SMD LED 19-21 藍光規格書 - 尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 電壓 2.7-3.7V - 功率 75mW - 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，專為需要可靠指示燈或背光解決方案的現代電子應用而設計。其主要優勢在於，相較於傳統引線框架LED，其佔用面積顯著縮小，從而能在印刷電路板上實現更高的元件密度。這種小型化直接促成了更小的終端產品設計、更低的元件儲存需求以及整體重量減輕，使其成為空間受限和便攜式設備的理想選擇。

該元件採用InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片製造，可發出藍光。封裝採用水清樹脂，以實現最大的光輸出。它屬於單色類型，以安裝在7英吋直徑捲盤上的8mm載帶形式供應，兼容高速自動貼片組裝設備。該產品完全符合無鉛焊接製程，包括紅外線和氣相回流焊。此外，它遵循關鍵的環境與安全標準：屬於RoHS（有害物質限制指令）合規版本，符合歐盟REACH法規，並且為無鹵素產品（溴含量<900 ppm，氯含量<900 ppm，總和<1500 ppm）。

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的極限。不保證在這些條件下或超出這些條件下運作。

• 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):20mA（連續）。這是建議的可靠長期運作最大電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):40mA，僅允許在脈衝條件下（1kHz，佔空比1/10）。
• 功率耗散 (P_d):75mW。這是封裝在不超過其熱限值的情況下所能散發的最大功率。
• 靜電放電 (ESD):人體放電模型 (HBM) 額定值為150V。在組裝過程中，採取適當的ESD防護措施至關重要。
• 工作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。元件在此環境溫度範圍內可正常運作。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度 (T_sol):回流焊峰值溫度為260°C，最長持續10秒。手工焊接烙鐵頭溫度不應超過350°C，持續時間不超過3秒。

2.2 電光特性

這些參數是在環境溫度 (T_a) 25°C、順向電流 (I_F) 20mA的標準測試條件下測量，除非另有說明。它們定義了核心的光輸出和電氣性能。

• 發光強度 (I_v):範圍從最小值72.0 mcd到最大值180.0 mcd。典型值落在這個分級範圍內（見第3節）。
• 視角 (2θ_1/2):約100度。這是發光強度降至峰值一半時的全角。
• 峰值波長 (λ_p):典型值為468奈米 (nm)。這是光譜發射最強的波長。
• 主波長 (λ_d):範圍從465.0 nm到475.0 nm。這是人眼感知的單一波長，決定了顏色。
• 光譜頻寬 (Δλ):典型值為25 nm。這是在最大強度一半處測量的發射光譜寬度。
• 順向電壓 (V_F):在20mA時，範圍從2.70V到3.70V。這是LED運作時的跨元件電壓降。
• 逆向電流 (I_R):當施加5V逆向電壓時，最大值為50 μA。該元件並非設計用於逆向偏壓運作。

重要注意事項:公差規定如下：發光強度為±11%，主波長為±1nm，順向電壓為±0.1V。5V逆向電壓條件用於測試I_R only.

3. 分級系統說明

為了確保生產應用中顏色和亮度的一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。這使得設計師能夠選擇符合特定應用需求的元件。

3.1 發光強度分級

在 I_F= 20mA 條件下分級。代碼表示遞增的亮度等級。

• Q1:72.0 – 90.0 mcd
• Q2:90.0 – 112.0 mcd
• R1:112.0 – 140.0 mcd
• R2:140.0 – 180.0 mcd

3.2 主波長分級

在 I_F= 20mA 條件下分級。定義了精確的藍色色調。

• X:465.0 – 470.0 nm
• Y:470.0 – 475.0 nm

3.3 順向電壓分級

在 I_F= 20mA 條件下分級。對於設計限流電路和確保並聯串中亮度均勻性非常重要。

• 10:2.70 – 2.90 V
• 11:2.90 – 3.10 V
• 12:3.10 – 3.30 V
• 13:3.30 – 3.50 V
• 14:3.50 – 3.70 V

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條關鍵的特性曲線，對於理解LED在不同工作條件下的行為至關重要。

4.1 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出隨順向電流增加而增加，但並非線性關係。在較高電流下趨於飽和。顯著高於建議的20mA運作，可能導致亮度增益遞減，同時增加熱量並加速性能衰減。

4.2 相對發光強度 vs. 環境溫度

LED效率隨著接面溫度升高而降低。此曲線通常顯示，隨著環境溫度從-40°C升高到+85°C，光輸出會逐漸下降。在應用中需要適當的熱管理以維持一致的亮度。

4.3 順向電流降額曲線

此圖表定義了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著溫度升高，必須降低最大允許電流，以保持在元件的功率耗散限值內並防止過熱。

