SMD LED 19-21/G6C-FP1Q1L/3T 規格書 - 尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 電壓 1.7-2.3V - 功率 60mW - 亮黃綠色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-21 SMD LED 是一款緊湊型表面黏著元件，專為需要高密度元件佈局的現代電子應用而設計。此 LED 採用 AlGaInP（磷化鋁鎵銦）晶片，產生亮黃綠色的光輸出，並封裝於透明樹脂外殼中。其主要優勢在於相較於傳統引線框架 LED，其佔板面積顯著縮小，從而實現更緊湊的 PCB 設計、更高的元件密度，最終使終端設備更為小巧。其輕量化結構更使其成為微型與可攜式應用的理想選擇。

1.1 核心特色與合規性

本元件以 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑的捲盤上供應，確保與標準自動化取放組裝設備相容。其設計適用於紅外線與氣相迴流焊接製程。本產品為單色型、無鉛，並符合 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準（溴 <900 ppm、氯 <900 ppm、溴+氯 < 1500 ppm）等關鍵環境與安全法規。

1.2 目標應用

此 LED 適用於多種照明與指示用途。常見應用包括儀表板、開關及符號的背光；電話、傳真機等通訊設備中的狀態指示燈與鍵盤背光；LCD 顯示器的平面背光；以及任何需要明亮可靠光源的通用指示用途。

2. 技術規格深入解析

本節根據絕對最大額定值與電光特性表，對元件的電氣、光學及熱參數提供詳細且客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。這些並非建議的操作條件。

• 逆向電壓 (V_R):5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 順向電流 (I_F):25 mA（連續）。
• 峰值順向電流 (I_FP):60 mA，僅允許在脈衝條件下（工作週期 1/10 @ 1kHz）。
• 功率消耗 (P_d):60 mW。這是封裝能以熱形式散發的最大允許功率，計算方式為 V_F* I_F.
• 靜電放電 (ESD) HBM:2000V。此人體放電模型等級表示具有中等程度的 ESD 敏感性；必須遵循適當的處理程序。
• 操作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。本元件額定適用於工業級溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度 (T_sol):迴流焊峰值溫度 260°C，最長 10 秒；手工焊接烙鐵頭溫度 <350°C，每個端子最長 3 秒。

2.2 電光特性

測量於標準測試條件：環境溫度 25°C，順向電流 (I_F) 20 mA，除非另有說明。

• 發光強度 (I_v):範圍從 45.0 mcd（最小）到 90.0 mcd（最大），典型容差為 ±11%。此參數定義了 LED 的感知亮度。
• 視角 (2θ_1/2):約 100 度（典型值）。此寬視角是透明圓頂透鏡的特性，提供寬廣的發光模式。
• 峰值波長 (λ_p):典型值 575 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 570.0 nm 到 574.5 nm，容差為 ±1 nm。這是人眼感知的單一波長，定義了顏色（黃綠色）。
• 光譜頻寬 (Δλ):典型值 20 nm。這表示發射光的光譜純度。
• 順向電壓 (V_F):在 I_F=20mA 時，範圍從 1.70 V 到 2.30 V，容差為 ±0.05V。這是 LED 導通電流時的跨元件電壓降。
• 逆向電流 (I_R):在 V_R=5V 時，最大 10 μA。本元件並非設計用於逆向偏壓操作；此參數僅用於漏電流測試。

3. 分級系統說明

本產品根據三個關鍵參數進行分級：發光強度、主波長與順向電壓。此分級確保了生產批次內的一致性，並允許設計師選擇符合特定性能標準的 LED。

3.1 發光強度分級

分級於 I_F= 20 mA。分級代碼 (P1, P2, Q1) 對最小與最大發光強度值進行分類。

• P1:45.0 - 57.0 mcd
• P2:57.0 - 72.0 mcd
• Q1:72.0 - 90.0 mcd

3.2 主波長分級

分級於 I_F= 20 mA。分級代碼 (CC2, CC3, CC4) 定義了主波長的狹窄範圍，以控制顏色一致性。

• CC2:570.0 - 571.5 nm
• CC3:571.5 - 573.0 nm
• CC4:573.0 - 574.5 nm

3.3 順向電壓分級

分級於 I_F= 20 mA。分級代碼 (19, 20, 21, 22, 23, 24) 以 0.1V 為步階對順向電壓降進行分類。這對於設計限流電阻網路至關重要，尤其是在多個 LED 串聯時，以確保電流均勻分佈。

