微型頂視LED 65-21系列規格書 - SMT封裝 - 2.35V最大 - 亮黃綠色 - 60mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

65-21系列代表一個專為表面黏著技術（SMT）應用設計的微型頂視發光二極體（LED）家族。此特定型號，由表示其分級的零件編號後綴識別，發射出亮黃綠光。核心設計理念圍繞著自上而下的安裝配置，光線透過印刷電路板（PCB）發射。這種獨特的結構，結合了整合式內部反射器，旨在優化光輸出耦合，使這些元件特別適合使用導光管或光波導的應用。

封裝為緊湊的白色表面黏著元件。一個關鍵性能特點是其極寬的視角，特徵化為120度（半峰全寬，2θ1/2）。這種寬廣的發射輪廓確保從各個角度都具有高可見度，這是指示燈應用的關鍵因素。本產品符合主要環境和安全指令，包括RoHS（有害物質限制）、歐盟REACH法規，並以無鹵素（溴<900ppm、氯<900ppm，總和<1500ppm）製造。它以捲帶包裝供應，以兼容自動化取放組裝製程。

1.1 核心優勢與目標市場

65-21系列的主要優勢源於其機械和光學設計。頂視、穿透PCB發射是其定義性特徵，無需側向發射或直角安裝即可實現與導光管的高效耦合。封裝內的整合式反射器增強了光提取和方向性。120度的寬廣視角提供了出色的全方位可見度。SMT封裝允許高密度PCB佈局，並兼容標準迴焊製程。

目標應用多樣化，主要集中在尺寸緊湊、指示可靠和導光效率至關重要的領域。這些包括：消費性電子和工業設備上的光學狀態指示器；液晶顯示器（LCD）、鍵盤、開關和儀表板的背光；廣告和標誌的一般照明；以及汽車內部照明，例如儀表板背光。該元件根據JEDEC J-STD-020D Level 3標準進行預處理，表明其對典型商業焊接製程的穩健性。

2. 技術參數分析

本節對規格書中定義的關鍵電氣、光學和熱參數提供詳細、客觀的解釋。理解這些限制和特性對於可靠的電路設計和確保LED的長期性能至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致LED永久損壞的應力極限。這些不是正常操作條件。

• 反向電壓（V_R）：12V。在反向偏壓方向超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流（I_F）：25mA。這是可以連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：60mA。這僅允許在脈衝條件下（1kHz下工作週期10%），不得用於直流操作。
• 功耗（P_d）：60mW。封裝可以作為熱量散發的最大功率，計算方式為順向電壓（V_F）× 順向電流（I_F）。
• 接面溫度（T_j）：115°C。半導體晶片本身的最大允許溫度。
• 操作與儲存溫度：-40°C 至 +85°C（操作），-40°C 至 +90°C（儲存）。
• 靜電放電（ESD）：2000V（人體放電模型）。需要適當的ESD處理程序。
• 焊接溫度：對於迴焊，規定峰值溫度為260°C，最長10秒。對於手工焊接，允許每個端子350°C，最長3秒。

2.2 電光特性

這些參數是在25°C環境溫度和順向電流（I_F）為20mA的標準測試條件下測量的，除非另有說明。

• 發光強度（I_V）：範圍從最小36毫燭光（mcd）到最大90 mcd。由於零件經過分級，未指定典型值。適用±11%的公差。
• 視角（2θ_1/2）：120度。這是發光強度至少為0度（軸上）測量的峰值強度一半的角度寬度。
• 峰值波長（λ_p）：約575奈米（nm）。這是光譜功率分佈達到最大值的波長。
• 主波長（λ_d）：範圍從569.5 nm到577.5 nm。這是人眼對LED顏色的單一波長感知，是顏色分級的關鍵參數。公差為±1nm。
• 頻譜帶寬（Δλ）：約20 nm。這表示光譜純度；較小的帶寬意味著更單一的顏色。
• 順向電壓（V_F）：在20mA時範圍從1.75V到2.35V。公差為±0.1V。這對於設計與LED串聯的限流電阻至關重要。
• 反向電流（I_R）：當施加12V反向偏壓時，最大為10微安培（μA）。

2.3 熱特性

雖然未在單獨的表格中明確列出，但熱管理是通過功耗（P_d）和接面溫度（T_j）額定值來暗示的。順向電流降額曲線圖形化地顯示了當環境溫度超過25°C時，必須如何降低最大允許連續順向電流，以防止超過115°C的接面溫度限制。對於大電流或高環境溫度的應用，需要具有足夠散熱設計的有效PCB佈局。

