SMD LED 24-21/BHC-AP1Q2/2A 資料手冊 - 藍光 - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 20mA

1. 產品概述

24-21 SMD LED 是一款緊湊型表面黏著元件，專為需要微型化與高可靠性的現代電子應用而設計。這款基於 InGaN 晶片技術的藍光 LED，在性能與尺寸間取得平衡，使其適用於自動化組裝製程。

1.1 核心優勢與定位

此元件的首要優勢在於，其佔用面積相較於傳統導線架 LED 顯著縮小。這使得印刷電路板 (PCB) 設計能更小型化、元件裝載密度更高，最終有助於開發更緊湊的終端用戶設備。其輕量化結構進一步提升了其在微型與可攜式應用中的適用性。

1.2 目標市場與應用領域

此LED的目標市場為通用照明與指示應用。關鍵應用領域包括儀表板、開關及符號的背光；電話與傳真機等通訊設備中的狀態指示器與背光；以及需要緊湊型藍光光源的通用照明。

2. 主要特性與合規性

包裝於7英吋直徑捲盤上的8mm載帶，以兼容自動化取放設備。
設計用於標準紅外線與氣相迴焊製程。
單色（藍色）類型。
採用無鉛材料製造。
本產品符合RoHS指令規範。
持續符合歐盟REACH法規要求。
Halogen-free construction: Bromine (Br) <900 ppm, Chlorine (Cl) <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm.

3. 技術參數：深入客觀解讀

3.1 Absolute Maximum Ratings

這些額定值定義了壓力極限，超過此極限可能導致設備永久損壞。不保證在這些極限下或處於這些極限時的操作，為確保可靠性能應予以避免。

Reverse Voltage (V_R): 5V. 在反向偏壓中超過此電壓可能導致接面崩潰。
順向電流 (I_F): 20mA。建議的連續工作電流。
峰值順向電流 (I_FP): 40mA。僅允許在脈衝條件下（工作週期1/10 @ 1kHz）。
Power Dissipation (P_d): 75mW。環境溫度25°C時封裝可承受的最大功耗。
Electrostatic Discharge (ESD): 150V（人體模型）。必須採取適當的靜電放電處理預防措施。
操作溫度（T_opr): -40°C 至 +85°C。正常運作時的環境溫度範圍。
儲存溫度 (T_stg): -40°C 至 +90°C。
焊接溫度 (T_sol): 迴焊：峰值溫度260°C，最長10秒。手工焊接：每接點最高350°C，最長3秒。

3.2 電氣光學特性

於 T_a = 25°C 且 I_F = 20mA 條件下量測，除非另有說明。這些是標準測試條件下的關鍵性能參數。

發光強度 (I_v): 45.0 至 112.0 mcd (毫燭光)。具體輸出由分檔代碼 (P1, P2, Q1, Q2) 決定。適用公差為 ±11%。
視角 (2θ_1/2): 通常為130度。此定義了強度至少為峰值一半的角展範圍。
峰值波長 (λ_p): 通常為468奈米。此為光譜發射強度最高的波長。
主波長 (λ_d): 464.5至476.5奈米。此定義了光線的感知顏色，並已進行分檔 (A9-A12)。適用±1奈米的容差。
頻譜頻寬 (Δλ): 通常為25奈米。此為發射光譜在最大強度一半處的寬度。
順向電壓 (V_F): 2.7V 至 3.7V，在20mA電流下典型值為3.3V。
逆向電流 (I_R): 在 V_R = 5V。本裝置並非設計用於反向偏壓操作。

4. 分級系統說明

為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED會進行分級篩選。

4.1 發光強度分級

分級定義了在 I_F=20mA 時的最小與最大光輸出。

3.2 主波長分級

分檔定義了主波長的範圍，這與藍色色調相關。

5. 性能曲線分析

該數據手冊提供了在T=25°C下測量的多條特性曲線。_a這些對於理解裝置在非標準條件下的行為至關重要。

5.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

此曲線顯示了電流與電壓之間的指數關係。在20mA時，典型的順向電壓為3.3V。設計人員必須使用限流電阻以防止熱失控，因為電壓的微小增加可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加。

5.2 相對發光強度 vs. 正向電流

發光強度隨正向電流增加而增加，但並非線性關係。操作電流超過建議的20mA可能產生更高的輸出，但由於接面溫度升高，將降低效率並縮短元件壽命。

5.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出會隨著環境溫度升高而降低。這條曲線對於在高溫環境下運作的應用至關重要，因為它讓設計師能夠降低預期輸出或實施熱管理。

5.4 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。為確保可靠性，當環境溫度超過25°C時，必須降低工作電流。

5.5 頻譜分佈

發射光譜中心波長約為468奈米（藍色），典型頻寬為25奈米。此資訊對於光學系統設計及色彩敏感應用至關重要。

5.6 Radiation Pattern

極座標圖展示了光強度的空間分佈，證實了130度的視角。此類封裝的輻射模式通常為朗伯分佈或接近朗伯分佈。

6. 機械與封裝資訊

6.1 封裝尺寸

24-21 SMD封裝的標稱尺寸為2.0毫米（長）x 1.25毫米（寬）x 0.8毫米（高）。詳細的機械圖紙規定了所有關鍵尺寸，包括焊盤尺寸（0.6毫米 x 0.55毫米）、間距（焊盤中心間距1.0毫米）以及元件公差（除非另有說明，通常為±0.1毫米）。

