目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與目標市場
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣光學特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 發光強度分級
- 3.2 主波長分級
- 3.3 順向電壓分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流降額曲線
- 4.2 順向電流 vs. 順向電壓
- 4.3 相對發光強度 vs. 順向電流
- 4.4 相對發光強度 vs. 環境溫度
- 4.5 光譜分佈
- 4.6 輻射圖
- 5. 機械與包裝資訊
- 5.1 封裝尺寸
- 5.2 極性識別
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊參數
- 6.2 手工焊接
- 6.3 儲存條件
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 載帶與捲盤規格
- 7.2 標籤說明
- 8. 應用建議
- 8.1 典型應用場景
- 8.2 設計考量
- 9. 可靠性測試
- 10. 常見問題解答（FAQ）
- 10.1 分級代碼（CAT、HUE、REF）的用途是什麼？
- 10.2 我可以在沒有限流電阻的情況下驅動此LED嗎？
- 10.3 環境溫度如何影響性能？
- 10.4 此LED適合戶外應用嗎？
- 11. 實務設計案例研究
- 12. 技術原理介紹
- 13. 產業趨勢與發展
1. 產品概述
67-21系列代表專為指示燈與背光應用所設計的頂視LED家族。這些元件採用緊湊的P-LCC-2（塑膠引腳晶片載體）封裝，具有白色本體與無色透明視窗，造就了廣闊的視角。其主要設計目標是透過內部反射器優化光耦合，使這些LED特別適合與導光管搭配使用。其低順向電流需求，使其成為對功耗敏感的應用（例如可攜式電子設備、汽車儀表板及通訊設備）的絕佳選擇。
1.1 核心優勢與目標市場
此LED系列的關鍵優勢包括典型120度的廣視角、與自動化貼裝設備及氣相迴焊製程的相容性，以及提供8mm載帶與捲盤包裝以利於大量生產。產品為無鉛且符合RoHS規範。目標市場多元，涵蓋汽車（儀表板與開關背光）、通訊（電話與傳真機指示燈）、LCD與符號的一般平面背光，以及任何需要可靠、低功耗照明的通用指示燈應用。
2. 深入技術參數分析
本節詳細解析定義LED性能邊界與工作條件的關鍵電氣、光學及熱參數。
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極限值。這些並非建議的工作條件。最大逆向電壓（VR）為5V。連續順向電流（IF）不應超過50mA，而在脈衝條件下（1kHz，1/10工作週期）則允許100mA的峰值順向電流（IFP）。最大功耗（Pd）為120mW。元件可承受人體放電模式（HBM）2000V的靜電放電（ESD）。工作溫度範圍（Topr）為-40°C至+85°C，儲存溫度範圍（Tstg）為-40°C至+90°C。焊接溫度分別針對迴焊（260°C，10秒）與手工焊接（350°C，3秒）進行了規定。
2.2 電氣光學特性
電氣光學特性是在標準測試條件Ta=25°C、IF=20mA下量測。發光強度（Iv）具有典型範圍，最小值為180 mcd，最大值為565 mcd，容差為±11%。所提供資料的主波長（λd）位於紅色光譜，範圍從621nm至631nm，容差為±1nm。順向電壓（VF）範圍為1.75V至2.35V，容差為±0.1V。視角（2θ1/2）典型值為120度。在VR=5V時，逆向電流（IR）最大值為10µA。
3. 分級系統說明
為確保亮度、顏色及電氣特性的一致性，LED會進行分級。這讓設計師能選擇符合特定應用需求的元件。
3.1 發光強度分級
