SMD LED 23-21/R6C-AM1N2AY/2A 資料手冊 - 尺寸 2.3x2.1mm - 電壓 1.55-2.15V - 顏色 紅光 (632nm) - 功率 60mW - 英文技術文件

1. 產品概述

23-21 SMD LED 是一款緊湊型表面黏著發光二極體，專為現代電子應用而設計，能在空間受限的環境中提供可靠的指示燈照明或背光。此元件相較於傳統引線框架型 LED 有顯著進步，在電路板佔用面積、組裝效率及最終產品尺寸方面帶來實質效益。

1.1 核心優勢與產品定位

23-21 SMD LED 的主要優勢在於其微型佔位面積。其尺寸約為 2.3mm x 2.1mm，能顯著縮小印刷電路板（PCB）的尺寸。這直接轉化為更高的元件封裝密度，使整體裝置輪廓更小的同時，能實現更複雜的功能。元件本身及成品組件所需的儲存空間減少，帶來物流與成本上的效益。此外，SMD 封裝的輕量特性，使其成為便攜式與微型應用的理想選擇，尤其是在重量為關鍵因素的應用中，例如穿戴式技術、緊湊型消費電子產品及微型控制面板。

本產品定位為通用指示燈與背光解決方案。其設計並非用於高功率照明，而是專注於狀態指示、象徵性背光以及低亮度環境照明，這些應用場景對色彩一致性與可靠性能至關重要。

1.2 主要功能摘要

• Packaging: 以8毫米載帶供應，捲繞於7英吋直徑捲盤，相容於標準自動化取放組裝設備。
• 製程相容性： 完全相容於主流紅外線（IR）與氣相迴焊製程。
• 類型： 單色類型，發出明亮的紅光。
• 環境合規性： The product is Pb-free (lead-free), compliant with the RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, compliant with EU REACH regulations, and meets halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節針對資料手冊中規定的電氣、光學及熱參數提供詳細且客觀的分析。理解這些極限值對於可靠的電路設計至關重要。

2.1 Absolute Maximum Ratings

絕對最大額定值定義了壓力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。這些並非工作條件。

• Reverse Voltage (V_R): 5V。施加超過此值的反向偏壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流 (I_F): 25mA。這是在環境溫度 (T_a) 為 25°C 時，可連續通過 LED 的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP): 60mA。此較高電流僅允許在脈衝條件下使用，具體為工作週期1/10、頻率1kHz。適用於短暫的高強度閃光，但絕不可用於直流操作。
• 功率散逸 (P_d): 60mW。這是裝置能以熱能形式散發的最大功率。超過此限制（通常因驅動電流過高或環境溫度過高導致）將使接面溫度升高，從而降低性能或導致故障。
• 靜電放電 (ESD)： 人體模型 (HBM) 2000V。此等級表示具中等程度的ESD耐受性。在組裝和處理過程中仍需採取標準的ESD防護措施（使用接地工作站、佩戴防靜電手環）。
• 工作溫度 (T_opr): -40°C 至 +85°C。LED 設計為在此環境溫度範圍內運作。
• Storage Temperature (T_stg): -40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度： 本裝置可承受峰值溫度為260°C、持續時間最長10秒的回流焊接，或每個端子於350°C下、持續時間最長3秒的手動焊接。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試條件 T_a=25°C 與順向電流 (I_F) 為 5mA 下量測，除非另有說明。它們定義了元件的典型性能。

