SMD LED 27-21 纯白规格书 - 封装尺寸 2.7x2.1mm - 电压 2.7-3.15V - 功率 40mW - 中文技术文档

1. 产品概述

27-21 SMD LED 是一款紧凑型表面贴装发光二极管，专为需要小型化和高可靠性的现代电子应用而设计。相比传统的引线框架型LED，该元件代表了显著的技术进步，能够大幅减少电路板空间占用，提高封装密度，并最终助力开发更小、更高效的终端用户设备。其轻量化结构使其特别适用于空间和重量是关键限制因素的应用场景。

该LED发出纯白光，这是通过封装在黄色漫射树脂中的InGaN（氮化铟镓）芯片材料实现的。这种组合提供了均匀且漫射的光输出，适用于各种指示灯和背光功能。该产品完全符合当代环境和安全标准，包括RoHS（有害物质限制）、欧盟REACH法规，并且作为无卤素元件制造，溴和氯含量保持在规定限值以下。

2. 技术规格与客观解读

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久性损坏的极限。在这些条件下或超出这些条件运行无法保证，应在电路设计中予以避免。

• 反向电压（V_R）：5V。在反向偏置下超过此电压可能导致结击穿。
• 正向电流（I_F）：10mA（连续）。这是保证长期可靠运行的最大推荐直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP）：100mA。此电流仅在脉冲条件下（占空比1/10 @ 1kHz）允许，不得用于连续驱动。
• 功耗（P_d）：40mW。这是封装在不超出其热限值的情况下能够耗散的最大功率，计算公式为正向电压（V_F）* 正向电流（I_F）。
• 静电放电（ESD）人体模型（HBM）：150V。这表明器件对ESD具有中等敏感性；必须采取适当的处理程序（例如，接地工作站、ESD安全包装）。
• 工作温度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。该器件适用于工业温度范围。
• 存储温度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接温度（T_sol）：兼容标准回流焊温度曲线（峰值260°C，持续10秒）和手工焊接（每个端子最高350°C，最多3秒）。

2.2 光电特性

这些参数是在25°C环境温度和5mA正向电流的标准测试条件下测量的，作为比较和分档的通用参考点。

• 发光强度（I_v）：57.0 - 112 mcd（毫坎德拉）。宽范围反映了分档过程，LED被分类到特定的输出组（P2、Q1、Q2）。典型值未明确给出，落在此分档范围内。
• 视角（2θ_1/2）：140度（典型值）。这种宽视角是黄色漫射树脂的特性，它能散射光线，使LED适用于需要宽泛照明而非聚焦光束的应用。
• 正向电压（V_F）：2.70V - 3.15V。这是在5mA驱动下LED两端的压降。LED也根据其正向电压范围（代码15、16、17）进行分档。标明了±0.1V的容差。
• 反向电流（I_R）：在 V_R=5V 时，最大 50 µA。此参数仅用于测试目的；该器件不适用于反向偏置工作。

重要提示：规格书明确警告，反向电压条件仅用于测试，LED不得在反向状态下工作。设计人员必须确保电路中的极性正确。

3. 分档系统说明

为确保大规模生产的一致性，LED会根据关键性能参数进行测试并分类到不同的“档位”中。这使得设计人员能够为其特定应用需求选择特性严格受控的元件。

3.1 发光强度分档

LED根据其在5mA下的光输出分为三个档位：

• 档位 P2：57.0 - 72.0 mcd
• 档位 Q1：72.0 - 90.0 mcd
• 档位 Q2：90.0 - 112 mcd

还规定了发光强度±11%的通用容差。

3.2 正向电压分档

为辅助电流调节设计，LED也根据其正向压降进行分档：

• 档位 15：2.70V - 2.85V
• 档位 16：2.85V - 3.00V
• 档位 17：3.00V - 3.15V

正向电压的容差为±0.1V。

3.3 色度坐标分档

为确保颜色一致性，白光输出根据其在CIE 1931色度图上的坐标进行分档。规格书定义了六个档位（1至6），每个档位在x，y色坐标图上指定了一个四边形区域，容差为±0.01。这种精确的分档确保所选档位内的所有LED都将呈现几乎相同的白色色点，这对于背光阵列等颜色均匀性至关重要的应用至关重要。

4. 性能曲线分析

虽然PDF引用了“典型光电特性曲线”，但具体图表（例如，I_V与 I_F的关系、I_V与温度的关系、光谱分布）在提供的文本中未详细说明。通常，此类曲线会显示：

• 发光强度 vs. 正向电流（I_V-I_F）：一种非线性关系，光输出随电流增加而增加，但在超过额定最大值的较高电流下可能会饱和或衰减。
• 发光强度 vs. 环境温度（I_V-T_a）：光输出通常随结温升高而降低。该曲线量化了这种降额，对于应用中的热管理至关重要。
• 正向电压 vs. 结温（V_F-T_j）： V_F通常具有负温度系数，随温度升高而降低。
• 光谱功率分布：显示整个可见波长光谱上光相对强度的图表，定义了“白色”的颜色质量（例如，冷白、暖白）。

