White LED RF-A3E31-W60H-B3 規格書 - 3.0x3.0x0.55mm - 2.8-3.4V - 最大1.428W - 車規等級

1. 產品概述

RF-A3E31-W60H-B3 是一款高效能白光 LED，專為要求嚴苛的車用內外照明應用而設計。它採用藍光 LED 晶片，結合精確配製的螢光粉，以實現自然的白光輸出。封裝尺寸為 3.00mm x 3.00mm x 0.55mm，使其適用於空間受限的照明模組。在 350mA 電流下，典型順向電壓為 2.8-3.4V，最大功耗為 1.428W，此 LED 可提供 105-160 流明的優異光通量，同時保持高效率。該元件已根據 AEC-Q102 應力測試準則獲得車規級離散半導體認證，確保在嚴苛操作條件下的可靠性。

1.1 主要特色

• EMC（環氧樹脂模塑料）封裝，提供堅固的機械強度與優異的熱性能
• 極寬廣的 120° 視角（半強度角）
• 適用於所有SMT組裝與迴流焊製程
• 提供編帶與捲盤包裝（4000件/捲）
• 濕度敏感等級：Level 2（依據JEDEC標準）
• 符合RoHS規範
• 靜電放電耐受能力：8000V（HBM）
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +125°C
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +125°C
• 接面溫度最大值：150°C

1.2 目標應用

此LED專為汽車照明系統設計，涵蓋車內與車外應用，例如：

• 日行燈（DRL）
• 方向燈指示器
• 煞車燈
• 車內氛圍燈
• 車牌燈
• 位置燈
• 側邊標誌燈

寬廣的工作溫度範圍與AEC-Q102認證，確保在嚴苛的汽車環境中穩定運作。

2. 技術參數分析

2.1 電氣與光學特性（於Ts=25°C，IF=350mA條件下）

在350mA下，2.8-3.4V的順向電壓範圍是採用InGaN藍光晶片的高功率白光LED的典型規格。緊密的電壓分檔（0.2V間距）確保多顆LED易於並聯使用。105至160流明的光通量屬於高效率等級，在額定電流下典型發光效率超過100 lm/W。寬達120°的發光角度為車用信號與照明任務提供了優異的光線分佈。

2.2 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了安全操作極限。420mA 的最大順向電流與 700mA 的峰值電流，允許在如方向燈等應用中進行脈衝操作。8kV HBM 的高靜電放電耐受度確保了在處理與組裝過程中的穩固性。熱管理至關重要：接面溫度不得超過 150°C，以防止性能衰減。

2.3 熱阻解讀說明

提供了兩個熱阻值：Rth JS real（典型值 14°C/W，最大值 21°C/W）與 Rth JS electrical（典型值 9°C/W，最大值 13°C/W）。電氣法利用溫度敏感參數（順向電壓）來估算接面溫度，而實際法則使用物理溫度測量。這些數值表示，每消耗一瓦功率，接面溫度會比焊點溫度升高 9-21°C。在 350mA 與典型 VF=3.1V 條件下，功耗約為 1.085W，導致接面至焊點的溫升約為 15°C（使用實際 Rth）。設計人員必須確保足夠的散熱，以將接面溫度維持在 150°C 以下，特別是在高環境溫度（125°C）下操作時。

3. 分級系統

3.1 順向電壓分級（IF=350mA）

3.2 光通量分檔 (IF=350mA)

3.3 色度分檔 (CIE 1931)

根據CIE 1931色度圖，這些色座標被分為七個VM群組（VM1至VM7）。每個群組由四個四邊形角點（x,y）定義。例如，VM1：（0.3150,0.2995）、（0.3115,0.3212）、（0.3268,0.3371）、（0.3282,0.3162）。這些群組對應約5000-6000K的冷白光色溫，符合車用白光規格。此分bin方式確保了量產中的色彩一致性。

4. 性能曲線分析

4.1 順向電壓 vs. 順向電流 (I-V 曲線)

圖1-7顯示典型的指數型I-V特性。在2.8V時電流極小，而在3.4V時則達到約420mA。該曲線表明，微小的電壓變化會導致較大的電流變化，強調了需透過電流調節（驅動IC或電阻）來避免熱失控。

4.2 相對光通量與順向電流

圖1-8說明，光通量在電流達到350mA前幾乎呈線性增加，之後逐漸趨於飽和。在350mA時相對光通量約為100%，而在100mA時則約為35%。這種線性關係簡化了使用PWM或類比電流控制進行調光。

4.3 接面溫度與相對光通量

圖 1-9 顯示了負溫度係數：在 125°C 接面溫度下，相對光通量降至約 85%（相較於 25°C 時的 100%）。在熱設計中必須考慮這約 15% 的損失。在高環境溫度下，可能需要降低電流額定值。

4.4 焊錫溫度與順向電流降額

圖 1-10 提供了最大允許順向電流與焊點溫度的函數關係。在 25°C 時，允許 420mA；在 125°C 時，僅允許約 250mA，以確保接面溫度低於 150°C。此降額曲線對於安全操作至關重要。

