SMD LED 17-21 藍光晶片規格書 - 1.6x0.8x0.6mm - 最大3.1V - 40mW - 英文技術文件

1. 產品概述

17-21系列是一款採用InGaN（氮化銦鎵）晶片產生藍光的緊湊型表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED）。此元件專為現代化、自動化的電子製造而設計，與傳統引線封裝相比，在電路板空間利用與組裝效率方面具有顯著優勢。

1.1 核心優勢與產品定位

17-21 SMD LED 的主要優勢在於其微型佔位面積。相較於引線框架型 LED，其尺寸顯著縮小，為產品設計師和製造商帶來了多項關鍵益處。它允許更小的印刷電路板（PCB）設計，這對於現代緊湊型電子設備至關重要。此外，它支援更高的封裝密度，意味著單一電路板上可以放置更多元件，在有限空間內優化功能性。這也轉化為對元件和成品的儲存空間需求降低。最終，這些因素促成了更小、更輕、更便攜的終端用戶設備的開發。SMD 封裝的輕量特性使其特別適合重量為關鍵因素的微型和便攜式應用。

1.2 合規性與環境規格

本產品設計考量了現代環境與法規標準。它是一款無鉛元件，符合全球對有害物質的限制。產品本身持續符合RoHS（有害物質限制）指令。同時也符合歐盟REACH（化學品註冊、評估、授權和限制）法規。此外，它被歸類為無鹵素產品，對溴（Br）和氯（Cl）含量有嚴格限制：單項含量低於900 ppm，且溴與氯的總含量低於1500 ppm。

1.3 製造與相容性

該LED以8mm載帶包裝，捲繞於7英吋直徑捲盤上，此為高產量自動化貼片組裝線的標準包裝形式。此包裝格式確保與自動貼裝設備相容，簡化生產流程。元件亦相容於標準紅外線與氣相迴焊製程，此為SMD元件貼裝至PCB的主流方法。其為單色型態，發射藍光光譜。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節針對資料手冊中定義的電氣、光學與熱參數，提供詳細且客觀的分析，並闡釋其對電路設計與可靠性的重要性。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。這些並非正常操作條件，而是絕對不可超越的臨界值。

• 反向電壓 (VR): 5V - 施加超過5V的反向偏壓可能導致接面崩潰。資料手冊明確指出，此元件並非為反向操作而設計；VR額定值僅適用於反向電流 (IR) 測試條件。
• 順向電流 (IF): 10mA - 這是為確保長期可靠運作所建議的最大連續直流正向電流。
• 峰值正向電流 (IFP): 40mA - 此額定值適用於1 kHz頻率下、佔空比為1/10的脈衝條件。它表示該元件能夠承受短暫的高電流脈衝，此類脈衝可能用於亮度閃爍或多工方案。
• 功率耗散 (Pd): 40mW - 此為在環境溫度 (Ta) 25°C 下，封裝所能以熱形式消散的最大功率。超過此限制有過熱風險，並可能加速 LED 晶片的劣化。
• 靜電放電 (ESD): 150V (HBM) - 此規格定義了人體模型 ESD 耐受電壓。它表示具有中等程度的 ESD 敏感性；必須採取適當的處理程序（例如，接地工作站、防靜電手環）以防止靜電造成損壞。
• 工作溫度 (Topr): -40°C 至 +85°C - 此LED額定在此寬廣的環境溫度範圍內正常運作，適用於消費性、工業及部分汽車應用（不包含安全關鍵系統）。
• 儲存溫度 (Tstg): -40°C 至 +90°C - 裝置在未通電時，可在此溫度範圍內儲存而不會劣化。
• 焊接溫度 (Tsol):
  • 迴流焊接：峰值溫度 260°C，最長持續 10 秒。
  • 手工焊接：烙鐵頭溫度最高350°C，每個端子焊接時間不超過3秒。