• 發光強度 (I_v): 範圍從最小值 18.0 mcd 到最大值 45.0 mcd。特定單位的實際值取決於其分檔代碼（參見第 3 節）。未提供典型值，這意味著在生產分布中存在顯著差異。
• 視角 (2θ_1/2): 130度。這是光強度降至峰值一半時的全角。130°的角度表示相對較寬的視角模式，適用於需要從多個角度觀看的指示燈。
• Peak Wavelength (λ_p): 632 nm（典型值）。這是光譜功率輸出達到最大值的波長。
• Dominant Wavelength (λ_d): 範圍從617.5 nm到633.5 nm。此波長對應於人眼感知的光線顏色，在比色應用中比峰值波長更為相關。分檔系統根據此參數對器件進行分類。
• 光譜帶寬 (Δλ): 20 nm (典型值)。此為發射光譜在半高全寬處的寬度。20nm的數值是基於AlGaInP的紅色LED之典型特徵，代表其發出的紅光相對純淨且飽和。
• 順向電壓 (V_F): 在I_F=5mA。此參數亦經過分檔（詳見第3節）。低順向電壓是低電壓電池供電電路的關鍵優勢。
• 逆向電流 (I_R): 在 V_R=5V 時最大為 10 µA。此規格定義元件處於逆向偏壓時的最大漏電流。

公差注意事項： 數據手冊針對關鍵參數分別指定了公差：發光強度 (±11%)、主波長 (±1nm) 以及順向電壓 (±0.1V)。這些公差是在分檔範圍之上適用的，在進行最嚴格公差分析時必須納入考量。

3. Binning System 說明

為確保量產的一致性，LED 會根據性能進行分檔。這讓設計師能為其應用選擇符合特定最低標準的元件。

3.1 發光強度分級

元件根據其在 I_F=5mA 條件下量測到的發光強度，分為四個等級（M1、M2、N1、N2）。

• M1: 18.0 – 22.5 mcd
• M2: 22.5 – 28.5 毫坎德拉
• N1: 28.5 – 36.0 毫坎德拉
• N2: 36.0 – 45.0 mcd

選擇較高等級（例如 N2）可保證 LED 更亮，但可能伴隨較高成本。在絕對亮度並非關鍵，但多個指示燈之間的一致性至關重要的應用中，指定單一等級至關重要。

3.2 主波長分級

色彩一致性透過四個波長分檔（E4、E5、E6、E7）進行管理。這對於多個LED需同時使用且必須呈現相同顏色的應用至關重要。

• E4: 617.5 – 621.5 nm（更偏向橙紅色）
• E5: 621.5 – 625.5 nm
• E6: 625.5 – 629.5 nm
• E7: 629.5 – 633.5 nm (更純正的紅色)

3.3 順向電壓分選

三種電壓分級（00、0、1）有助於設計高效的限流電路，特別是在並聯LED陣列中，電壓匹配可以改善電流均流。

• 00: 1.55 – 1.75 V
• 0: 1.75 – 1.95 V
• 1: 1.95 – 2.15 V

4. 性能曲線分析

雖然資料手冊提及「典型電光特性曲線」，但文中並未提供具體圖表。根據標準LED行為及給定參數，我們可以推斷可能的關聯性。

4.1 推斷電流-電壓 (I-V) 關係

The forward voltage (V_F) 指定為5mA。對於典型的AlGaInP紅光LED，其I-V曲線呈指數關係。若以低於5mA的電流驅動LED，將導致V_F (例如，2mA時約為1.8-2.0V)。若以最大連續電流25mA驅動，將使V_F 升高，可能接近其分檔範圍的上限或略高，這是由於半導體與接點處的電阻性發熱所致。必須始終使用串聯電阻來限制電流，因為LED的動態電阻非常低，電壓的微小增加會導致電流大幅上升，有引發熱失控的風險。

4.2 發光強度對電流 (L-I)

在較低至中等電流範圍內（此類元件約為20mA以下），發光強度大致與正向電流成正比。額定發光強度以5mA為基準。在20mA下操作通常會產生約3.5至4倍的強度，但必須根據最大功耗限制（60mW）進行驗證。在20mA且V_F 為2.0V時，功耗為40mW，在25°C下處於限制範圍內。然而，由於熱量增加，在較高電流下效率（每電瓦的光輸出）通常會降低。