• 19:1.70 - 1.80 V
• 20:1.80 - 1.90 V
• 21:1.90 - 2.00 V
• 22:2.00 - 2.10 V
• 23:2.10 - 2.20 V
• 24:2.20 - 2.30 V

料號 "19-21/G6C-FP1Q1L/3T" 包含了特定的分級代碼，表示出貨產品的性能落在這些定義的範圍內。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形數據，但可以推斷 AlGaInP LED 的典型性能趨勢，這對設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

順向電壓 (V_F) 與順向電流 (I_F) 呈現對數關係。施加的電壓超過導通閾值（約 1.7V）後，微小的增加會導致電流大幅且可能具破壞性的增加。這強調了與 LED 串聯使用恆流驅動器或限流電阻的極端重要性。

4.2 溫度依存性

關鍵參數具有溫度依存性。通常，順向電壓 (V_F) 隨著接面溫度升高而降低（負溫度係數）。相反地，發光強度通常隨溫度升高而降低。設計師必須考慮這些變化，特別是在環境溫度變化大或內部發熱高的應用中。

4.3 光譜特性

發射光譜中心約在 575 nm（黃綠色）。典型的 20 nm 光譜頻寬表示相對純淨的顏色發射。主波長可能隨著接面溫度和驅動電流的增加而輕微偏移（通常朝向較長波長）。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

19-21 SMD LED 採用緊湊的矩形封裝。關鍵尺寸（單位 mm，除非指定，容差 ±0.1mm）包括本體長度 2.0 mm、寬度 1.25 mm、高度 0.8 mm。詳細圖面指定了焊盤間距與焊墊圖案建議，這些對於 PCB 佈局以確保正確焊接與機械穩定性至關重要。

5.2 極性辨識

陰極在封裝上有明確標記。組裝時必須確保正確的極性方向，因為施加超過 5V 的逆向電壓可能立即損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

遵循這些指南對於製造過程中的可靠性和防止損壞至關重要。

6.1 迴流焊溫度曲線

指定了無鉛迴流焊溫度曲線：

• 預熱:150-200°C，持續 60-120 秒。
• 液相線以上時間 (217°C):60-150 秒。
• 峰值溫度:最高 260°C。
• 峰值時間:最長 10 秒。
• 升溫速率:最高 6°C/秒。
• 255°C 以上時間:最長 30 秒。
• 冷卻速率:最高 3°C/秒。

6.2 手工焊接

若無法避免手工焊接，請使用烙鐵頭溫度低於 350°C 的烙鐵。每個端子的接觸時間不得超過 3 秒。使用低功率烙鐵（<25W），並在焊接每個端子之間至少間隔 2 秒冷卻時間，以防止熱衝擊。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED 包裝於含有乾燥劑的防潮阻隔袋中。

• 請勿在準備使用前打開袋子。
• 開封後，未使用的 LED 必須儲存在 ≤30°C 且 ≤60% 相對濕度的環境中。
• 開袋後的 "車間壽命" 為 168 小時（7 天）。
• 若超過暴露時間或乾燥劑指示劑顯示飽和，則在進行迴流焊接前，需要進行 60°C ±5°C、24 小時的烘烤處理。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

本元件以壓紋載帶包裝於 7 英吋直徑的捲盤上供應。標準裝載數量為每捲 3000 顆。提供捲盤、載帶與蓋帶尺寸，以確保與自動送料器相容。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含用於追溯與驗證的關鍵資訊：

• CPN:客戶產品編號。
• P/N:製造商產品編號（例如，19-21/G6C-FP1Q1L/3T）。
• QTY:包裝數量。
• CAT:發光強度等級（分級代碼）。
• HUE:色度座標與主波長等級（分級代碼）。
• REF:順向電壓等級（分級代碼）。
• LOT No:製造批號，用於追溯。

8. 應用設計考量

8.1 限流是強制要求

絕對需要外部限流機制。最簡單的方法是串聯一個電阻。電阻值 (R_s) 可使用歐姆定律計算：R_s= (V_supply- V_F) / I_F. 使用分級或規格書中的最大 V_F值，以確保在最壞情況下 I_F不超過 25 mA。對於需要精確度或穩定性的應用，建議使用恆流驅動電路。

8.2 熱管理

雖然封裝小巧，但透過 PCB 焊盤進行有效的散熱對於維持性能與壽命非常重要，特別是在接近最大額定值操作時。確保 PCB 佈局在 LED 焊盤周圍提供足夠的銅箔面積作為散熱片。

