T-1 3/4 LED 燈珠 334-15/X1C5-1QSA 規格書 - 暖白光 - 3.2V 典型值 - 50° 視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能暖白光 LED 燈珠的規格。此元件專為需要在緊湊、符合產業標準的封裝內提供顯著光輸出的應用而設計。其核心功能是為各種指示燈與照明應用提供高效、可靠的照明。

1.1 核心優勢與目標市場

此 LED 的主要優勢包括其高發光功率輸出，以及透過螢光粉轉換系統實現的暖白光發射。它採用廣受歡迎的 T-1 3/4 圓形封裝，確保與現有燈座和設計的廣泛相容性。此元件亦符合相關環境與處理標準，具備靜電防護 (ESD) 且符合 RoHS 規範。其目標應用廣泛，涵蓋訊息面板、光學指示燈、背光模組以及需要清晰、明亮信號的標記燈。

2. 技術參數深度解析

本節根據規格書，客觀分析此元件的關鍵電氣、光學與熱特性。

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，不適用於正常操作。

• 連續順向電流 (IF)：30 mA。持續超過此電流將使半導體接面承受過大應力。
• 峰值順向電流 (IFP)：在 1/10 工作週期和 1 kHz 下為 100 mA。這允許短暫的較高電流脈衝，適用於多工顯示應用。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。施加超過此值的逆向偏壓可能導致接面崩潰。
• 功率耗散 (Pd)：110 mW。這是在特定條件下，封裝能夠以熱形式散發的最大功率。
• 操作與儲存溫度：分別為 -40°C 至 +85°C 和 -40°C 至 +100°C，定義了元件的環境耐受性。
• 靜電耐受 (HBM)：4 kV，表示在處理過程中具有良好的靜電放電防護能力。
• 焊接溫度：260°C 持續 5 秒，指定了迴流焊溫度曲線的耐受度。

2.2 電氣-光學特性

這些是在 25°C 標準測試條件下測得的典型性能參數（除非註明，否則 IF=20mA）。

• 順向電壓 (VF)：2.8V 至 3.6V。LED 導通時的跨壓降。典型值約為 3.2V。設計者必須確保驅動電路能適應此電壓範圍。
• 發光強度 (IV)：根據特定分級（見第 3 節），最小範圍從 3600 mcd 到 7150 mcd。此高強度是要求高可見度應用的關鍵特性。
• 視角 (2θ1/2)：50 度（典型值）。此定義了發光強度降至峰值一半時的角寬度，產生中等寬度的光束。
• 色度座標 (x, y)：根據 CIE 1931 色彩空間，典型值為 x=0.40, y=0.39。這將發射光顏色定位在暖白光區域。
• 齊納逆向電壓 (Vz)：在 Iz=5mA 時，典型值為 5.2V。此整合保護功能有助於保護 LED 免受逆向電壓暫態的影響。
• 逆向電流 (IR)：在 VR=5V 時，最大值為 50 µA，表示在關斷狀態下漏電流極低。

3. 分級系統說明

此元件根據關鍵參數進行分級，以確保一致性。這讓設計師能選擇符合其特定亮度和順向電壓要求的 LED。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 20mA 下的最小發光強度分為三個主要等級：

- 等級 Q：3600 - 4500 mcd

- 等級 R：4500 - 5650 mcd

- 等級 S：5650 - 7150 mcd

這些數值適用 ±10% 的公差。選擇較高的等級（例如 S）可保證獲得較亮的元件。

3.2 順向電壓分級

為了協助串聯連接時的電流匹配或精確的驅動器設計，LED 也按順向電壓分級：

- 等級 0：2.8 - 3.0 V

- 等級 1：3.0 - 3.2 V

- 等級 2：3.2 - 3.4 V

- 等級 3：3.4 - 3.6 V

測量不確定度為 ±0.1V。

3.3 色彩分級（色度）

暖白光定義在 CIE 1931 色度圖上的特定區域內。規格書提供了六個色彩等級（D1、D2、E1、E2、F1、F2）的角座標，這些等級被歸為一組（第 1 組）。此分組表示所有這些等級都落在可接受的暖白光色彩空間內，其中 F1/F2 較暖（相關色溫較低），D1/D2 較冷。典型座標 (x=0.40, y=0.39) 位於此分組區域內。

