65-21系列微型頂視LED規格書 - 亮紅色 - 20mA - 120°視角 - 技術文件

1. 產品概覽

65-21系列係一類緊湊型、表面貼裝、頂視發光二極管（LED）。呢啲元件專為需要廣視角同高效光耦合嘅應用而設計。本文檔描述嘅主要型號發出亮紅色光，係採用封裝喺透明樹脂內嘅AlGaInP半導體晶片實現。獨特嘅封裝設計採用頂部向下安裝方向，光線透過印刷電路板（PCB）發出，令佢特別適合用於導光管同波導。

呢個系列嘅主要優勢包括適合自動化組裝製程（如紅外迴流焊接）、可提供載帶捲盤包裝以進行大批量生產，以及符合RoHS同無鉛環保標準。120度嘅廣闊視角確保從唔同角度都有良好嘅可見度，對於指示燈同背光應用至關重要。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

器件嘅操作限制喺環境溫度（Ta）為25°C下定義。超出呢啲額定值可能會造成永久損壞。

• 反向電壓（V_R）：5 V。施加超過此限制嘅反向電壓有導致結擊穿嘅風險。
• 連續正向電流（I_F）：50 mA。呢個係LED可以連續處理嘅最大直流電流。
• 峰值正向電流（I_FP）：100 mA。呢個脈衝電流額定值（1/10佔空比，1 kHz）允許短暫嘅過流情況，適用於多路復用或亮度脈衝。
• 功耗（P_d）：110 mW。呢個係封裝可以作為熱量散發嘅最大功率，由正向電壓同電流計算得出。
• 靜電放電（ESD）人體模型：2000 V。呢個人體模型額定值表示中等程度嘅ESD敏感性；需要採取適當嘅操作預防措施。
• 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。器件額定用於工業溫度範圍。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：對於迴流焊接，指定峰值溫度為260°C，持續10秒。對於手動焊接，限制為350°C，持續3秒。

2.2 電光特性

性能喺Ta=25°C同標準測試電流（I_F）為20 mA下測量。

• 發光強度（I_v）：範圍從最小72 mcd到最大180 mcd，典型值喺呢個範圍內。適用公差為±11%。
• 視角（2θ_1/2）：120度（典型）。呢個係發光強度降至峰值一半時嘅全角。
• 峰值波長（λ_p）：632 nm（典型）。呢個係光譜功率分佈達到最大值時嘅波長。
• 主波長（λ_d）：範圍從616.5 nm到634.5 nm，公差為±1 nm。呢個定義咗感知顏色（亮紅色）。
• 光譜帶寬（Δλ）：20 nm（典型）。呢個係發射光譜喺其最大功率一半處嘅寬度。
• 正向電壓（V_F）：喺20mA時，範圍從1.75 V到2.35 V，公差為±0.1 V。
• 反向電流（I_R）：當施加5V反向電壓時，最大為10 μA。

3. 分級系統說明

為確保生產中顏色同亮度嘅一致性，LED根據關鍵參數被分類到唔同嘅級別。

3.1 主波長分級（A組）

呢個定義咗色點。級別標記為E4到E7，每個覆蓋6 nm範圍（例如，E4：616.5-622.5 nm，E5：620.5-626.5 nm）。呢樣允許設計師為其應用選擇具有非常特定紅色調嘅LED。

3.2 發光強度分級

呢個定義咗亮度輸出。級別係Q1（72-90 mcd）、Q2（90-112 mcd）、R1（112-140 mcd）同R2（140-180 mcd）。較高嘅級別代碼表示較高嘅亮度。

3.3 正向電壓分級（B組）

呢個根據LED嘅電氣特性進行分組。級別係0（1.75-1.95 V）、1（1.95-2.15 V）同2（2.15-2.35 V）。匹配電壓級別可以簡化並聯電路中限流電阻嘅設計。

4. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條對設計至關重要嘅特性曲線。

4.1 正向電流 vs. 正向電壓（I-V曲線）

曲線顯示咗二極管典型嘅指數關係。喺建議嘅20 mA工作點，正向電壓喺1.75V-2.35V分級範圍內。設計師必須使用串聯電阻或恆流驅動器來限制電流，因為電壓嘅微小增加會導致電流嘅大幅增加，可能造成破壞。