4.5 電壓偏移與接面溫度

圖 1-11 顯示順向電壓隨溫度下降，速率約為 -2mV/°C。在 150°C 時，VF 比 25°C 時的值下降了約 0.25V。此負溫度係數有助於平衡並聯陣列中的電流，但在精密電路中需要進行補償。

4.6 輻射場型

圖1-12展示了一種類似朗伯發射的場型，在±60°處強度減半，確認了120°的視角。這種寬廣的分佈非常適合需要大範圍可視性的汽車信號燈。

4.7 色度偏移與溫度及電流之關係

圖1-13和1-14顯示了CIE座標（ΔCx, ΔCy）隨溫度與電流的微小偏移。在-40°C至150°C範圍內，ΔCx偏移約-0.02，ΔCy偏移約+0.01。當電流從0到400mA時，偏移量在±0.01以內。這些偏移幅度很小，足以維持可接受的色彩一致性。

4.8 光譜分佈

圖1-15顯示了一個典型的白光LED光譜，在約450nm處有藍光峰值，並在500-700nm範圍內有寬廣的螢光粉發射。藍光峰值強度約為螢光粉峰值的0.4倍。此光譜可產生高演色性指數，適用於對色彩辨識要求較高的汽車內部照明。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED封裝尺寸為3.00公釐（長）x 3.00公釐（寬）x 0.55公釐（高）。除非另有標註，公差為±0.2公釐。底部視圖顯示兩個陽極焊墊（2.60公釐 x 0.65公釐 與 0.50公釐 x 0.65公釐）以及兩個陰極焊墊（1.55公釐 x 0.65公釐 與 0.30公釐 x 0.65公釐）。提供一個散熱焊墊（2.30公釐 x 2.40公釐）用於散熱。極性標記由一個角落缺口指示。

5.2 建議焊接圖案

圖1-5顯示一個建議的PCB焊盤佈局：兩個用於陽極/陰極的大型矩形焊墊（寬度0.65公釐）以及一個大型中央散熱焊墊（2.30公釐 x 2.40公釐）。適當的鋼板設計可確保有足夠的錫膏量以達到良好的散熱與電氣連接。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊曲線

此LED相容於無鉛迴焊製程。關鍵參數：升溫速率 ≤3°C/s（Tsmax 至 TP），預熱區 150°C 至 200°C 持續 60-120 秒，高於 217°C（TL）的時間最長 60 秒，峰值溫度 260°C，且於峰值溫度 ±5°C 範圍內的時間 ≤30 秒（tp ≤10 秒）。冷卻速率 ≤6°C/s。從 25°C 升至峰值的總時間 ≤8 分鐘。

6.2 注意事項

• 請勿超過兩次迴焊循環。若兩次循環間隔超過24小時，LED可能吸收濕氣，需進行烘烤。
• 加熱過程中，避免對矽膠表面施加機械應力。
• 請勿使用翹曲的PCB；焊接完成後，避免彎折電路板。
• 回焊後請勿快速冷卻。
• 維修時請使用雙頭烙鐵，並確認LED無損壞。
• 矽膠封裝較軟，請使用適當的取放吸嘴壓力。

6.3 儲存條件

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝數量

標準包裝：每捲 4,000 件。

7.2 載帶尺寸

壓紋載帶：寬度 8.00±0.1mm，口袋間距 4.00±0.1mm，厚度 0.20±0.05mm。口袋尺寸：A0=3.30±0.1mm，B0=3.50±0.1mm，K0=0.90±0.1mm。上蓋帶寬度 5.30±0.1mm。捲盤尺寸：180±1mm（法蘭直徑），60±1mm（輪轂直徑），13.0±0.5mm（輪轂孔徑）。

7.3 標籤資訊

標籤包含：零件編號 (PART NO.)、規格編號 (SPEC NO.)、批號 (LOT NO.)、分檔代碼 (BIN CODE)、光通量 (Φ)、色度分檔 (XY)、順向電壓 (VF)、波長代碼 (WLD)、數量 (QTY) 及日期 (DATE)。

8. 應用設計建議

8.1 熱管理

考量到最大功率為1.428W且熱阻為14°C/W，必須採用適當的散熱措施。請在PCB上使用連接至散熱焊盤的大面積銅箔。針對車用應用，建議考慮使用金屬核心PCB (MCPCB) 以將熱量傳導至外殼。在最惡劣的環境溫度 (125°C) 下，接面溫度必須保持在150°C以下。

8.2 電氣設計

務必使用限流電阻或定電流驅動器。陡峭的I-V曲線意味著電壓增加0.1V可能導致電流上升15-20%，有過應力的風險。請在每個LED串聯一顆電阻，或使用具備熱折返功能的專用LED驅動器。對於脈衝操作（例如方向燈），請確保峰值電流不超過700mA且工作週期≤10%。

8.3 光學設計

120°的視角可提供寬廣的覆蓋範圍。對於準直光束（例如前向照明），需要搭配二次光學元件，如反射鏡或TIR透鏡。緊湊的3x3mm封裝與專為3030或3535 LED設計的標準光學元件相容。

8.4 環境考量

For automotive use, the LED must withstand vibration, humidity, and temperature cycles. The AEC-Q102 qualification ensures reliability, but system-level testing (e.g., thermal shock, salt spray) is recommended. Avoid exposure to sulfur-containing compounds (>100ppm) and halogens (Br+Cl <1500ppm) to prevent corrosion of silver-plated leads and phosphor degradation.

