SMD LED 19-21/G PC-FL1M2B/3T 数据手册 - 纯绿光 - 2.0x1.25x0.8mm - 最大2.35V - 60mW - 英文技术文档

1. 产品概述

19-21/G PC-FL1M2B/3T 是一款表面贴装器件 (SMD) 发光二极管 (LED)，专为需要紧凑、高效、可靠的指示灯或背光解决方案的现代电子应用而设计。该元件相较于传统的引线框架型 LED 取得了显著进步，能够大幅减少电路板占用空间，提高封装密度，并最终助力终端用户设备的小型化。其轻量化结构进一步增强了其在尺寸和重量为关键限制因素的应用中的适用性。

1.1 核心特性与优势

这款SMD LED的主要优势源于其封装设计和材料合规性：

• 紧凑封装： 以卷绕在7英寸直径卷盘上的8mm载带形式提供，使其完全兼容高速自动贴片组装设备，从而简化制造流程。
• 强大的工艺兼容性： 设计可承受标准的红外（IR）和气相回流焊接工艺，确保与印刷电路板（PCB）的可靠连接。
• 环境与法规符合性： The device is manufactured as a Pb-free (lead-free) component. It complies with the EU's RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, REACH regulations, and meets halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• 单色型： 发出单一、纯净的绿色光，为指示用途提供一致的色度。

1.2 目标应用

此LED专为多种应用而设计，包括：

• 汽车内饰： 用于仪表盘、仪表板指示灯和开关面板的背光。
• 电信： 电话、传真机及其他通信设备中的状态指示灯与键盘背光。
• 消费电子： 液晶显示器（LCD）的平面背光、开关照明及符号指示灯。
• 通用指示： 任何需要小型、明亮且可靠的绿色光源的应用。

2. 技术规格：深入分析

LED的性能与可靠性由其绝对最大额定值和电光特性定义。在超出规定限值的条件下操作器件可能导致永久性损坏或性能下降。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了在任何工作条件下都不应超过（即使是瞬间超过）的应力极限。所有数值均在环境温度（Ta）为25°C时指定。

• 反向电压（VR）： 5 V。施加超过此值的反向电压可能导致结立即击穿。
• 连续正向电流（IF）： 25 mA。可连续通过LED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1 kHz频率下占空比为1/10时允许。不适用于连续工作。
• 功耗 (Pd)： 60 mW。封装能够以热量形式耗散的最大功率，计算公式为正向电压 (VF) × 正向电流 (IF)。
• 静电放电 (ESD) 人体模型 (HBM)： 2000 V。此额定值表示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 (Topr)： -40°C 至 +85°C。保证LED能够正常工作的环境温度范围。
• 储存温度 (Tstg)： -40°C 至 +90°C。设备在未通电状态下的储存温度范围。
• 焊接温度 (Tsol)：
  • 回流焊接：峰值温度 260°C，最长持续 10 秒。
  • 手工焊接：烙铁头温度不超过 350°C，每个引脚最长持续 3 秒。

2.2 光电特性

这些参数定义了 LED 在正常工作条件下（除非另有说明，Ta=25°C，IF=20mA）的光输出和电气行为。"Typ." 列代表典型值或平均值，而 "Min." 和 "Max." 则定义了保证的极限值。

• 发光强度 (Iv)： 11.5 mcd (最小值) 至 28.5 mcd (最大值)。这是以毫坎德拉为单位测量的LED感知亮度。具体单元的实测值取决于其分档代码（参见第3节）。
• 视角 (2θ1/2): 100 度 (典型值)。这是发光强度降至0度（轴向）强度一半时的全角。100度的角度提供了宽广的视锥。
• 峰值波长 (λp): 561 nm (典型值)。这是发射光的光谱功率分布达到最大值时的波长。
• 主波长 (λd): 557.5 nm (最小值) 至 565.5 nm (最大值)。这是人眼感知到的、与LED光色最匹配的单色波长。它是颜色规格的关键参数。
• 光谱辐射带宽 (Δλ): 20 nm（典型值）。在峰值强度一半处测得的发射光谱宽度（半高全宽 - FWHM）。带宽越窄，表示光谱颜色越纯正。
• 正向电压 (VF): 在 IF=20mA 时，1.75 V（最小值）至 2.35 V（最大值）。LED 导通电流时两端的电压降。此参数对于设计限流电路至关重要。
• 反向电流 (IR): 在 VR=5V 时，最大 10 μA。LED 处于反向偏置时流过的微小漏电流。数据手册明确指出，该器件并非为反向工作而设计；此测试条件仅用于特性表征。

