目錄
- 1. 產品概述
- 2. 技術參數詳解
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣與光學特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 發光強度分級
- 3.2 主波長分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
- 4.2 發光強度 vs. 順向電流
- 4.3 溫度依存性
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸
- 5.2 極性辨識
- 5.3 捲帶包裝
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊溫度曲線
- 6.2 手工焊接
- 6.3 濕度敏感性與儲存
- 7. 應用建議
- 7.1 典型應用場景
- 7.2 設計考量
- 8. 技術比較與差異化
- 9. 常見問題解答 (基於技術參數)
- 9.1 為何必須使用限流電阻？
- 9.2 我可以用5V電源驅動這顆LED嗎？
- 9.3 峰值波長與主波長有何不同？
- 9.4 為何開封後有嚴格的車間壽命限制？
- 10. 運作原理
- 11. 產業趨勢與背景
1. 產品概述
27-21 SMD LED是一款緊湊型表面黏著元件，專為需要可靠指示或背光功能的現代電子應用而設計。其主要優勢在於相較於傳統引腳框架LED，其佔板面積顯著縮小，從而提高印刷電路板上的元件密度、減少儲存需求，並最終有助於終端設備的小型化。其輕量化結構進一步增強了其在空間受限和可攜式應用中的適用性。
此單色藍光LED採用InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片製成，並封裝於水清樹脂中。它是一款符合RoHS（有害物質限制）指令、歐盟REACH法規及無鹵素標準的無鉛產品，確保環境安全並獲得廣泛市場認可。
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導致元件永久損壞的極限。在此條件下操作不保證正常運作。
- 逆向電壓 (VR):5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
- 連續順向電流 (IF):25 mA。可靠運作的最大直流電流。
- 峰值順向電流 (IFP):100 mA。此電流僅允許在脈衝條件下（1 kHz，工作週期1/10）使用，以處理暫態突波。
- 功率消耗 (Pd):95 mW。在環境溫度(Ta)為25°C時，封裝所能散發的最大功率。在更高溫度下需要降額使用。
- 靜電放電 (ESD):150V (人體放電模型)。在組裝和處理過程中必須遵循正確的ESD處理程序。
- 操作溫度 (Topr):-40°C 至 +85°C。元件正常運作的環境溫度範圍。
- 儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +90°C。
- 焊接溫度:元件可承受峰值溫度260°C、最長10秒的迴焊，或每個端子350°C、最長3秒的手工焊接。
2.2 電氣與光學特性
這些參數是在Ta=25°C 且 IF=20mA的典型工作條件下測量。
- 發光強度 (Iv):範圍從28.5 mcd（最小）到72.0 mcd（最大），典型公差為±11%。這定義了LED的感知亮度。
- 視角 (2θ1/2):130度（典型值）。此寬廣視角確保了從偏軸位置也能有良好的可見度。
- 峰值波長 (λp):468 nm（典型值）。光譜發射最強的波長。
- 主波長 (λd):範圍從464.50 nm到476.50 nm。這定義了光的感知顏色，具有嚴格的±1 nm公差。
- 頻譜頻寬 (Δλ):25 nm（典型值）。在最大強度一半處的發射頻譜寬度（半高全寬）。
- 順向電壓 (VF):範圍從2.70V（最小）到3.70V（最大），在20mA下典型值為3.30V。這對於設計限流電路至關重要。
- 逆向電流 (IR):在VR=5V時最大為50 µA。此參數僅供測試用途；元件不應在逆向偏壓下操作。
3. 分級系統說明
為確保生產中的顏色和亮度一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。
3.1 發光強度分級
LED根據其在IF=20mA下測量的發光強度分為四個等級（N1、N2、P1、P2）。這讓設計師能為其應用選擇合適的亮度等級，確保在多LED陣列中外觀均勻。
- 等級 N1:28.5 – 36.0 mcd
- 等級 N2:36.0 – 45.0 mcd
- 等級 P1:45.0 – 57.0 mcd
- 等級 P2:57.0 – 72.0 mcd
3.2 主波長分級
LED也根據主波長分為四個代碼（A9、A10、A11、A12）。這種嚴格的控制（每級約3 nm）對於需要精確顏色匹配的應用至關重要。
- 等級 A9:464.5 – 467.5 nm
- 等級 A10:467.5 – 470.5 nm
- 等級 A11:470.5 – 473.5 nm
- 等級 A12:473.5 – 476.5 nm
4. 性能曲線分析
雖然規格書中引用了具體圖表，但其含義對設計至關重要。
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
I-V特性是指數性的。順向電壓超過典型值3.3V的微小增加，會導致順向電流大幅且可能具破壞性的增加。這強調了必須使用外部限流電阻或恆流驅動器與LED串聯的絕對必要性。
4.2 發光強度 vs. 順向電流
在額定限制內，發光強度大致與順向電流成正比。低於20mA操作會降低輸出，而超過25mA則有加速劣化和縮短壽命的風險，即使瞬間仍在峰值電流額定值內。
4.3 溫度依存性
LED性能對溫度敏感。隨著接面溫度升高，順向電壓通常會略微下降，而發光強度則可能顯著下降。PCB上充分的熱管理對於維持一致的亮度非常重要，特別是在高密度或封閉式應用中。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸
27-21封裝的標稱尺寸為2.7mm（長）x 2.1mm（寬）x 1.2mm（高），除非另有規定，標準公差為±0.1mm。詳細尺寸圖提供了PCB焊墊圖案設計的關鍵尺寸，包括焊墊大小、間距和元件方向。
5.2 極性辨識
陰極通常由LED封裝上的視覺標記指示，例如凹口、綠點或切角。在放置時必須觀察正確的極性以確保正常運作。
5.3 捲帶包裝
元件以8mm載帶供應於7英吋直徑的捲盤上，與標準自動貼片設備相容。每捲包含3000顆。包裝包含防潮材料：一個帶有乾燥劑和濕度指示卡的鋁箔防潮袋，以保護LED在儲存和運輸過程中免受環境濕氣影響。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴焊溫度曲線
規定了無鉛迴焊溫度曲線。關鍵參數包括：150-200°C之間的預熱階段，持續60-120秒；液相線以上（217°C）時間60-150秒；峰值溫度不超過260°C，最長10秒；以及受控的升溫和冷卻速率以最小化熱衝擊。迴焊不應執行超過兩次。
6.2 手工焊接
若必須進行手工焊接，需要極度小心。使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵，對每個端子加熱不超過3秒，並在端子之間至少間隔2秒冷卻時間。烙鐵功率應為25W或更低，以防止局部過熱。
6.3 濕度敏感性與儲存
LED具有濕度敏感性。密封的防潮袋應在使用前才打開。開封後，未使用的LED必須儲存在30°C或以下、相對濕度60%或以下的環境中。開袋後的車間壽命為168小時（7天）。若超過此時間或乾燥劑顯示飽和，則在使用前需要在60°C ±5°C下烘烤24小時。
7. 應用建議
7.1 典型應用場景
- 背光照明:由於其緊湊尺寸和一致的藍光輸出，非常適合儀表板指示燈、開關照明和符號背光。
- 通訊設備:在電話、傳真機等設備中作為狀態指示燈或鍵盤背光。
- LCD平面背光:可用於小型、低功耗LCD顯示器的陣列中。
- 一般指示用途:適用於消費性和工業電子產品中的電源狀態、模式指示及其他信號功能。
7.2 設計考量
- 電流限制:務必使用一個串聯電阻，其阻值基於電源電壓(VCC)、LED的順向電壓(VF)及所需的順向電流(IF)計算。公式：R = (VCC- VF) / IF。為保守設計，請使用規格書中的最大VF值。
- 熱管理:確保PCB有足夠的銅箔面積連接到LED焊墊以作為散熱片，特別是在以最大額定電流或接近該電流操作時。
- ESD保護:若LED可由使用者接觸，請在敏感的輸入線路上實施ESD保護措施。
8. 技術比較與差異化
27-21 SMD LED在其類別中提供了幾個關鍵優勢。其2.7x2.1mm的佔板面積比許多傳統的3mm或5mm穿孔LED更小，節省了大量電路板空間。130°的寬廣視角相較於窄視角LED提供了更好的偏軸可見度。採用InGaN技術可產生明亮、飽和的藍色光，且效率高。此外，其符合RoHS、REACH和無鹵素標準，使其成為符合嚴格環保法規的全球市場的未來導向選擇。詳細的分級系統為需要視覺一致性的大批量生產提供了設計師所需的可預測性。
9. 常見問題解答 (基於技術參數)
9.1 為何必須使用限流電阻？
LED的I-V特性是非線性的。沒有電阻時，電源電壓的微小增加會導致電流大幅且不受控制的突增，迅速超過25mA的絕對最大額定值並導致立即失效。電阻設定了穩定的工作點。
9.2 我可以用5V電源驅動這顆LED嗎？
可以，但您必須使用串聯電阻。例如，使用5V電源(VCC=5V)、典型的VF為3.3V、目標IF為20mA，電阻值將為R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85歐姆。標準的82或100歐姆電阻是合適的，其額定功率P = I2R = (0.02)2* 85 = 0.034W，因此1/8W或1/10W的電阻已足夠。
9.3 峰值波長與主波長有何不同？
峰值波長(λp)是光譜輸出最高的物理波長。主波長(λd)是一個計算值，對應人眼感知的顏色，考慮了整個發射頻譜和人眼的敏感度。對於像這款藍光LED這樣的單色LED，兩者通常很接近，但λd對於顏色規格更為相關。
9.4 為何開封後有嚴格的車間壽命限制？
SMD LED會透過其塑膠封裝從大氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，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，使封裝破裂並損壞元件。車間壽命和烘烤程序就是為了管理此濕氣含量。
10. 運作原理
此LED是一種半導體光子元件。當施加超過其接面電位（約3.3V）的順向電壓時，電子和電洞被注入InGaN晶片的主動區。這些電荷載子重新結合，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，這直接決定了發射光的波長（顏色）——在此例中，約為468 nm的藍光。水清樹脂封裝保護晶片並充當透鏡，將發射光塑造成指定的130度視角。
11. 產業趨勢與背景
27-21封裝代表了SMD LED市場中一個成熟且廣泛採用的外形尺寸，平衡了尺寸、性能和可製造性。產業持續朝著更小的封裝（例如2016、1608）以實現超小型化，以及更高功率的封裝以用於照明。影響此類元件的關鍵趨勢包括：顯示應用對高色彩準確度和一致分級的需求增加；整合板上IC以實現智慧型LED；以及持續專注於提高發光效率（流明/瓦）和可靠性。此外，環境合規性（RoHS、無鹵素）已從差異化因素轉變為全球供應鏈中大多數電子元件的基本要求。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |