白光LED LTW-008ZDCG 規格書 - InGaN 白光 - 20mA - 3.6V - 120mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款專為表面黏著技術 (SMT) 應用設計的高亮度白光發光二極體 (LED) 之技術規格。此元件採用氮化銦鎵 (InGaN) 半導體材料產生白光，並透過黃色透鏡進行濾光。其以8mm載帶包裝，並供應於7英吋直徑的捲盤上，完全相容於自動化取放組裝設備。本產品歸類為綠色產品，並符合有害物質限制 (RoHS) 指令，表示其為無鉛製程。其主要設計旨在滿足需要可靠、一致且體積小巧之白光照明應用。

2. 技術參數深度客觀解讀

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。不保證在此條件下運作。

• 功率消耗 (Pd)：120 mW。這是LED封裝在不超過其熱限值下，能以熱形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流 (I_FP)：100 mA。這是最大允許的瞬時順向電流，通常在脈衝條件下指定 (1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度)，以防止過熱。
• 直流順向電流 (I_F)：30 mA。這是建議用於可靠長期運作的最大連續順向電流。
• 逆向電壓 (V_R)：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能導致崩潰並損壞LED接面。禁止連續逆向電壓操作。
• 操作溫度範圍 (T_opr)：-30°C 至 +85°C。這是LED設計為能正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍 (T_stg)：-40°C 至 +100°C。非運作狀態下的儲存溫度範圍。
• 迴焊條件：可承受260°C持續10秒，符合典型的無鉛焊料迴焊溫度曲線 (例如 J-STD-020D)。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件 Ta=25°C 且 I_F= 20 mA 下量測，除非另有說明。

• 發光強度 (I_V)：範圍從最小值 860 mcd 到典型值 1720 mcd。此參數量測在特定方向發射的光之感知功率。實際值經過分級 (參見第3節)。量測遵循CIE人眼響應曲線。
• 視角 (2θ_1/2)：110 度。這是發光強度降至其最大值 (軸向) 一半時的全角。表示相對寬廣的光束模式。
• 色度座標 (x, y)：在CIE 1931色度圖上的典型值為 x=0.295, y=0.280，定義了白點顏色。這些座標的容差為 ±0.01。
• 順向電壓 (V_F)：在20mA下，範圍從2.9V到3.6V。這是LED運作時的跨元件電壓降。實際值經過分級 (參見第3節)。
• ESD耐受電壓：2000V (人體放電模型，HBM)。此規格定義了元件對靜電放電的敏感度，表示標準的防護等級。強烈建議在處理時採取適當的ESD預防措施 (靜電手環、接地設備)。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與性能一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。

3.1 順向電壓 (V_F) 分級

LED根據其在 I_F= 20 mA 時的順向電壓，被分類為不同等級 (V0 至 V6)。每個等級的範圍為0.1V，從 V0 (2.9-3.0V) 到 V6 (3.5-3.6V)。每個等級內有 ±0.10V 的容差。這使得設計師能為並聯電路中的電流共享應用選擇電壓降緊密匹配的LED。

3.2 發光強度 (I_V) 分級

LED根據其在 I_F= 20 mA 時的發光強度進行分級 (S, T, A, B, C, D)。等級範圍從 S (860-1000 mcd) 到 D (1580-1720 mcd)。每個等級指定了 ±10% 的容差。這使得能為需要特定亮度水平或多個LED間均勻性的應用進行選擇。

3.3 色座標分級 (色階)

本文件提供詳細的色階表 (例如 A52, A53, BE1, BG3)，定義了CIE 1931色度圖上特定的四邊形或三角形區域。每個色階指定了白光輸出的允許 (x, y) 座標邊界。這種精確的分級對於顏色一致性至關重要的應用 (如背光或標誌) 極為關鍵。這些座標的量測容差為 ±0.01。

4. 性能曲線分析

4.1 相對強度 vs. 波長

規格書中的圖1顯示了發射光的光譜功率分佈 (SPD)。對於使用藍光InGaN晶片搭配黃色螢光粉的白光LED，曲線通常顯示來自晶片的藍光區域 (約450-460 nm) 有一個主峰，以及由螢光粉產生的黃/綠光區域 (約550-600 nm) 有一個較寬的峰或隆起。這些光譜的組合產生了白光的感知。曲線的全寬度大約從400 nm延伸到750 nm，涵蓋了可見光譜。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與公差

