SMD LED 91-21SUGC/S400-A4/TR7 数据手册 - 2.0x1.25x1.1mm - 3.5V - 25mA - 亮绿色 - 英文技术文档

1. 产品概述

91-21SUGC/S400-A4/TR7是一款表面贴装器件（SMD）LED，专为紧凑、高密度的电子组件而设计。它采用InGaN芯片技术，封装于水清树脂中，可发出明亮的绿光。其微型封装尺寸能显著减小PCB尺寸和设备体积，是空间受限应用的理想选择。

1.1 主要特性与优势

• 小型化： 该封装尺寸显著小于传统有引线元件，有助于实现更小的电路板设计、更高的元件封装密度，并减少存储需求。
• 自动化兼容性： 产品以12毫米载带、7英寸卷盘形式提供，完全兼容自动化贴片组装设备，确保高贴装精度与制造效率。
• 环保合规性： The product is Pb-free, compliant with RoHS, EU REACH, and halogen-free standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• 轻量化设计： 其极轻的重量对便携式和微型电子设备而言是一大优势。
• 标准化封装： 符合EIA标准包装，确保广泛的行业兼容性。

2. 技术规格与深度解读

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了器件的应力极限，超过此极限可能导致器件永久性损坏。不保证在此极限或低于此极限下的操作。

• Reverse Voltage (V_R): 5V. 在反向偏置中超过此电压可能导致结击穿。
• 正向电流 (I_F): 25mA 直流。连续工作电流不应超过此值。
• 峰值正向电流 (I_FP): 在1/10占空比和1kHz频率下为100mA。适用于脉冲操作，但不适用于直流。
• 功耗 (P_d): 95mW。封装可承受的最大功耗，计算公式为 V_F * I_F.
• Operating & Storage Temperature: -40°C 至 +85°C（工作），-40°C 至 +90°C（存储）。确保在广泛环境范围内的可靠性。
• 静电放电 (ESD)： 150V（人体模型）。组装时需要采取标准的ESD防护措施。
• 焊接温度： 每个端子可承受260°C回流焊接10秒或350°C手工焊接3秒。

2.2 电光特性 @ T_a=25°C

这些是标准测试条件下的典型性能参数（I_F=20mA）。

• 发光强度（I_v): 2000-2300 mcd（典型值）。这种高亮度适用于指示灯和背光应用。
• 视角（2θ_1/2): 25°（典型值）。相对较窄的视角，提供定向的光输出。
• Peak Wavelength (λ_p): 518 nm（典型值）。光谱发射最强的波长。
• 主波长 (λ_d): 525 nm (典型值)。光的感知颜色。
• 光谱带宽 (Δλ): 35 nm (典型值)。以峰值波长为中心所发射的波长范围。
• 正向电压 (V_F): 3.5V (典型值), 4.3V (最大值) @ 20mA。必须使用恒流驱动器或串联电阻来限制电流，因为 V_F 具有负温度系数。
• 反向电流 (I_R): 50 µA (最大值) @ V_R=5V。该设备并非为反向操作而设计；此参数仅用于测试目的。

3. 分档系统说明

数据手册指出，关键参数采用了分档系统，如标签说明（CAT、HUE、REF）中所述。该系统确保颜色和亮度在定义范围内保持一致。

• 发光强度等级（CAT）： 根据LED测量的光输出进行分档（例如，2000-2300 mcd可能为一个档位）。
• 主波长等级 (HUE): 根据LED的主波长（例如，约525nm）进行分档，以控制绿色的精确色调。
• 正向电压等级 (REF): 根据LED在特定电流下的正向压降对其进行分档，有助于实现一致电流驱动的电路设计。