4.2 相對發光強度 vs. 正向電流

呢條曲線顯示，光輸出隨電流增加大致呈線性增長，直到達到最大額定連續電流。喺20mA以上操作會產生更高亮度，但同時也會增加功耗同結溫，從而影響使用壽命。

4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

發光強度隨環境溫度升高而降低。曲線顯示咗降額情況，對於喺高溫環境下操作嘅應用至關重要。LED嘅輸出係喺25°C下指定嘅；喺85°C時，輸出會顯著降低。

4.4 正向電流降額曲線

呢個圖表定義咗最大允許連續正向電流作為環境溫度嘅函數。隨著溫度升高，最大安全電流會降低以防止過熱。喺85°C時，最大電流低於25°C時嘅50mA絕對最大額定值。

4.5 光譜分佈

光譜係一條窄嘅類高斯曲線，中心喺632 nm（峰值）附近，帶寬為20 nm，證實咗單色亮紅色發射。

4.6 輻射模式圖

極座標圖說明咗120度視角。強度分佈相對朗伯型（類似餘弦），喺廣闊嘅視錐內提供均勻外觀，非常適合指示燈。

5. 機械與封裝資料

5.1 封裝外形尺寸

SMD封裝具有特定嘅長度、寬度同高度尺寸（以毫米為單位），除非另有說明，典型公差為±0.1mm。圖紙詳細說明咗頂視形狀、側面輪廓以及推薦用於焊接嘅PCB焊盤圖案（佔位面積）。

5.2 極性識別

陰極通常有標記，通常通過封裝底部嘅凹口、綠色標記或唔同嘅焊盤尺寸來表示。組裝時必須注意正確極性。

5.3 載帶與捲盤規格

元件以載帶形式供應，用於自動貼片機。關鍵尺寸包括口袋尺寸（用於容納LED）、載帶寬度、間距（口袋之間嘅距離）同捲盤直徑。標準捲盤包含2000件。

5.4 防潮包裝

捲盤密封喺帶有乾燥劑嘅鋁製防潮袋中，以防止吸濕，呢點對於防止迴流焊接期間發生"爆米花"現象（封裝開裂）至關重要。

6. 焊接與組裝指引

6.1 迴流焊接溫度曲線

推薦嘅溫度曲線包括預熱階段、保溫區、峰值溫度唔超過260°C持續10秒嘅迴流區，以及受控冷卻階段。溫度曲線必須符合最大Tsol額定值。

6.2 手動焊接

如果需要手動焊接，烙鐵頭溫度唔應超過350°C，每個焊盤嘅接觸時間應限制喺3秒內。如果可能，請使用散熱器。

6.3 儲存與操作注意事項

• ESD防護：使用接地工作台同腕帶。
• 濕度敏感性：喺準備使用之前，唔好打開防潮袋。如果打開咗袋子，請喺指定嘅車間壽命內使用元件，或根據適當程序重新烘烤。
• 儲存條件：將未打開嘅袋子儲存喺30°C或以下，相對濕度90%或更低嘅環境中。

7. 應用備註與設計考慮

7.1 典型應用場景

• 光學指示器：消費電子產品、工業設備同汽車儀表板上嘅狀態燈。
• 導光管/導光條耦合：頂視、透過PCB發光嘅特性非常適合將光注入亞克力或聚碳酸酯導光條，用於按鈕背光或面板照明。
• 背光：用於LCD、鍵盤、開關同薄膜面板。
• 一般裝飾照明：用於標誌、重點照明同發光廣告。
• 汽車內飾照明：儀表板背光、開關照明等。

7.2 關鍵設計考慮

• 必須限流：必須使用外部串聯限流電阻或恆流驅動器。正向電壓具有公差同負溫度係數，意味住佢會隨著結溫升高而降低。如果冇限流，可能會發生熱失控，導致快速失效。
• 熱管理：雖然封裝細小，但功耗（高達110mW）會產生熱量。確保足夠嘅PCB銅面積（散熱焊盤）來導走熱量，特別係喺高電流或高溫環境下操作時。
• 光學設計：對於導光管應用，必須優化LED同導光條入口點之間嘅距離，以及導光條嘅幾何形狀，以最大化耦合效率。
• 分級以確保一致性：對於需要多個LED之間顏色同亮度均勻嘅應用，請指定嚴格嘅級別（例如，單一主波長級別同發光強度級別）。

8. 技術比較與差異

65-21系列通過其特定嘅屬性組合來區分自己：

• 與標準側視LED比較：頂視、透過PCB發光對於導光管應用係一個明顯優勢，因為佢允許LED平放喺電路板上，直接位於導光條下方，簡化機械設計。
• 與窄角LED比較：120度視角提供更廣闊嘅可見度，使其對於視角位置唔固定嘅前面板指示器更優越。
• 與非自動化封裝比較：SMT封裝同載帶捲盤供應使其非常適合現代高速自動化生產線，與通孔LED相比降低咗製造成本。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接用3.3V或5V邏輯電源驅動呢個LED嗎？

答：唔可以。你必須始終使用串聯限流電阻。電阻值計算為 R = (V_電源- V_F) / I_F。為咗保守設計，使用規格書中嘅最大V_F（2.35V）來確保電流唔超過20mA。

問：如果我喺30mA而唔係20mA下操作LED會點？

答：發光強度會更高，但功耗同結溫會增加。你必須檢查降額曲線，以確保30mA喺你嘅最高環境溫度下係安全嘅。長期可靠性可能會降低。

問：我點樣解讀訂購時嘅零件編號/代碼？

答：代碼（例如，根據標籤說明：CAT/HUE/REF）指定咗分級選擇。你會根據所需嘅發光強度（CAT）、主波長（HUE）同正向電壓（REF）級別來訂購。

問：需要散熱器嗎？

答：對於單個LED喺20mA下，通常唔需要。然而，如果多個LED放置喺埋一齊，或者喺高電流/環境溫度下操作，集體熱量可能需要PCB上嘅熱管理。

10. 實用設計範例

場景：為一個由5V電源軌供電嘅設備設計狀態指示燈。LED應以標準20mA驅動。

1. 計算串聯電阻：使用典型V_F2.0V進行估算：R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω。為咗應對V_F變化，使用最小V_F（1.75V）計算最大電流：I_max= (5V - 1.75V) / 150Ω ≈ 21.7mA，呢個係安全嘅。標準150Ω，1/10W電阻係合適嘅。
2. PCB佈局：根據推薦嘅焊盤圖案放置LED。焊盤周圍包含一些銅面積用於散熱。確保絲印上嘅極性標記與LED嘅陰極指示器匹配。
3. 光學介面：如果使用導光管，請模擬距離同對齊。一個小嘅氣隙或使用透明矽膠可以提高光耦合效率。

11. 工作原理

呢個LED基於AlGaInP（磷化鋁鎵銦）半導體晶片。當施加超過二極管結電勢嘅正向電壓時，電子同空穴被注入到有源區，喺度佢哋復合。喺AlGaInP材料中，呢種復合主要釋放可見光譜紅色到琥珀色部分（大約590-650 nm）嘅光子形式能量。AlGaInP層嘅特定成分決定咗主波長，對於呢款亮紅色變體係632 nm。透明環氧樹脂封裝劑保護晶片，提供機械穩定性，並塑造光輸出光束以實現120度嘅廣闊視角。

12. 技術趨勢

像65-21系列咁樣嘅微型頂視SMD LED係光電技術向微型化、更高效率以及與自動化製造更緊密集成嘅大趨勢嘅一部分。影響呢類元件嘅行業內持續發展嘅關鍵包括：

• 效率提升：持續嘅材料科學改進旨在從相同晶片尺寸產生更多流明每瓦（更高光效），允許更亮嘅輸出或更低嘅功耗。
• 顏色一致性改善：外延生長同分級製程嘅進步繼續收緊主波長同發光強度嘅公差，為設計師提供更均勻嘅光源。
• 可靠性增強：對更好封裝材料同封裝技術嘅研究帶來更長嘅操作壽命同改進嘅抗熱循環、濕度同其他環境應力能力。
• 與驅動器集成：一個市場趨勢係將控制電路（恆流驅動器、PWM控制器）直接集成到LED封裝中，簡化最終用戶電路設計。