此LED符合EIA標準的SMD封裝外形。所有關鍵尺寸均以毫米為單位提供，標準公差為 ±0.05 mm，除非另有說明。關鍵的機械定義包括：

• 距離 A：焊墊底部與反射器之間的垂直距離。最小值為0.05mm。
• 公差 B：左右焊墊之間的對準公差。最大值為0.03mm。
• 距離 C：焊墊與反射器壁之間的側向距離。最小值為0.05mm。

這些尺寸對於PCB焊墊設計以及確保正確的焊點形成和光提取至關重要。

5.2 載帶與捲盤包裝尺寸

詳細圖紙規定了載帶尺寸 (凹槽尺寸、間距等) 和捲盤尺寸 (7英吋直徑)。包裝遵循 EIA-481-1-B 規範。關鍵注意事項包括：每捲2000顆元件，最多允許連續缺失兩個元件，以及指定的前導/尾帶長度 (起始處至少20公分，結束處至少50公分)。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

此LED相容於紅外線 (IR) 和氣相迴焊製程。參考了建議的無鉛迴焊溫度曲線，符合 J-STD-020D。關鍵參數是元件能夠承受260°C峰值溫度持續10秒。遵循建議的升溫、恆溫和冷卻速率對於防止熱衝擊並確保可靠的焊點至關重要。

6.2 清潔

若需進行焊後清潔，僅應使用特定化學品以避免損壞LED封裝。規格書建議在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。禁止使用未指定的化學液體。

6.3 儲存與濕度敏感性

根據 JEDEC J-STD-020，本產品的濕度敏感性等級 (MSL) 為 3。

• 密封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤90% RH 環境。當儲存在帶有乾燥劑的原廠防潮袋中時，保存期限為一年。
• 已開封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤60% RH 環境。元件必須在暴露於環境空氣後的168小時 (7天) 內完成焊接。
• 烘烤：若濕度指示卡變為粉紅色 (表示 >10% RH) 或超過168小時的車間壽命，建議在重新密封或使用前，以60°C烘烤至少48小時。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此款白光SMD LED適用於多種需要緊湊、高效白光照明的應用，包括但不限於：

• 消費性電子產品 (例如家電、音響設備) 的狀態指示燈和背光。
• 工業控制系統中的面板指示燈和開關背光。
• 可攜式裝置中的一般照明。
• 裝飾性照明和標誌。

重要注意事項：規格書明確指出這些LED適用於普通電子設備。對於具有特殊可靠性要求或故障可能危及生命或健康的應用 (航空、醫療設備、安全系統)，在設計採用前需諮詢製造商。

7.2 設計考量

• 限流：務必使用串聯的限流電阻或恆流驅動電路。請勿直接連接到電壓源。在建議的30 mA直流順向電流或以下運作。
• 熱管理：確保PCB提供足夠的散熱措施，特別是在高電流或高環境溫度下運作時，以保持在120 mW的功率消耗限制內。
• ESD防護：在組裝過程中實施標準的ESD處理程序。若LED位於暴露位置，可考慮在電路板上添加暫態電壓抑制 (TVS) 二極體或其他保護元件。
• 光學設計：110度的視角提供了寬廣的光束。如需更聚焦的光線，可能需要二次光學元件 (透鏡)。

8. 技術比較與差異化

雖然此單一規格書中未提供與其他料號的直接並排比較，但可推斷此LED的關鍵差異化特點：

• 寬視角 (110°)：與視角較窄的LED相比，提供更寬廣的照明，適合區域照明而非聚光照明。
• 詳細分級：廣泛的 V_F、I_V 和色座標分級，為需要多個單元間匹配性能的應用提供了高度一致性。
• 穩固的封裝：相容於自動貼裝和標準無鉛迴焊溫度曲線 (峰值260°C)，有利於大批量、可靠的製造。
• InGaN技術：提供現代高亮度LED設計典型的高效白光產生能力。

9. 常見問題 (基於技術參數)

9.1 峰值順向電流 (100mA) 與直流順向電流 (30mA) 有何不同？

直流順向電流 (30mA) 是連續、穩態運作的最大電流。峰值順向電流 (100mA) 是LED僅能在非常短的脈衝 (0.1ms寬度) 和低工作週期 (10%) 下承受的更高電流。這對於多工或PWM調光等應用很有用，其中短暫的高電流脈衝可實現更高的瞬時亮度，而不會使LED過熱。持續超過直流電流額定值將導致過度發熱和快速劣化。

