SMD LED 27-21 純白光規格書 - 封裝尺寸 2.7x2.1mm - 電壓 2.7-3.15V - 功率 40mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

27-21 SMD LED 是一款緊湊型表面黏著發光二極體，專為需要微型化與高可靠性的現代電子應用而設計。此元件相較於傳統引線框架型LED有顯著進步，能大幅減少電路板空間、提高封裝密度，最終有助於開發更小、更高效的終端用戶設備。其輕量化結構使其特別適合空間與重量為關鍵限制因素的應用。

此LED發出純白光，這是透過封裝在黃色擴散樹脂中的InGaN（氮化銦鎵）晶片材料實現的。此組合提供了均勻且擴散的光輸出，適用於各種指示燈與背光功能。本產品完全符合當代環境與安全標準，包括RoHS（有害物質限制指令）、歐盟REACH法規，並作為無鹵素元件製造，溴與氯含量保持在規定限值以下。

2. 技術規格與客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。在此條件下或超出此條件操作不予保證，應在電路設計中避免。

• 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）：10mA（連續）。這是建議用於可靠長期運作的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：100mA。此電流僅允許在脈衝條件下（工作週期1/10 @ 1kHz）使用，不得用於連續驅動。
• 功率消耗（P_d）：40mW。這是封裝在不超過其熱限值下所能消耗的最大功率，計算方式為順向電壓（V_F）* 順向電流（I_F）。
• 靜電放電（ESD）人體模型（HBM）：150V。這表示對ESD具有中等敏感度；適當的處理程序（例如接地工作站、防靜電包裝）至關重要。
• 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。此元件額定適用於工業溫度範圍。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度（T_sol）：相容於標準迴焊曲線（峰值260°C持續10秒）與手工焊接（每端點最高350°C持續3秒）。

2.2 電光特性

這些參數是在環境溫度25°C、順向電流5mA的標準測試條件下量測，作為比較與分級的通用參考點。

• 發光強度（I_v）：57.0 - 112 mcd（毫燭光）。此寬範圍反映了分級過程，LED被分類到特定的輸出群組（P2、Q1、Q2）。典型值未明確說明，落在這個分級範圍內。
• 視角（2θ_1/2）：140度（典型）。此寬視角是黃色擴散樹脂的特性，它能散射光線，使LED適合需要廣泛照明而非聚焦光束的應用。
• 順向電壓（V_F）：2.70V - 3.15V。這是在5mA驅動下LED兩端的電壓降。LED也會根據電壓範圍分級（代碼15、16、17）。註明公差為±0.1V。
• 逆向電流（I_R）：50 µA（最大）於 V_R=5V。此參數僅供測試用途；元件不預期在逆向偏壓下操作。

重要注意：規格書明確警告，逆向電壓條件僅供測試，LED不得在逆向狀態下操作。設計者必須確保電路中的極性正確。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據關鍵性能參數進行測試並分類到分級區間。這讓設計師能為其特定應用需求選擇具有嚴格控制特性的元件。

3.1 發光強度分級

LED根據其在5mA下的光輸出分為三個等級：

• 等級 P2：57.0 - 72.0 mcd
• 等級 Q1：72.0 - 90.0 mcd
• 等級 Q2：90.0 - 112 mcd

同時也規定了發光強度的一般公差為±11%。

3.2 順向電壓分級

為協助電流調節設計，LED也根據其順向電壓降進行分級：

• 等級 15：2.70V - 2.85V
• 等級 16：2.85V - 3.00V
• 等級 17：3.00V - 3.15V

順向電壓的公差註明為±0.1V。

3.3 色度座標分級

為確保顏色一致性，白光輸出根據其在CIE 1931色度圖上的座標進行分級。規格書定義了六個等級（1至6），每個等級在x,y色度座標圖上指定一個四邊形區域，公差為±0.01。這種精確的分級確保了所選等級內的所有LED都將呈現幾乎相同的白色色點，這對於背光陣列等顏色均勻性至關重要的應用來說非常關鍵。

4. 性能曲線分析

雖然PDF提及典型電光特性曲線，但具體圖表（例如I_V與 I_F關係、I_V與溫度關係、光譜分佈）在提供的文本中未詳細說明。通常，此類曲線會顯示：

• 發光強度 vs. 順向電流（I_V-I_F）：一種非線性關係，光輸出隨電流增加而增加，但在超過額定最大值的較高電流下可能飽和或衰減。
• 發光強度 vs. 環境溫度（I_V-T_a）：光輸出通常隨著接面溫度升高而降低。該曲線量化了這種降額，這對於應用中的熱管理至關重要。
• 順向電壓 vs. 接面溫度（V_F-T_j）： V_F通常具有負溫度係數，隨著溫度升高而降低。
• 光譜功率分佈：顯示可見光波長範圍內光相對強度的圖表，定義了白色的顏色品質（例如冷白光、暖白光）。

