SMD LED 23-21/R6C-AM1N2AY/2A 数据手册 - 尺寸 2.3x2.1毫米 - 电压 1.55-2.15伏 - 颜色 红 (632纳米) - 功率 60毫瓦 - 英文技术文档

产品概述

23-21 SMD LED 是一款紧凑型表面贴装发光二极管，专为现代电子应用而设计，这些应用需要在有限空间内实现可靠的指示灯照明或背光。该组件相比传统的引线框架型 LED 取得了显著进步，在电路板占用面积、组装效率和最终产品尺寸方面提供了显著优势。

1.1 核心优势与产品定位

23-21 SMD LED 的主要优势在于其微型封装尺寸。其尺寸约为 2.3mm x 2.1mm，能显著减小印刷电路板（PCB）的尺寸。这直接转化为更高的元件封装密度，使得在更小的整体设备轮廓内实现更复杂的功能成为可能。元件本身和成品组件所需的存储空间减少，带来了物流和成本上的优势。此外，SMD 封装重量轻，使其成为便携式和微型应用的理想选择，尤其是在重量是关键因素的领域，如可穿戴技术、紧凑型消费电子产品和微型控制面板。

该产品定位为通用指示灯和背光解决方案。它并非为高功率照明而设计，而是用于状态指示、符号背光以及低亮度环境照明，在这些应用中，色彩一致性和可靠性能至关重要。

1.2 主要特性概述

• Packaging: 以8毫米载带供应，卷盘直径为7英寸，兼容标准自动化贴片组装设备。
• 工艺兼容性： 完全兼容主流红外（IR）和气相回流焊接工艺。
• 类型： 单色类型，发出明亮的红光。
• 环境合规性： The product is Pb-free (lead-free), compliant with the RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, compliant with EU REACH regulations, and meets halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. 技术参数：深入的客观解读

本节对数据手册中规定的电气、光学和热学参数进行了详细、客观的分析。理解这些极限值对于可靠的电路设计至关重要。

2.1 绝对最大额定值

绝对最大额定值定义了器件的应力极限，超过此极限可能导致器件永久性损坏。这些并非工作条件。

• Reverse Voltage (V_R): 施加超过此值的反向偏压可能导致结击穿。
• 连续正向电流 (I_F): 25mA。这是在环境温度 (T_a) 为 25°C 时，可连续通过 LED 的最大直流电流。
• 峰值正向电流 (I_FP): 60mA。此较高电流仅在脉冲条件下允许，具体为占空比1/10、频率1kHz。它适用于短暂的高强度闪光，但不得用于直流操作。
• 功耗 (P_d): 60mW。这是器件能够以热量形式耗散的最大功率。超过此限制（通常由驱动电流过高或环境温度过高引起）将导致结温升高，从而降低性能或引发故障。
• 静电放电 (ESD)： Human Body Model (HBM) 2000V。此等级表明器件具有中等水平的ESD鲁棒性。在组装和操作过程中仍需采取标准的ESD防护措施（使用接地工作站、佩戴防静电腕带）。
• 工作温度 (T_opr): -40°C 至 +85°C。该LED设计在此环境温度范围内工作。
• Storage Temperature (T_stg): -40°C 至 +90°C。
• 焊接温度： 该器件可承受峰值温度为260°C、持续时间不超过10秒的回流焊接，或每个引脚在350°C下、持续时间不超过3秒的手工焊接。

2.2 电光特性

这些参数是在标准测试条件 T_a=25°C、正向电流 (I_F) 为 5mA 下测得的，除非另有说明。它们定义了器件的典型性能。

• 发光强度 (I_v): 范围从最小值18.0 mcd到最大值45.0 mcd。具体单元的实际值取决于其分档代码（参见第3节）。未提供典型值，这意味着在生产分布中存在显著差异。
• 视角 (2θ_1/2): 130度。这是光强降至其峰值一半时的全角。130°的角度表示相对较宽的视角模式，适用于需要从多个角度观察的指示灯。
• 峰值波长 (λ_p): 632 nm（典型值）。这是光谱功率输出达到最大值时的波长。
• 主波长 (λ_d): 范围从617.5 nm到633.5 nm。该波长对应于人眼感知的光的颜色，在比色应用中比峰值波长更具参考意义。分档系统根据此参数对器件进行分类。
• 光谱带宽 (Δλ): 20 nm（典型值）。这是发射光谱在其最大功率一半处的宽度。20nm的数值是基于AlGaInP的红光LED的特征，表明其红色相对纯净、饱和。
• 正向电压 (V_F): 在I_F=5mA。该参数同样进行了分档处理（参见第3节）。低正向电压是低电压电池供电电路的一个关键优势。
• 反向电流 (I_R): 在 V_R=5V 时最大为 10 µA。此项规定了器件反向偏置时的最大漏电流。

关于容差的说明： 数据手册为关键参数规定了独立的公差：发光强度（±11%）、主波长（±1nm）和正向电压（±0.1V）。这些公差是在分档范围之外额外适用的，在进行最严格公差分析时必须予以考虑。