3. 分級系統說明

為了確保生產中的顏色和亮度一致性，LED被分類到不同的等級中。65-21系列對發光強度和主波長使用獨立的分級。

3.1 發光強度分級

發光強度在I_F= 20mA測量時，分為四個不同的等級（N2, P1, P2, Q1）。每個等級涵蓋特定範圍：

- N2：36 mcd 至 45 mcd

- P1：45 mcd 至 57 mcd

- P2：57 mcd 至 72 mcd

- Q1：72 mcd 至 90 mcd

零件編號（例如，G6C-AN2Q1/3T）包含指定該元件屬於哪個強度和波長等級的代碼，允許設計師為其應用選擇具有嚴格性能公差的零件。

3.2 主波長分級

定義感知黃綠色的主波長，在A組內進行分級。它分為四個代碼（C16至C19），每個跨越2nm範圍：

- C16：569.5 nm 至 571.5 nm

- C17：571.5 nm 至 573.5 nm

- C18：573.5 nm 至 575.5 nm

- C19：575.5 nm 至 577.5 nm

這種精確的分級確保了單一組裝中LED之間的顏色變化最小，這對於多LED背光或指示器陣列等應用至關重要。

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條特性曲線，說明了LED在不同條件下的行為。這些對於高級設計考量至關重要。

4.1 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示發光強度與順向電流不成線性比例。雖然強度隨電流增加而增加，但在較高電流下，由於接面溫度升高和效率下降，關係趨於次線性。在建議的20mA測試電流以上顯著操作可能會導致亮度收益遞減並加速老化。

4.2 相對發光強度 vs. 環境溫度

此圖表展示了發光輸出的負溫度係數。隨著環境溫度升高，LED的光輸出減少。這是半導體光源的基本特性。該曲線允許設計師估算高溫環境下的亮度損失，並在必要時進行補償。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

I-V曲線本質上是指數型的，是二極體的典型特徵。順向電壓的小幅增加會導致順向電流的大幅增加。這突顯了當由電壓源供電時，使用限流裝置（幾乎總是電阻）與LED串聯的極端重要性。用恆定電壓驅動LED將導致熱失控和損壞。

4.4 頻譜分佈

頻譜分佈圖顯示了跨波長發射的相對光功率。對於這種亮黃綠色LED，峰值約在575nm，典型的半峰全寬（FWHM）為20nm。此圖對於對特定頻譜內容敏感的應用很有用。

4.5 輻射模式

極座標輻射圖直觀地確認了120度的寬廣視角。該模式可能是朗伯型或接近朗伯型，意味著強度大致與視角的餘弦成正比。這種模式非常適合廣域照明和導光管耦合。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸與焊墊圖案

規格書包含LED封裝的詳細尺寸圖。關鍵尺寸包括總長度、寬度和高度，以及引腳（端子）間距和尺寸。還提供了PCB的推薦焊墊佈局（焊墊圖案）。遵循此推薦圖案對於實現可靠的焊點、確保迴焊期間的正確對齊以及管理熱應力至關重要。圖紙規定公差為±0.1mm，除非另有說明。

5.2 極性識別

必須注意極性以確保正確操作。規格書圖紙指示了陽極和陰極端子。通常，陰極可以通過封裝體上的標記來識別，例如點、凹口或綠色標記，或通過不同的引腳形狀（例如，較短的引腳）。焊接期間極性連接錯誤將導致LED在順向偏壓時無法發光。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理和焊接對於防止這些SMT元件損壞至關重要。

6.1 迴焊溫度曲線

提供了特定的無鉛（Pb-free）迴焊溫度曲線。它通常包括：預熱斜坡（例如，150-200°C，持續60-120秒）、受控上升到峰值溫度、液相線以上時間（例如，高於217°C，持續60-150秒）、峰值溫度不超過260°C，最長10秒，以及受控冷卻階段。該曲線強調最小化熱衝擊和暴露於極端溫度。

6.2 關鍵注意事項

• 限流：必須使用外部串聯電阻。沒有它，即使電源電壓的小幅增加也會導致電流大幅、破壞性的增加。
• 迴焊次數：LED不應進行超過兩次的迴焊，以避免對封裝和焊線造成過度的熱應力。
• 機械應力：避免在加熱（焊接）期間對LED施加物理應力，或在組裝後使PCB彎曲。
• 手工焊接：如有必要，使用烙鐵頭溫度<350°C的烙鐵，對每個端子加熱≤3秒，並在端子之間允許≥2秒的冷卻間隔。使用低功率烙鐵（≤25W）。
• 維修：不鼓勵在焊接後進行維修。如果不可避免，應使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以防止因提起一個焊墊而產生的機械應力。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 濕度敏感度與儲存

元件包裝在帶有乾燥劑和濕度指示卡的防潮屏障袋中。袋子應僅在受控環境（<30°C，相對濕度<60%）中，使用前立即打開。如果指示卡顯示過度暴露於濕氣，則必須在使用前將元件在60°C ±5°C下烘烤24小時，以去除吸收的水分並防止迴焊期間的\"爆米花\"效應。

7.2 捲帶規格

LED以載帶捲繞在捲盤上供應，用於自動化組裝。關鍵規格包括：捲盤尺寸（直徑、寬度、軸心尺寸）、載帶凹槽尺寸和間距（凹槽之間的距離）。標準裝載數量為每捲3000片。規格書中提供了捲盤、載帶和防潮袋包裝過程的詳細圖紙。

7.3 標籤說明

捲盤標籤包含幾個代碼：

- P/N：完整產品編號。

- CAT：發光強度等級代碼（例如，Q1）。

- HUE：主波長等級代碼（例如，C18）。

- REF：順向電壓等級。

- LOT No：可追溯批號。

8. 應用設計考量

8.1 典型應用電路

最基本和必要的電路是電壓源（V_CC）、限流電阻（R_S）和串聯的LED。電阻值使用歐姆定律計算：R_S= (V_CC- V_F) / I_F，其中V_F和I_F是期望的工作點。為了最壞情況設計，始終使用規格書中的最大V_F（2.35V），以確保電流不超過限制。例如，使用5V電源和目標I_F為20mA：R_S= (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω。標準的130Ω或150Ω電阻是合適的，額定功率P = I_F²× R_S.