當LED在標準5mA/25°C測試條件之外操作時，設計師應參考這些曲線以準確預測性能。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

27-21 SMD LED具有緊湊的佔位面積。尺寸圖顯示封裝尺寸的公差為±0.1mm，除非另有說明。圖中可見的關鍵特徵包括元件外型、電極焊墊位置和極性標記（可能是陰極指示）。精確的尺寸（長、寬、高）對於PCB焊墊圖案設計和確保自動化設備的正確放置至關重要。

5.2 極性識別

封裝包含一個標記來識別陰極（負極）端點。組裝時必須遵守正確的極性，以防止逆向偏壓損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

此LED相容於紅外線和氣相迴焊製程。提供建議的無鉛迴焊曲線：

• 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，保持不超過10秒。
• 升溫速率：最高6°C/秒。
• 255°C以上時間：最高30秒。
• 冷卻速率：最高3°C/秒。

關鍵規則：同一LED組件上不應執行超過兩次的迴焊。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接：

• 使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵。
• 每個端點的接觸時間限制在3秒內。
• 使用容量為25W或更低的烙鐵。
• 焊接每個端點之間至少間隔2秒，以管理熱應力。

規格書警告，損壞常發生於手工焊接過程中，因此需要格外小心。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED包裝在防潮材料中（載帶置於含乾燥劑的鋁箔防潮袋內）。

• 開封前：儲存於≤30°C且≤90%相對濕度（RH）的環境。
• 開封後：在≤30°C且≤60% RH的條件下，車間壽命為1年。未使用的元件應重新密封在防潮包裝中。
• 烘烤：若乾燥劑顯示飽和或超過儲存時間，請在使用前將LED在60 ±5°C下烘烤24小時，以去除吸收的水分並防止迴焊時發生爆米花效應。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

LED以符合自動化組裝的業界標準包裝供應：

• 載帶：8mm寬載帶，捲繞於7英吋直徑的捲盤上。
• 數量：每捲3000顆。
• 提供了載帶與捲盤的詳細尺寸圖，標準公差為±0.1mm。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含數個用於追溯與規格說明的關鍵代碼：

• P/N：產品編號（例如：27-21/T3D-AP2Q2HY/3C）。
• QTY：包裝數量。
• CAT：發光強度等級（例如：P2、Q1、Q2）。
• HUE：色度座標與主波長等級（例如：等級1-6）。
• REF：順向電壓等級（例如：15、16、17）。
• LOT No：製造批號，用於追溯。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

規格書列出了幾種主要應用，利用LED的小尺寸、擴散光與可靠性：

• 背光：用於儀表板、開關和鍵盤。
• 通訊設備：作為電話和傳真機的狀態指示燈與背光。
• LCD顯示器：為小型LCD面板、開關圖例和符號提供平坦、均勻的背光。
• 一般指示燈用途：任何需要緊湊、明亮白色指示燈的應用。

8.2 設計考量與注意事項

規格書包含確保可靠操作的關鍵警告：

• 限流是強制性的：必須始終使用一個外部限流電阻與LED串聯。順向電壓具有輕微的負溫度係數，這意味著當LED升溫時，V_F會略微下降。若沒有電阻，這可能導致電流顯著增加（熱失控），可能燒毀LED。電阻能穩定電流。
• 避免機械應力：焊接或最終組裝時，請勿對LED本體施加應力。避免焊接後使PCB彎曲。
• 維修：強烈不建議在LED焊接後對電路板進行維修或返工。若絕對必要，應使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端點，以最小化熱應力。單點重新加熱可能造成損壞。
• ESD防護：由於元件具有150V HBM額定值，在處理與組裝過程中應實施標準的ESD預防措施。

9. 技術比較與差異化

雖然規格書中未提供與其他特定LED型號的直接比較，但27-21封裝在特定情境下具有明顯優勢：

• 相較於引線型LED：主要優勢在於大幅減少電路板空間與重量，實現現代微型化電子產品。同時也省去了引線彎折與插入的需求，簡化了自動化組裝。
• 相較於較大的SMD LED（例如：3528、5050）：27-21為超緊湊設計提供了更小的佔位面積，儘管與較大封裝相比，可能在總光輸出或散熱能力上有所犧牲。
• 相較於透明透鏡LED：黃色擴散樹脂提供了更寬的視角（140°）和更柔和、更均勻的外觀，使其在LED被直接觀看的應用中表現更優，而透明透鏡則產生更聚焦的光束。

其符合RoHS、REACH和無鹵素標準是對現代元件的基本期望，但相對於舊的、不合規的庫存，這仍是一個關鍵的差異化因素。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 為何必須串聯電阻？