9.2 如何解讀色度座標 (x=0.295, y=0.280)？

這些座標將白光的顏色標繪在CIE 1931色度圖上。此特定點通常對應於冷白光或日光白的色溫，通常在6000K-7000K的範圍內。±0.01的容差定義了圖表上的一個小區域，此批次中任何單個LED的顏色都應落在該區域內，以確保顏色均勻性。

9.3 為何儲存條件如此嚴格 (MSL 3)？若超過168小時的車間壽命會發生什麼？

SMD封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些被困住的濕氣會迅速轉變為蒸汽，導致塑膠封裝內部層離、破裂或爆米花效應，從而可能損壞LED。MSL 3和168小時的限制定義了針對此封裝特定吸濕率的安全暴露時間。若超過此時間，烘烤 (60°C，48小時) 可去除吸收的濕氣，使元件恢復到適合迴焊的乾燥狀態。

10. 設計與使用案例範例

10.1 設計一個狀態指示燈面板

情境：設計一個具有10個均勻白光LED狀態指示燈的控制面板。

設計步驟：

1. 電流設定：選擇一個工作點，例如 I_F= 20 mA，以實現可靠運作並直接使用規格書中的分級數據。
2. 電壓計算：假設電源電壓為5V (V_CC)。從相同的 V_F 等級中選擇LED，例如 V3 (3.2-3.3V)。使用典型值 (3.25V) 進行計算。所需的串聯電阻 R = (V_CC- V_F) / I_F= (5 - 3.25) / 0.020 = 87.5 Ω。可以使用標準的91 Ω或82 Ω電阻，稍微調整電流。
3. 亮度均勻性：指定來自相同 I_V 等級的LED (例如，等級 C: 1440-1580 mcd)，以確保所有指示燈具有相似的感知亮度。
4. 顏色均勻性：指定來自相同色階的LED (例如，A63)，以保證所有燈光發出完全相同的白色色調，這對於美觀一致性至關重要。
5. PCB佈局：遵循規格書中建議的焊墊尺寸。確保焊墊設計符合與LED本體/反射器的最小距離 (A, C)，以防止短路並允許形成適當的焊角。
6. 組裝：使用建議的紅外線迴焊溫度曲線。在準備組裝前，將LED保持在密封袋中。若袋子已開封，請在168小時內完成所有10個LED的焊接。

11. 工作原理簡介

此白光LED基於半導體中的電致發光原理運作。其核心是一個由氮化銦鎵 (InGaN) 製成的晶片，當施加順向電壓 (通常為2.9-3.6V) 時，電子與電洞在其能隙處復合，從而發射藍光。為了產生白光，發藍光的晶片塗覆了一層摻鈰的釔鋁石榴石 (YAG:Ce) 螢光粉。來自晶片的部分高能量藍色光子被螢光粉吸收，然後通過稱為光致發光的過程重新發射較低能量的黃光。剩餘未被吸收的藍光與發射的黃光混合，人眼將此組合感知為白光。黃色透鏡進一步擴散並塑造最終的光輸出。

12. 技術趨勢

本規格書中描述的技術代表了使用LED產生白光的一種成熟且廣泛採用的方法。與此類元件相關的更廣泛LED產業中，持續進行的關鍵趨勢包括：

• 效率提升 (lm/W)：InGaN晶片設計、螢光粉效率和封裝架構的持續改進，導致更高的發光效率，意味著相同的電輸入功率下能產生更多的光輸出。
• 色彩品質改善：開發多種螢光粉混合物 (例如添加紅色螢光粉) 以提高演色性指數 (CRI)，在LED光下提供更準確和悅目的色彩還原。
• 微型化：消費性電子產品對更小裝置的推動，促使LED採用更小的封裝尺寸，同時保持或增加光輸出。
• 更高可靠性與壽命：材料 (環氧樹脂、螢光粉、基板) 和熱管理設計的進步，正在延長LED的運作壽命 (L70, L90)，降低長期維護成本。
• 智慧與連網照明：雖然這是一個基本元件，但整個生態系統正朝著將LED作為智慧系統不可或缺部分的方向發展，通常需要相容的驅動器來實現調光、色彩調節和連網功能。