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1. 产品概述
17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T 是一款紧凑型表面贴装器件（SMD）LED，专为需要微型化和高可靠性的现代电子应用而设计。该单色LED发出纯白光，这是通过封装在黄色漫射树脂中的InGaN芯片实现的。其主要优势在于，与传统引线框架LED相比，其占板面积显著减小，从而提高了印刷电路板（PCB）上的元件组装密度，减少了设备存储空间，并最终有助于开发更小、更轻的终端用户设备。该元件完全符合RoHS标准，遵守欧盟REACH法规，并作为无卤素产品制造，溴和氯含量严格控制在行业标准以下。
1.1 核心优势与目标市场
17-21 SMD LED 的设计理念以支持微型化为核心。其小巧的物理尺寸直接转化为更小的所需电路板空间，使设计师能够创建更紧凑的产品。封装重量轻的特性使其特别适用于便携式和微型应用，在这些应用中每一克都很重要。该器件以安装在7英寸直径卷盘上的8mm载带形式提供，确保与高速、自动化贴片组装设备兼容，这对于大规模生产至关重要。其与红外和气相回流焊接工艺的兼容性为制造提供了灵活性。主要目标市场包括消费电子产品、汽车内饰（特别是仪表盘和开关背光）、用于状态指示的电信设备以及LCD和控制面板的通用背光。
2. 技术参数详解
本节对规格书中定义的关键电气、光学和热参数进行详细、客观的分析，解释它们对电路设计和可靠性的意义。
2.1 绝对最大额定值
绝对最大额定值定义了可能导致LED永久损坏的应力极限。这些不是正常操作条件，而是绝不能超过的阈值。
- 反向电压（VR）：5V- 施加超过5V的反向偏压可能导致立即的结击穿。规格书明确指出该器件并非为反向操作设计；此额定值主要用于IR（反向电流）测试条件。在应用中，如果存在反向电压的可能性，通常需要外部电路保护（如并联二极管）。
- 正向电流（IF）：10mA- 这是为确保长期可靠运行而推荐的最大连续直流电流。超过此电流会增加结温，加速光通量衰减，并显著缩短器件寿命。
- 峰值正向电流（IFP）：100mA- LED可以承受高达100mA的短时电流脉冲（在1kHz下占空比为1/10）。这与脉冲操作或瞬时浪涌有关，但不应用于计算稳态功耗。
- 功耗（Pd）：40mW- 这是在环境温度（Ta）为25°C时，封装能够作为热量散发的最大功率。实际功耗计算公式为：正向电压（VF）* 正向电流（IF）。在接近或超过此限制下运行时，需要仔细的热管理。
- 工作与存储温度：该器件的工作温度额定范围为-40°C至+85°C，存储温度范围为-40°C至+90°C。此宽范围使其适用于汽车和工业环境。
- 焊接温度：规定了两种温度曲线：回流焊接为260°C持续10秒（典型的无铅工艺），手工焊接为350°C持续3秒。遵守这些限制对于防止内部芯片键合或塑料封装损坏至关重要。
2.2 光电特性
这些参数是在标准测试条件（Ta=25°C，IF=5mA）下测量的，定义了LED的性能。
- 发光强度（Iv）：72.0 - 180.0 mcd（典型值）- 这是在特定方向上发射的可见光量。非常宽的范围（72至180 mcd）表明LED根据测量输出被分选到不同的“档位”，这将在后面章节详述。5mA的测试电流低于最大额定值，为测量提供了安全裕度。
- 视角（2θ1/2）：150°（典型值）- 这是发光强度为0°（轴向）强度一半时的角度。150°的视角非常宽，产生类似朗伯体的漫射发射模式，适用于需要均匀光分布的区域照明和背光，而非聚焦光束。
- 正向电压（VF）：2.7V - 3.1V（最大值）- 这是在5mA测试电流驱动下LED两端的电压降。这种变化源于半导体工艺公差，也通过分档进行管理。由于VF不是固定值，必须始终使用一个串联限流电阻来设定工作电流。
- 反向电流（IR）：50 μA（最大值）- 这是在施加5V反向偏压时的漏电流。在健康的器件中，此电流通常非常小。
3. 分档系统说明
为确保大规模生产的一致性，LED经过测试并按性能分组或“分档”。17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T采用多参数分档系统，如代码“KQ1R2B5Y”所示。
3.1 发光强度分档
发光强度被分为四个不同的档位（Q1， Q2， R1， R2）。在指定或订购时，部件号中的“R2”表示选定的档位。
- 档位 Q1：72.0 - 90.0 mcd
- 档位 Q2：90.0 - 112.0 mcd
- 档位 R1：112.0 - 140.0 mcd
- 档位 R2：140.0 - 180.0 mcd
这使得设计师可以根据其应用选择合适的亮度等级，更高的档位通常用于最大光输出至关重要的场合。
3.2 正向电压分档
正向电压以0.1V为步长从2.7V分档至3.1V。部件号中的“B5”对应其中一个档位。在设计中使用匹配的VF档位有助于确保多个LED并联时电流均匀分配。
- 档位 29：2.7 - 2.8V
- 档位 30：2.8 - 2.9V
- 档位 31：2.9 - 3.0V
- 档位 32：3.0 - 3.1V
3.3 色坐标分档