当LED在标准5mA/25°C测试条件之外运行时，设计人员应参考这些曲线以准确预测性能。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

27-21 SMD LED 具有紧凑的封装尺寸。尺寸图显示了封装尺寸，除非另有说明，公差为±0.1mm。图中可见的关键特征包括元件轮廓、电极焊盘位置和极性标记（可能是阴极指示器）。精确的尺寸（长、宽、高）对于PCB焊盘图案设计和确保自动化设备的正确放置至关重要。

5.2 极性识别

封装上包含一个标记来识别阴极（负极）端子。组装时必须注意正确的极性，以防止反向偏置损坏器件。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

该LED兼容红外和汽相回流工艺。提供了推荐的无铅回流焊温度曲线：

• 预热：150-200°C，持续60-120秒。
• 液相线以上时间（217°C）：60-150秒。
• 峰值温度：最高260°C，保持不超过10秒。
• 升温速率：最大6°C/秒。
• 255°C以上时间：最长30秒。
• 冷却速率：最大3°C/秒。

关键规则：同一LED组件上不应进行超过两次的回流焊接。

6.2 手工焊接

如果必须进行手工焊接：

• 使用烙铁头温度低于350°C的烙铁。
• 每个端子的接触时间限制在3秒以内。
• 使用容量为25W或更低的烙铁。
• 焊接每个端子之间至少间隔2秒，以管理热应力。

规格书警告，损坏通常发生在手工焊接过程中，因此需要格外小心。

6.3 存储与防潮要求

LED采用防潮材料包装（载带置于带有干燥剂的铝制防潮袋中）。

• 开封前：在≤30°C和≤90%相对湿度（RH）下存储。
• 开封后：在≤30°C和≤60% RH的条件下，“车间寿命”为1年。未使用的元件应重新密封在防潮包装中。
• 烘烤：如果干燥剂指示饱和或超过存储时间，在使用前应在60 ±5°C下烘烤LED 24小时，以去除吸收的水分，防止回流焊过程中出现“爆米花”现象。

7. 包装与订购信息

7.1 卷带规格

LED采用行业标准包装供应，便于自动化组装：

• 载带：8mm宽载带，卷绕在7英寸直径的卷盘上。
• 数量：每卷3000片。
• 提供了载带和卷盘的详细尺寸图，标准公差为±0.1mm。

7.2 标签说明

卷盘标签包含几个用于可追溯性和规格的关键代码：

• P/N：产品编号（例如，27-21/T3D-AP2Q2HY/3C）。
• QTY：包装数量。
• CAT：发光强度等级（例如，P2、Q1、Q2）。
• HUE：色度坐标与主波长等级（例如，档位1-6）。
• REF：正向电压等级（例如，15、16、17）。
• LOT No：生产批号，用于追溯。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

规格书列出了几个主要应用，利用了LED的小尺寸、漫射光和可靠性：

• 背光：用于仪表盘、开关和键盘。
• 电信设备：作为电话和传真机中的状态指示灯和背光。
• LCD显示屏：为小型LCD面板、开关图例和符号提供平坦、均匀的背光。
• 通用指示灯：任何需要紧凑、明亮、白色指示灯的应用。

8.2 设计考量与注意事项

规格书包含确保可靠运行的关键警告：

• 必须限流：必须始终使用一个外部限流电阻与LED串联。正向电压具有轻微的负温度系数，这意味着随着LED发热，V_F会略微下降。如果没有电阻，这可能导致电流显著增加（热失控），可能烧毁LED。电阻可以稳定电流。
• 避免机械应力：在焊接或最终组装过程中，不要对LED本体施加应力。焊接后避免PCB弯曲。
• 返修：强烈不建议在LED焊接后对电路板进行返修或返工。如果绝对必要，应使用专用的双头烙铁同时加热两个端子，以最小化热应力。单点重新加热可能导致损坏。
• ESD防护：由于器件的150V HBM等级，在处理和组装过程中需实施标准的ESD预防措施。

9. 技术对比与差异化

虽然规格书中未提供与其他特定LED型号的直接比较，但27-21封装在特定情境下具有明显优势：

• 对比引线式LED：主要优势是大幅减少了电路板空间占用和重量，实现了现代小型化电子产品。它还省去了引线弯曲和插入的需要，简化了自动化组装。
• 对比更大尺寸的SMD LED（例如，3528、5050）：27-21为超紧凑设计提供了更小的占位面积，尽管与更大封装相比，可能在总光输出或散热能力方面有所牺牲。
• 对比透明透镜LED：黄色漫射树脂提供了更宽的视角（140°）和更柔和、更均匀的外观，使其在LED被直接观看的应用中表现更优，而透明透镜则产生更聚焦的光束。