8.3 靜電放電保護

ESD HBM 等級為 2000V，表示元件具有中等敏感性。在處理、組裝過程中，以及若 LED 連接到外部介面，在電路設計中應實施標準的 ESD 防護措施。

9. 技術比較與差異化

19-21 LED 的主要差異化在於其緊湊的 2.0x1.25mm 佔板面積，比許多傳統 SMD LED（如 0603 或 0805 尺寸）更小，允許更高的佈局密度。採用 AlGaInP 技術在黃綠色光譜中提供了高效率與明亮的輸出。透明透鏡提供的 100 度寬視角，相較於使用擴散或窄角透鏡的元件，能提供更寬廣、均勻的照明。其符合無鹵素及其他環保標準，使其適用於現代注重生態的設計。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 使用 5V 電源時，應選用多大的電阻值？

使用最大 V_F值 2.30V（分級 24）與目標 I_F值 20 mA：R = (5V - 2.30V) / 0.020A = 135 歐姆。選擇最接近的標準較高值（例如，150 歐姆）將是安全的選擇，結果 I_F≈ 18 mA。請務必根據您特定分級的實際 V_F值進行驗證。

10.2 我能否使用恆壓源而不加電阻來驅動此 LED？

No.V_F的負溫度係數可能導致熱失控。溫度略微升高會降低 V_F，若由恆壓源驅動，則會反過來增加電流，導致進一步加熱並可能造成災難性故障。請務必使用限流方案。

10.3 如何解讀料號 19-21/G6C-FP1Q1L/3T？

"19-21" 表示封裝系列與尺寸。後續的代碼 (G6C, FP1Q1L, 3T) 是內部用於指定發光強度、主波長與順向電壓特性的分級與產品代碼，如規格書中提供的分級表所示。

10.4 此 LED 是否適用於汽車內裝照明？

雖然它可能用於某些非關鍵的內裝應用（如開關背光），但規格書中包含應用限制說明。對於高可靠性的汽車安全/保全系統（例如，儀表板警告燈）、醫療設備或軍事/航太應用，應採購專門針對這些嚴苛環境進行認證的產品。請務必驗證其對預期使用案例的適用性。

11. 實務設計案例研究

情境:設計一個由 3.3V 電源供電、包含 10 顆均勻亮度的黃綠色 LED 的狀態指示燈面板。

設計步驟:

1. 電流選擇:選擇 I_F= 15 mA，以平衡亮度與功耗。
2. 電壓分級考量:為確保亮度均勻，請指定來自相同或相鄰 V_F分級的 LED（例如，分級 20：1.80-1.90V）。使用最大 V_F值 1.90V 進行計算，可確保即使在最壞情況下，所有 LED 都會亮起。
3. 電阻計算: R_s= (3.3V - 1.90V) / 0.015A ≈ 93.3 歐姆。使用標準 100 歐姆電阻。實際 I_F將在約 14 mA（對於 1.90V LED）到約 15.6 mA（對於 1.75V LED，假設是較低分級）之間變化，提供可接受的均勻性。
4. PCB 佈局:將每個 LED 與其 100Ω 串聯電阻放置在靠近其陽極焊盤的位置。為陰極焊盤提供一個小的銅箔鋪設區域，以進行輕微的散熱。
5. 組裝:遵循指定的迴流焊溫度曲線。在生產線準備好之前保持袋子密封，並在開袋後 7 天的車間壽命內完成焊接。

12. 工作原理

LED 的工作原理是基於半導體 p-n 接面的電致發光。其主動區由 AlGaInP（磷化鋁鎵銦）半導體材料組成。當施加超過接面內建電位的順向偏壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入主動區。在那裡，它們以輻射方式復合，以光子的形式釋放能量。AlGaInP 合金的特定能隙決定了發射光的波長，在本例中位於可見光譜的黃綠色部分（約 575 nm）。透明的環氧樹脂封裝體充當透鏡，塑造光輸出，並為半導體晶片提供機械與環境保護。

13. 技術趨勢

像 19-21 這類 SMD LED 的總體趨勢是持續微型化、提高發光效率（每電瓦產生更多光輸出）以及更高的可靠性。同時，也強力推動更廣泛採用環保材料與製造流程，正如本產品符合 RoHS、REACH 及無鹵素標準所證明。在封裝方面，技術進步旨在改善從晶片到 PCB 的熱管理，以支援在更小佔板面積下使用更高的驅動電流。顏色一致性與更嚴格的分級容差也是持續發展的領域，以滿足需要精確顏色匹配的應用需求。