关于公差的重要说明: 数据手册规定了关键参数的制造公差：发光强度 (±11%)、主波长 (±1nm) 和正向电压 (±0.1V)。这些公差适用于每个分档内的数值（参见下一节）。

3. 分档系统说明

为确保大规模生产的一致性，LED会根据实测性能被分入不同的"档位"。这使得设计人员能够根据其特定应用需求，选择特性被严格控制的元器件。

3.1 发光强度分档

LED根据其在20mA电流下测得的Iv值，被分为四个强度档位（L1, L2, M1, M2）。这便于为需要特定亮度水平的应用进行选择。

• 档位 L1： 11.5 – 14.5 mcd
• 档位 L2： 14.5 – 18.0 mcd
• Bin M1: 18.0 – 22.5 mcd
• Bin M2: 22.5 – 28.5 mcd

3.2 主波长分档

绿光的颜色（色调）通过分选到四个波长档（C10至C13）来控制。这对于多个指示灯间颜色一致性至关重要的应用非常关键。

• Bin C10: 557.5 – 559.5 纳米
• Bin C11: 559.5 – 561.5 纳米
• Bin C12: 561.5 – 563.5 纳米
• Bin C13: 563.5 – 565.5 纳米

3.3 正向电压分档

LED还会根据其在20mA电流下的正向压降进行分档。这有助于设计电源和限流电路，尤其是在驱动多个串联LED时。

• 分档0： 1.75 – 1.95 V
• 分档1： 1.95 – 2.15 V
• 分档2： 2.15 – 2.35 V

这三个分档代码（例如 M2, C11, 1）的组合，唯一定义了特定批次LED的性能特性。

4. 性能曲线分析

数据手册提供了几条特性曲线，用以说明LED在不同条件下的行为。理解这些曲线对于进行稳健的电路设计至关重要。

4.1 正向电流与正向电压关系曲线

该曲线显示了流过LED的电流与其两端电压之间的指数关系。正向电压 (VF) 随电流增加而增加。此曲线对于选择合适的限流电阻或设计恒流驱动器至关重要。在20mA电流下，典型的VF约为2.0V，但根据分档，其值可在1.75V至2.35V之间变化。

4.2 相对发光强度与正向电流关系曲线

该图表展示了光输出如何随驱动电流增加而变化。这通常是一种亚线性关系；电流加倍并不会使光输出加倍。在建议的20mA或以下电流下工作，可确保最佳效率和最长使用寿命。

4.3 相对发光强度与环境温度关系

LED的光输出具有温度依赖性。该曲线表明，随着环境温度（Ta）升高，发光强度会下降。例如，在最高工作温度+85°C时，光输出可能显著低于25°C时的值。在高温环境下工作的设计中必须考虑这一因素。

4.4 正向电流降额曲线

这是关乎可靠性的最关键曲线之一。它显示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，最大安全电流会降低，以防止过热和加速老化。在85°C时，最大允许电流低于25°C下额定值25mA。

4.5 光谱分布

光谱图绘制了不同波长下光发射的相对强度。对于这款纯绿色AlGaInP LED，它显示出一个以561 nm为中心的单一主峰，典型半高宽为20 nm，证实了其单色绿光输出。

4.6 辐射方向图（空间分布）

该极坐标图说明了LED在空间上的光发射方式。此处证实了100度的视角，即光强降至轴向值50%时所对应的角度。其分布模式大致符合朗伯（余弦）分布，这在带有漫射透镜的SMD LED中很常见。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸与外形