3. Binning System 说明

为确保大规模生产的一致性，LED会按性能进行分档。这使得设计人员能够选择符合其应用特定最低要求的器件。

3.1 光强分档

器件根据其在 I_F=5mA 条件下测得的发光强度，被分为四个等级（M1, M2, N1, N2）。

• M1: 18.0 – 22.5 mcd
• M2: 22.5 – 28.5 毫坎德拉
• N1: 28.5 – 36.0 毫坎德拉
• N2: 36.0 – 45.0 毫坎德拉

选择更高档的Bin（例如N2）能保证LED更亮，但成本可能更高。在绝对亮度并非关键，但多个指示器之间的一致性至关重要的应用中，指定单一Bin至关重要。

3.2 主波长分档

颜色一致性通过四个波长分档（E4、E5、E6、E7）进行管理。这对于需要多个LED一起使用且颜色必须完全一致的应用至关重要。

• E4： 617.5 – 621.5 纳米（更偏橙红色）
• E5: 621.5 – 625.5 纳米
• E6: 625.5 – 629.5 纳米
• E7: 629.5 – 633.5 纳米（更纯正的红色）

3.3 正向电压分档

三种电压分档（00、0、1）有助于设计高效的限流电路，特别是在并联LED阵列中，电压匹配可以改善电流均分。

• 00: 1.55 – 1.75 V
• 0: 1.75 – 1.95 V
• 1: 1.95 – 2.15 V

4. 性能曲线分析

虽然数据手册引用了“典型光电特性曲线”，但文中并未提供具体图表。基于标准LED行为及给定参数，我们可以推断出可能的关系。

4.1 推断电流-电压 (I-V) 关系

正向电压（V_F指定工作电流为5mA。对于典型的AlGaInP红光LED，其I-V曲线呈指数关系。若以低于5mA的电流驱动LED，其正向电压V_F 将成比例降低（例如，2mA时约为1.8-2.0V）。若以最大连续电流25mA驱动，V_F 将会升高，由于半导体和接触点的电阻发热，其值可能接近其分档范围的上限或略高于上限。必须始终使用串联电阻来限制电流，因为LED的动态电阻非常低，电压的微小增加会导致电流大幅增加，从而存在热失控的风险。

4.2 发光强度与电流关系 (L-I)

在较低至中等电流范围内（对于此类器件，电流最高约20mA），发光强度大致与正向电流成正比。额定发光强度对应的电流为5mA。在20mA下工作，强度通常约为额定值的3.5至4倍，但必须根据最大功耗限值（60mW）进行验证。在20mA电流和2.0V电压下，_F 功耗为40mW，在25°C时处于限值之内。然而，由于热量增加，在较高电流下效率（每电瓦的光输出）通常会降低。

4.3 温度依赖性

关键参数对温度敏感：

• 正向电压 (V_F): 随温度升高而降低（负温度系数，红色LED通常为-2mV/°C）。若采用带串联电阻的恒压源驱动，电流可能会轻微增加。
• 发光强度 (I_v): 随结温升高而降低。降额效应可能非常显著，通常结温超过25°C后，每升高1°C约降低0.5-1%。为确保亮度稳定，PCB上需要采取充分的热管理措施，尤其是在高环境温度或较高驱动电流下。
• 主波长 (λ_d): 随温度轻微漂移，AlGaInP LED的典型漂移速率约为0.1 nm/°C。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

数据手册包含一份详细的23-21 SMD封装尺寸图。主要特征包括：

• 总长度为2.3毫米，宽度为2.1毫米（因此命名为23-21）。
• 该封装底部有两个阳极/阴极端子，用于表面贴装。
• 器件上存在极性标识（可能是顶部或底部的凹口或绿色标记）以区分阴极。在组装过程中，正确的方向至关重要。
• 用于PCB设计的推荐焊盘图案（封装外形）基于这些尺寸得出，通常包括略大于器件端子的焊盘，以确保形成可靠的焊角。
• 所有未注公差为±0.1mm。

6. 焊接与组装指南

遵循这些指南对于提高成品率和确保长期可靠性至关重要。

6.1 电流限制与保护

强制要求： 必须使用一个外部限流电阻与LED串联。LED是一种电流驱动器件。若无电阻，即使电源电压（如电池电压）发生微小变化，也可能导致正向电流大幅增加，从而可能造成损坏。

6.2 存储与湿敏度

LED封装在带有干燥剂的防潮屏障袋中。

• 开启前： 储存于≤30°C且相对湿度≤90%的环境中。
• 开启后： 在≤30°C且相对湿度≤60%的条件下，其“车间寿命”（即元件可暴露于工厂环境空气中的时间）为1年。
• 重新烘烤： 如果干燥剂显示饱和（颜色变化）或超出车间寿命，则需要进行重新烘烤：在回流焊接工艺使用前，于60°C ±5°C下烘烤24小时。

6.3 回流焊接温度曲线

指定了无铅回流焊温度曲线：

• 预热阶段： 150-200°C，持续60-120秒。
• 液相线以上时间： 在217°C以上保持60-150秒。
• 峰值温度: 最高260°C，最多保持10秒。
• 加热速率： 最高6°C/秒。
• 高于255°C的时间： 最长30秒。
• 冷却速率： 最高3°C/秒。