4. 性能曲線分析

提供的圖表有助於了解元件在不同條件下的行為。

4.1 相對強度 vs. 波長

光譜功率分佈曲線顯示在可見光譜中有一個寬廣的發射峰，這是螢光粉轉換白光 LED 的特徵。峰值位於黃色區域，並帶有來自 InGaN 晶片的藍色成分，從而呈現暖白光外觀。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓 (IV 曲線)

此曲線呈現典型的二極體指數關係。順向電壓隨電流對數增加。此曲線對於設計恆流驅動器至關重要，因為電壓的微小變化可能導致電流大幅變化。

4.3 相對強度 vs. 順向電流

發光輸出隨順向電流增加，但並非線性。曲線可能顯示一個接近線性增加的區域，隨後在較高電流下因效率下降和熱效應而出現衰減。建議在建議的 20mA 測試電流或以下操作，以獲得最佳效率和壽命。

4.4 色度 vs. 順向電流與熱性能

色度座標可能隨驅動電流而輕微偏移。顯示順向電流與環境溫度的圖表對於熱管理至關重要。隨著環境溫度升高，給定接面溫度下的最大允許順向電流會降低。必須遵循此降額曲線以防止過熱。

4.5 指向性圖案

輻射圖案圖說明了光的空間分佈。帶有圓形透鏡的 T-1 3/4 封裝產生平滑、寬廣的光束，具有標稱的 50 度視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此 LED 採用標準 T-1 3/4 (5mm) 圓形封裝。關鍵尺寸註記包括：

- 除非另有說明，所有尺寸單位為毫米，一般公差為 ±0.25mm。

- 引腳間距在引腳離開封裝本體處測量。

- 樹脂在法蘭下方的最大突出量為 1.5mm。

- 尺寸圖提供了總長度、透鏡直徑、引腳直徑和彎曲點的準確測量值，這些對於 PCB 焊盤設計和機械裝配至關重要。

5.2 極性識別

極性通常由引腳長度（較長的引腳為陽極）或封裝法蘭上的平面標記指示。陰極通常連接到與此平面相鄰的引腳。正確的極性對於操作和避免施加逆向偏壓至關重要。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理對於可靠性至關重要。

6.1 引腳成型

• 彎曲必須在距離環氧樹脂燈泡底部至少 3mm 處進行，以避免對內部晶片和焊線造成應力。
• 在焊接前成型引腳。對已焊接的接點施加應力可能損壞 PCB 或 LED。
• 使用適當的工具以避免對封裝施加應力。PCB 安裝過程中的錯位可能導致永久性應力。
• 在室溫下剪裁引腳。高溫剪裁可能傳遞熱量並損壞元件。
• 確保 PCB 孔與 LED 引腳完美對齊，以避免強行插入。

6.2 焊接參數

• 手工焊接：烙鐵頭最高溫度 300°C（適用於最大 30W 烙鐵），每個引腳的焊接時間不超過 3 秒。
• 波峰焊/浸焊：最高預熱溫度 100°C，持續時間最長 60 秒。
• 保持焊接點與環氧樹脂燈泡的距離超過 3mm。建議在連接桿（封裝內部引腳之間的小金屬支撐）的基座之外進行焊接。

6.3 儲存條件

• 收到後，儲存在 ≤30°C 和 ≤70% 相對濕度下。在此條件下的建議儲存壽命為 3 個月。
• 如需更長時間儲存（最長一年），請將 LED 置於充有氮氣並放有乾燥劑的密封容器中。
• 避免在高濕度環境下溫度急劇變化，以防止封裝表面和內部凝結水氣。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED 的包裝旨在防止濕氣、靜電和物理衝擊造成的損壞：