2.2 電氣光學特性

除非另有說明，這些參數均在Ta=25°C、IF=5mA的標準測試條件下量測。它們定義了核心光輸出與電氣性能。

• 發光強度 (Iv)：11.5 mcd (最小) 至 28.5 mcd (最大) - 此為以毫坎德拉量測的LED感知亮度。其寬廣範圍表示個別元件間存在顯著差異，此差異將透過後文說明的分選系統進行管理。表格中未指定典型值。
• 視角 (2θ1/2)：140° (典型值) - 此極寬的視角表示LED在一個寬廣的半球範圍內發光。強度是在其值降至峰值一半時的角度進行量測（因此標示為2θ1/2）。
• 峰值波長 (λp)：468 nm (典型值) - 此為發射光之光譜功率分佈達到最大值時的波長。這是InGaN半導體材料的一項物理特性。
• 主波長 (λd): 465.0 nm 至 470.0 nm - 這是人眼感知為與LED光色相符的單一波長。它是顏色規格的關鍵參數。公差為 ±1nm。
• 光譜輻射頻寬 (Δλ): 25 nm (典型值) - 此測量值為發射光譜在最大功率一半處的寬度（半高全寬 - FWHM）。25nm 的數值是藍光 InGaN LED 的特徵，表示其光譜顏色相對純淨。
• 順向電壓 (VF)：2.7V (最小) 至 3.1V (最大) - 此為 LED 在通過指定順向電流 (5mA) 時的壓降。此參數對於設計限流電路（通常為電阻）至關重要。容差為 ±0.1V。
• 逆向電流 (IR)：50 μA (最大) - 施加最大逆向電壓 (5V) 時流過的小量漏電流。此測試僅供特性分析使用。

3. Binning System 說明

為管理製程中自然產生的變異，LED 會依性能進行分級。這讓設計師能為其應用選擇特性一致的元件。

3.1 發光強度分級

LED是根據其在IF=5mA下量測的發光強度進行分級。

• Bin Code L: 最小值 11.5 mcd，最大值 18.0 mcd。
• Bin Code M最小18.0 mcd，最大28.5 mcd。

發光強度容差為±11%。需要更高且更一致亮度的設計師會指定選用M級。

3.2 主波長分檔

LED 根據其主波長進行分選，以確保色彩一致性。

• Bin Code X: 最小 465.0 nm，最大 470.0 nm。

主波長容差為±1nm。所有單元均落在嚴格的5nm範圍內，確保藍色色調均勻一致。

3.3 順向電壓分選

LED是根據其在IF=5mA時的順向壓降進行分選的。這對於電源設計以及確保多個LED並聯連接時的電流均勻分佈非常重要。

• Bin Code 10: 最小2.7V，最大2.9V。
• Bin Code 11: 最小值 2.9V，最大值 3.1V。

順向電壓容差為 ±0.1V。選用相同電壓分檔的 LED 可最小化並聯陣列中的亮度差異。

4. 性能曲線分析

資料手冊中提及「典型電光特性曲線」。雖然文中未提供具體圖表，但我們可以推斷其標準內容與重要性。

4.1 電流對電壓 (I-V) 曲線

典型的I-V曲線會顯示正向電流（IF）與正向電壓（VF）之間的關係。它展示了二極體的指數特性。此曲線讓設計者能在額定範圍內，針對任何給定的工作電流確定VF值，這對於計算正確的串聯限流電阻值至關重要：R = (Vsupply - VF) / IF。

4.2 發光強度對順向電流 (Iv-IF)

此曲線顯示光輸出如何隨正向電流增加。它通常在一定範圍內呈線性關係，但在較高電流下會因熱效應和效率影響而飽和。這張圖有助於設計者選擇一個能平衡亮度、功耗與元件壽命的工作點。

4.3 光譜分佈

光譜分佈圖會顯示相對光功率隨波長變化的發射情況。它會以典型的峰值波長468nm為中心，半高全寬約為25nm，從而確認其單色藍光輸出。

4.4 溫度相依性

顯示正向電壓與發光強度隨接面溫度變化的曲線，對於理解實際環境中的性能至關重要。通常，VF 會隨溫度升高而降低（負溫度係數），而發光強度也會隨溫度上升而下降。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

17-21 SMD LED 的佔位面積非常緊湊。關鍵尺寸（單位：mm）包括本體長度1.6、寬度0.8、高度0.6。該封裝底部有兩個可焊接端子（陽極和陰極）。封裝本體頂部標有陰極標記，以便在組裝和檢查時正確辨識極性方向。所有未註明的公差均為 ±0.1mm。

5.2 極性識別

正確的極性對於LED運作至關重要。封裝上包含一個視覺標記來識別陰極（負極端）。這通常是LED本體頂部的一個綠點、一個凹口或一個斜角。PCB footprint設計必須與此標記對齊，以確保正確的電氣連接。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理與焊接對於維持SMD LED的可靠性和性能至關重要。

6.1 迴流焊溫度曲線

建議的無鉛迴焊溫度曲線如下：

• 預熱：在60-120秒內從環境溫度上升至150-200°C。
• 均熱/迴焊: 溫度高於217°C（無鉛焊料的液相線溫度）的時間應為60-150秒。峰值溫度不得超過260°C，且溫度達到或高於255°C的時間不得超過30秒。
• 冷卻: 最大冷卻速率應為每秒6°C。
• 重要: 同一元件不應進行超過兩次的迴流焊接。

6.2 手工焊接注意事項

若必須進行手工焊接，務必極度謹慎：

• 使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵。
• 每個端子加熱時間不得超過3秒。
• 使用容量為25W或更低的烙鐵。
• 每個接點焊接間隔至少2秒，以防止熱量累積。
• 該datasheet警告，損壞常發生於手動焊接過程中。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED 封裝於防潮阻隔袋中並附乾燥劑，以防止吸收大氣濕氣，這可能導致迴流焊過程中發生「爆米花現象」（封裝破裂）。

• 請勿開啟 請於產品準備使用前再開啟防潮袋
• 開啟後: 儲存於≤30°C且相對濕度≤60%的環境中
• 使用期限: 開封後請於168小時（7天）內使用。未使用的LED必須重新密封於防潮包裝中。
• 烘烤若乾燥劑指示劑已變色或超過車間壽命，請在焊接前將LED以60 ±5°C烘烤24小時以去除濕氣。

6.4 設計與組裝應力

• Current Limiting：必須使用外部限流電阻。LED的指數型I-V特性意味著電壓的微小增加會導致電流大幅上升，若無電阻將立即燒毀。
• 機械應力：加熱（焊接）期間或組裝後彎曲電路板時，請勿對LED施加機械應力。
• 修復：不建議在焊接後進行修復。若不可避免，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子並提起元件，避免單側受力。任何修復嘗試後，請驗證裝置特性。

7. 封裝與訂購資訊

7.1 捲帶與捲盤規格

發光二極體以壓花載帶包裝供應，便於自動化取放。

• 載帶寬度: 8mm.
• 捲盤直徑: 7 inches.
• 每捲數量3000件。
• 載帶口袋與捲盤的詳細尺寸已於資料表圖紙中提供。

7.2 標籤說明

捲盤與包裝袋標籤包含追溯性與正確應用的關鍵資訊：

• CPN: 客戶產品編號（由買方指定）。
• P/N: 製造商產品編號。
• QTY: 包裝數量（例如：3000）。
• CAT: 發光強度等級（例如 L 或 M）。
• HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., X).
• REF順向電壓等級（例如，10 或 11）。
• LOT No: 製造批號，用於追溯。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

資料手冊列出了幾項適合17-21藍色LED特性的關鍵應用：

• 背光: 適用於儀表板、薄膜開關和控制面板等需要小型、明亮指示燈的場合。
• 電信設備: 作為電話、傳真機及網路設備按鈕的狀態指示燈或背光。
• 平面背光：適用於小型LCD顯示器、開關標示及符號，通常與導光板結合使用。
• 一般指示燈用途：任何需要緊湊、可靠的藍色狀態或指示燈的應用。

8.2 設計考量與注意事項

• 電流驅動電路：務必使用串聯電阻。請根據分檔（Bin）中的最大VF值（例如3.1V）進行計算，以確保在最差條件下仍能提供足夠的電流限制。
• 熱管理:
• 視角: 140°的視角提供了非常寬廣的可視範圍，這對於面板指示器來說非常出色，但如果需要更集中的光束，則可能需要導光板或擴散片。
• ESD Protection: 若 LED 連接至使用者可接觸的連接埠，請在輸入線路上實施 ESD 防護，或在處理與組裝過程中確保嚴格的 ESD 控制。

8.3 應用程式限制

本資料手冊包含關於高可靠性應用的重要免責聲明。此產品可能不適用於：

• 軍事/航太系統。
• 汽車安全/保全系統（例如：安全氣囊控制、煞車燈）。
• 醫療生命維持或重症照護設備。

對於這些應用，需要具備不同認證、更嚴格公差及更高可靠性等級的元件。設計人員必須聯繫製造商，以討論其是否適用於標準消費/工業用途以外的任何應用。

9. 技術比較與差異化

雖然資料手冊中未直接與其他產品進行比較，但我們可以根據其規格，客觀地凸顯17-21系列的關鍵差異點。

9.1 關鍵差異化優勢

• 極致微型化: 1.6x0.8mm的佔位面積屬於最小的SMD LED封裝之一，可實現超緊湊設計。
• 廣視角: 140°視角異常寬廣，與許多光束較窄的LED相比，提供了卓越的離軸可見性。
• 無鹵素合規: 符合嚴格的無鹵素要求，這對於注重環保的設計以及某些市場法規日益重要。
• 全面分檔: 提供光強、波長與電壓的分檔，確保在大量生產應用中具有高度一致性。

9.2 與大型套件的考量比較

相較於較大的SMD LED（例如3528、5050）：

• 較低的最大功率: 40mW的額定Pd低於較大封裝，限制了最大亮度。
• 熱性能: 較小的尺寸可能具有較高的熱阻，使得在較高驅動電流下散熱更為關鍵。
• 操作難度微小的尺寸使得手動原型製作和返修更具挑戰性。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1: 使用5V電源時，我應該使用多大的電阻值？ A: 使用最大正向電壓(VF) 3.1V (Bin 11) 與目標電流5mA計算：R = (5V - 3.1V) / 0.005A = 380 歐姆。最接近的標準值為390歐姆。以最小VF (2.7V) 重新計算以確認電流：I = (5-2.7)/390 ≈ 5.9mA，此為安全範圍。390Ω電阻是一個良好的起始點。

Q2: 我可以將此LED驅動在20mA以獲得更高亮度嗎？ A: 不行。連續正向電流(IF)的絕對最大額定值為10mA。在20mA下操作將超出此額定值，會顯著縮短使用壽命並可能導致立即損壞。若需更高亮度，請選擇額定電流更高的LED，或是在正向脈衝電流(IFP)額定值內使用脈衝操作（40mA，1/10佔空比）。

Q3: 手動焊接後LED會亮但很暗，為什麼？ A: 這是典型的焊接溫度過高或時間過長造成的熱損傷跡象。高溫可能導致封裝內的半導體晶片或焊線劣化。請務必嚴格遵守手動焊接規範（最高350°C，每個接點最多3秒）。

Q4: 我這批LED的藍色略有差異。這正常嗎？ A: 是的，這是固有的正常差異。因此才存在主波長分檔（HUE=X, 465-470nm）。對於要求顏色完全一致的應用（例如多LED顯示器），您必須指定並使用同一生產批次的LED，並確保您的供應商提供嚴格的分檔。

11. 實務設計與應用案例

11.1 案例研究：低功耗狀態指示面板

情境：設計一個配備12個藍色狀態指示燈的緊湊型控制面板。空間極其有限，且亮度/顏色的一致性對使用者體驗至關重要。 設計決策： 元件選擇: 選擇 17-21 LED 以實現最小的佔用面積。 分檔規格：訂購所有來自Bin M（較高亮度）和Bin X（波長）的LED。指定所有LED使用相同的電壓分檔（例如10），以確保並聯時電流消耗一致。 電路設計：使用5V電源軌。在VF~2.8V（典型值，分檔10）的條件下，選擇430Ω電阻以獲得約5mA電流：(5-2.8)/0.005=440Ω，430Ω為標準值。這使得每顆LED亮度約為11-18 mcd。 PCB佈局：將LED以相對於陰極標記的一致方向放置。確保焊墊設計符合資料手冊推薦的封裝尺寸，以避免迴焊時產生墓碑效應。 組裝：使用提供的迴焊溫度曲線。在生產線準備好之前保持包裝袋密封。開封捲帶後請在7天內使用所有LED。 成果: 一個緻密、外觀專業的面板，具有均勻、明亮的藍色指示燈，透過嚴格遵循數據表參數可靠實現。

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