橘色SMD LED 規格書 - 0.55mm 超薄高度 - 1.8V 典型順向電壓 - 75mW 功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能表面黏著橘色LED的規格。此元件的特點在於其極低的剖面高度，使其非常適合垂直空間受限的應用。該LED採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料，此材料以在橘紅色光譜中提供高發光效率與優異的色彩純度而聞名。作為符合RoHS規範的綠色產品，它遵循當代環保標準。元件以業界標準的8mm載帶包裝於7英吋直徑的捲盤上供應，便於與高速自動化取放組裝設備及紅外線迴焊製程相容。

2. 深入技術參數分析

除非另有說明，所有參數均在環境溫度（Ta）25°C下指定。理解這些參數對於可靠的電路設計與性能預測至關重要。

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。不保證在或接近這些極限下操作，為確保長期可靠性應避免。

• 功率消耗（Pd）：75 mW。這是LED封裝能以熱形式消散的最大功率。超過此限制可能導致半導體接面與環氧樹脂透鏡的熱損壞。
• 直流順向電流（IF）：30 mA。可施加的最大連續順向電流。
• 峰值順向電流：80 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為1/10，脈衝寬度為0.1ms。適用於短暫的高強度閃爍。
• 逆向電壓（VR）：5 V。施加超過此額定值的逆向電壓可能導致LED接面立即且災難性的故障。
• 操作溫度範圍：-30°C 至 +85°C。元件設計可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。
• 紅外線焊接條件：可承受260°C達10秒，此為無鉛（Pb-free）迴焊溫度曲線的典型條件。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了在正常操作條件下（通常在 IF = 2 mA）的光輸出與電氣行為。

• 發光強度（Iv）：範圍從最小值2.80 mcd到最大值18.00 mcd。實際值取決於特定的分級代碼（見第3節）。強度是使用經過濾波以匹配明視覺（CIE）人眼響應曲線的感測器測量。
• 視角（2θ_1/2）：130度。這是發光強度降至軸上（0度）測量值一半時的全角。如此寬的視角提供了寬廣、擴散的照明模式，適合狀態指示燈與背光應用。
• 峰值發射波長（λ_P）：611.0 nm。這是光譜功率輸出達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：605.0 nm。這是一個源自CIE色度圖的色彩參數。它代表最能描述光線感知顏色的單一波長。這是用於顏色規格更相關的參數。
• 光譜線半高寬（Δλ）：17 nm。這表示光譜純度。數值越小表示光線越接近單色（純色）。17 nm是橘色範圍AlInGaP LED的典型值。
• 順向電壓（V_F）：典型值為1.80V，在2 mA時範圍從1.60V到2.20V。此低順向電壓是AlInGaP技術的主要優勢之一，有助於提高效率。
• 逆向電流（I_R）：當施加5V逆向偏壓時，最大為10 μA。

3. 分級系統說明

由於半導體製造的固有變異，LED會根據性能進行分級。此系統讓設計師能為其應用選擇符合特定公差要求的元件。

3.1 順向電壓分級

單位為伏特（V），在 IF = 2 mA 下測量。每個分級內的公差為 ±0.1V。

• D1：1.60V（最小）至 1.80V（最大）
• D2：1.80V（最小）至 2.00V（最大）
• D3：2.00V（最小）至 2.20V（最大）

選擇更嚴格的電壓分級（例如僅D1）對於直接由低電壓電池供電的應用非常重要，可確保電池放電時亮度一致，或在並聯LED陣列中確保電流均分。

3.2 發光強度分級

單位為毫燭光（mcd），在 IF = 2 mA 下測量。每個分級內的公差為 ±15%。

• H：2.80 mcd（最小）至 4.50 mcd（最大）
• J：4.50 mcd（最小）至 7.10 mcd（最大）
• K：7.10 mcd（最小）至 11.20 mcd（最大）
• L：11.20 mcd（最小）至 18.00 mcd（最大）

此分級對於需要多個LED亮度均勻的應用至關重要，例如多段顯示器或背光面板。

3.3 主波長分級

單位為奈米（nm），在 IF = 2 mA 下測量。每個分級的公差為 ±1 nm。

• N：597.0 nm（最小）至 600.0 nm（最大） – 琥珀橘色
• P：600.0 nm（最小）至 603.0 nm（最大） – 橘色
• Q：603.0 nm（最小）至 606.0 nm（最大） – 橘色
• R：606.0 nm（最小）至 609.0 nm（最大） – 橘紅色
• S：609.0 nm（最小）至 612.0 nm（最大） – 紅橘色

這允許精確的色彩匹配，對於交通號誌、汽車照明或裝飾照明等需要特定色調的應用至關重要。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了具體圖表，但其含義是標準的。順向電流（I_F）與順向電壓（V_F）的關係曲線呈指數關係。發光強度（I_V）在正常工作範圍內與電流大致呈線性關係，但在極高電流下會因熱效應與效率下降而飽和。主波長具有輕微的負溫度係數，意味著隨著接面溫度升高，顏色可能會略微向長波長方向偏移（紅移）。適當的散熱與電流管理對於在元件壽命期間維持一致的顏色與光輸出是必要的。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸與極性

此元件採用業界標準的EIA封裝尺寸。陰極通常由封裝上的綠色標記或透鏡上的凹口指示。0.55mm的超薄剖面是其定義性的機械特徵。規格書中提供了詳細的尺寸圖，供PCB焊墊圖案設計使用。

5.2 載帶與捲盤規格

LED以8mm寬的凸版載帶供應，並以頂部覆蓋帶密封，捲繞在7英吋（178mm）直徑的捲盤上。標準捲盤數量為5,000顆。包裝遵循ANSI/EIA 481-1-A-1994規範。此格式針對自動化組裝線進行了優化，確保高效的處理與放置。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了無鉛製程的建議迴焊曲線。關鍵參數包括：

• 預熱：150°C 至 200°C。
• 預熱時間：最長120秒，以確保助焊劑適當活化與溫度穩定。
• 峰值溫度：最高260°C。
• 液相線以上時間：最長10秒（建議用於可靠的焊點）。
• 迴焊次數：最多兩次。

此曲線基於JEDEC標準。針對生產中使用的特定PCB設計、錫膏與迴焊爐來表徵此曲線至關重要。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，請使用溫度控制的烙鐵，設定最高300°C。將接觸時間限制在每個焊墊最多3秒。對PCB焊墊加熱，而非直接對LED本體加熱，以防止熱衝擊。

6.3 清潔

若需要焊後清潔，僅使用指定的溶劑。在室溫下將LED浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。請勿使用超音波清潔或未指定的化學清潔劑，因為它們可能損壞環氧樹脂透鏡或內部接合。

7. 儲存與操作

正確的儲存對於防止吸濕至關重要，吸濕可能在迴焊過程中導致爆米花效應（封裝破裂）。

• 密封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤90% RH 的環境。請在包裝日期起一年內使用。
• 已開封包裝：對於從防潮袋中取出的元件，儲存環境不應超過30°C和60% RH。強烈建議在暴露後672小時（28天）內完成紅外線迴焊。
• 長期儲存（已開封）：儲存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。
• 烘烤：如果LED暴露時間超過672小時，必須在焊接前以約60°C烘烤至少20小時，以驅除吸收的濕氣。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用情境

• 狀態指示燈：其寬視角與明亮的輸出，使其非常適合消費性電子產品、網路設備和工業控制面板上的電源、連線或活動指示燈。
• 背光：可用於汽車儀表板、家電和手持裝置中，為小型面板、圖標或符號提供側光照明。
• 裝飾照明：適用於標誌、建築特色或玩具中需要特定橘色調的重點照明。
• 感測器系統：可作為光學感測器、遮斷器或反射式物體檢測器中的光源。

8.2 電路設計考量

• 限流：LED是電流驅動裝置。務必使用串聯限流電阻或恆流驅動電路。電阻值可使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。為保守設計起見，請使用規格書中的最大V_F值。
• 熱管理：雖然功率消耗低，但確保散熱焊墊（如有）周圍有足夠的PCB銅箔面積，並避免放置在靠近其他發熱元件的位置，將有助於維持較低的接面溫度，從而延長使用壽命並保持性能穩定。
• 靜電放電（ESD）保護：雖然未明確標示為敏感元件，但在連接到LED的信號線上實施基本的ESD保護是提高穩健性的良好設計實踐。

9. 技術比較與優勢

與GaAsP（磷化鎵砷）等舊技術相比，此AlInGaP LED提供了顯著優勢：

• 更高效率：AlInGaP提供每瓦更多的流明，在相同驅動電流下產生更亮的輸出，或在相同亮度下消耗更低的功率。
• 更好的色彩純度：光譜半高寬更窄，產生更飽和且視覺上更鮮明的橘色。
• 更低的熱衰減：與舊技術相比，AlInGaP在溫度與時間變化下能更好地維持其光輸出與色彩穩定性。
• 超薄剖面：0.55mm的高度是一個關鍵的區別因素，使其能夠應用於日益輕薄的消費性與行動裝置設計中。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長（λ_P)）是LED發射最多光功率的物理波長。主波長（λ_d)）是基於人眼感知顏色的方式計算出的數值。對於像LED這樣的單色光源，兩者通常很接近，但λ_d是用於顏色規格與分級的參數。

10.2 我可以持續以20mA驅動這顆LED嗎？

可以。絕對最大直流順向電流為30 mA。以20 mA操作在指定限制內。然而，您必須確保功率消耗（V_F* I_F）不超過75 mW。在典型V_F為1.8V且20mA時，消耗功率為36 mW，這是安全的。

10.3 為何儲存濕度如此重要？

環氧樹脂封裝材料會從空氣中吸收濕氣。在迴焊的快速加熱過程中，這些被困住的濕氣會汽化並膨脹，產生巨大的內部壓力。這可能導致分層（環氧樹脂與導線架分離）或封裝破裂，即所謂的爆米花效應，從而損壞元件。

11. 設計實例研究：低電量指示燈

情境：設計一款使用3.0V鈕扣電池的緊湊型手持醫療裝置。當電池電壓降至2.7V以下時，一顆清晰可見的橘色LED必須亮起。

設計選擇：

1. 元件選擇：此LED因其低剖面（適合薄型外殼）、低順向電壓（約1.8V）與高亮度而成為理想選擇。
2. 分級：選擇主波長分級P或Q以獲得標準橘色。選擇發光強度分級K或L以獲得高可見度。選擇更嚴格的順向電壓分級D1可確保LED在電池電壓下降時能一致地亮起。
3. 電路：一個簡單的比較器電路監測電池電壓。當觸發時，它會啟動一個電晶體，該電晶體透過一個限流電阻驅動LED。R = (2.7V - 1.8V) / 0.002A = 450Ω。將使用一個470Ω的標準電阻，提供I_F≈ 1.9mA，這對於指示來說已足夠。
4. 佈局：LED放置於前面板。超薄封裝使其能夠安裝在非常薄的邊框或擴散片後方。

12. 技術原理介紹

此LED基於AlInGaP半導體技術。其主動區是一個磊晶生長在基板上的多重量子井結構。當施加順向電壓時，電子與電洞被注入主動區，在那裡它們以輻射方式復合，發射光子。晶格中鋁、銦、鎵與磷的特定比例決定了能隙能量，從而決定了發射光的波長（顏色）——在此例中為橘色。光線透過一個圓頂形的環氧樹脂透鏡提取，該透鏡也保護了半導體晶粒與打線接合。

13. 產業趨勢與發展

指示燈與小訊號LED的趨勢持續朝向：

1. 微型化：更薄更小的封裝（例如0.3mm高度），以實現穿戴式裝置與超緊湊電子產品的新穎設計。
2. 更高效率：磊晶生長與光提取技術的持續改進，推動每毫安培產生更多光輸出，降低系統功耗。
3. 改善色彩一致性：更嚴格的分級公差與先進的晶圓級測試，確保在大規模生產中獲得更好的色彩與亮度均勻性。
4. 整合化：多晶片封裝（RGB、雙色）以及將驅動器或控制邏輯整合在單一封裝內的LED模組的發展。

此元件代表了AlInGaP SMD LED技術演進中一個成熟且優化的節點，在性能、尺寸與可製造性之間取得平衡，適用於廣泛的通用照明與指示應用。