。

8.2 導光管與光波導耦合

對於導光管應用，透過PCB的頂視發射是理想的。LED應直接放置在導光管輸入表面的下方。寬廣的視角有助於將大部分發射光捕獲到管中。應最小化LED透鏡與導光管之間的間隙，並可使用光學耦合材料（例如，矽膠、透明黏合劑）來減少氣隙處的菲涅耳反射損失。

8.3 PCB佈局中的熱管理

雖然是小訊號元件，但熱管理可以提高壽命。使用推薦的焊墊尺寸。將散熱焊墊（如果存在）或陰極/陽極焊墊連接到PCB上較大的銅區域有助於散熱。封裝下方的散熱孔可以將熱量傳遞到內層或底層。避免將LED放置在其他發熱元件附近。

9. 技術比較與差異化65-21系列主要通過其頂視、穿透PCB的光路

來實現差異化。與標準的側視或直角LED相比，這種設計簡化了與導光管的機械整合，消除了光波導中複雜彎曲或90度轉彎的需要。整合式內部反射器是一項旨在提高光學效率的功能，專門針對這種耦合方法。對於頂視封裝來說，120度的視角異常寬廣，提供了比許多競爭對手更好的離軸可見度。其符合最新的無鹵素和高溫（無鉛）焊接標準，使其適合現代、注重環保的電子製造。

10. 常見問題解答（FAQ）

Q1：我可以直接從3.3V或5V微控制器引腳驅動這個LED嗎？

A：不行。您必須始終使用串聯限流電阻。I-V曲線顯示電壓的小幅變化會導致電流的大幅變化。微控制器引腳的輸出電壓可能會變化，直接連接LED很可能會損壞它。

Q2：為什麼我的LED在高溫環境中使用時比預期暗？

A：這是正常行為。請參考\"相對發光強度 vs. 環境溫度\"曲線。LED的光輸出隨著溫度升高而減少。您可能需要選擇更高亮度的等級（例如，Q1）或稍微增加驅動電流（在絕對限制內）來補償，同時確保不超過熱限制。

Q3：袋子昨天打開了。我今天可以使用剩餘的LED而不烘烤嗎？

A：這取決於工廠環境條件和元件的濕度敏感等級（MSL），這由烘烤說明暗示。如果環境受控（<30°C/60% RH）且暴露時間短（可能少於指定的MSL車間壽命，例如MSL 3為168小時），則可能是安全的。如果有疑問，或者濕度指示卡顯示警告級別，請按照規定烘烤元件。

Q4：峰值波長和主波長有什麼區別？_pA：峰值波長（λ_d）是LED發射最多光功率的物理波長。主波長（λ_d）是一個計算出的單一波長，人眼會將其感知為與LED的寬頻譜具有相同顏色。λ

在視覺應用中的顏色匹配方面更為相關。

11. 設計案例研究

1. 情境：為工業控制器設計帶有導光管的狀態指示器面板。需求：

2. 多個黃綠色狀態LED需要通過單獨的導光管從前面板可見。元件選擇：

3. 選擇65-21系列是因為其頂視發射，簡化了機械設計。導光管可以是一個直的、垂直的元件，直接放置在PCB上的LED上方。分級：

4. 為了確保整個面板的亮度均勻，指定了來自相同發光強度等級（例如，全部P2或Q1）的LED。為了確保顏色均勻，指定了來自相同主波長等級（例如，全部C18）的LED。電路設計：_F使用共用的5V電源軌。使用最大V_F2.35V和目標I

5. 20mA，為每個LED選擇150Ω串聯電阻，每個電阻消耗60mW（0.06W）。1/8W或1/10W的電阻就足夠了。PCB佈局：

6. 根據導光管位置放置LED。使用推薦的焊墊圖案。在焊墊上使用小的散熱連接，以幫助焊接，同時保持與接地/電源層的一些熱傳導。結果：

一個乾淨、可靠的指示器系統，具有一致的亮度和顏色，這得益於65-21 LED特定的光學耦合優勢。

12. 工作原理

該LED基於AlGaInP（磷化鋁鎵銦）半導體晶片。當施加超過二極體導通電壓（約1.8-2.0V）的順向電壓時，電子和電洞被注入半導體的有源區。這些電荷載子重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。AlGaInP合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長，在本例中為黃綠色頻譜（約575nm）。晶片被封裝在一個白色、反射的塑料封裝中，帶有透明的環氧樹脂透鏡。白色塑料將側面發射的光向上反射，透鏡充當透鏡，塑造輻射模式並提供環境保護。

13. 技術趨勢