9. 技術比較：EMC封裝 vs. 傳統PLCC

EMC（環氧樹脂模塑料）封裝相較於傳統PLCC（塑膠引腳晶片載體）封裝具有多項優勢：

• 更高的可靠性： EMC 對導線架具有更佳的附著力，可降低分層風險。
• 更好的耐熱性： 因模封層更薄而具有更低的熱阻抗。
• 更高的耐溫能力： 可承受 260°C 的峰值迴流焊而不產生裂紋。
• 改善的光學性能： 模封材料的光吸收率更低。
• 適用於汽車領域： 針對濕氣與污染物提供更佳的鈍化保護。

然而，EMC封裝通常比PLCC更昂貴。RF-A3E31採用EMC封裝，使其非常適合對長期可靠性至關重要的汽車應用。

10. 常見問題（FAQ）

Q1：我可以在不裝散熱器的情況下，持續以350mA驅動這顆LED嗎？

在350mA下，功耗約為1.1W。若無散熱器，在室溫環境下接面溫度可能超過150°C，導致快速劣化。連續運作需要搭配散熱器或MCPCB。

Q2：典型的色溫是多少？

色度分檔（VM1-VM7）對應冷白光，約5000-6500K。確切CCT取決於分檔。

Q3：這顆LED是否相容於5V邏輯？

順向電壓為2.8-3.4V。從5V驅動時需要限流電阻。例如，當VF=3V且IF=350mA時，R = (5-3)/0.35 = 5.7Ω（使用標準5.6Ω）。請確保電阻功率額定值（0.7W）。

Q4：最多可串聯多少顆LED？

在12V供電的汽車系統中，通常串聯3-4顆LED（12V減去驅動器壓降）。以VF=3.2V為例，串聯3顆約為9.6V，為驅動器保留餘裕。

Q5：此LED是否需要ESD保護？

雖然額定為8kV HBM，但建議在汽車應用中於電路板上增加額外的ESD保護（例如TVS二極管），以確保對瞬態電壓的穩健性。

11. 應用案例研究：日行燈（DRL）

典型的DRL模組使用多顆由恆流驅動器供電的白光LED。RF-A3E31-W60H-B3憑藉其寬廣視角和高光通量，可用於6-8顆LED的線性陣列中。每顆LED以350mA運行，總共產生約800-1200流明。這些LED安裝在MCPCB上，並透過熱介面連接至鋁製外殼。一個簡單的降壓或線性驅動器（例如TPS92518）負責調節電流。寬廣視角確保符合ECE R87關於DRL光度分佈的法規。AEC-Q102認證則為其在-40°C至85°C的環境溫度範圍內提供信心。

12. 工作原理

白光LED的運作原理基於螢光粉轉換。一顆藍光InGaN/GaN LED晶片發出約450 nm的藍光。此藍光穿過一層發出黃光的螢光粉（通常是YAG:Ce），該螢光粉吸收部分藍光並在寬廣的黃綠色光譜（500-700 nm）中重新發射。穿透的藍光與螢光粉轉換的黃光結合後，產生白光。精確的光譜分佈決定了相關色溫（CCT）和演色性指數（CRI）。在製造過程中，螢光粉與矽膠混合並點膠於晶片上。溫度變化會影響LED晶片效率與螢光粉量子效率，導致如性能曲線所示的小幅度色偏。

13. 車用LED照明發展趨勢

車用LED市場正朝向更高效率、更小封裝與更高整合度的方向發展。關鍵趨勢如下：

• Micro-LED陣列 用於具備像素級控制的適應性遠光燈（ADB）。
• 高亮度LED 超過200 lm/mm²，可達到雷射等級的亮度。
• 智慧型LED模組 整合驅動器與通訊介面（LIN、CAN）。
• 降低熱阻 採用新型基板材料（例如 AlN、SiC）。
• 提升可靠性 透過先進封裝技術（矽膠、混合材料）。
• 以人為本的照明 搭配可調色溫（CCT）以提升室內舒適度。

RF-A3E31 具備 EMC 封裝與 AEC-Q102 認證，非常適合當前世代的車用外部照明。未來發展可能需要更小的封裝尺寸（例如 2016、1616）以及更高的光通量，以應用於矩陣式頭燈。