4.4 順向電壓 vs. 順向電流

此IV（電流-電壓）特性本質上是指數關係。順向電壓的微小變化會導致電流的大幅變化，這凸顯了使用恆流驅動器或經過精確計算的串聯電阻的關鍵必要性。

4.5 光譜分佈

光譜圖顯示一個以468 nm為中心的單一峰值，證實了單色藍光輸出。典型的25nm頻寬表明了發射光的光譜純度。

4.6 輻射圖

此極座標圖直觀地表示了視角，顯示了從LED中心軸不同角度下的相對發光強度，證實了約100度的視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

19-21 SMD LED具有緊湊的矩形佔位面積。關鍵尺寸（單位：毫米）約為長度2.0mm、寬度1.25mm、高度0.8mm。除非另有說明，公差通常為±0.1mm。封裝具有陰極識別標記，這對於PCB組裝期間的正確方向至關重要。

5.2 極性識別

正確的極性對於運作是強制性的。封裝包含一個明顯的陰極標記。請務必參考封裝圖紙，識別實體元件上的此標記，並使其與PCB焊盤圖案上的相應標記對齊。

6. 焊接與組裝指南

6.1 限流要求

關鍵:必須使用外部限流電阻或恆流驅動電路與LED串聯。指數型的IV特性意味著電源電壓的微小增加可能導致順向電流大幅、可能具有破壞性的激增。

6.2 回流焊溫度曲線

該元件適用於無鉛回流焊。建議的溫度曲線如下：

• 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±5°C內時間:最長10秒。
• 升溫速率:最高3°C/秒，直到217°C，然後最高6°C/秒直到峰值。
• 冷卻速率:建議進行受控冷卻。

注意:同一元件不應進行超過兩次回流焊。

6.3 手工焊接

如果需要手工焊接，需要極度小心：

• 使用烙鐵頭溫度不超過350°C的烙鐵。
• 每個焊點接觸時間限制在最多3秒。
• 使用額定功率25W或更低的烙鐵。
• 焊接每個焊點之間至少間隔2秒，以避免熱應力。

6.4 儲存與濕度敏感性

元件包裝在帶有乾燥劑的防潮屏障袋中。

• 請勿打開袋子，直到準備使用。
• 打開後，未使用的LED應儲存在≤30°C和≤60%相對濕度的環境中。
• 開袋後的"車間壽命"為168小時（7天）。
• 如果元件超過此時間或乾燥劑指示劑變色，則需要進行烘烤：在回流焊前，於60°C ±5°C下烘烤24小時。

6.5 返工與維修

強烈不建議在焊接後進行返工。如果絕對不可避免，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個焊點，並均勻地取下元件，以防止焊點或LED封裝承受機械應力。任何返工後，務必驗證元件功能。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 標準包裝

LED以凸版載帶形式供應在7英吋直徑的捲盤上。每捲包含3000片。載帶寬度為8mm。

7.2 捲帶與載帶尺寸

規格書中提供了捲盤軸心、法蘭和載帶凹槽的詳細機械圖紙，標準公差為±0.1mm。

7.3 標籤資訊

捲盤標籤包含用於追溯性和正確應用的關鍵資訊：

• CPN:客戶零件編號（如已指定）。
• P/N:製造商產品編號（例如，19-21/BHC-ZQ1R2N/3T）。
• QTY:每捲包裝數量。
• CAT:發光強度分級代碼（例如，R1）。
• HUE:主波長/色度分級代碼（例如，X）。
• REF:順向電壓分級代碼（例如，12）。
• LOT No:製造批號，用於追溯。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光照明:由於其體積小、視角均勻，非常適合儀表板指示燈、薄膜開關、鍵盤和符號照明。
• 通訊設備:電話、傳真機和網路硬體的狀態指示燈和背光。
• LCD平面背光:可用於陣列中，為小型LCD顯示器提供側光式照明。
• 通用指示燈用途:廣泛應用於消費性和工業電子產品中的電源狀態、模式選擇和警報指示燈。

8.2 設計考量

• 電路設計:始終實施適當的電流調節。對於簡單的電阻限流設計，使用分級中的最大順向電壓 (V_F) 計算電阻值，以確保在最壞情況下電流永不超過20mA。
• PCB佈局:確保焊盤圖案與建議的佔位面積相符。如果LED將在其最大額定值或接近最大額定值下驅動，請提供足夠的散熱設計。
• 光學設計:水清透鏡提供了寬廣的視角。對於聚焦或漫射光，可能需要外部透鏡或導光板。
• ESD保護:如果LED位於用戶可接觸的位置，由於其150V HBM額定值相對較低，應在敏感線路上加入ESD保護二極體。

