SMD LED 17-21/R6C-AP1Q2L/3T 规格书 - 尺寸 1.6x0.8x0.6mm - 电压 1.7-2.3V - 亮红色 - 中文技术文档

1. 产品概述

17-21/R6C-AP1Q2L/3T 是一款采用 AIGaInP 半导体技术、可发出亮红色光的表面贴装器件（SMD）LED。该元件专为空间和重量是关键限制因素的高密度 PCB 应用而设计。其主要优势包括：与引线框架型 LED 相比，其占板面积显著减小，可实现更紧凑的电路板设计、更高的封装密度，并最终使终端用户设备更小巧。其轻量化结构使其特别适用于微型和便携式电子设备。

该 LED 以 8mm 载带包装，卷绕在直径为 7 英寸的卷盘上，完全兼容标准自动化贴片组装设备。其配方为无铅，并符合包括 RoHS、欧盟 REACH 和无卤标准（Br <900 ppm，Cl <900 ppm，Br+Cl < 1500 ppm）在内的主要环保法规。该器件兼容红外和气相回流焊接工艺。

2. 技术规格详解

2.1 绝对最大额定值

器件额定在以下绝对最大条件下工作，超出这些条件可能导致永久性损坏。所有额定值均在环境温度（Ta）为 25°C 时指定。

• 反向电压（VR）：5 V。在反向偏压下超过此电压可能导致结击穿。
• 连续正向电流（IF）：25 mA。这是可靠工作的最大直流电流。
• 峰值正向电流（IFP）：60 mA。此额定值适用于占空比为 1/10、频率为 1 kHz 的脉冲条件下。
• 功耗（Pd）：60 mW。这是封装可耗散的最大功率。
• 静电放电（ESD）人体模型（HBM）：2000 V。组装过程中需要遵循正确的 ESD 处理程序。
• 工作温度范围（Topr）：-40°C 至 +85°C。
• 存储温度范围（Tstg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接温度（Tsol）：该器件可承受峰值温度为 260°C、持续 10 秒的回流焊接，或每个引脚在 350°C 下持续 3 秒的手工焊接。

2.2 光电特性

关键性能参数在 Ta=25°C 和标准测试电流 IF=20 mA 下测量。这些参数定义了 LED 的核心光输出和电气行为。

• 发光强度（Iv）：范围从最小值 45.0 mcd 到最大值 112.0 mcd。典型值根据具体分档代码落在此范围内。
• 视角（2θ1/2）：典型的宽视角为 140 度，提供宽广、均匀的照明。
• 峰值波长（λp）：典型值为 632 nm，表示光谱功率分布最高的波长。
• 主波长（λd）：范围从 617.5 nm 到 633.5 nm。这是人眼感知 LED 颜色的单波长，是颜色一致性的关键参数。
• 光谱带宽（Δλ）：典型值为 20 nm，定义了所发射红光的频谱纯度。
• 正向电压（VF）：在 IF=20mA 时，范围从 1.7 V 到 2.3 V。此参数对于电路设计和限流电阻计算至关重要。
• 反向电流（IR）：施加 5V 反向电压时，最大为 10 μA。该器件并非设计用于反向偏压工作。

重要说明：公差指定为：发光强度 ±11%，主波长 ±1nm，正向电压 ±0.05V。反向电压条件仅用于 IR 测试；LED 不应在反向偏压下工作。

3. 分档系统说明

为确保生产中的性能一致性，LED 根据关键参数被分选到不同的档位。这使得设计人员可以选择满足特定应用对亮度和颜色要求的器件。

3.1 发光强度分档

在 IF=20mA 下分档。分档代码（例如 P1、Q2）定义了最小和最大发光强度。

• 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

在 IF=20mA 下分档。分档代码（E4-E7）定义了红色发射的色坐标。

• E4：617.5 - 621.5 nm
• E5：621.5 - 625.5 nm
• E6：625.5 - 629.5 nm
• E7：629.5 - 633.5 nm

3.3 正向电压分档

在 IF=20mA 下分档。分档代码（19-24）定义了电源设计所需的电气特性。

• 19：1.7 - 1.8 V
• 20：1.8 - 1.9 V
• 21：1.9 - 2.0 V
• 22：2.0 - 2.1 V
• 23：2.1 - 2.2 V
• 24：2.2 - 2.3 V

4. 性能曲线分析

规格书提供了几条特性曲线，说明了器件在不同条件下的行为。这些对于稳健的系统设计至关重要。

4.1 发光强度 vs. 正向电流

该曲线显示了正向电流（IF）与相对发光强度之间，直至最大额定电流，大致呈线性关系。它证实了在工作范围内，光输出与驱动电流成正比。

4.2 发光强度 vs. 环境温度

该曲线展示了光输出的温度依赖性。发光强度通常随着环境温度（Ta）的升高而降低，尤其是在室温以上。在环境温度高或热管理不佳的应用中，必须考虑这种降额。

4.3 正向电流降额曲线

此图定义了最大允许连续正向电流与环境温度的函数关系。随着温度升高，必须降低最大允许电流，以保持在器件的功耗限制内，防止热失控并确保长期可靠性。

4.4 光谱分布

光谱输出曲线显示了一个以 632 nm 为中心的窄单峰，这是基于 AIGaInP 的红光 LED 的特征。典型的 20 nm 带宽表明具有良好的色彩饱和度。

4.5 正向电压 vs. 正向电流

这条 IV 曲线显示了典型的二极管指数关系。正向电压随电流增加而增加，其在 20mA 时的值是用于分档和电路设计的关键参数。

4.6 辐射图

极坐标图说明了光强的空间分布，证实了 140 度的宽视角。光强在 0 度（垂直于 LED 表面）时最高，并向边缘递减。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

17-21 SMD LED 采用紧凑的矩形封装。关键尺寸（单位：mm，除非另有说明，公差为 ±0.1mm）包括：本体长度 1.6 mm，宽度 0.8 mm，高度 0.6 mm。规格书提供了详细图纸，显示了所有关键尺寸，包括焊盘间距和焊盘建议。

5.2 极性标识

阴极在封装上有明确标记。在 PCB 布局和组装过程中，正确的极性方向对于确保正常工作至关重要。规格书中的图表指明了此标记相对于封装几何结构的位置。

6. 焊接与组装指南

6.1 过流保护

必须使用外部限流电阻。正向电压具有负温度系数，这意味着随着结温升高，VF 会下降，如果由恒压源驱动，这可能导致电流急剧增加。这会引起热失控和器件故障。串联电阻可提供线性、稳定的电流驱动。

6.2 存储与防潮敏感性

LED 包装在带有干燥剂的防潮袋中，以防止吸湿，吸湿可能在回流焊接过程中导致 "爆米花" 现象（封装开裂）。

• 请勿在使用前打开袋子。
• 打开后，如果在 ≤30°C 和 ≤60% RH 条件下存储，请在 168 小时（7 天）内使用。
• 如果未在此期限内使用，或者干燥剂指示剂显示饱和，则在使用前必须将元件在 60 ±5°C 下烘烤 24 小时。

6.3 回流焊温度曲线

指定了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（TAL）：在 217°C 以上，持续 60-150 秒。
• 峰值温度：最高 260°C，保持时间最长 10 秒。
• 升温速率：至 255°C 时最大 6°C/秒，然后至峰值温度时最大 3°C/秒。
• 回流焊接不应超过两次。
• 在加热和冷却过程中避免对封装施加机械应力。

6.4 手工焊接与返修

如果必须进行手工焊接，请使用烙铁头温度 <350°C 的烙铁，对每个引脚加热 <3 秒，并使用功率 <25W 的烙铁。焊接每个引脚之间至少间隔 2 秒。强烈不建议在初次焊接后进行返修。如果绝对不可避免，请使用双头烙铁同时加热两个引脚并取下元件，以避免对焊点施加应力。在任何返修尝试后，务必验证器件功能。

7. 包装与订购信息

7.1 卷盘与载带规格

元件以凸起式载带包装在直径为 7 英寸的卷盘上供应。载带宽度为 8 mm。每卷包含 3000 个元件。提供了卷盘尺寸、载带凹槽尺寸和覆盖带规格的详细图纸，以确保与自动化组装设备的兼容性。

7.2 标签说明

卷盘标签包含几个关键标识符：

• CPN：客户产品编号（可选）。
• P/N：制造商完整料号（例如，17-21/R6C-AP1Q2L/3T）。
• QTY：每卷包装数量（3000 个）。
• CAT：发光强度分档等级（例如，Q2）。
• HUE：色度/主波长分档等级（例如，E6）。
• REF：正向电压分档等级（例如，21）。
• LOT No：可追溯的生产批号。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

• 背光照明：由于其尺寸小、视角均匀，非常适合仪表盘指示灯、开关照明和符号背光。
• 通信设备：电话、传真机和其他通信设备中的状态指示灯和键盘背光。
• LCD 平面背光：可用于小型、薄型 LCD 显示器的阵列中。
• 通用指示灯：广泛应用于消费类和工业电子产品中的电源状态、模式指示和警报信号。

8.2 设计考量

• 电流驱动：始终使用恒流源或带串联电阻的电压源。使用公式 R = (Vsupply - VF) / IF 计算电阻值，使用分档或规格书中的最大 VF，以确保在最坏情况下电流不超过 20mA（或选定的工作点）。
• 热管理：虽然封装很小，但如果工作在高环境温度或接近最大电流时，应确保足够的 PCB 铜箔面积或散热过孔，以将结温保持在限制范围内。
• 光学设计：140 度的宽视角提供了宽广的照明。对于聚焦光，可能需要外部透镜或导光板。
• ESD 保护：在操作和组装过程中实施标准的 ESD 预防措施。如果 LED 连接到用户可访问的端口，请考虑在输入线上添加瞬态电压抑制器。

9. 技术对比与差异化

17-21 封装在指示灯 LED 领域具有显著优势。

• 与引线式 LED（例如，3mm，5mm）对比：主要优势是占板面积和高度显著减小，实现了现代化的微型化设计。它还省去了手动插入和剪切/弯曲引脚的步骤，简化了自动化组装。
• 与其他 SMD LED（例如，0402，0603）对比：17-21 封装（1.6x0.8mm）比最小的芯片 LED 略大，这使得在需要时更容易手动操作和焊接，同时仍然非常紧凑。由于封装内可能采用更大的芯片尺寸，它也可能提供更高的光输出。
• 材料技术（AIGaInP）：与 GaAsP 等旧技术相比，AIGaInP 在相同的输入电流下提供了更高的效率、更亮的输出和更好的色彩纯度（饱和红色）。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 使用5V电源时，应选用多大阻值的电阻？

使用最大 VF 2.3V（来自 24 档）和安全目标 IF 20mA：R = (5V - 2.3V) / 0.020A = 135 欧姆。最接近的标准值为 130 或 150 欧姆。电阻的额定功率至少应为 P = I^2 * R = (0.02^2)*150 = 0.06W，因此 1/8W（0.125W）的电阻足够。

10.2 我可以用30mA驱动此LED以获得更高亮度吗？

不可以。连续正向电流的绝对最大额定值为 25 mA。以 30 mA 工作超出了此额定值，这将降低可靠性，加速光衰，并可能导致立即失效。如需更高亮度，请选择来自更高发光强度档位（例如 Q2）的 LED，或额定电流更高的产品系列。

10.3 为何打开防潮袋后有7天的使用期限限制？

塑料封装材料会从空气中吸收湿气。在高温回流焊接过程中，这些吸收的湿气迅速转化为蒸汽，产生内部压力，可能导致封装分层或环氧树脂透镜开裂（"爆米花" 现象）。在受控湿度下，7 天的期限确保了吸湿量保持在临界水平以下。

10.4 料号中的分档代码 "R6C-AP1Q2L/3T" 代表什么含义？

虽然完整的解码可能是专有的，但它通常编码了产品系列（17-21）、颜色（R 代表红色，6C 可能指定特定的色度）以及强度、波长和电压的性能分档（由 Q2 等暗示）。"3T" 可能指载带包装。有关确切的分档信息，请参考卷盘标签上的 CAT、HUE 和 REF 代码。

11. 实际设计与使用案例

场景：为便携式医疗设备设计多指示灯状态面板。

该设备需要在高度集成的 PCB 上放置 5 个独立的红色状态 LED（电池电量低、充电中、错误、模式 1、模式 2）。空间极其有限，且设备必须轻量化。

解决方案实施：

1. 元件选型：选择 17-21/R6C-AP1Q2L/3T LED，因其超紧凑的 1.6x0.8mm 占板面积，与更大的替代方案相比节省了宝贵的电路板空间。
2. 电路设计：系统微控制器工作在 3.3V。使用典型 VF 2.0V（21 档）和设计 IF 15mA 以确保长寿命并考虑轻微的温度变化：R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A = 86.7 欧姆。选择 82 欧姆 1% 的电阻，导致 IF 略高，约为 ~16mA，这完全在 25mA 的限制范围内。
3. PCB 布局：LED 以 3.0mm 的中心间距放置，以实现清晰的视觉区分。阴极焊盘连接到微控制器 GPIO 引脚（配置为开漏输出）以开关 LED。阳极焊盘通过限流电阻连接到 3.3V。在 LED 下方保持一个小的禁布区，以防止焊料芯吸。
4. 组装：LED 以 8mm 载带卷盘供应，与贴片机兼容。将第 6.3 节中的无铅回流焊温度曲线编程到回流焊炉中。工厂车间遵循湿度控制程序，对在生产运行前 7 天以上因样品检查而打开的卷盘进行了烘烤。
5. 结果：在最小区域内实现了一组可靠、明亮且一致的状态指示灯，为最终医疗设备的整体微型化和可靠性做出了贡献。

12. 技术原理介绍

该 LED 基于在衬底上生长的铝铟镓磷（AIGaInP）半导体材料。当在 p-n 结上施加正向电压时，来自 n 型区域的电子和来自 p 型区域的空穴被注入到有源区。当这些载流子复合时，它们以光子（光）的形式释放能量。发射光的特定波长——在本例中为约 632 nm 的亮红色——由 AIGaInP 合金成分的带隙能量决定。通过在晶体生长过程中精确控制铝、铟、镓和磷的比例，制造商可以调整带隙，以高效率和高色彩纯度产生红色、橙色和黄色光谱中的特定颜色。环氧树脂封装用于保护精密的半导体芯片，作为透镜来塑造光输出光束（从而产生 140 度视角），并提供用于焊接的机械结构。

13. 行业趋势与发展

指示灯和背光 LED 的趋势继续强烈地朝着微型化、提高效率和更高可靠性发展。像 17-21 这样的封装是这一演变的一部分，填补了最小的芯片级封装和更大的传统 SMD 之间的空白。为了满足需要均匀外观的应用（如指示灯阵列和背光面板）的需求，对颜色和光通量的更严格分档公差越来越受到重视。此外，对更高效率（每瓦更多流明）的追求是持续的，推动材料科学提高内部量子效率和封装的光提取效率。集成是另一个趋势，多 LED 封装和带有内置 IC 用于控制或保护的 LED 变得越来越普遍，尽管像 17-21 这样的分立元件对于灵活、经济高效的设计仍然至关重要。环保合规性（RoHS、REACH、无卤）现在已成为整个行业的标准要求，正如该元件的规格所反映的那样。