SMD 藍光 LED 19-217 規格書 - 封裝尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 電壓 2.6-2.9V - 功率 40mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-217 是一款緊湊型表面黏著藍光 LED，專為需要可靠指示燈與背光解決方案的現代電子應用而設計。此元件採用 InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片，產生藍色光譜的光，典型峰值波長為 468 奈米。其主要優勢在於微型化的佔位面積，與傳統引腳元件相比，能在印刷電路板上顯著節省空間並實現更高的元件密度。此元件完全符合當代環境與製造標準，包括 RoHS（有害物質限制指令）、歐盟 REACH 法規，並歸類為無鹵素產品。

1.1 核心優勢與目標市場

19-217 SMD LED 的設計為工程師與設計師提供了多項關鍵優勢。其小巧尺寸與輕量化特性，使其非常適合空間與重量為關鍵限制的應用。元件以 8mm 載帶包裝，捲繞於直徑 7 吋的捲盤上，完全相容於高速自動化取放組裝設備，從而簡化製造流程。此 LED 也相容於標準紅外線與氣相迴焊製程。其主要目標市場包括汽車電子（儀表板與開關背光）、通訊設備（電話與傳真機指示燈）、消費性電子產品的 LCD 背光，以及通用指示燈應用。

2. 技術參數深度解析

本節針對規格書中列出的關鍵電氣、光學與熱參數，提供詳細且客觀的分析，這些對於正確的電路設計與可靠性評估至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。

• 逆向電壓 (VR)：5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流 (IF)：10mA。可持續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP)：40mA。這是最大允許的脈衝電流，指定於 1/10 工作週期與 1kHz 頻率下。適用於短暫的高強度脈衝，但不適用於持續運作。
• 功率消耗 (Pd)：40mW。封裝能以熱形式散發的最大功率，計算方式為順向電壓 (VF) * 順向電流 (IF)。在接近此極限值下運作需要謹慎的熱管理。
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM)：150V。這是一個相對較低的 ESD 耐受度，表示元件對靜電敏感。在組裝與處理過程中必須遵循適當的 ESD 處理程序。
• 操作溫度 (Topr)：-40°C 至 +85°C。保證元件能符合其公佈規格的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：此元件可承受峰值溫度 260°C 最長 10 秒的迴焊，或每個端子以 350°C 手工焊接最長 3 秒。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件 Ta=25°C 與 IF=2mA 下測量，除非另有說明。它們定義了 LED 的光學性能。

• 發光強度 (Iv)：範圍從最小值 7.2 mcd 到最大值 18.0 mcd。未指定典型值，表示性能是透過分級系統進行管理（參見第 3 節）。
• 視角 (2θ1/2)：120 度。這是發光強度降至其峰值一半時的全角。120° 的視角提供了寬廣、擴散的發光模式，適合區域照明與背光。
• 峰值波長 (λp)：468 nm（典型值）。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λd)：465.0 nm 至 470.0 nm。這是人眼對 LED 顏色的單一波長感知，是用於顏色分級的參數。
• 光譜頻寬 (Δλ)：25 nm（典型值）。這是發射光譜的寬度，在半最大強度處測量（半高全寬 - FWHM）。
• 順向電壓 (VF)：在 IF=2mA 時為 2.60V 至 2.90V。此範圍對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流 (IR)：在 VR=5V 時最大 50 μA。規格書明確指出，此元件並非為逆向操作而設計；此參數僅供測試用途。

3. 分級系統說明

為確保量產時的性能一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。19-217 採用三維分級系統。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 2mA 下測量的發光強度，分為四個等級（K1, K2, L1, L2）。

• 等級 K1：7.2 - 9.0 mcd
• 等級 K2：9.0 - 11.5 mcd
• 等級 L1：11.5 - 14.5 mcd
• 等級 L2：14.5 - 18.0 mcd

等級界限適用 ±11% 的容差。

3.2 主波長分級

此產品的顏色控制在單一級別內。

• 等級 X：465.0 - 470.0 nm。指定了 ±1nm 的嚴格容差。

3.3 順向電壓分級

順向電壓分為三個等級，以助於設計一致的電流驅動器。

• 等級 28：2.60 - 2.70V
• 等級 29：2.70 - 2.80V
• 等級 30：2.80 - 2.90V

適用 ±0.05V 的容差。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數個特性曲線圖，對於理解 LED 在不同操作條件下的行為至關重要。

4.1 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示發光輸出與電流並非線性關係。它隨電流增加而增加，但最終會飽和。在超過建議的連續電流（10mA）下運作，可能導致效率降低與加速老化。