19-21 SMD LED的封装尺寸非常紧凑。关键尺寸（单位：毫米，除非注明，公差为±0.1mm）包括本体长度约2.0mm，宽度约1.25mm，典型高度为0.8mm。详细图纸规定了焊盘间距（典型值1.4mm）、焊盘图形建议以及整体封装轮廓，以指导PCB布局设计。

5.2 极性标识

正确方向至关重要。阴极（负极）有明确标识。在封装顶部，有一个明显的阴极标记（通常是一个绿点、一个凹口或一个斜切角）。阳极和阴极焊盘底部的金属化层也可能不同。在PCB设计和组装过程中，请务必参考数据手册中的图示。

6. 焊接与组装指南

遵守这些指南对于确保焊点可靠性并防止LED损坏至关重要。

6.1 回流焊温度曲线（无铅）

推荐的无铅回流焊温度曲线如下：

• 预热： 在60-120秒内从环境温度升温至150-200°C，以使电路板均匀受热并激活助焊剂。
• 浸润/回流： 液相线以上（217°C）的时间应为60-150秒。峰值温度不得超过260°C，且高于255°C的时间必须限制在最多30秒。
• 冷却： 最大冷却速率应为6°C/秒。

最多允许进行两次回流焊循环。

6.2 手工焊接注意事项

若必须进行手工焊接，需格外小心：

• 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。
• 使用额定功率 ≤ 25W 的烙铁。
• 焊接每个端子之间至少间隔 2 秒冷却时间。
• 在焊接过程中或焊接后，避免对 LED 本体施加机械应力。

6.3 返工与维修

强烈不建议在焊接后进行维修。如果绝对无法避免，必须使用专用的双头烙铁同时加热两个端子，以便安全移除。返工期间热损伤的可能性很高，维修后应验证LED的特性。

7. 存储与湿敏度

此LED封装在带有干燥剂的防潮屏蔽袋中，以防止吸收大气中的湿气，这可能在回流焊过程中导致“爆米花”现象（封装开裂）。

• 使用前： 在准备组装之前，请勿打开防潮袋。
• 开封后： 请在开封后168小时（7天）内使用LED。已开封的包装请在温度≤30°C、相对湿度≤60%的条件下储存。
• 重新烘烤： 若存储时间超期或干燥剂指示剂显示饱和，则需在回流焊前于60 ±5°C下烘烤24小时。

8. 包装与订购信息

8.1 卷带包装规格

LED以宽度为8mm的凸起式载带包装供应。每卷直径为7英寸，包含3000颗器件。提供载带凹槽尺寸和卷盘轴心/凸缘尺寸的详细图纸，以确保与自动化组装设备的兼容性。

8.2 标签信息

卷盘标签包含用于追溯和正确应用的关键信息：

• 料号： 产品编号（例如：19-21/G PC-FL1M2B/3T）。
• 数量： 包装数量（3000个/卷）。
• CAT（或 Iv 等级）： 发光强度分档代码（例如：M1）。
• 色调： 主波长/色度分档代码（例如：C11）。
• REF（或VF等级）： 正向电压分档代码（例如，1）。
• 批号： 用于追溯的制造批号。

9. 应用设计注意事项

9.1 限流是强制要求

数据手册明确警告：“客户必须使用电阻进行保护。”LED是电流驱动器件。正向电压的微小增加可能导致电流大幅且可能具有破坏性的增长。外部限流电阻或恒流驱动电路绝对必不可少。电阻值可使用欧姆定律计算：R = (电源电压 - VF) / IF，其中VF取自相应分档的典型值或最大值。