白光的颜色由其在CIE 1931色度图上的色坐标（x， y）定义。规格书在该图表上定义了四个四边形档位（3， 4， 5， 6）。部件号中的“Y”可能指代黄色漫射树脂及相关的颜色档位（例如，档位5）。规定的公差在x和y坐标上均为±0.01，这是白光LED的标准公差，确保批次内感知颜色的一致性。
4. 机械与封装信息
4.1 封装尺寸
17-21 SMD LED采用紧凑的矩形封装。关键尺寸（单位：mm）包括：典型主体长度约1.6mm，宽度约0.8mm，高度约0.6mm。详细封装图纸提供了精确尺寸，包括焊盘位置和公差（除非另有说明，为±0.1mm）。阴极有明确标记，这对于组装时的正确方向至关重要。小尺寸要求精确的PCB焊盘设计，以确保良好的焊接和机械稳定性。
4.2 包装与操作
元件以防潮器件（MSD）包装形式交付。它们以凸纹载带（间距8mm）形式提供，卷绕在7英寸卷盘上，每盘3000片。包装内含干燥剂，并密封在铝制防潮袋中。卷盘标签包含关键信息：客户部件号（CPN）、制造商部件号（P/N）、数量（QTY）以及发光强度（CAT）、色度（HUE）和正向电压（REF）的具体分档代码。
5. 焊接与组装指南
正确的操作和焊接对于SMD元件的可靠性至关重要。
5.1 存储与防潮要求
该LED对湿气敏感（隐含MSL等级）。在准备使用元件之前不应打开包装袋。打开后，未使用的LED必须在≤30°C和≤60% RH的条件下存储，并在168小时（7天）内使用。如果超过此时间窗口或干燥剂指示饱和，则在使用前需要在60±5°C下烘烤24小时，以去除吸收的水分，防止回流焊接过程中出现“爆米花”现象。
5.2 焊接工艺
回流焊接：规定了峰值温度为260°C、持续时间不超过10秒的无铅回流温度曲线。元件不应经历超过两次回流循环。必须避免加热过程中对LED本体施加应力。
手工焊接：如有必要，可以使用烙铁头温度≤350°C、每个端子焊接时间≤3秒进行手工焊接，建议使用低功率烙铁（≤25W）。建议端子之间有>2秒的冷却间隔。规格书强烈警告，手工焊接通常会导致损坏。
返修：不鼓励焊接后进行返修。如果不可避免，必须使用专用的双头烙铁同时加热两个端子，以防止芯片受到热应力。必须事先评估对LED特性的影响。
6. 应用建议与设计考量
6.1 典型应用场景
- 背光照明：凭借其宽视角和均匀的光分布，非常适合仪表盘仪表组、薄膜开关、键盘和符号的背光。
- 状态指示：非常适合电信设备（电话、传真）、消费电子产品和工业控制中的电源、连接或功能状态指示灯。
- LCD背光：可用于小型单色或彩色LCD显示屏的侧光式或直下式背光。
- 通用指示：任何需要紧凑、可靠、明亮的白色指示灯的场合。
6.2 关键设计考量
- 必须限流：LED是电流驱动器件。必须始终使用串联电阻来设定正向电流。规格书警告，如果没有限流电阻，电源电压的微小变化会导致电流发生巨大且破坏性的变化。电阻值使用欧姆定律计算：R = （电源电压 - LED正向电压） / 期望电流。为保守设计，应始终使用分档或规格书中的最大VF值。
- 热管理：虽然封装很小，但功耗（高达40mW）会产生热量。对于高电流（接近10mA）下的连续运行，确保PCB有足够的热释放设计，尤其是在多个LED聚集在一起时。高结温会降低光输出和寿命。
- ESD防护：该器件的ESD HBM等级为150V，相对较低。在操作和组装过程中应遵循标准的ESD预防措施。
- 光学设计：150°的视角和黄色漫射树脂产生了柔和、宽广的光束。对于聚焦照明，需要外部透镜或导光件。当用于扩散板后面时，漫射树脂有助于实现均匀的外观。
7. 技术对比与差异化
17-21封装属于超小型SMD LED类别。其主要差异化在于，在极小的占板面积（1.6x0.8mm）内实现了相对较高的发光强度（高达180 mcd）。与较大的SMD LED（例如3528， 5050）相比，它提供了卓越的空间节省，但总光输出或功率处理能力可能较低。与更小的芯片LED相比，由于其封装形式和集成透镜，操作更简便。对强度、电压和色度的明确分档提供了性能一致性水平，这对于需要均匀外观的应用（如背光阵列）至关重要。
8. 常见问题解答（基于技术参数）
问：既然可以承受100mA脉冲，为什么正向电流限制在10mA？
答：10mA额定值适用于连续运行，以确保长期可靠性并维持指定的光学性能。100mA脉冲额定值适用于短时脉冲（例如，每1ms中0.1ms）。高电流连续运行会增加结温，导致荧光粉和半导体加速退化，从而引起过早变暗或失效。
问：如何选择合适的限流电阻？
答：使用公式 R = （电源电压 - VF） / IF。对于5V电源和目标电流5mA，为安全起见使用最大VF 3.1V：R = （5 - 3.1） / 0.005 = 380 欧姆。最接近的标准值（390 欧姆）将是一个不错的选择。务必验证电阻的额定功率：P = I^2 * R。
问：我可以直接用微控制器GPIO引脚驱动这个LED吗？
答：可能可以，但需谨慎。典型的GPIO引脚可以拉出/灌入20-25mA电流。你必须包含一个串联电阻。此外，确保微控制器的输出电压足够高以克服LED的VF（2.7-3.1V）。3.3V的微控制器可能在VF范围的低端工作，但5V电源更可靠。切勿在没有电阻的情况下将LED直接连接在引脚和地之间。
问：“无铅”和“无卤素”对我的应用意味着什么？