- 包裝於防靜電袋中。

- 每袋最少 200 件，最多 500 件。

- 五袋裝入一個內箱。

- 十個內箱裝入一個外箱。

7.2 標籤說明

袋子上的標籤包含關鍵的可追溯性和規格資訊：

- P/N：零件編號。

- QTY：袋中數量。

- CAT：發光強度與順向電壓分級的組合代碼。

- HUE：色彩等級（例如 D1、F2）。

- LOT No：製造批號，用於追溯。

7.3 型號命名規則

零件編號 334-15/X1C5-1QSA 遵循結構化格式，其中佔位符方塊 (□) 可能代表特定發光強度、順向電壓和色彩等級分級的代碼，允許精確訂購所需的性能等級。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 訊息面板與記分板：其高強度和寬視角使其適用於室內/外顯示器的字元照明。
• 光學指示燈：適用於工業設備、消費性電子產品或控制面板上的狀態燈，偏好使用暖白光指示。
• 背光照明：可用於小型面板、標誌或裝飾照明的邊緣照明。
• 標記燈：適用於位置指示器、出口標誌或低亮度環境通道照明。

8.2 設計考量

• 限流：務必使用恆流源或限流電阻驅動。根據電源電壓 (Vs)、LED 的順向電壓（來自其分級的 Vf）和所需電流（例如 20mA）計算電阻值：R = (Vs - Vf) / I_f.
• 熱管理：雖然此封裝並非為高功率耗散而設計，但在應用中仍需確保足夠的通風，尤其是在使用多個 LED 或在接近最大電流下操作時。對於升高的環境溫度，請遵循電流降額曲線。
• 靜電防護：儘管額定為 4kV HBM，在組裝過程中仍需實施標準的 ESD 預防措施。
• 光學設計：50° 視角在光束寬度和強度之間提供了良好的平衡。對於更窄的光束，則需要二次光學元件（透鏡）。

9. 技術比較與差異化

與通用的 5mm 白光 LED 相比，此元件提供幾個明顯的優勢：

1. 高發光強度：分級最高可達 7150 mcd 最小值，其光輸出顯著高於標準指示燈 LED，使其能在較高環境光條件下使用。

2. 定義明確的暖白光色度：指定的色度座標和分級確保了一致、悅目的暖白光色彩，有別於冷白光或偏藍白光 LED。

3. 整合齊納保護：跨接在 LED 兩端的內建 5.2V 齊納二極體提供了一定程度的逆向電壓突波保護，增強了在電氣噪聲環境中的可靠性。

4. 詳盡的規格：詳細的最大額定值、性能曲線和處理指南為工程師提供了進行可靠、長期設計所需的數據。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

問：等級 Q、R 和 S 之間有何區別？

答：這些等級根據最小發光強度分類。等級 S 最亮（最小 5650-7150 mcd），等級 R 中等（最小 4500-5650 mcd），等級 Q 為標準亮度（最小 3600-4500 mcd）。請根據您應用的亮度需求選擇。

問：我可以連續以 30mA 驅動此 LED 嗎？

答：雖然 30mA 是絕對最大連續額定值，但標準測試條件和典型工作點是 20mA。以 30mA 操作會產生更多光，但也會產生更多熱量，可能縮短壽命並導致色彩偏移。為了獲得最佳可靠性，請以 20mA 或更低電流進行設計。

問：如何解讀色度座標 (x=0.40, y=0.39)？

答：這些座標在 CIE 1931 色度圖上標示一個點。此特定點落在暖白光區域內，通常與約 3000K-4000K 範圍的相關色溫 (CCT) 相關，類似於白熾燈或鹵素燈的暖白光。