其符合RoHS、REACH和无卤素标准是现代元件的基本要求，但相对于旧的、不合规的库存产品，这仍然是一个关键的差异化因素。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 为什么必须串联限流电阻？

LED是电流驱动器件，而非电压驱动。其V-I曲线非常陡峭。正向电压的微小变化（可能由温度变化或制造差异引起）会导致电流的巨大变化。串联电阻充当一个简单的线性电流调节器，稳定工作点，防止热失控和LED损坏。

10.2 分档代码（P2、Q1、15、16等）对我的设计意味着什么？

分档确保了产品的一致性。如果您的设计要求多个LED之间的亮度均匀（例如，在背光阵列中），您应指定来自相同发光强度档位（CAT）的LED。如果您的电源电压裕量紧张，指定更严格的正向电压档位（REF）会有所帮助。对于颜色要求严格的应用，指定色度档位（HUE）至关重要。使用未分档或混合档位的LED可能导致最终产品出现可见的亮度或颜色差异。

10.3 我可以用10mA电流持续驱动这颗LED吗？

可以，10mA是额定最大连续正向电流。然而，在绝对最大额定值下运行可能会降低长期可靠性并增加结温。为了获得最佳寿命和稳定性，建议在测试电流5mA或以下驱动LED，特别是在热管理有限的情况下。

10.4 视角是140度。在这个角度范围内光输出是否均匀？

“视角”（2θ_1/2）定义为发光强度降至0度（正对轴线）强度一半时的角度。黄色漫射树脂产生类似朗伯体的发射模式，强度在轴线上最高，并向边缘递减。与透明透镜LED相比，它为大角度观看提供了非常好的均匀性，但在整个140°范围内无法实现完美的均匀性。

11. 实际设计与使用案例

场景：设计一个背光薄膜开关面板。

1. 选型：选择27-21 LED是因为其小尺寸（适合安装在开关图标后面）、漫射光（均匀照明）和表面贴装兼容性（适合自动化组装到开关PCB上）。
2. 电路设计：选择5mA恒定电流以平衡亮度和寿命。使用3.3V电源，并假设V_F来自档位16（典型值2.93V），计算串联电阻：R = (V_电源- V_F) / I_F= (3.3V - 2.93V) / 0.005A = 74 欧姆。选择标准的75欧姆电阻。
3. PCB布局：焊盘图案严格按照封装尺寸图设计。在LED和薄膜层之间保持足够的间隙。
4. 采购：订购LED时，指定亮度档位Q1，以及色度档位2或3，以确保面板上所有开关的白色色点一致。
5. 组装：元件在使用前保存在密封袋中。PCB使用指定的温度曲线进行一次回流焊。在处理过程中避免对LED施加应力。

12. 工作原理简介

27-21 LED是一种基于半导体p-n结的固态光源。有源区使用InGaN（氮化铟镓）化合物半导体。当施加超过二极管开启阈值（正向电压，V_F）的正向电压时，电子和空穴被注入有源区并在其中复合。在像InGaN这样的直接带隙半导体中，这种复合主要以光子（光）的形式释放能量。InGaN合金的特定带隙能量决定了发射光的波长。为了从发出蓝光/紫外光的InGaN芯片产生白光，使用了黄色荧光粉（包含在黄色漫射树脂封装内）。芯片发出的一部分蓝光被荧光粉吸收并重新发射为黄光。剩余的蓝光与转换后的黄光混合，被人眼感知为白色。漫射树脂包含散射粒子，使发射光子的方向随机化，从而产生宽广、均匀的视角。

13. 技术趋势与发展

像27-21这样的SMD LED代表了一项成熟且广泛采用的技术。当前行业趋势集中在几个关键领域，这些领域建立在此基础之上：

• 提高效率（流明/瓦）：外延生长、芯片设计和荧光粉技术的持续改进不断推动发光效率提高，使得在相同电流下获得更亮的光输出，或在相同光输出下实现更低的功耗和更少的热量产生。
• 改善色彩质量与一致性：荧光粉配方的进步和更精确的分档技术（例如，使用3-5步麦克亚当椭圆进行更严格的颜色控制）使得LED具有更高的显色指数（CRI），并且批次间的色点更加一致。
• 小型化：对更小设备的追求持续推动着封装尺寸的进一步缩小（例如，2016、1515），同时保持或改善光学性能。
• 增强可靠性与寿命：对更好封装材料和热管理技术的研究旨在提高LED的运行寿命和稳定性，尤其是在高温或高湿度条件下。
• 集成化解决方案：趋势正朝着内置驱动器、控制器甚至多色芯片（RGB）集成于单一封装的LED发展，从而简化终端用户的电路设计。

27-21 LED凭借其标准化的封装和明确界定的特性，在这个不断发展的技术格局中，扮演着可靠的主力元件角色。