答：“无铅”意味着可焊性表面处理不含铅，符合RoHS等环保法规。“无卤素”（Br <900ppm， Cl <900ppm， Br+Cl <1500ppm）意味着塑料封装材料含有极少的卤素，如果器件暴露在极端高温或火灾中，可以减少有毒烟雾的排放，改善环境和安全性能。
9. 实际设计与使用案例
场景：为医疗设备设计背光键盘。
设计需要在硅橡胶按键后面安装12个白色指示灯。双面PCB上的空间极其有限。选择17-21 LED是因为其最小的占板面积。设计师选择R2发光强度档位，以确保在明亮环境下的良好可见性。所有LED都指定为相同的VF档位（例如30），以促进在并联配置（每个并联支路由一个限流电阻驱动，而不是所有12个共用一个电阻）下的均匀亮度。PCB布局按照规格书图纸放置散热焊盘。指示组装厂遵循指定的回流温度曲线，并在贴装前将元件保持在密封袋中。组装后，150°的宽视角确保每个按键均匀照明，没有热点。
10. 工作原理与技术趋势
10.1 基本工作原理
这是一种荧光粉转换型白光LED。其核心是一个由氮化铟镓（InGaN）制成的半导体芯片，当正向偏置时（电致发光）会发出蓝色或近紫外光谱的光。这种初级光随后被荧光粉层吸收——在本例中是悬浮在漫射树脂封装剂中的发黄光荧光粉。荧光粉以更长的波长（黄色）重新发射光。来自芯片的未转换蓝光和来自荧光粉的转换黄光相结合，产生了“白色”光的感知。确切的色调（冷白、纯白、暖白）由所用荧光粉的成分和数量决定，这在制造过程中受到控制以达到指定的色度档位。
10.2 客观技术趋势
SMD LED技术的总体趋势继续朝着几个关键目标发展：提高效率（lm/W）：提高每单位电功率输入的光输出，降低能耗和热负荷。更高的可靠性和寿命：改进材料和封装，以承受更高的温度和更长的运行时间，同时光通量衰减最小。改善颜色一致性和显色性：更严格的分档公差，以及开发能提供更高显色指数（CRI）值的荧光粉，以获得更自然的白光。进一步微型化：开发更小的封装尺寸，同时保持或增加光输出。集成解决方案：内置电流调节器、控制器或单封装内多芯片的LED不断增长，以简化电路设计。17-21 LED代表了这一持续演进中一个成熟、高性价比的节点，针对空间受限、大批量应用中的可靠性能进行了优化。
LED规格术语详解
LED技术术语完整解释
一、光电性能核心指标
| 术语 | 单位/表示 | 通俗解释 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦电能发出的光通量，越高越节能。 | 直接决定灯具的能效等级与电费成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源发出的总光量，俗称"亮度"。 | 决定灯具够不够亮。 |
| 发光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。 | 影响光照范围与均匀度。 |
| 色温（CCT） | K（开尔文），如2700K/6500K | 光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。 | 决定照明氛围与适用场景。 |
| 显色指数（CRI / Ra） | 无单位，0–100 | 光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。 | 影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。 |
| 色容差（SDCM） | 麦克亚当椭圆步数，如"5-step" | 颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。 | 保证同一批灯具颜色无差异。 |
| 主波长（Dominant Wavelength） | nm（纳米），如620nm（红） | 彩色LED颜色对应的波长值。 | 决定红、黄、绿等单色LED的色相。 |
| 光谱分布（Spectral Distribution） | 波长 vs. 强度曲线 | 显示LED发出的光在各波长的强度分布。 | 影响显色性与颜色品质。 |
二、电气参数
| 术语 | 符号 | 通俗解释 | 设计注意事项 |
|---|---|---|---|
| 正向电压（Forward Voltage） | Vf | LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。 | 驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。 |
| 正向电流（Forward Current） | If | 使LED正常发光的电流值。 | 常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。 |
| 最大脉冲电流（Pulse Current） | Ifp | 短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。 | 脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。 |