4.2 相對發光強度 vs. 環境溫度

此圖表展示了 LED 光輸出的負溫度係數。隨著接面溫度升高，發光強度降低。對於 19-217，當環境溫度接近最高操作極限 85°C 時，輸出可能會顯著下降。這必須納入需要在寬廣溫度範圍內保持亮度一致的設計考量中。

4.3 順向電流降額曲線

這是可靠性方面最關鍵的圖表之一。它顯示了最大允許連續順向電流隨環境溫度變化的關係。隨著溫度上升，最大安全電流會下降。在 85°C 時，允許的電流遠低於 25°C 時的 10mA 額定值。未能對電流進行降額可能導致熱失控與元件故障。

4.4 順向電壓 vs. 順向電流

此 IV（電流-電壓）曲線顯示了二極體典型的指數關係。電壓隨電流呈對數增加。此曲線對於選擇適當的限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。

4.5 光譜分佈與輻射圖形

光譜圖確認了以 468nm 為中心的藍色發光，其半高全寬約為 25nm。輻射圖形圖說明了光的空間分佈，確認了具有指定 120° 視角的類朗伯發光模式。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

19-217 採用標準 SMD 封裝。關鍵尺寸（單位：毫米）包括本體長度約 2.0mm、寬度約 1.25mm、高度約 0.8mm。規格書提供了詳細的尺寸圖，除非另有說明，容差為 ±0.1mm。陽極與陰極有明確標記，這對於組裝時的正確方向至關重要。

5.2 極性辨識

正確的極性對 LED 運作至關重要。封裝包含視覺標記（通常是凹口或綠色標記）以識別陰極。設計師必須確保 PCB 焊盤圖案與此方向匹配。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理與焊接對於良率與長期可靠性至關重要。

6.1 儲存與濕度敏感性

LED 以含有乾燥劑的防潮袋包裝。在準備使用元件前不應打開袋子。打開後，未使用的零件應儲存在 ≤30°C 與 ≤60% 相對濕度下，並在 168 小時（7 天）內使用。若超過此期限，在焊接前需要進行 60±5°C 烘烤 24 小時的處理，以防止爆米花效應（因迴焊時蒸氣壓力導致封裝破裂）。

6.2 迴焊溫度曲線

指定了無鉛迴焊曲線：

• 預熱：150-200°C，持續 60-120 秒。
• 液相線以上時間 (TAL)：217°C 以上，持續 60-150 秒。
• 峰值溫度：最高 260°C，保持最長 10 秒。
• 升溫/降溫速率：最大升溫速率 6°C/秒，最大降溫速率 3°C/秒。

6.3 手工焊接與返修

若需手工焊接，烙鐵頭溫度必須低於 350°C，每個端子焊接時間不超過 3 秒，並使用額定功率低於 25W 的烙鐵。端子之間應至少間隔 2 秒冷卻時間。強烈不建議進行返修。若不可避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以防止焊點承受機械應力。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

元件以壓紋載帶供應，規格書中提供了尺寸。載帶寬度為 8mm，捲繞於標準直徑 7 吋（178mm）的捲盤上。每捲包含 3000 個元件。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含用於追溯性與正確應用的關鍵資訊：

• P/N：產品編號（例如：19-217/BHC-XK1L2B11X/3T）。
• QTY：包裝數量（3000 個）。
• CAT：發光強度等級（例如：K1, L2）。
• HUE：色度/主波長等級（X）。
• REF：順向電壓等級（例如：28, 29, 30）。
• LOT No：製造批號，用於追溯。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 汽車內裝照明：儀表板、按鈕與開關的背光。寬視角與藍色光適合營造現代美學效果。
• 消費性電子產品：遙控器、家電與音響設備上按鍵的狀態指示燈與背光。
• 電信與網路設備：路由器、交換器與數據機上的鏈路活動、電源與狀態指示燈。
• 通用面板指示燈：任何需要小型、可靠且明亮的藍色指示燈的應用。

8.2 關鍵設計考量

1. 必須進行限流：必須使用外部限流電阻或恆流驅動器與 LED 串聯。順向電壓具有負溫度係數，意味著它會隨溫度升高而降低。若無限流，電壓或溫度的微小增加可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加。
2. 熱管理：考量操作環境。使用降額曲線選擇適當的操作電流，特別是當環境溫度較高或 PCB 散熱不良時。
3. ESD 防護：若 LED 可由使用者接觸，應在輸入線路上實施 ESD 防護，並在組裝過程中執行 ESD 安全處理程序。
4. 光學設計：120° 視角提供了廣泛的覆蓋範圍。若需要聚焦光束（例如照亮特定點），僅靠此 LED 並不適合，需要額外的透鏡或導光元件。

9. 技術比較與差異化

雖然市面上有許多 SMD 藍光 LED，但 19-217 的參數組合使其定位於特定應用場景。與更小的封裝（例如 0402）相比，它提供了更高的光輸出，且由於尺寸較大，可能具有更好的散熱能力。與高功率 LED 相比，它在更低的電流下運作，且需要更簡單的驅動電路，使其在指示燈應用中更具成本效益。其明確符合無鹵素與 REACH 標準，是對於具有嚴格環境法規市場（如歐盟）的關鍵差異化因素。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 為何限流電阻絕對必要？

LED 是電流驅動元件，而非電壓驅動。其 V-I 特性是指數關係。在典型順向電壓約 2.8V 下，供應電壓的微小變化或 LED 的 Vf 因加熱而下降，都可能導致電流急劇增加，超過最大額定值並損壞元件。電阻根據歐姆定律設定固定電流（I = (供應電壓 - Vf) / R）。

10.2 可以直接用 3.3V 或 5V 邏輯輸出驅動此 LED 嗎？

不行，不能直接驅動。微控制器的 GPIO 引腳通常無法安全且持續地為 LED 提供足夠的電流（通常限制在 20-25mA），且缺乏電流調節功能。您必須使用串聯電阻。對於 3.3V 電源、目標電流 5mA 且 Vf 為 2.8V 的情況，電阻值為 R = (3.3V - 2.8V) / 0.005A = 100 歐姆。請務必檢查微控制器引腳的電流供應能力。

10.3 120° 視角對我的設計有何意義？

這意味著光線以寬廣的錐形發射。如果您需要 LED 從多個角度都可見（例如面板指示燈），這非常理想。如果您需要聚焦的光束（例如照亮特定點），僅靠此 LED 並不適合，需要額外的光學元件。

10.4 打開防潮袋後的 7 天使用期限有多關鍵？

對於迴焊製程非常關鍵。吸收到塑膠封裝中的濕氣，在高溫迴焊循環中會轉變為蒸氣，導致內部分層或破裂（爆米花效應），從而引發立即或潛在的故障。如果袋子打開時間超過 168 小時，必須遵循烘烤程序。

11. 實務設計與使用案例

情境：為消費級路由器設計狀態指示燈。LED 需要顯示電源開啟與WAN 活動（閃爍）。系統使用 3.3V 電源軌。為確保長壽命並避免微控制器過載，使用外部電晶體（例如小型 NPN 或 NFET）來切換 LED。在 3.3V 電源軌與 LED 陽極之間放置一個串聯電阻，電晶體將陰極切換至接地。為連續的電源指示選擇保守的 5mA 電流，並使用最大 Vf 2.9V 進行計算，以確保在所有條件下的亮度：R = (3.3V - 2.9V) / 0.005A = 80 歐姆（使用標準 82 歐姆電阻）。LED 的功率消耗為 Pd = Vf * If = 2.9V * 0.005A = 14.5mW，遠低於 40mW 的最大值，即使在可能較溫暖的外殼內也能確保極佳的可靠性。

12. 工作原理簡介

19-217 LED 基於半導體 p-n 接面的電致發光原理運作。其主動區由 InGaN 組成。當施加超過接面內建電位的順向電壓時，來自 n 型區域的電子與來自 p 型區域的電洞被注入主動區。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。InGaN 合金的特定成分決定了能隙能量，這直接對應於發射光的波長（顏色）——在此案例中為藍光（約 468 nm）。環氧樹脂封裝用於保護半導體晶粒、提供機械穩定性，並作為主要透鏡來塑造光輸出。

13. 技術趨勢與背景

此元件代表了 LED 技術中成熟且成本優化的部分。使用 InGaN 產生藍光已是成熟的技術。指示燈型 SMD LED 的當前趨勢集中在幾個領域：1)微型化：已有比 19-217 更小的封裝（例如 0402, 0201）適用於超高密度電路板。2)更高效率：更新的晶片設計與材料持續提升每瓦流明數，允許更低的操作電流與更低的功耗。3)改善的可靠性與一致性：先進的製造與分級技術產生了更緊密的參數分佈。4)廣泛的環境合規性：如本元件所示，符合 RoHS、REACH 與無鹵素標準現已成為進入全球市場的基本要求。19-217 適用於那些偏好經過驗證、可靠且標準化的元件，而非尖端性能的應用。