4.3 溫度依賴性

關鍵參數對溫度敏感：

• 順向電壓 (V_F): 隨溫度升高而降低（負溫度係數，紅色LED通常為-2mV/°C）。若採用串聯電阻的恆壓源驅動，可能會使電流略微增加。
• 發光強度 (I_v): 隨接面溫度升高而降低。降額幅度可能相當顯著，通常每高於25°C一度約降低0.5-1%。PCB上需要充分的熱管理以維持亮度穩定，特別是在高環境溫度或較高驅動電流下。
• Dominant Wavelength (λ_d): 隨溫度輕微偏移，AlGaInP LED的典型偏移率約為0.1 nm/°C。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

數據手冊包含 23-21 SMD 封裝的詳細尺寸圖。主要特點包括：

• 總長度為 2.3 毫米，寬度為 2.1 毫米（因此命名為 23-21）。
• 該封裝底部有兩個陽極/陰極端子，用於表面貼裝。
• 設有極性指示標記（可能為頂部或底部的凹口或綠色標記）以區分陰極。組裝時的正確方向至關重要。
• 用於PCB設計的建議焊盤圖形（footprint）源自這些尺寸，通常包含略大於元件端子的焊墊，以確保可靠的焊錫圓角。
• 所有未註明的公差均為±0.1mm。

6. 焊接與組裝指南

遵循這些準則對於產能和長期可靠性至關重要。

6.1 電流限制與保護

強制性： 必須使用外部限流電阻與LED串聯。LED是電流驅動元件。若無電阻，即使電源電壓（例如電池電壓下降）發生微小變化，也可能導致順向電流大幅增加，可能造成損壞。

6.2 儲存與濕度敏感性

LED封裝於含有乾燥劑的防潮屏障袋中。

• 開啟前： 儲存於≤30°C且相對濕度≤90%的環境中。
• 開封後： 在≤30°C且相對濕度≤60%的條件下，「floor life」（元件可暴露於工廠環境空氣中的時間）為1年。
• 重新烘烤： 若乾燥劑顯示已飽和（顏色變化）或超出車間壽命，則需進行重新烘烤：在回流焊製程使用前，需以60°C ±5°C烘烤24小時。

6.3 迴焊溫度曲線

指定無鉛（Pb-free）迴焊溫度曲線：

• 預熱： 150-200°C，持續60-120秒。
• 液相線以上時間（TAL）： 在217°C以上維持60-150秒。
• 峰值溫度: 最高260°C，最多維持10秒。
• 加熱速率： 最高6°C/秒。
• 高於255°C的時間： 最長30秒。
• 冷卻速率： 最高每秒3°C。

重要限制： 回焊次數不得超過兩次。加熱過程中應避免對封裝施加機械應力，且焊接後不得彎曲PCB。

6.4 手工焊接與返修

允許進行手工焊接，但需極度謹慎以避免熱損傷。

• 使用烙鐵頭溫度≤350°C的焊接工具。
• 每個端子的接觸時間限制在≤3秒。
• 使用低功率烙鐵（容量≤25W）。
• 每個端子焊接之間需有≥2秒的冷卻間隔。
• Repair/Rework： 不建議在LED焊接後進行此操作。若無法避免，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子進行移除，以最小化對焊點及LED內部連接的壓力。返工後務必驗證功能是否正常。

7. 封裝與訂購資訊

7.1 捲盤與載帶規格

本產品採用業界標準包裝，適用於自動化組裝：

• 載帶寬度： 8 mm.
• 捲盤直徑： 7 英寸。
• 每捲數量： 2000 件。

7.2 標籤資訊

捲盤標籤包含用於追溯與正確應用的關鍵資訊：

• CPN: 客戶料號（由買方指定）。
• P/N： Manufacturer's Part Number (23-21/R6C-AM1N2AY/2A)。
• QTY： 包裝數量 (2000)。
• CAT： 發光強度等級 (例如，M1, N2)。
• 色調： Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., E5, E6).
• 參考文獻： 順向電壓等級（例如：00、1）。
• LOT No： 用於追溯的製造批號。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• Automotive Interior: 儀表板儀器、開關和控制面板的背光照明。
• 電信設備： 電話、傳真機和網路硬體中的狀態指示燈和鍵盤背光。
• 消費性電子產品： 適用於小型LCD顯示器的平面背光、薄膜開關背光，以及遙控器、家電和音響設備上的符號背光。
• 一般指示： 廣泛應用於各類電子設備中的電源狀態、模式指示及警示信號。