9.2 热管理

虽然封装小巧，但功耗（高达60mW）会产生热量。为确保长期可靠运行，尤其是在高环境温度或驱动电流下：

• 请遵循电流降额曲线。
• 确保PCB上与LED焊盘相连的铜箔面积足够，以充当散热片。
• 避免将LED放置在靠近其他发热元件的位置。

9.3 光学注意事项

100度的宽视角使得此LED适用于需要从多个角度观察指示器的应用。如需更定向的光线，可能需要外部透镜或导光件。其水透明树脂封装提供了明亮、非饱和的外观。

10. 技术对比与差异化

基于AlGaInP（磷化铝镓铟）技术的19-21/G LED，在纯绿色发光方面具有特定优势：

• 与传统绿色LED对比： 与旧技术相比，AlGaInP技术通常在绿色和黄色光方面提供更高的效率和更好的色纯度（光谱更窄）。
• 与更大尺寸SMD封装对比： 19-21的封装尺寸属于较小的标准SMD LED封装之一，与0603或0805尺寸的LED相比，能够实现更高密度的布局。
• 与非合规元件对比： 其完全符合RoHS、REACH和无卤素标准，是在环保法规严格的市场中的关键差异化优势，确保产品能更便捷地集成并销往全球。

11. 常见问题解答（基于技术参数）

11.1 5V电源需要搭配多大电阻？

为安全起见，使用最大正向电压VF 2.35V（Bin 2）和目标正向电流IF 20mA进行计算：R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 欧姆。最接近的标准值为130欧姆或150欧姆。使用150欧姆电阻时，IF ≈ 17.7mA，这是安全的，并能略微延长寿命。请务必根据您的具体电源电压和所选电流进行计算。

11.2 可以用3.3V驱动吗？

可以，3.3V电源是合适的。电阻的计算公式为：R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65 欧姆。68欧姆的电阻是一个不错的选择。请确保电源能够提供所需的电流。

11.3 为什么高温下光输出会降低？

这是半导体LED的基本特性。随着温度升高，发光结的内量子效率降低，非辐射复合增加，导致在相同驱动电流下光输出减少。降额曲线通过降低允许电流以控制结温来补偿这一效应。

11.4 “无铅”和“无卤”对我的设计意味着什么？

无铅是指元件引线上的焊料镀层以及制造过程中使用的内部焊料不含铅，符合全球环保法规。无卤是指塑料模塑化合物中溴化或氯化阻燃剂的含量不超过规定限值，从而减少器件暴露于极端高温或明火时有毒烟雾的排放。

12. 设计实例研究：仪表盘开关背光

场景： 为汽车仪表盘开关设计背光，要求其在日光和黑暗环境下均清晰可见，工作温度范围为-30°C至+85°C。 设计选择：

1. LED选择： 选择具有更高发光强度的分档（例如M2）以确保足够的亮度。选择波长分档较窄的LED（例如C11），以保证所有开关的颜色一致性。
2. 驱动电路： 使用专为汽车环境设计的恒流驱动IC，而非简单的电阻。这可以确保无论电池电压如何波动（例如从9V到16V），亮度都能保持一致。将电流设定在15-18mA，以延长寿命并适应较高的环境温度。
3. PCB布局： 提供大面积覆铜并连接到LED的散热焊盘（阳极和阴极），以便将热量散发到PCB中。如果电路板是多层的，请使用散热过孔。
4. 光学设计： 100度的视角对于大多数开关设计来说已经足够。可以使用导光管或扩散器来均匀分散开关图标下的光线。
5. Storage & Assembly: 请严格遵守湿度敏感性等级指南，因为汽车PCB组件通常需要经历多次回流焊循环。

这种方法确保了符合汽车级要求的可靠、明亮且一致的指示灯。

13. 工作原理

该LED基于半导体p-n结的电致发光原理工作。芯片材料为AlGaInP（磷化铝镓铟）。当施加超过结内建电势的正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入有源区。它们在那里发生辐射复合，以光子（光）的形式释放能量。AlGaInP合金的具体成分决定了带隙能量，这直接定义了发射光的波长（颜色）——在本例中，是约561纳米的纯绿色。水透明环氧树脂封装材料用于保护芯片，充当透镜以塑造光输出，并且可能包含荧光粉或扩散剂（但对于单色类型，它通常是透明的）。

LED 规格术语

LED技术术语完整解释