SMD LED 19-21/Y2C-CP1Q2B/3T 数据手册 - 尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 电压 1.75-2.35V - 颜色 亮黄色 - 英文技术文档

1. 产品概述

19-21/Y2C-CP1Q2B/3T是一款表面贴装器件（SMD）LED，专为需要紧凑尺寸和可靠性能的现代电子应用而设计。该元件采用AlGaInP（铝镓铟磷）半导体芯片，可产生明亮的黄光输出。LED封装在透明树脂外壳中，这增强了光提取效率并提供了环境保护。其主要优点包括与传统引线框架LED相比显著减少了占用空间，从而提高了印刷电路板（PCB）上的封装密度，降低了存储要求，并最终有助于终端设备的小型化。其轻量化结构进一步使其成为便携式和微型应用的理想选择。

1.1 主要特性与合规性

• 以8mm载带包装，卷绕在直径为7英寸的卷盘上，以便与自动化贴片组装设备兼容。
• 设计用于标准红外（IR）和汽相回流焊接工艺。
• 单色型，发出明亮的黄光。
• 采用无铅材料制造。
• 本产品符合RoHS（有害物质限制）指令。
• 符合欧盟REACH（化学品注册、评估、授权和限制）法规。
• Halogen-free construction, with limits for Bromine (Br) and Chlorine (Cl) set at <900 ppm individually and <1500 ppm for their combined total.

2. 技术规格详解

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。不保证在此条件下运行。所有数值均在环境温度 (Ta) 为 25°C 时指定。

• 反向电压 (VR): 5 V。反向偏置时超过此电压可能导致结击穿。
• 连续正向电流 (IF): 25 mA。可连续施加的最大直流电流。
• 峰值正向电流 (IFP): 60 mA。这是最大脉冲正向电流，仅在占空比为1/10、频率为1 kHz的条件下允许使用。这对于涉及短暂、高强度闪光应用至关重要。
• 功耗 (Pd): 60 mW。器件能够以热量形式耗散的最大功率，计算公式为正向电压（VF）乘以正向电流（IF）。
• 静电放电（ESD）人体模型（HBM）： 2000 V。该额定值表示LED对静电的敏感度。在组装和操作过程中必须遵循正确的ESD处理程序。
• 工作温度范围（Topr）： -40°C 至 +85°C。设备设计可正常工作的环境温度范围。
• 存储温度范围 (Tstg)： -40°C 至 +90°C。
• 焊接温度 (Tsol)： 对于回流焊，规定峰值温度为260°C，最长持续10秒。对于手工焊接，烙铁头温度不应超过350°C，每个端子最长持续3秒。

2.2 电光特性

这些参数定义了LED在正常工作条件下的性能，除非另有说明，通常测量条件为环境温度Ta=25°C、正向电流IF=20mA。

• 发光强度 (Iv): 范围从最小值45.0 mcd到最大值112.0 mcd。典型值根据分档代码落在此范围内（参见第3节）。
• 视角 (2θ1/2): 大约100度。这是光强降至0度（轴向）光强一半时的全角。
• 峰值波长 (λp): 通常在591纳米左右。这是光谱功率分布达到其最大值的波长。
• 主波长 (λd): 范围从585.5纳米到591.5纳米。这是人眼感知到的、与LED光色相匹配的单一波长。
• 光谱带宽 (Δλ): 通常为15 nm。这是光谱在最大强度一半处的宽度（半高全宽 - FWHM）。
• 正向电压 (VF): 范围从1.75 V到2.35 V。这是在规定的正向电流下，LED两端的电压降。
• 反向电流 (IR): 施加5V反向电压时，最大值为10 μA。本器件不适用于反向偏置工作。

重要说明: 公差规定为：光强±11%，主波长±1nm，正向电压±0.1V。反向电压额定值仅适用于红外测试条件。

3. 分档系统说明

为确保生产中颜色和亮度的一致性，LED会根据关键参数进行分档。

3.1 光强分档

分档定义了在IF=20mA条件下的最小和最大光强。
P1: 45.0 - 57.0 mcd
P2: 57.0 - 72.0 mcd
Q1: 72.0 - 90.0 mcd
Q2: 90.0 - 112.0 mcd

3.2 主波长分档

分档定义了颜色一致性。
D3: 585.5 - 588.5 nm
D4: 588.5 - 591.5 nm

3.3 正向电压分档

分档有助于电流调节的电路设计。
0: 1.75 - 1.95 V
1: 1.95 - 2.15 V
2: 2.15 - 2.35 V

4. Performance Curve Analysis

该数据手册提供了若干对设计至关重要的特性曲线。

4.1 Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve)

该曲线展示了电流与电压之间的指数关系。电压略微超过开启阈值，就会导致电流急剧增加。这强调了在应用电路中必须使用限流电阻或恒流驱动器，以防止热失控和设备损坏。

4.2 相对发光强度与环境温度关系

LED的光输出会随着结温升高而降低。该曲线通常显示，从低温到约25°C，发光强度逐渐下降，之后在更高的环境温度下，下降更为显著。在LED工作于高温环境的设计中，必须考虑这一因素，以确保足够的亮度。

4.3 相对发光强度与正向电流的关系

该曲线表明，光输出随正向电流增加而增加，但并非线性关系。效率（流明每瓦）通常在低于绝对最大额定值的电流处达到峰值。工作电流超过此最佳点会降低效率并产生更多热量。

4.4 光谱分布

该图表绘制了相对强度与波长的关系，显示在黄色区域（约591纳米）有一个单一峰值，典型带宽为15纳米，证实了其单色性。

4.5 辐射方向图

极坐标图展示了光的空间分布。19-21封装通常呈现朗伯或近朗伯分布模式，提供宽广、均匀的视角，适用于指示灯和背光应用。

4.6 Forward Current Derating Curve

该曲线规定了最大允许连续正向电流随环境温度的变化关系。随着环境温度升高，必须降低最大安全工作电流，以使结温保持在限值内，并防止加速老化。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

19-21 SMD LED 采用紧凑的矩形封装。关键尺寸（单位：mm，除非注明，公差为 ±0.1mm）包括：本体长度约 2.0 mm，宽度 1.25 mm，高度 0.8 mm。封装底部设有两个用于焊接的阳极和阴极端子。封装上清晰标有阴极识别标记，这对于确保 PCB 的正确方向至关重要。

6. 焊接与组装指南

6.1 电流保护

必须使用外部限流机制（电阻或驱动IC）。LED的指数型I-V特性意味着微小的电源电压波动即可导致大电流浪涌，从而引发瞬时故障。

6.2 存储与湿敏度

LED采用内含干燥剂的防潮屏障袋包装。
- 请勿在准备使用前打开包装袋。
- 开封后，未使用的LED应在温度≤30°C、相对湿度≤60%的条件下储存。
- 包装袋开封后的“车间寿命”为168小时（7天）。
- 若超过车间寿命或干燥剂显示已受潮，则需在回流焊前进行60±5°C、24小时的烘烤，以防止“爆米花”损伤。

6.3 回流焊接温度曲线

规定采用无铅回流焊接温度曲线：
- 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，持续时间不超过10秒。
- 升温速率：最高6°C/秒，直至255°C。
- 冷却速率：最高3°C/秒。
- 回流焊接操作不应超过两次。

6.4 手工焊接与返修

若必须进行手工焊接，请使用烙铁头温度≤350°C的烙铁，对每个引脚加热时间≤3秒，且烙铁额定功率应≤25W。引脚之间至少间隔2秒冷却时间。强烈不建议进行返修。如不可避免，在移除元件时应使用双头烙铁同时加热两个引脚，以避免对封装造成机械应力。任何返修后，务必验证器件功能。

7. 封装与订购信息

7.1 卷带包装规格

元件采用宽度为8毫米的压纹载带包装，卷绕在标准的7英寸（178毫米）直径卷盘上。每盘包含3000件。提供了载带凹槽和卷盘的详细尺寸，以确保与自动送料器的兼容性。

7.2 标签说明

卷盘标签包含用于追溯和正确应用的关键信息：
- CPN： Customer's Part Number (if assigned).
- 零件号： 制造商零件号（例如，19-21/Y2C-CP1Q2B/3T）。
- 数量： 卷盘上的元件数量。
- CAT: 发光强度分档代码（例如：P1, Q2）。
- HUE: 色度/主波长分档代码（例如：D3、D4）。
- 参考： 正向电压分档代码（例如：0、1、2）。
- 批号： 用于质量追溯的生产批号。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

• 背光照明： 非常适用于仪表盘、控制面板和消费电子产品上的符号、开关及小区域的背光照明。
• 状态指示灯： 非常适合用于电信设备（电话、传真）、网络硬件和工业控制中的电源、连接或功能状态指示。
• 通用指示： 适用于任何需要紧凑、明亮、黄色视觉信号的应用。

8.2 设计考量

• Current Drive: 始终使用串联电阻或恒流驱动器。使用公式 R = (电源电压 - VF) / IF 计算电阻值，其中 VF 应选取分档或数据手册中的最大值，以确保在最坏情况下电流不超过限值。
• 热管理： 尽管封装尺寸较小，仍需确保在散热焊盘（如适用）下方有足够的PCB铜箔面积或散热过孔，以散发热量，尤其是在接近最大额定值或高环境温度下工作时。
• ESD保护： 如果 LED 位于用户可接触的位置，请在输入线路上实施 ESD 防护。在操作和组装过程中，使用接地工作台和防静电腕带。
• 光学设计： 宽视角使其适用于需要大范围可见性的应用。如需聚焦光线，可能需要外部透镜或导光件。

9. 技术对比与差异化分析

19-21/Y2C-CP1Q2B/3T 在其类别中具备多项优势：
尺寸优势： 其2.0x1.25mm的封装尺寸显著小于传统的3mm或5mm直插式LED，可实现更密集的PCB布局。
材料技术： 与旧技术相比，采用AlGaInP半导体材料可在黄/橙/红色光谱范围内提供高效率和优异的色彩纯度。
可靠性： SMD结构和坚固的封装有助于实现良好的机械稳定性和抗振性。
合规性： 完全符合RoHS、REACH和无卤素标准，使其适用于环境法规严格的全球市场。

10. 常见问题解答 (FAQ)

Q1: 分档代码的目的是什么？
A1: 分档可确保同一生产批次内的颜色和亮度一致性。对于要求外观均匀的应用（例如多LED阵列），建议指定严格的分档范围或从同一批次订购。

Q2：我能直接用3.3V或5V逻辑电源驱动这个LED吗？
A2：不能。您必须始终使用一个限流电阻。例如，使用3.3V电源，在20mA电流下典型正向电压VF为2.0V，电阻值应为（3.3V - 2.0V）/ 0.020A = 65欧姆。一个标准的68欧姆电阻是合适的。

Q3：为什么打开防潮屏障袋后，有严格的7天车间寿命限制？
A3：SMD封装会吸收空气中的湿气。在高温回流焊接过程中，这些被吸收的湿气会迅速汽化，导致内部出现分层或开裂（“爆米花效应”），从而损坏器件。

Q4：如何识别阴极？
A4：该封装有明确的阴极标识。在19-21封装上，这通常是一个绿色条纹、一个凹口或阴极引脚侧的一个切角。具体标识请务必参考封装尺寸图。

11. 实用设计案例研究

场景： 为便携式医疗设备设计一个包含10个黄色LED的紧凑状态指示面板。
设计步骤：
1. 电路设计： 使用一个共用的3.3V电源轨。计算最坏情况下的串联电阻：R = (3.3V - 2.35V_{最大正向电压}) / 0.020A = 47.5 欧姆。选择一个标准的47欧姆、1/10瓦电阻。这样即使LED具有最小正向电压，也能确保电流永远不会超过20.2毫安。
2. PCB布局： 放置LED时，中心间距至少为5毫米，以确保单个LED可见。在阴极焊盘周围添加小型铜箔区域以辅助散热。添加丝印轮廓和极性标记（阳极标“+”，阴极标“-”或阴极符号），以便于组装识别。
3. 组装： 订购所有LED时，应确保它们来自相同的光强等级（例如Q1档）和主波长等级（例如D4档），以保证亮度和颜色的一致性。安排PCB组装时，应在打开防潮袋后立即使用这些LED。
4. 测试： 在设计的工作条件下，验证面板上样品的正向电压和光输出。

12. 工作原理

该LED的发光原理基于AlGaInP半导体p-n结的电致发光。当施加超过结内建电势的正向电压时，来自n型区的电子和来自p型区的空穴被注入有源区。它们在那里复合，以光子的形式释放能量。AlGaInP合金的特定带隙能量决定了发射光的波长，在本例中为黄色光谱（约591 nm）。透明环氧树脂封装材料用于保护芯片、提供机械支撑并塑造光输出模式。

13. 技术趋势

诸如19-21系列等SMD LED的发展趋势持续朝向：
能效提升： 外延生长和芯片设计的持续改进带来了更高的每瓦流明数（lm/W），从而在相同光输出下降低了功耗。
微型化： 为超紧凑设备，正在开发更小的封装尺寸（例如，1.0x0.5mm）。
增强的可靠性： 改进的封装材料和工艺带来了更长的使用寿命，以及在高温高湿环境下更优异的性能表现。
智能集成： 尽管像19-21这样的标准分立元件对于高性价比、大批量的指示灯和背光应用仍然至关重要，但更广阔的市场正见证着集成驱动器或控制电路的LED的增长。