9. 技術比較與差異化

與較大的穿孔式LED相比，19-21 SMD封裝為現代電子產品提供了決定性的優勢：

• 尺寸與重量:顯著更小更輕，實現了小型化。
• 組裝成本:實現全自動、高速PCB組裝，降低了勞動力成本。
• 可靠性:表面黏著結構通常比帶引線的元件具有更好的抗振動和機械衝擊能力。
• 熱路徑:SMD封裝可以具有更直接的到PCB的熱路徑，在設計得當時有助於散熱。
• 在SMD藍光LED領域，此元件的關鍵差異化因素是其亮度（高達180mcd）、精確的波長分級以及符合嚴格的無鹵素和REACH標準的特定組合，這對於某些市場和注重環保的設計可能至關重要。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 使用5V電源時應選擇多大的電阻？

使用歐姆定律 (R = (V_電源- V_F) / I_F) 並假設最壞情況（最低）V_F為2.7V以確保電流永不超過20mA：R = (5V - 2.7V) / 0.020A = 115歐姆。應使用最接近的標準較高值（例如，120歐姆）。務必使用您特定分級的實際V_F來驗證電流。

10.2 我可以將此LED驅動至30mA以獲得更亮的光嗎？

不建議這樣做。連續順向電流的絕對最大額定值為20mA。超過此額定值會降低長期可靠性、增加接面溫度並加速流明衰減，可能導致過早失效。

10.3 為什麼儲存與烘烤程序如此重要？

SMD塑膠封裝會從大氣中吸收濕氣。在高溫回流焊過程中，這些被困住的濕氣會迅速膨脹，導致內部分層或"爆米花效應"，使封裝破裂或損壞晶片。濕度敏感性標籤和烘烤程序可防止此類失效模式。

10.4 如何解讀捲帶上的分級代碼（例如 Q1, X, 12）？

這些代碼指定了您LED的性能組別。例如，"Q1"表示發光強度在72-90 mcd之間，"X"表示主波長在465-470 nm之間，"12"表示順向電壓在3.10-3.30V之間。使用同一分級的零件可確保產品中亮度和顏色的一致性。

11. 實務設計與使用案例

情境：設計一個多LED狀態面板。一位設計師正在創建一個帶有十個藍色指示燈LED的控制面板。為了確保亮度均勻，他們指定使用同一發光強度分級（例如R1）的LED。他們使用3.3V電源軌為LED供電。在電阻計算中使用分級14的最大V_F（3.7V）會導致負電阻，因此他們必須使用較低的分級或較高的電源電壓。他們選擇分級12（最大V_F3.3V）。使用典型V_F3.2V計算得出 R = (3.3V - 3.2V) / 0.020A = 5歐姆。需要一個小電阻，且實際電流對V_F的變化非常敏感。在這種情況下，對於多個LED，使用恆流驅動器IC將是比單獨電阻更穩健的解決方案，無論各單元間V_F存在微小差異，都能提供穩定的亮度。

12. 工作原理

19-21 LED基於半導體p-n接面中的電致發光原理運作。有源區由InGaN組成。當施加超過二極體導通閾值的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入有源區。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——在本例中，約468 nm的藍光。水清環氧樹脂封裝劑保護半導體晶片，提供機械穩定性，並作為透鏡來塑造光輸出模式。

13. 技術趨勢

像19-21封裝這樣的SMD LED的發展，是由電子製造業持續趨向小型化、提高效率和更高可靠性的趨勢所驅動。該領域的主要趨勢包括：

• 效率提升:持續的材料科學研究旨在提高InGaN晶片的內部量子效率，從而在相同輸入電流（mA）下產生更高的發光強度（mcd），或在相同輸出下降低功耗。
• 改善熱管理:封裝材料和晶片貼裝技術的進步允許晶片更好的散熱，從而實現更高的驅動電流或在標準電流下改善壽命。
• 增強顏色一致性:更嚴格的分級公差和更先進的晶圓級製造工藝導致主波長和發光強度的變化減小，這對於需要均勻外觀的應用至關重要。
• 更廣泛的環境合規性:如本元件所示，邁向無鹵素和更嚴格的RoHS/REACH合規性正成為標準，反映了業界對環境永續性和材料安全性的關注。
• 整合化:一個更廣泛的趨勢是將控制電子元件（如恆流驅動器或PWM控制器）直接與LED晶片整合到更先進的封裝類型中，從而為終端用戶簡化電路設計。