問：此 LED 有齊納二極體。這是否意味著我不需要串聯電阻進行逆向保護？

答：不是。齊納二極體主要將逆向電壓箝位在約 5.2V，保護 LED 免受逆向偏壓影響。當正向供電驅動 LED 時，您仍然絕對需要一個串聯的限流電阻（或恆流驅動器）來控制電流並防止熱失控。

11. 設計與使用案例研究

情境：設計一個多 LED 出口標誌。

1. 需求：12 顆 LED 用於照亮EXIT字樣。所有 LED 需要一致的亮度和色彩。在室內環境（最高環境溫度 Ta ~40°C）中由 12VDC 電源供電。

2. LED 選擇：選擇來自相同發光強度等級（例如等級 R）和相同色彩組別（第 1 組）的 LED 以確保均勻性。如果並聯連接，選擇相同的順向電壓等級（例如等級 1）也會有所幫助。

3. 電路設計：將 3 顆 LED 與一個限流電阻串聯，並並聯 4 組相同的串聯電路。對於等級 1 的 LED（Vf 典型值 3.1V），三顆串聯壓降約為 9.3V。對於 12V 電源和目標電流 18mA（為延長壽命略微降額），R = (12V - 9.3V) / 0.018A ≈ 150 Ω。計算電阻額定功率：P = I²R = (0.018)² * 150 ≈ 0.049W，因此標準的 1/8W (0.125W) 電阻已足夠。

4. 佈局：遵循機械圖進行 PCB 焊盤間距設計。如果需要成型引腳，請確保遵守 3mm 引腳彎曲規則。在 LED 之間提供一些間距以利散熱。

5. 結果：一個可靠照明、外觀均勻的標誌，其操作均在 LED 的所有指定限制範圍內。

12. 工作原理簡介

這是一款螢光粉轉換白光 LED。核心發光元件是由氮化銦鎵 (InGaN) 製成的半導體晶片，當順向電流施加於其 p-n 接面時會發出藍光（電致發光）。此藍光並非直接發射。相反地，LED 的反光杯內填充了黃色（或黃紅色）螢光粉材料。當來自晶片的藍色光子撞擊螢光粉顆粒時，會被吸收。隨後，螢光粉以更寬的光譜重新發射光，主要在黃色和紅色區域。剩餘的未被吸收的藍光與新發射的黃/紅光混合，在人眼感知上形成白光。螢光粉的特定混合決定了色溫——在本例中，是帶有更多紅色光譜成分的暖白光。整合的齊納二極體是一個獨立的半導體元件，以相反極性（陰極對陽極）並聯連接，以保護脆弱的 LED 接面免受逆向電壓崩潰的影響。

13. 技術趨勢與背景

所描述的元件代表了一項成熟且廣泛採用的技術。T-1 3/4 (5mm) 穿孔式封裝數十年來一直是指示燈和低階照明應用的產業標準。更廣泛的 LED 產業當前的趨勢正朝向：

1. 提高效率 (lm/W)：更新的晶片設計和先進的螢光粉持續提高每電瓦的光輸出量，降低能耗。

2. 表面黏著元件 (SMD) 主導：對於大多數新設計，SMD 封裝（如 3528、5050 或更小尺寸）因其尺寸更小、適合自動化組裝，且通常具有更好的 PCB 熱路徑而更受青睞。

3. 更高的色彩品質與一致性：更嚴格的色彩分級（使用如麥克亞當橢圓等指標）和改進的演色性指數 (CRI) 正成為照明應用的標準。

4. 整合解決方案：內建驅動器（恆流 IC）、控制器或多色通道（RGB、RGBW）於單一封裝內的 LED 在智慧照明中日益普及。

儘管存在這些趨勢，穿孔式 LED 燈珠對於需要簡單替換、高單點強度、惡劣環境下的穩健性，或指定使用穿孔式 PCB 組裝的應用而言，仍然高度相關。其定義明確的特性和悠久的歷史使其成為許多工程設計中可靠且可預測的選擇。