LTW-020ZDCG 白光LED 規格書 - SMD 封裝 - 典型值 3.2V - 20mA - 1000-1720mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本元件是一款白光表面黏著LED（發光二極體），設計為高效能且緊湊的光源。它結合了LED技術固有的長壽命與高可靠性，以及具競爭力的亮度水準，旨在為旨在取代傳統照明方案的固態照明應用提供設計靈活性。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED的主要特點包括與自動貼裝設備相容、適用於紅外線與氣相迴焊製程，並符合綠色產品標準（無鉛且符合RoHS）。它以12mm載帶包裝於7英吋直徑的捲盤上。

主要應用領域：

• 汽車、巴士及飛機內部的閱讀燈。
• 便攜式照明，如手電筒、自行車燈。
• 建築與裝飾照明：嵌燈、間接照明、層板燈、工作照明。
• 戶外與安全照明：護柱燈、庭園燈。
• 標誌：出口標誌或銷售點顯示器的側光式標牌。
• 信號照明：交通號誌、警示燈、鐵路平交道號誌燈。

2. 技術參數：深入客觀解讀

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極限。特別警告禁止在反向偏壓下操作。

• 功率消耗：120 mW
• 峰值順向電流：100 mA（在1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度下）
• 直流順向電流：30 mA
• 反向電壓：5 V
• 操作溫度範圍：-30°C 至 +85°C
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C
• 迴焊條件：峰值溫度260°C，最長10秒（無鉛製程）。

2.2 電氣與光學特性

測量條件為環境溫度 (Ta) 25°C，順向電流 (IF) 20 mA，除非另有說明。

• 發光強度 (IV)：最小值1000 mcd，典型值1720 mcd。此參數使用符合CIE明視覺人眼響應曲線的濾光片感測器進行測量。
• 視角 (2θ1/2)：110度。此定義了發光強度至少為峰值強度一半的角度範圍。
• 色度座標 (x, y)：基於CIE 1931色度圖。提供的典型值為x=0.300，y=0.290。這些座標應套用±0.01的公差。參考的測試標準為CAS140B。
• 順向電壓 (VF)：在IF=20mA時，最小值2.9 V，最大值3.6 V。
• 靜電放電耐受電壓：2 kV（人體放電模型）。強烈建議採取適當的ESD防護措施，包括使用接地腕帶與設備。

3. 分級系統說明

產品根據關鍵參數進行分級，以確保生產批次內的一致性。設計師在應用中必須考量這些分級以進行顏色與亮度匹配。

3.1 順向電壓 (VF) 分級

LED根據其在20mA下的順向電壓降被分為不同等級（V0至V6）。每個等級的範圍為0.1V，每個等級另有±0.1V的公差。

• 範例：等級V0涵蓋2.9V至3.0V。

3.2 發光強度 (IV) 分級

LED根據其在20mA下的發光強度被分為不同等級（T, A, B, C, D）。每個等級的範圍適用±10%的公差。

• 範例：等級D涵蓋1580 mcd至1720 mcd。

3.3 色度等級 (色度分級)

詳細的表格定義了特定的色度等級（例如A52, A53, BE1, BG3）。每個等級由CIE 1931色度圖上的一個四邊形或三角形定義，由三個或四個(x, y)座標點指定。這允許針對需要特定白點座標的應用進行精確的顏色選擇與匹配。

4. 性能曲線分析

規格書參考了在25°C環境溫度下測量的典型電氣與光學特性曲線。雖然提供的文本未詳細說明具體圖表，但此類曲線通常包括：

• 相對發光強度 vs. 順向電流：顯示光輸出如何隨電流增加，通常以非線性方式，最終達到飽和。
• 順向電壓 vs. 順向電流：IV曲線，顯示二極體的指數關係特性。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：說明當接面溫度升高時，光輸出會下降，這是熱管理的關鍵因素。
• 光譜功率分佈：對於白光LED（可能是藍光晶片搭配螢光粉），這將顯示藍光峰值以及更寬的螢光粉轉換黃光光譜。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

所有尺寸單位為毫米，標準公差為±0.1 mm，除非另有規定。封裝為業界標準的SMD格式。圖中明確標示了陽極端子，以便在組裝時正確辨識極性方向。

5.2 建議PCB 焊墊佈局

提供了印刷電路板的焊墊圖案設計，以確保在紅外線或氣相迴焊製程中獲得可靠的焊接效果。遵循此建議的焊墊佈局對於形成適當的焊點與機械穩定性至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊製程參數