4. 性能曲线分析

数据手册引用了“典型电光特性曲线”。虽然提供的文本中未显示，但此类曲线通常包括：

• 相对发光强度与正向电流的关系： 显示光输出如何随电流增加，通常在饱和前呈近似线性关系。
• 相对发光强度与环境温度的关系： 展示了光输出随结温升高而降低的特性。
• 正向电压与正向电流关系： 二极管的IV特性曲线。
• 正向电压与环境温度关系： 展示了V的负温度系数_F.
• 光谱分布： 一幅绘制强度与波长关系的图表，显示峰值位于约518nm处，带宽约为35nm。

5. 机械与封装信息

相对发光强度 vs. 正向电流：显示光输出如何随电流增加而增加，通常在饱和前呈近似线性关系。 相对发光强度 vs. 环境温度：展示随着结温升高，光输出会降额。 正向电压 vs. 正向电流：二极管的IV特性曲线。 正向电压 vs. 环境温度：显示VF的负温度系数。 光谱分布：绘制强度与波长关系的图表，显示峰值约在518nm，带宽约35nm。

91-21封装的标称尺寸为2.0毫米（长）x 1.25毫米（宽）x 1.1毫米（高）。除非另有说明，公差为±0.1毫米。该图纸详述了阴极标识符、透镜形状和端子位置。

主波长等级（HUE）：根据LED的主波长进行分档（例如，约525nm），以控制绿色的精确色调。

该封装包含一个视觉标记（通常在阴极侧有一个凹口或绿点）以识别阴极端子，这对于正确的PCB方向至关重要。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊接温度曲线（无铅）

• 预热： 150-200°C，持续60-120秒。最大升温速率：3°C/秒。
• 液相线以上时间（217°C）： 60-150秒。
• 峰值温度： 最高260°C，最多保持10秒。
• 高于255°C的时间： 最多30秒。
• 冷却速率： 最大6°C/秒。
• 回流焊循环次数： 最多两次。

6.2 手工焊接

如果 necessary, use a soldering iron with a tip temperature <350°C, capacity <25W, and limit contact time to 3 seconds per terminal. Allow a 2-second interval between soldering each terminal.

6.3 存储与湿度敏感性

本元件为湿敏元件（MSL）。

• 开封前： 储存于≤30°C / ≤90% RH条件下。
• 开启后（适用期）： 在≤30°C / ≤60% RH条件下可保存72小时。
• 重新烘烤： 若干燥剂指示剂变色或超出车间寿命，使用前需在60±5°C下烘烤24小时。

6.4 关键注意事项

• 电流限制： 外部串联电阻是 mandatory 防止因V的负温度系数导致热失控和烧毁。_F.
• 应力规避： 焊接过程中避免对LED施加机械应力，组装后请勿弯曲PCB。
• 维修： 不建议维修。如无法避免，请使用双头烙铁同时加热两端子，避免热冲击。维修后需验证性能。

7. 封装与订购信息

7.1 包装规格

• 载带： 宽度12毫米，卷盘直径7英寸。
• 每卷数量： 1000件。
• 防潮袋： 与干燥剂一同封装于密封铝箔防潮袋中。

7.2 标签说明

卷盘标签包含以下信息：客户产品编号 (CPN)、产品编号 (P/N)、批号 (LOT No.)、包装数量 (QTY)，以及发光强度 (CAT)、主波长 (HUE) 和正向电压 (REF) 的分档代码。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

• 消费电子产品中的状态指示灯（音频/视频设备、电池供电设备）。
• LCD面板、薄膜开关及仪器符号的背光照明。
• 办公自动化设备（打印机、扫描仪）中的指示灯与背光。
• 汽车内饰中的仪表盘与控制面板开关背光。
• 通信设备（电话、传真机）中的指示灯。

8.2 设计考量

• 驱动电路： 务必使用恒流源或串联限流电阻来驱动LED。使用公式 R = (V_supply - V_F) / I 计算电阻值。_F.
• 热管理： 在低功耗状态下，若工作于高环境温度或最大电流条件，需确保足够的PCB铜箔面积或散热过孔，以将结温维持在限定范围内。
• ESD保护： 若LED暴露于用户界面，请在输入线路上实施ESD保护。
• 光学设计： 25°视角可提供聚焦光束。如需更宽的照明范围，请考虑使用导光管或扩散器。

