SMD LED 0201 红光 AlInGaP 规格书 - 尺寸 0.6x0.3x0.25mm - 电压 1.7-2.4V - 功率 72mW - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详述了一款采用0201封装尺寸的微型表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED）的规格。该器件利用铝铟镓磷（AlInGaP）技术产生红光输出。其极其紧凑的尺寸使其适用于自动化印刷电路板（PCB）组装工艺以及对空间要求极为苛刻的应用。

1.1 核心优势

• 微型封装尺寸：0201封装是标准化的最小SMD LED封装之一，可实现高密度PCB设计。
• 自动化兼容性：设计兼容高速自动贴片设备和标准红外（IR）回流焊工艺。
• 符合RoHS标准：该器件制造符合《有害物质限制》（RoHS）指令。
• 集成电路兼容性：其电气特性允许直接与集成电路输出接口连接。

1.2 目标市场与应用

此LED适用于广泛需要小型化和可靠指示功能的消费及工业电子产品。

• 便携式电子产品：手机、平板电脑、笔记本电脑和可穿戴设备中的状态指示灯。
• 网络与通信设备：路由器、交换机和调制解调器上的链路/活动指示灯。
• 家用电器与办公自动化：电源、模式或功能指示灯。
• 前面板背光：用于符号、图标或按钮的照明。
• 通用状态/信号指示灯：任何需要紧凑、明亮视觉指示器的应用。

2. 技术参数详解

本节对规格书中定义的关键电气、光学和热参数进行客观解读。

2.1 绝对最大额定值

这些是任何条件下（即使是瞬间）都不得超越的应力极限。超出这些极限运行可能导致永久性损坏。

• 功耗 (Pd)：72 mW。这是允许的最大热功率损耗。超过此值可能导致过热并缩短使用寿命。
• 峰值正向电流 (I_FP)：80 mA。此值仅在脉冲条件下（1/10占空比，0.1ms脉冲宽度）允许。不适用于连续直流操作。
• 直流正向电流 (I_F)：30 mA。这是为确保长期可靠运行而推荐的最大连续正向电流。
• 工作温度 (T_opr)：-40°C 至 +85°C。保证器件在此环境温度范围内正常工作。
• 存储温度 (T_stg)：-40°C 至 +100°C。器件在未通电时，可在此温度范围内存储而不会损坏。

2.2 光电特性

除非另有说明，这些参数均在25°C环境温度和20 mA正向电流 (I_F) 的标准测试条件下测量。

• 发光强度 (I_V)：170 - 340 mcd（最小值 - 最大值）。这是通过模拟人眼响应（CIE曲线）的传感器测量到的LED感知亮度。宽范围表明使用了分档系统（见第3节）。
• 视角 (2θ_1/2)：110°（典型值）。这是发光强度降至其峰值（轴向）值一半时的全角。110°的视角提供了非常宽广的视锥。
• 峰值发射波长 (λ_p)：624 nm（典型值）。这是光发射光谱最高点对应的波长。
• 主波长 (λ_d)：617 - 630 nm。此值源自CIE色度图，代表最能描述感知颜色（红色）的单波长。
• 光谱线半宽 (Δλ)：15 nm（典型值）。这表示光谱纯度；数值越小，颜色越接近单色。
• 正向电压 (V_F)：1.7 - 2.4 V。在20 mA驱动下，LED两端的电压降。此范围也受分档影响。
• 反向电流 (I_R)：在 V_R= 5V 时，最大 100 μA。该器件并非为反向偏压操作而设计；此参数仅用于漏电流测试。

3. 分档系统说明

为确保生产一致性，LED会根据关键参数进行分类（分档）。这使得设计人员能够为其应用选择满足特定亮度和电压要求的器件。

3.1 发光强度 (I_V) 分档

LED根据其在20 mA下测得的发光强度进行分类。

• 分档代码 S1：最小值 170.0 mcd，最大值 240.0 mcd。
• 分档代码 S2：最小值 240.0 mcd，最大值 340.0 mcd。
• 每个分档内的容差为 ±11%。

3.2 正向电压 (V_F) 分档

LED也根据其在20 mA下的正向压降进行分档，这对于并联电路中的电流匹配和电源设计非常重要。

• 分档代码 D2：最小值 1.7 V，最大值 2.0 V。
• 分档代码 D3：最小值 2.0 V，最大值 2.2 V。
• 分档代码 D4：最小值 2.2 V，最大值 2.4 V。
• 每个分档内的容差为 ±0.10 V。

4. 性能曲线分析

虽然规格书中引用了具体的图形数据，但此类LED的典型性能趋势描述如下。

4.1 电流-电压 (I-V) 特性

LED表现出类似二极管的I-V曲线。正向电压 (V_F) 随电流呈对数增长。在20 mA时指定的 V_F范围对于设计限流电路（通常是串联电阻）至关重要。

4.2 发光强度 vs. 正向电流

在相当大的范围内，光输出 (I_V) 近似与正向电流 (I_F) 成正比。然而，在极高电流下，由于热量增加，效率可能会下降。在推荐的20-30 mA或以下工作可确保最佳性能和寿命。

4.3 温度依赖性

LED性能对温度敏感。通常，正向电压 (V_F) 随结温升高而降低，同时发光强度也降低。指定的-40°C至+85°C工作温度范围定义了保证性能的极限。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

该器件符合EIA标准0201封装外形。关键尺寸（毫米）约为：长度0.6mm，宽度0.3mm，高度0.25mm。公差通常为±0.2mm。透镜为水白色，AlInGaP芯片发出红光。

5.2 推荐PCB焊盘设计

提供了PCB的焊盘图形（封装），以确保在红外回流焊过程中正确焊接和机械稳定性。该设计通常包括两个略大于器件端子的矩形焊盘，以利于形成良好的焊角。

5.3 极性识别

对于0201封装，极性通常通过元件本体上的标记或编带和卷盘包装的内部结构来指示。通常会标识阴极。设计人员必须查阅编带方向图以确保正确放置。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊参数

该器件兼容无铅（Pb-free）红外（IR）回流焊工艺。提供了符合J-STD-020B的建议温度曲线，关键限制如下：

• 预热：150-200°C，最长120秒。
• 峰值温度：最高260°C。
• 液相线以上时间：建议在标准曲线限制内，以确保形成良好的焊点而无热损伤。

注意：必须针对具体的PCB组件（考虑板厚、元件密度和焊膏规格）来表征实际温度曲线。

6.2 存储与操作

• 湿度敏感性：器件包装在带有干燥剂的防潮袋中。一旦打开原包装袋，元件对环境湿度敏感。
• 车间寿命：建议在打开干燥包装袋后168小时（7天）内完成红外回流焊，前提是存储在≤ 30°C / 60% RH条件下。
• 延长存储：若存储时间超过168小时，在焊接前应对元件进行重新烘烤（例如，60°C烘烤48小时），以防止回流焊过程中出现“爆米花”现象。

6.3 清洁

如果需要进行焊后清洁，只能使用异丙醇（IPA）或乙醇等醇基溶剂。浸泡应在常温下进行，时间少于一分钟。未指定的化学品可能会损坏LED封装。

7. 包装与订购

7.1 编带与卷盘规格

元件以12mm宽压纹载带形式提供，卷绕在7英寸（178mm）直径的卷盘上。

• 每卷数量：4000片。
• 最小起订量 (MOQ)：剩余数量500片起订。
• 包装标准：符合ANSI/EIA-481规范。

8. 应用建议

8.1 驱动电路设计

LED是电流驱动器件。为确保亮度均匀，特别是当多个LED并联连接时，每个LED最好有自己的限流电阻。串联驱动LED可确保电流相同，有助于亮度匹配。

8.2 热管理

尽管功耗较低（最大72mW），但合理的PCB布局有助于散热。确保焊盘周围有足够的铜面积，并避免放置在PCB上的局部热点区域，有助于提高长期可靠性。

8.3 设计验证

由于尺寸微小，焊接后的目视检查可能需要放大镜。电气测试应验证所选分档代码对应的正向电压和光输出是否在预期范围内。

9. 技术对比与差异化

该元件的主要差异化在于其封装尺寸。0201封装尺寸明显小于0402或0603等常见的SMD LED替代品。这使得元件密度更高，最终产品更紧凑。与较大封装相比，其权衡之处在于最大功耗可能略低，并且需要更精密的组装设备。

10. 常见问题解答 (FAQ)

10.1 我能否直接用3.3V或5V逻辑输出驱动此LED？

不能。始终需要一个串联限流电阻。电阻值 (R) 使用欧姆定律计算：R = (V_电源- V_F) / I_F。为保守设计，使用最大 V_F(2.4V)，在3.3V电源和目标 I_F为20mA的情况下，R = (3.3 - 2.4) / 0.02 = 45Ω。一个标准的47Ω电阻将是合适的。

10.2 为什么分档很重要？

分档确保了生产批次内颜色和亮度的一致性。对于多个LED并排使用的应用（例如，指示面板），指定相同的发光强度和电压分档代码对于避免亮度或色调出现可见差异至关重要。

10.3 如果超过绝对最大直流电流会怎样？

在30 mA直流以上运行会使结温超过安全极限。这会加速光衰（LED随时间变暗），并可能导致灾难性故障。始终设计电路使其在推荐的直流正向电流范围内工作。

11. 实际设计案例研究

场景：设计一个带有单个红色状态指示灯的紧凑型物联网传感器模块。四层PCB上的空间极其有限。

实施方案：选择0201 LED是因为其极小的封装尺寸。它被放置在电路板边缘附近。一个47Ω、0201封装的电阻串联在LED阳极和一个3.3V微控制器的GPIO引脚之间。GPIO配置为开漏输出，激活时将电流灌入地。阴极连接到GPIO引脚，阳极通过电阻连接到3.3V。这种配置允许MCU通过将GPIO设置为低电平来点亮LED。PCB布局中使用了规格书中的焊盘图形。告知组装厂该元件的湿度敏感等级（MSL）以及需要受控的回流焊温度曲线。

12. 工作原理

此LED基于铝铟镓磷（AlInGaP）半导体材料。当施加正向电压时，电子和空穴被注入半导体结的有源区。它们的复合以光子（光）的形式释放能量。AlInGaP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，位于红色光谱（约624 nm）。水白色环氧树脂透镜封装了半导体芯片并塑造了光输出光束。

13. 技术趋势

指示灯LED的总体趋势继续朝着更小的封装尺寸（如0201和01005）发展，以支持电子设备的小型化。同时，重点也放在提高效率（每单位电功率产生更多光输出）和改善恶劣条件下的可靠性上。此外，将其他无源元件或驱动器集成到多芯片模块中也是一个发展方向，尽管像这样的分立LED在许多应用中对于设计灵活性和成本效益仍然至关重要。