LED是電流驅動裝置，而非電壓驅動。其V-I曲線非常陡峭。順向電壓的微小變化（可能因溫度變化或製造差異而發生）會導致電流大幅變化。串聯電阻作為一個簡單的線性電流調節器，穩定工作點並防止熱失控和LED損壞。

10.2 分級代碼（P2、Q1、15、16等）對我的設計有何意義？

分級確保一致性。若您的設計要求多個LED具有均勻亮度（例如在背光陣列中），您應指定來自相同發光強度等級（CAT）的LED。若您的電源供應電壓餘裕有限，指定更嚴格的順向電壓等級（REF）會有所幫助。對於顏色關鍵的應用，指定色度等級（HUE）至關重要。使用未分級或混合等級的LED可能導致最終產品出現可見的亮度或顏色差異。

10.3 我可以持續以10mA驅動這顆LED嗎？

可以，10mA是額定的最大連續順向電流。然而，在絕對最大額定值下操作可能會降低長期可靠性並增加接面溫度。為獲得最佳壽命與穩定性，建議在測試電流5mA或以下驅動LED，尤其是在熱管理有限的情況下。

10.4 視角為140度，在此角度內的光輸出是否均勻？

視角（2θ_1/2）定義為發光強度降至0度（正對軸向）強度一半時的角度。黃色擴散樹脂創造了類似朗伯分佈的發光模式，軸向強度最高，向邊緣遞減。與透明透鏡LED相比，它為廣角觀看提供了非常好的均勻性，但在整個140°範圍內無法達到完美的均勻性。

11. 實務設計與使用案例

情境：設計一個背光薄膜開關面板。

1. 選擇：選擇27-21 LED是因為其小尺寸（適合安裝在開關圖標後方）、擴散光（均勻照明）和表面黏著相容性（適合自動化組裝到開關PCB上）。
2. 電路設計：選擇5mA的恆定電流以平衡亮度與壽命。使用3.3V電源，並假設V_F來自等級16（典型值2.93V），計算串聯電阻：R = (V_電源- V_F) / I_F= (3.3V - 2.93V) / 0.005A = 74 歐姆。選擇標準的75歐姆電阻。
3. PCB佈局：焊墊圖案完全按照封裝尺寸圖設計。在LED與薄膜層之間保持足夠的間隙。
4. 採購：訂購LED時，指定亮度等級Q1，並指定等級2或3以確保面板上所有開關的白色色點一致。
5. 組裝：元件在使用前保存在密封袋中。PCB使用指定的溫度曲線進行單次迴焊。處理過程中避免對LED施加應力。

12. 工作原理簡介

27-21 LED是一種基於半導體p-n接面的固態光源。其主動區使用InGaN（氮化銦鎵）化合物半導體。當施加超過二極體導通閾值（順向電壓，V_F）的順向電壓時，電子和電洞被注入主動區並在此復合。在像InGaN這樣的直接能隙半導體中，這種復合主要以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定能隙能量決定了發射光的波長。為了從發射藍光/紫外光的InGaN晶片產生白光，使用了黃色螢光粉（包含在黃色擴散樹脂封裝內）。晶片發出的一部分藍光被螢光粉吸收並重新發射為黃光。剩餘的藍光與轉換後的黃光混合，被人眼感知為白色。擴散樹脂含有散射粒子，能隨機化發射光子的方向，從而創造出寬廣且均勻的視角。

13. 技術趨勢與發展

像27-21這樣的SMD LED代表了一項成熟且廣泛採用的技術。業界當前的趨勢集中在幾個以此為基礎的關鍵領域：

• 提升效率（每瓦流明）：磊晶生長、晶片設計和螢光粉技術的持續改進不斷推動發光效率提高，使得在相同電流下能輸出更亮的光，或在相同光輸出下功耗更低、發熱更少。
• 改善顏色品質與一致性：螢光粉配方的進步和更精確的分級技術（例如使用3-5階麥克亞當橢圓進行更嚴格的顏色控制）使得LED具有更優異的顯色指數（CRI）和批次間更一致的色點。
• 微型化：對更小裝置的追求持續進行，導致封裝尺寸進一步縮小（例如2016、1515），同時保持或改善光學性能。
• 增強可靠性與壽命：對更好封裝材料和熱管理技術的研究旨在提高LED的運作壽命與穩定性，特別是在高溫或高濕度條件下。
• 整合解決方案：趨勢正朝向內建驅動器、控制器，甚至單一封裝內含多色晶片（RGB）的LED發展，為終端用戶簡化電路設計。

27-21 LED以其標準化封裝和明確的特性，在這個不斷演進的技術格局中，扮演著可靠的主力元件角色。