9. 技术对比与差异化分析

与旧式通孔LED或更大的SMD封装相比，91-21具备以下优势：

• 尺寸优势： 作为最小的标准化SMD LED封装之一，可实现超小型化设计。
• 亮度效率： 得益于InGaN技术，在同等尺寸和功耗下具有高发光强度。
• 自动化就绪： 卷带包装针对高速组装进行了优化，相较于手动插件，可降低制造成本。
• 合规负责人： 完全符合现代环保法规（RoHS、REACH、无卤素）是标准要求，但相较于不合规的旧式器件，这仍是一个关键的差异化优势。

10. 常见问题解答 (FAQs)

Q1: 为什么必须串联电阻？
A1: 随着LED结温升高，其正向电压（V_F）会下降。如果没有限流元件，电源电压的微小升高或V_F 的微小下降都可能导致电流不受控制地大幅增加，从而引起迅速过热和损坏。

Q2：我能直接用5V电源驱动这个LED吗？
A2：不能。其典型V_F 为3.5V，直接连接到5V会试图通过极大的电流，从而立即将其烧毁。必须串联一个电阻。例如，目标I_F=20mA时：R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75Ω（使用最接近的标准值，例如75Ω或82Ω）。

Q3: “Floor Life”为72小时是什么意思？
A3: 防潮袋打开后，元件在必须进行焊接前，可在工厂环境条件（≤30°C/60% RH）下暴露最多72小时。超过此时限，因吸收的湿气汽化，在回流焊期间有发生“爆米花”开裂的风险。未使用的部件必须重新干燥（重新烘烤）。

Q4: 如何识别正确的极性？
A4：请参考封装外形图。阴极通常由顶部的绿色圆点或封装一侧的凹口/倒角标示。PCB封装丝印应与此标记对应。

11. 实际设计与使用案例

场景：为便携设备设计低电量指示器。
LED需要亮度高、尺寸小且功耗低。91-21SUGC是极佳的选择。
实现： 使用微控制器的GPIO引脚驱动LED。该引脚可吸收/提供高达20mA的电流。通过一个限流电阻将LED阳极连接到GPIO引脚。将阴极连接到地。根据MCU的V_OH （例如，3.3V）。R = (3.3V - 3.5V) / 0.02A = -10Ω。该负值表明3.3V电压不足以使LED正向偏置至20mA。解决方案：要么以更低电流驱动LED（例如，10mA：R = (3.3V-3.5V)/0.01A，仍存在问题），要么使用GPIO控制连接到更高电压轨（例如电池电压）的晶体管开关，并搭配合适的串联电阻。此案例凸显了驱动电压与LED Vf匹配的重要性。_F.

12. 工作原理介绍

该LED基于氮化铟镓（InGaN）半导体芯片。当施加超过二极管结电势的正向电压时，电子和空穴被注入有源区并在其中复合。在此材料体系中，复合过程中释放的能量以光子（光）的形式发射。InGaN合金的具体成分决定了带隙能量，这直接对应于发射光的波长（颜色）——在本例中为亮绿色（约525 nm）。水透明环氧树脂充当保护性封装材料和初级透镜，塑造了光输出光束。

13. 技术趋势

诸如91-21封装等SMD LED的发展遵循以下几个关键行业趋势： 小型化 在保持或提升光输出的同时，持续推动封装尺寸缩小。 效率提升 通过外延生长和芯片设计的进步，实现了更高的每瓦流明输出。 可靠性增强 通过改进封装材料和热管理设计得以实现。 更宽广的色域 在显示背光领域，正推动LED实现更窄的光谱带宽和更精确的波长控制。 集成 将多芯片封装（RGB、白光）与LED驱动器集成到单一模块中是另一个趋势。91-21代表了单色指示器类SMD LED发展进程中一个成熟且高度优化的节点。