本元件適用於無鉛迴焊，峰值溫度為260°C，最長10秒。建議採用符合J-STD-020D標準的迴焊溫度曲線。該曲線應包含適當的預熱、均熱、迴焊與冷卻階段，以最小化熱衝擊並確保可靠的焊點。

6.2 儲存與操作條件

根據JEDEC J-STD-020，此LED被歸類為濕度敏感等級 (MSL) 3。

• 密封包裝：儲存於≤30°C且≤90% RH的環境。在含有乾燥劑的防潮袋中，保存期限為一年。
• 已開封包裝：儲存於≤30°C且≤60% RH的環境。元件必須在開封後168小時（7天）內完成焊接。若濕度指示卡變為粉紅色（≥10% RH）或超過暴露時間，建議在使用前以60°C烘烤至少48小時。未使用的零件應重新密封並放入乾燥劑。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅可使用指定的溶劑。在常溫下將LED浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。禁止使用未指定的化學清潔劑，因其可能損壞LED封裝或光學結構。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件以12mm寬的凸版載帶供應，捲繞於7英吋（178mm）直徑的捲盤上。

• 捲盤容量：每捲最多2000顆。
• 上蓋帶：空置的載帶口袋以頂部蓋帶密封。
• 缺件：根據規格，允許最多連續兩個缺件（"燈"）。
• 標準：包裝符合EIA-481-1-B規範。

規格書中提供了載帶口袋與捲盤的詳細尺寸圖。

8. 應用建議與設計考量

8.1 設計考量

• 電流限制：務必使用恆流源或限流電阻驅動LED。絕對最大直流電流為30mA；典型操作電流為20mA。
• 熱管理：儘管功率消耗較低（最大120mW），確保足夠的PCB銅箔面積或散熱孔有助於維持較低的接面溫度，從而保持光輸出與使用壽命。
• 靜電放電防護：在電路中與操作過程中實施ESD防護措施，因為此元件的額定值僅為2kV HBM。
• 光學：110度的視角適合廣域照明。如需聚焦光束，則需要二次光學元件（透鏡）。

8.2 應用限制與注意事項

規格書包含關於應用範圍的重要警告。這些LED適用於標準商業與工業電子產品。它們並非為設計或認證用於故障可能直接危及生命或健康的應用，例如：

• 航空管制系統
• 醫療生命維持設備
• 交通運輸安全關鍵信號（未經額外認證）
• 其他高可靠性/安全關鍵系統

此類應用需諮詢製造商。

9. 技術比較與差異化

雖然此單一規格書未提供與其他料號的直接比較，但可推斷此元件的關鍵差異化特點：

• 亮度範圍：以其封裝尺寸提供了相對較高的發光強度（20mA下最高達1720 mcd），針對需要良好點光源亮度的應用。
• 色度分級：廣泛的色度等級表允許精確的顏色選擇，這對於需要多個LED間顏色外觀一致的應用具有優勢。
• 相容性：與標準SMD組裝製程（自動貼裝、紅外線/氣相迴焊）完全相容，使其成為大量生產的即用解決方案。

10. 基於技術參數的常見問題

10.1 典型工作電流與電壓是多少？

標準測試條件與典型工作點為20mA順向電流。在此電流下，順向電壓通常落在2.9V至3.6V之間，取決於特定的VF等級。功耗約為60-70mW。

10.2 如何解讀色度分級代碼？

字母數字代碼（例如A52, BE3）對應於色度等級表中定義的CIE 1931色度圖上的特定區域。為了確保設計中的顏色一致性，請指定並使用相同色度等級的LED。第一個字母/數字通常用於分組相似的色溫或色調。

10.3 我可以用5V電源驅動這顆LED嗎？

不能直接驅動。將5V電源直接跨接在LED兩端會導致過大電流，很可能超過絕對最大額定值並損壞元件。您必須使用串聯限流電阻或恆流驅動器。例如，使用5V電源並以20mA為目標，假設VF為3.2V，所需的串聯電阻為 R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90 歐姆（可使用標準的91歐姆電阻）。