8.2 關鍵設計考量

1. Current Drive Circuit: Always use a series resistor. Calculate the resistor value using R = (V_供應 - V_F) / I_F. 使用最大 V_F 從電壓分檔（例如2.15V）中選取，以確保即使使用最高電壓的LED，電流也不會超過所需水平。
2. 熱管理： Although low power, consider the effect of ambient temperature and adjacent heat-generating components. For consistent brightness, avoid operating at the absolute maximum current (25mA) in high-temperature environments (>70°C).
3. 視覺一致性： 對於多個LED同時顯示的應用，請指定嚴格的光強度（CAT）和主波長（HUE）分檔，以確保外觀均勻一致。
4. PCB佈局： 請遵循建議的焊盤圖案。確保PCB絲印上的極性標記與LED的極性指示器相符。在LED與其他元件之間提供足夠的間距。
5. ESD防護： 若LED直接暴露於使用者介面，請在輸入線路上實施基礎ESD防護，或確保組裝作業於ESD受控環境中進行。

9. 技術比較與差異化

23-21 SMD LED 主要透過其極小尺寸與具備完善分級系統的明確性能規格組合來突顯差異。

對比更大尺寸的 SMD LED（例如 3528、5050）： 23-21 型號具有明顯更小的佔位面積和更低的高度，能實現更密集的 PCB 佈局與更薄的終端產品。它以犧牲最大光輸出（流明）換取微型化，因此非常適合指示燈級別的應用，而非區域照明。

對比晶片 LED（無封裝）： 相較於需要特殊安裝和打線的裸晶，23-21型號提供了堅固、帶有手柄的封裝，並整合了透鏡（以實現130°視角）和可焊接端子，從而簡化了組裝流程。

vs. Through-Hole LEDs: 其主要優勢在於兼容自動化組裝、減少電路板佔用空間，以及無需彎折和剪裁引腳。這使得在大規模生產中能夠降低組裝成本並提高可靠性。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1: 我可以直接用3.3V或5V邏輯電源驅動這個LED嗎？
A: 不行。您必須始終使用一個串聯的限流電阻。對於3.3V電源和5mA的目標電流，在最大V_F 在2.15V的條件下，最小電阻值為 R = (3.3V - 2.15V) / 0.005A = 230Ω。選用標準的240Ω或270Ω電阻是合適的。

Q2: 為什麼發光強度的範圍如此之廣（18至45 mcd）？
A: 這反映了半導體製造中的自然變異。分級系統（M1, M2, N1, N2）讓您可以為設計選擇一個最低亮度等級。如果您的電路需要至少25 mcd，您應指定N1或N2等級。

Q3: 這款LED適合戶外使用嗎？
A: 其工作溫度範圍（-40°C至+85°C）表明它能承受廣泛的環境條件。然而，數據手冊並未涵蓋長期暴露於直射陽光、濕氣和紫外線輻射的情況。若用於戶外，請考慮在PCB上增加額外的保護性披覆塗層，並在未指定的情況下確認樹脂材料的紫外線穩定性。

Q4: 零件編號中的「R6C」可能代表什麼？
A: 雖然此處未明確定義，但在常見的LED零件編號中，「R」通常代表紅色，「6」可能與主波長分級或顏色代碼有關，而「C」可能表示為水透明樹脂（如裝置選擇指南中所述）。

LED 規格術語

LED 技術術語完整解析