| 反向电压（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。 | 电路中需防止反接或电压冲击。 |
| 热阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。 | 高热阻需更强散热设计，否则结温升高。 |
| 静电放电耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。 | 生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。 |
三、热管理与可靠性
| 术语 | 关键指标 | 通俗解释 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 结温（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED芯片内部的实际工作温度。 | 每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小时） | 亮度降至初始值70%或80%所需时间。 | 直接定义LED的"使用寿命"。 |
| 流明维持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段时间后剩余亮度的百分比。 | 表征长期使用后的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麦克亚当椭圆 | 使用过程中颜色的变化程度。 | 影响照明场景的颜色一致性。 |
| 热老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因长期高温导致的封装材料劣化。 | 可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。 |
四、封装与材料
| 术语 | 常见类型 | 通俗解释 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| 封装类型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。 | EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。 |
| 芯片结构 | 正装、倒装（Flip Chip） | 芯片电极布置方式。 | 倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。 |
| 荧光粉涂层 | YAG、硅酸盐、氮化物 | 覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。 | 不同荧光粉影响光效、色温与显色性。 |
| 透镜/光学设计 | 平面、微透镜、全反射 | 封装表面的光学结构，控制光线分布。 | 决定发光角度与配光曲线。 |
五、质量控制与分档
| 术语 | 分档内容 | 通俗解释 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分档 | 代码如 2G、2H | 按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。 | 确保同一批产品亮度一致。 |
| 电压分档 | 代码如 6W、6X | 按正向电压范围分组。 | 便于驱动电源匹配，提高系统效率。 |
| 色区分档 | 5-step MacAdam椭圆 | 按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。 | 保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。 |
| 色温分档 | 2700K、3000K等 | 按色温分组，每组有对应的坐标范围。 | 满足不同场景的色温需求。 |
六、测试与认证
| 术语 | 标准/测试 | 通俗解释 | 意义 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明维持测试 | 在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。 | 用于推算LED寿命（结合TM-21）。 |
| TM-21 | 寿命推演标准 | 基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。 | 提供科学的寿命预测。 |
| IESNA标准 | 照明工程学会标准 | 涵盖光学、电气、热学测试方法。 | 行业公认的测试依据。 |
| RoHS / REACH | 环保认证 | 确保产品不含有害物质（如铅、汞）。 | 进入国际市场的准入条件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效认证 | 针对照明产品的能效与性能认证。 | 常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。 |