發光強度分為五個等級：S1（180-225 mcd）、S2（225-285 mcd）、T1（285-360 mcd）、T2（360-450 mcd）及U1（450-565 mcd）。所有量測均在IF=20mA下進行。
3.2 主波長分級
主波長歸類於代碼F下，有兩個子級：FF1（621-626 nm）與FF2（626-631 nm）。
3.3 順向電壓分級
順向電壓歸類於代碼B下，有三個子級：0（1.75-1.95V）、1（1.95-2.15V）及2（2.15-2.35V）。
4. 性能曲線分析
圖形資料提供了LED在不同條件下的行為洞察，這對於穩健的電路設計至關重要。
4.1 順向電流降額曲線
一條曲線顯示了當環境溫度超過25°C時，最大允許順向電流隨之下降。這對於熱管理與確保長期可靠性至關重要。
4.2 順向電流 vs. 順向電壓
此IV特性曲線顯示了在25°C下順向電流與順向電壓之間的關係。它是非線性的，為二極體的典型特性，對於設計限流電路至關重要。
4.3 相對發光強度 vs. 順向電流
此曲線展示了光輸出如何隨順向電流增加而增加。它有助於設計師在亮度要求、功耗及元件應力之間取得平衡。
4.4 相對發光強度 vs. 環境溫度
此圖表顯示了當接面溫度升高時，光輸出會減少，突顯了散熱對於維持一致亮度的重要性。
4.5 光譜分佈
光譜輸出圖顯示峰值波長約在632nm，確認了紅色光發射，典型光譜頻寬（Δλ）為20nm。
4.6 輻射圖
極座標圖說明了光強度的空間分佈，確認了120度的廣闊視角。在寬廣的中心區域內，強度相對均勻。
5. 機械與包裝資訊
5.1 封裝尺寸
技術圖紙規定了P-LCC-2封裝的物理尺寸。關鍵量測包括總長、寬、高，引腳間距，以及透鏡孔徑的大小。所有未指定的公差為±0.1mm。
5.2 極性識別
陰極通常由封裝上的凹口或綠色標記來識別。組裝時必須觀察正確的極性，以防止元件故障。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴焊參數
此LED適用於氣相迴焊。建議的最高峰值溫度為260°C，元件暴露在此溫度以上的時間不應超過10秒。適用於無鉛焊料的標準迴焊溫度曲線。
6.2 手工焊接
若需手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過350°C，且每個引腳的接觸時間應限制在3秒或更短。
6.3 儲存條件
元件包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中，以防止吸濕。一旦打開袋子，應在指定時間內（PDF中未明確說明，但為標準做法）使用元件，或在迴焊前根據MSL（濕度敏感等級）指南進行烘烤，以避免焊接過程中發生爆米花效應損壞。
7. 包裝與訂購資訊
7.1 載帶與捲盤規格
LED以8mm載帶供應。捲盤尺寸與載帶的口袋間距詳見圖紙。每捲包含2000顆。
7.2 標籤說明
捲盤標籤包含數個代碼：CAT（發光強度等級）、HUE（主波長等級）及REF（順向電壓等級）。這些直接對應分級資訊，允許追溯性並確保使用正確的產品型號。
8. 應用建議
8.1 典型應用場景
- 汽車：儀表板、儀表板開關及控制面板的背光。
- 通訊：電話、傳真機及網路設備上的狀態指示燈。
- 消費性電子：家電中薄膜開關、鍵盤及LCD面板的背光。
- 通用指示：廣泛電子設備中的電源狀態、模式選擇及警報指示燈。
8.2 設計考量
- 電流限制：務必使用串聯電阻或恆流驅動器將順向電流限制在所需值（例如，典型亮度為20mA）。使用公式 R = (電源電壓 - Vf) / If 計算電阻值。
- 熱管理：對於在高環境溫度或接近最大電流下連續運作，需考慮PCB佈局以利散熱。避免將LED放置在其他熱源附近。
- 導光管耦合：廣視角與封裝設計針對導光管進行了優化。為實現高效的光耦合，請確保LED與導光管入口點之間對齊準確且間隙最小。
- ESD防護：儘管額定為2000V HBM，但在處理與組裝過程中仍需實施標準的ESD預防措施。
9. 可靠性測試
產品可靠性透過一系列測試進行驗證，置信水準為90%，LTPD（批次容許不良率）為10%。關鍵測試包括：