6.2 極性識別

陰極通常有標記，常見方式包括凹口、綠點或載帶上不同的焊盤形狀。具體標記方式應參考資料手冊中的封裝圖。

7. 焊接與組裝指南

7.1 回流焊接溫度曲線

建議採用無鉛迴焊溫度曲線：

7.2 手工焊接

若需進行手工焊接：

7.3 儲存與濕度敏感性

元件包裝於含乾燥劑的防潮阻隔袋中。

8. 封裝與訂購資訊

8.1 捲盤與載帶規格

LED 以寬度 8mm 的凸起式載帶包裝，並捲繞於標準 7 英寸直徑的捲盤上。每捲盤包含 2000 顆元件。詳細的捲盤、載帶及封蓋帶尺寸請參閱資料手冊。

8.2 標籤說明

捲盤標籤包含以下代碼：

9. 應用建議與設計考量

9.1 電流限制

An external current-limiting resistor is mandatory. The value can be calculated using Ohm's Law: R = (V_供應 - V_F) / I_F. 使用最大 V_F 根據數據手冊（3.7V）進行最壞情況設計，以確保即使在元件公差下電流也不超過20mA。

9.2 熱管理

雖然封裝尺寸小，但熱管理對於使用壽命至關重要。請確保PCB上LED焊墊下方及周圍有足夠的銅箔區域作為散熱片，特別是在高環境溫度或接近最大電流下工作時。

9.3 光學設計

130度的視角提供了寬廣的照明。如需聚光，則需要次級光學元件（透鏡）。其光譜適用於背光彩色濾光片或作為純藍色指示燈使用。

10. 技術比較與差異化

與傳統的3mm或5mm穿孔式LED相比，24-21封裝佔用更小的空間，可實現更高密度的設計。相較於0402或0603等其他SMD LED，24-21（約0805公制尺寸）由於其較大的尺寸，通常能提供更高的光輸出和更好的熱性能，同時仍顯著小於高功率LED封裝。其與標準迴焊製程的兼容性，使其有別於需要特殊處理的元件。

11. 常見問題（基於技術參數）

11.1 使用5V電源時，我應該使用多大的電阻？

使用典型的V_F 為3.3V和I_F 為20mA：R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85 歐姆。為了進行穩健的設計，使用最大V_F 對於3.7V：R = (5V - 3.7V) / 0.02A = 65 歐姆。標準的68或75歐姆電阻是合適的。務必計算額定功率：P = I²R.

11.2 我可以使用恆流源而不使用電阻來驅動這個LED嗎？

是的，設定為20mA的恆流驅動器是一個絕佳的方法，可以消除因V_F 對公差和電源電壓波動具有較高容忍度，能提供更一致的亮度與更長的使用壽命。

11.3 為什麼發光強度以一個範圍表示？

由於半導體製造中固有的差異，LED會根據輸出進行分選（分檔）。捲盤標籤上的特定檔位（P1、P2、Q1、Q2）標示了該批次保證的最低與最高強度。

11.4 如何解讀波長分檔？

主波長分檔（A9-A12）確保顏色一致性。例如，分檔 A10（467.5-470.5 nm）產生的藍色色調會與分檔 A12（473.5-476.5 nm）略有不同。為了在陣列中獲得均勻的外觀，請指定並使用來自相同波長和光強分檔的 LED。

12. 實際應用範例

情境： 為便攜式消費裝置設計低功耗狀態指示燈。 設計選擇： 選用 24-21 LED 是因其尺寸小巧且適合迴流焊接。選擇藍色作為「電源開啟」指示燈。該裝置在 3.3V 穩壓電源軌上運行。 計算： Using a typical V_F 在20mA下達到3.3V需要接近零的壓降，這將使電流控制無法實現。因此，LED以較低電流驅動，例如10mA，以在節省電力的同時確保足夠的可見度。使用典型的V_F 曲線，在10mA下的V_F 約為3.1V。電阻R = (3.3V - 3.1V) / 0.01A = 20歐姆。選擇一個22歐姆的電阻。LED的功耗為P = V_F * I_F ≈ 3.1V * 0.01A = 31mW，遠低於75mW的額定值。

13. 工作原理介紹

這是一個半導體發光二極體。當施加超過接面內建電位的順向電壓時，電子和電洞會跨越p-n接面注入。在主動區域，這些電荷載子復合，以光子的形式釋放能量。所使用的特定材料（氮化銦鎵 - InGaN）決定了能隙能量，從而決定了發射光的波長（顏色），在此例中屬於藍光光譜。環氧樹脂封裝用於保護半導體晶片、提供機械穩定性，並作為塑造光輸出的初級透鏡。

14. 技術趨勢

諸如24-21這類SMD LED的發展，遵循著產業朝向微型化、更高效率（每瓦流明）以及更高可靠性的廣泛趨勢。InGaN材料品質的進步，使得藍光LED更明亮且更穩定。封裝技術持續演進，以在更小的外形尺寸中改善熱管理，從而讓緊湊型器件能夠承受更高的驅動電流並產生更大的光輸出。焊盤尺寸與焊接曲線的標準化，則有助於將其整合到自動化、大批量的製造流程中。

LED規格術語

LED技術術語完整解釋

光電性能

術語	單位/表示法	簡易說明	為何重要
發光效率	lm/W (流明每瓦)	每瓦電力的光輸出，數值越高代表能源效率越好。	直接決定能源效率等級與電費成本。
光通量	lm (流明)	光源發出的總光量，通常稱為「亮度」。	判斷光線是否足夠明亮。
視角	° (度)，例如：120°	光強度降至一半時的角度，決定光束寬度。	影響照明範圍與均勻度。
CCT (色溫)	K (克耳文)，例如 2700K/6500K	光線的暖色調/冷色調，數值越低偏黃/溫暖，越高偏白/冷冽。	決定照明氛圍與適用場景。
CRI / Ra	無單位，0–100	準確呈現物體顏色的能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、博物館等高要求場所。
SDCM	MacAdam橢圓步階，例如「5步階」	色彩一致性指標，步階數值越小代表色彩一致性越高。	確保同一批次LED的色彩均勻一致。
主波長	nm (奈米)，例如：620nm (紅色)	對應彩色LED顏色的波長。	決定紅色、黃色、綠色單色LED的色調。
Spectral Distribution	波長對強度曲線	顯示跨波長的強度分佈。	影響演色性與品質。

Electrical Parameters

術語	Symbol	簡易說明	設計考量
順向電壓	Vf	點亮LED所需的最低電壓，類似「啟動閾值」。	驅動器電壓必須 ≥Vf，串聯LED的電壓會相加。
順向電流	If	正常LED操作時的電流值。	Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan.
Max Pulse Current	Ifp	短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃爍。	Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage.
逆向電壓	Vr	LED可承受的最大反向電壓，超過此值可能導致擊穿。	電路必須防止反接或電壓尖峰。
Thermal Resistance	Rth (°C/W)	從晶片到焊料的熱傳遞阻力，數值越低越好。	高熱阻值需要更強的散熱能力。
ESD Immunity	V (HBM), e.g., 1000V	承受靜電放電的能力，數值越高表示越不易受損。	生產中需採取防靜電措施，特別是對於敏感的LED。

Thermal Management & Reliability

術語	關鍵指標	簡易說明	影響
接面溫度	Tj (°C)	LED晶片內部實際工作溫度。	每降低10°C可能使壽命倍增；過高會導致光衰、色偏。
Lumen Depreciation	L70 / L80 (小時)	亮度衰減至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED「使用壽命」。
光通維持率	%（例如：70%）	經過一段時間後保留的亮度百分比。	表示長期使用下的亮度保持率。
色偏	Δu′v′ 或 MacAdam 橢圓	使用期間的顏色變化程度。	影響照明場景中的色彩一致性。
Thermal Aging	材料劣化	因長期高溫導致的劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路故障。

Packaging & Materials

術語	Common Types	簡易說明	Features & Applications
封裝類型	EMC, PPA, Ceramic	封裝材料保護晶片，提供光學/熱介面。	EMC：耐熱性好，成本低；陶瓷：散熱更佳，壽命更長。
晶片結構	正面，覆晶	晶片電極排列。	覆晶封裝：散熱更佳、效能更高，適用於高功率。
Phosphor Coating	YAG, Silicate, Nitride	覆蓋藍光晶片，將部分轉換為黃/紅光，混合成白光。	不同的螢光粉會影響光效、CCT和CRI。
透鏡/光學元件	平面、微透鏡、全內反射	表面光學結構控制光線分佈。	決定視角與光分佈曲線。

Quality Control & Binning

術語	分類內容	簡易說明	目的
光通量分檔	代碼，例如 2G, 2H	按亮度分組，每組有最小/最大流明值。	確保同批次亮度均勻一致。
Voltage Bin	代碼，例如 6W、6X	依順向電壓範圍分組。	有助於驅動器匹配，提升系統效率。
Color Bin	5-step MacAdam ellipse	依據色座標分組，確保範圍緊密。	保證色彩一致性，避免燈具內部顏色不均。
CCT Bin	2700K、3000K等	按CCT分組，每組有對應的座標範圍。	滿足不同場景的相關色溫需求。

Testing & Certification

術語	Standard/Test	簡易說明	顯著性
LM-80	光通維持率測試	恆溫長期點亮，記錄亮度衰減。	用於估算LED壽命（配合TM-21）。
TM-21	壽命估算標準	根據LM-80數據估算實際條件下的壽命。	提供科學的壽命預測。
IESNA	照明工程學會	涵蓋光學、電學、熱學測試方法。	業界認可的測試基準。
RoHS / REACH	環境認證	確保不含有害物質（鉛、汞）。	國際市場准入要求。
ENERGY STAR / DLC	能源效率認證	照明設備的能源效率與性能認證。	用於政府採購、補貼計畫，提升競爭力。