10.4 MSL 3 等級的操作要求是什麼？

MSL 3 意味著在防潮袋開封後，封裝可承受最多168小時（7天）的工廠環境條件（≤30°C/60% RH）。如果袋子已開封，您有一週的時間完成迴焊製程。如果超過此時間，必須將零件以60°C烘烤48小時，以去除吸收的水氣，並防止在迴焊過程中發生"爆米花"現象（封裝破裂）。

11. 實務設計與使用範例

11.1 範例：設計一個PCB安裝的指示燈

情境：建立一個由3.3V微控制器GPIO腳位供電的簡單狀態指示燈。
設計步驟：

1. 電流限制：GPIO腳位可提供20mA電流。這與LED的典型電流相符。無需外部驅動器。
2. 電阻計算（為安全邊際）：即使VCC (3.3V) 接近VF (~3.2V)，串聯一個小電阻是良好的做法，以限制湧入電流。R = (3.3V - 3.2V) / 0.02A = 5 歐姆。使用10歐姆電阻以獲得更安全的限制。
3. PCB佈局：使用建議的焊墊佈局。將陰極（在外型圖中標示）連接到電阻，再連接到GPIO腳位。將陽極連接到3.3V電源軌。在LED焊墊下方包含一小塊銅箔以提供輕微的散熱。
4. 軟體：將GPIO腳位設為高電位以點亮LED。

11.2 範例：用於工作照明的多LED陣列

情境：使用10顆LED設計一個層板燈，以實現均勻照明。
設計考量：

• 顏色匹配：向供應商指定單一、嚴格的色度等級（例如BE2），以避免LED之間出現可見的顏色差異。
• 驅動方法：使用能夠提供200mA（10顆LED * 20mA）的恆流LED驅動IC，適用於串聯或串並聯配置。簡單的線性穩壓器會因壓降而效率低下。
• 熱管理：在金屬核心PCB（MCPCB）上適當間隔LED以利散熱。每顆LED 120mW的功耗總計為1.2W，需要謹慎的熱設計。
• 光學：原生的110度光束可能已足夠。如需更聚焦或擴散的效果，可考慮添加導光板或擴散板。

12. 工作原理簡介

像LTW-020ZDCG這樣的白光LED通常基於螢光粉轉換原理運作。元件的核心是一個半導體晶片，通常由氮化銦鎵（InGaN）製成，當施加順向偏壓（電流通過）時會發出藍光。這個發藍光的晶片被塗覆或覆蓋了一層螢光粉材料——通常是以摻雜鈰的釔鋁石榴石（YAG）為基礎。

當來自晶片的藍色光子撞擊螢光粉時，一部分會被吸收。螢光粉隨後將此能量以更寬廣的光譜重新發射出來，主要是在黃色區域。剩餘未被吸收的藍光與螢光粉發射的黃光混合，在人眼中產生白光的感知。藍光與黃光的確切比例，以及特定的螢光粉組成，決定了所產生白光的相關色溫（CCT）與色度座標（x, y），從而形成了規格書中描述的詳細分級系統。

13. 技術趨勢與發展

固態照明（SSL）領域持續演進。業界可觀察到的一般趨勢，為此類元件提供了背景脈絡，包括：

• 效率提升（每瓦流明）：半導體磊晶、晶片設計與螢光粉技術的持續改進，穩步提高了白光LED的發光效率，在相同光輸出下降低了能耗。
• 色彩品質改善：多螢光粉混合物與新型螢光粉材料（例如量子點）的發展，旨在提高演色性指數（CRI），使顏色在LED照明下顯得更自然，並提供更廣泛的精確色溫範圍。
• 微型化與更高密度：封裝技術的進步允許更小的LED佔位面積與更高的功率密度，實現更緊湊、更明亮的照明解決方案。
• 智慧與連網照明：將控制電子元件直接整合到LED封裝或模組中，以實現調光、顏色調節與連網功能（物聯網）是一個日益增長的趨勢，超越了簡單的被動元件範疇。
• 可靠性與壽命預測：對失效機制的深入理解與更好的測試方法，導致在各種操作條件下更準確的壽命預測（L70, L90指標），這對於專業照明設計至關重要。

如本規格書所描述的元件，代表了此技術進程中的一個成熟點，為廣泛的通用照明應用提供了可靠、標準化的解決方案。