- 迴焊：承受260°C ±5°C，最長10秒。
- 溫度循環：-40°C至+100°C之間進行300次循環。
- 熱衝擊：-40°C與+100°C之間的快速轉換。
這些測試確保了元件在典型製造與操作環境中的穩健性。
10. 常見問題解答（FAQ）
10.1 分級代碼（CAT、HUE、REF）的用途是什麼？
分級代碼用於根據量測到的發光強度（CAT）、主波長/顏色（HUE）及順向電壓（REF）對LED進行分類。這讓製造商與設計師能夠選擇特性嚴格控制的元件，確保最終產品在亮度與顏色上的一致性，特別是在陣列中使用多個LED時。
10.2 我可以在沒有限流電阻的情況下驅動此LED嗎？
不行。LED是電流驅動元件。將其直接連接到高於其順向電壓的電壓源，將導致過大電流流過，可能因熱失控而立即損壞LED。必須使用串聯電阻或主動式恆流電路。
10.3 環境溫度如何影響性能？
隨著環境溫度升高，LED的接面溫度也會上升。這會導致發光效率降低（相同電流下光輸出減少）以及順向電壓略微下降。降額曲線規定了在較高溫度下必須如何降低最大允許電流，以防止過熱和過早失效。
10.4 此LED適合戶外應用嗎？
-40°C至+85°C的工作溫度範圍使其適合許多戶外及汽車環境。然而，對於直接暴露於戶外的應用，需要額外的設計考量，例如防紫外線輻射（長期可能使環氧樹脂變黃）、整個組件的防潮密封，以及在陽光直射下穩健的熱管理。
11. 實務設計案例研究
情境：為一個工業控制單元設計背光薄膜開關面板，需要10顆紅色指示LED。面板在最高60°C的環境中由5V電源供電運作。
設計步驟：
- 電流選擇：選擇20mA的順向電流，以在亮度與壽命之間取得良好平衡。
- 電阻計算：使用最壞情況設計下B2級的最大順向電壓（2.35V）：R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω。可使用標準130Ω或150Ω電阻。電阻的額定功率應至少為(5V-2.35V)*0.02A = 0.053W，因此標準1/8W（0.125W）電阻已足夠。
- 熱檢查：在60°C環境溫度下，參考降額曲線。最大允許電流會降低。確保20mA在60°C時仍處於安全工作區域內。若否，則需降低驅動電流或改善散熱。
- 分級選擇：為求外觀均勻，指定嚴格的HUE（波長）與CAT（強度）等級，例如HUE：FF1及CAT：T1或T2，視所需亮度等級而定。
- 佈局：均勻放置LED。若使用導光板，請遵循機械圖紙以確保精確對齊。確保PCB焊墊符合建議的封裝尺寸。
12. 技術原理介紹
LED的工作原理是基於半導體材料中的電致發光。對於所描述的紅色變體，晶片材料為AlGaInP（磷化鋁鎵銦）。當在p-n接面上施加順向電壓時，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。AlGaInP合金的特定成分決定了能隙能量，進而定義了發射光的波長（顏色）——在此例中為紅色光譜（峰值約632nm）。P-LCC-2封裝封裝了半導體晶粒，提供機械保護，容納內部反射器以塑造光輸出，並形成用於連接的電氣引腳。
13. 產業趨勢與發展
像67-21系列這樣的指示LED市場持續演進。主要趨勢包括：
- 效率提升：持續的材料科學與晶片設計改進帶來更高的發光效率（每瓦電輸入產生更多光輸出），從而實現更低的功耗或更亮的指示燈。
- 微型化：雖然P-LCC-2是標準封裝，但為了在日益密集的PCB上節省空間（特別是在可攜式設備中），不斷推動更小的佔位面積（例如晶片級封裝）。
- 可靠性增強：對更長壽命及在更惡劣環境（更高溫、濕度）下運作的需求，推動了封裝材料、晶粒貼裝方法及螢光粉技術（用於白光LED）的改進。
- 智慧整合：一個日益增長的趨勢是將控制電路（如恆流驅動器或PWM控制器）整合到LED封裝內部，從而簡化外部電路設計。
- 擴展色域與一致性：分級技術與螢光粉材料的進步使得顏色控制更嚴格，飽和色彩範圍更廣，滿足了美學設計與顏色編碼指示燈的需求。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |