 機械與包裝資訊

5.1 外型尺寸

此 LED 符合標準 T-1 (5mm) 徑向引腳封裝。關鍵尺寸包括透鏡直徑、總高度與引腳間距。引腳以指定的間距從封裝中伸出，大多數尺寸的容差為 ±0.25mm。法蘭下方的最大樹脂突出定義為 1.0mm。陽極（正極）引腳通常標識為較長的引腳。

5.2 包裝規格

LED 以批量處理和運輸的方式包裝。標準包裝流程為：每防靜電包裝袋 1,000 顆；每內箱 10 袋（10,000 顆）；每主外箱 8 個內箱（80,000 顆）。僅允許在出貨批次的最後一箱中出現非整數包裝。

6. 焊接與組裝指引

6.1 儲存與操作

LED 應儲存在不超過 30°C 與 70% 相對濕度的環境中。若從原始包裝中取出，應在三個月內使用。如需更長時間儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器。操作時需採取 ESD 防護措施：使用接地腕帶、工作站與離子風扇來中和塑膠透鏡上的靜電。

6.2 接腳成型

引腳彎曲必須在室溫下、焊接製程前，於距離 LED 透鏡基座至少 3mm 的位置進行。不得以引線框架的基座作為支點。在插入 PCB 時，請使用最小的壓接力。

6.3 焊接製程

必須在焊點與透鏡基座之間保持至少 3mm 的間隙。透鏡不得浸入焊料中。建議的條件如下：
烙鐵焊接：最高 350°C，最長 3 秒，烙鐵頭距離透鏡基座不少於 2mm。
波峰焊接：預熱最高 100°C，最長 60 秒；焊波最高 260°C，最長 5 秒，焊料液面距離透鏡基座不高於 2mm。
紅外線 (IR) 迴焊不適用於此穿孔式封裝。過高的熱量或時間可能導致透鏡變形或故障。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

LED 是電流驅動元件。為確保亮度一致，尤其是在並聯多個 LED 時，強烈建議為每個 LED 使用一個串聯限流電阻（電路 A）。不建議直接從電壓源並聯驅動多個 LED（電路 B），因為各個 LED 的順向電壓 (VF) 存在差異，這將導致電流分配不均，從而亮度不一致。

7.2 設計考量

考慮順向電壓降與所需電流，使用歐姆定律計算合適的串聯電阻值：R = (Vcc - VF) / IF。若操作環境溫度較高，需考慮順向電流隨環境溫度的降額。確保 PCB 佈局允許焊點與 LED 本體之間有建議的最小間隙。此 LED 適用於室內外標誌以及一般電子設備，但若用於戶外，設計必須考慮環境密封性。

8. 技術比較與差異化

與舊技術相比，此基於 AlInGaP 的紅色 LED 提供更高的發光效率與更好的溫度性能。標準 T-1 封裝確保了與現有 PCB 佔位面積和插座的廣泛相容性。提供多種強度分級允許成本優化——為非關鍵指示器選擇較低分級，為需要更高可見度的應用選擇較高分級。符合 RoHS 規範是針對具有嚴格環保法規的全球市場產品的關鍵差異化因素。

9. 常見問題 (FAQ)

問：我可以不使用串聯電阻來驅動這個 LED 嗎？
答：不行。直接從電壓源操作 LED 極有可能超過其最大額定電流，導致立即或快速故障。串聯電阻對於電流調節是必需的。

問：峰值波長與主波長有何不同？
答：峰值波長 (λP) 是發射光功率達到最大值時的波長（639 nm）。主波長 (λd) 是從色度座標推導出來的，代表在人眼看來具有相同顏色的單色光波長（621-642 nm）。主波長與顏色感知更為相關。

問：我可以使用這個 LED 進行反向電壓指示嗎？
答：不行。此元件的最大反向電壓額定值 5V 僅用於漏電流測試。它並非設計用於反向偏壓操作。在電路中施加反向電壓可能會損壞它。

問：如何解讀包裝袋上的分級代碼？
答：包裝袋標籤包含發光強度代碼（例如 G、H）和主波長代碼（例如 H31）。請參考第 3 節中的分級表，以了解該袋中 LED 的保證最小值和最大值。

10. 實際應用案例

情境：為一個 12V 直流變壓器設計電源指示燈。
設計步驟：
1. 選擇目標順向電流 (IF)。使用典型值 20mA 是標準做法。
2. 使用典型順向電壓 (VF) 2.4V 進行計算。
3. 計算串聯電阻：R = (12V - 2.4V) / 0.020A = 480 歐姆。最接近的標準 E24 值為 470 歐姆。
4. 重新計算實際電流：I = (12V - 2.4V) / 470Ω ≈ 20.4 mA（安全）。
5. 計算電阻功率：P = I² * R = (0.0204)² * 470 ≈ 0.195W。一個標準的 1/4W (0.25W) 電阻已足夠且有餘裕。
6. 選擇合適的發光強度分級。對於簡單的電源指示燈，較低的分級（例如 F 或 G）通常足夠且具成本效益。
7. 確保 PCB 孔距與 LED 的引腳間距匹配，且焊盤與 LED 本體保持所需的 3mm 間隙。

11. 工作原理

發光二極體 (LED) 是一種半導體 p-n 接面二極體。當施加超過接面內建電位的順向電壓時，來自 n 區的電子和來自 p 區的電洞會被注入跨越接面。當這些電荷載子在主動區複合時，能量以光子（光）的形式釋放。發射光的特定波長（顏色）由所用半導體材料的能隙決定——在本例中，用於紅光發射的是磷化鋁銦鎵 (AlInGaP)。擴散透鏡封裝了半導體晶片，用於保護晶片、塑造光束（視角）並擴散光線以獲得更均勻的外觀。

12. 技術趨勢

儘管穿孔式 LED 對於原型製作、維修以及某些需要堅固機械連接的應用仍然至關重要，但產業趨勢已強烈轉向表面黏著元件 (SMD) LED，以實現大批量自動化組裝。SMD 封裝提供更小的佔位面積、更低的剖面高度，並且更適合迴焊。然而，像這種 T-1 LED 的穿孔式元件在教育環境、業餘愛好者專案以及預期需要手動組裝或更換的應用中仍然具有相關性。與 GaAsP 等舊技術相比，AlInGaP 等材料的進步已顯著提高了紅色 LED 的效率和亮度，允許更低的電流操作或更高的光輸出。此種外型尺寸的未來發展可能專注於在相同的機械封裝內進一步提高效率並擴展顏色選擇。