重要限制： 回流焊接不应超过两次。加热过程中应避免对封装施加机械应力，焊接后请勿弯曲PCB。

6.4 手工焊接与返修

允许进行手工焊接，但需极其小心以避免热损伤。

• 使用烙铁头温度≤350°C的烙铁。
• 每个端子的接触时间限制在≤3秒。
• 使用低功率烙铁（容量≤25W）。
• 每个焊点焊接后，需冷却间隔≥2秒。
• Repair/Rework： 不建议在LED焊接后进行此操作。如不可避免，请使用双头烙铁同时加热两个引脚进行拆卸，以最大限度地减少对焊点和LED内部连接的压力。返工后务必验证功能。

7. 封装与订购信息

7.1 卷盘与载带规格

本产品采用适用于自动化组装的行业标准包装：

• 载带宽度： 8 mm.
• 卷盘直径： 7英寸。
• 每卷数量： 2000件。

7.2 标签信息

卷盘标签包含用于追溯和正确应用的关键信息：

• CPN: 客户零件编号（由买方指定）。
• 零件编号： 制造商零件编号 (23-21/R6C-AM1N2AY/2A)。
• 数量： 包装数量（2000）。
• CAT： 发光强度等级（例如，M1、N2）。
• 色调： Chromaticity Coordinates & 主波长 Rank (e.g., E5, E6).
• 参考文献： 正向电压等级（例如：00、1）。
• 批号： 用于追溯的制造批号。

8. 应用建议与设计考量

8.1 典型应用场景

• Automotive Interior: 仪表盘仪器、开关和控制面板的背光照明。
• 电信设备： 电话、传真机和网络硬件中的状态指示灯和键盘背光。
• 消费电子： 用于小型LCD显示屏的平面背光，以及用于遥控器、家电和音频设备上薄膜开关和符号的背光。
• 通用指示： 各种电子设备中的电源状态、模式指示和警报信号。

8.2 关键设计考量

1. 电流驱动电路： 务必使用串联电阻。使用公式 R = (V 计算电阻值_供应 - V_F) / I_F. 使用最大 V_F 从电压档位（例如2.15V）中选择，以确保即使驱动电压最高的LED，电流也不会超过期望水平。
2. 热管理： Although low power, consider the effect of ambient temperature and adjacent heat-generating components. For consistent brightness, avoid operating at the absolute maximum current (25mA) in high-temperature environments (>70°C).
3. 视觉一致性： 对于多个LED同时可见的应用，需规定严格的光强（CAT）和主波长（HUE）分档，以确保外观均匀一致。
4. PCB布局： 遵循推荐的焊盘图形。确保PCB丝印上的极性标记与LED的极性指示器相匹配。在LED与其他元件之间预留足够的间距。
5. ESD保护： 如果LED直接暴露于用户界面，请在输入线路上实施基本的ESD保护，或确保在ESD受控环境中进行组装。

9. 技术对比与差异化分析

23-21 SMD LED主要通过其极小的外形尺寸、明确的性能规格以及全面的分档系统的组合来区别于其他产品。

与较大型SMD LED（例如3528、5050）对比： 23-21 LED的占板面积显著更小，高度更低，可实现更密集的PCB布局和更薄的终端产品。它以牺牲最终光输出（流明）为代价换取小型化，使其非常适合指示灯级别的应用，而非区域照明。

与芯片LED（无封装）对比： 与需要专门安装和引线键合的裸片相比，23-21型号提供了一个坚固的、带手柄的封装，并集成了透镜（用于130°视角）和可焊接端子，从而简化了组装过程。

对比直插式LED： 其主要优势在于兼容自动化组装、减少电路板占用空间，并且无需对引脚进行弯曲和剪切。这在大规模生产中带来了更低的组装成本和更高的可靠性。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1: 我能否直接用3.3V或5V逻辑电源驱动此LED？
A: 不能。您必须始终串联一个限流电阻。对于3.3V电源，目标电流为5mA，最大V_F 在2.15V下，最小电阻值为 R = (3.3V - 2.15V) / 0.005A = 230Ω。选用标准的240Ω或270Ω电阻是合适的。

Q2：为什么发光强度范围如此之宽（18至45 mcd）？
A：这反映了半导体制造中的自然差异。分档系统（M1, M2, N1, N2）允许您为设计选择最低亮度等级。如果您的电路要求至少25 mcd，您应指定N1或N2档。

Q3：这款LED适合户外使用吗？
A：其工作温度范围（-40°C至+85°C）表明它能适应广泛的环境条件。然而，数据手册未涵盖长期暴露于直射阳光、潮湿和紫外线辐射的情况。若用于户外，请考虑在PCB上增加额外的保护性涂覆层，并核实树脂材料的紫外线稳定性（如未明确说明）。

Q4：部件编号中的“R6C”可能代表什么含义？
A：虽然此处未明确定义，但在常见的LED部件编号中，“R”通常表示红色，“6”可能与主波长分档或颜色代码相关，而“C”可能表示水清树脂（如器件选择指南中所述）。

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