SMD LED 12-21/GHC-YR2S2/2C 規格書 - 亮綠色 - 3.5V - 20mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

12-21/GHC-YR2S2/2C 是一款專為現代緊湊型電子應用設計的表面黏著元件（SMD）LED。此元件相較於傳統引線框架型 LED 有顯著進步，在電路板空間利用、組裝效率與整體系統微型化方面提供顯著優勢。其核心優勢在於極小的佔位面積，這直接有助於印刷電路板（PCB）上更高的元件密度、降低儲存需求，並最終實現更小更輕的終端用戶設備。其封裝的輕量化特性使其特別適合重量與空間為關鍵限制因素的應用。

此 LED 屬於單色型，發出亮綠色光。它採用 InGaN（氮化銦鎵）晶片材料製成，並封裝於水清樹脂中。此組合決定了其特定的光學特性。本產品完全符合當代環境與安全標準，為無鉛（Pb-free）產品，符合歐盟 REACH 法規，並歸類為無鹵素，對溴（Br）與氯（Cl）含量有嚴格限制。

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

在超出這些限制的條件下操作可能導致永久性損壞。額定值是在環境溫度（Ta）為 25°C 時指定的。

• 反向電壓（V_R）：5 V。在反向偏壓下超過此電壓可能損壞半導體接面。
• 連續順向電流（I_F）：25 mA。這是可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為 1/10，頻率為 1 kHz。
• 功率消耗（P_d）：95 mW。這是封裝在不超過其熱限制下所能消耗的最大功率。
• 靜電放電（ESD）人體模型（HBM）：150 V。這表示元件對靜電的敏感度；必須遵循適當的 ESD 處理程序。
• 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度（T_sol）：元件可承受峰值溫度為 260°C、持續時間最長 10 秒的迴焊。對於手工焊接，烙鐵頭溫度不得超過 350°C，且每個接腳的接觸時間應限制在 3 秒內。

2.2 電光特性

這些參數定義了在正常工作條件下的光輸出與電氣行為，通常是在 I_F= 20 mA 且 Ta = 25°C 時。

• 發光強度（I_v）：範圍從最小 140 mcd 到最大 285 mcd，典型容差為 ±11%。此為光源感知亮度的量測。
• 視角（2θ_1/2）：120 度（典型值）。此寬視角使 LED 適合需要廣泛可見度的應用。
• 峰值波長（λ_p）：518 nm（典型值）。這是光學發射最強的波長。
• 主波長（λ_d）：範圍從 520 nm 到 535 nm，容差為 ±1 nm。此波長與感知顏色（綠色）最為相關。
• 頻譜帶寬（Δλ）：35 nm（典型值）。這表示圍繞峰值發射的波長範圍。
• 順向電壓（V_F）：典型值為 3.5 V，在 20 mA 時最大值為 4.3 V，容差為 ±0.1 V。這是 LED 工作時兩端的電壓降。
• 反向電流（I_R）：在 V_R= 5 V 時，最大值為 50 μA。這是元件處於反向偏壓時的小漏電流。

3. 分級系統說明

為確保亮度與顏色的一致性，LED 會根據量測到的性能進行分級。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 I_F= 20 mA 時量測到的發光強度，分為三個等級（R2、S1、S2）。

• 等級 R2：140 mcd（最小）至 180 mcd（最大）
• 等級 S1：180 mcd（最小）至 225 mcd（最大）
• 等級 S2：225 mcd（最小）至 285 mcd（最大）

3.2 主波長分級

LED 也會根據其主波長進行分級，以控制綠色的色調。

• 等級 X：520 nm（最小）至 525 nm（最大）
• 等級 Y：525 nm（最小）至 530 nm（最大）
• 等級 Z：530 nm（最小）至 535 nm（最大）

特定的分級代碼（例如，料號中的 YR2S2）表示特定單元的波長與強度分級組合，讓設計師能夠選擇特性緊密匹配的 LED，以在多 LED 陣列中實現均勻的外觀。

4. 性能曲線分析

規格書中參考了典型的電光特性曲線。雖然具體圖表未以文字重現，但它們通常包含以下對設計至關重要的關係：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）：此非線性曲線顯示電壓如何隨電流增加。在建議的 20mA 下操作可確保在指定的 V_F range.
• 發光強度 vs. 順向電流：顯示光輸出如何隨電流增加，直至達到最大額定值。它強調了控制亮度時，電流調節（而非電壓調節）的重要性。
• 發光強度 vs. 環境溫度：通常顯示光輸出隨溫度升高而降低。這對於在高溫環境中運作的應用至關重要。
• 頻譜分佈：相對強度與波長的關係圖，以 518 nm 峰值為中心，具有 35 nm 的頻寬，確認了純綠色的光發射。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

12-21 SMD LED 具有緊湊的矩形封裝。關鍵尺寸（單位為 mm，除非另有說明，一般容差為 ±0.1mm）包括總長度、寬度和高度。封裝底部有兩個陽極/陰極接腳用於表面黏著。設計包含清晰的極性標記（通常是陰極側的凹口或綠點），以確保組裝時方向正確。精確的尺寸圖提供了 PCB 焊墊佈局設計的關鍵資訊，以確保正確的焊接和機械穩定性。

5.2 運輸與儲存包裝

LED 以防潮包裝供應，以防止環境濕氣損壞，這對於符合 MSL（濕度敏感等級）至關重要。它們被裝入 8mm 寬的載帶中，然後捲繞在直徑 7 英吋的捲盤上。每捲包含 2000 個元件。包裝內含乾燥劑，並密封在鋁製防潮袋中。袋上標籤包含可追溯性和識別所需的基本資訊，包括產品編號（P/N）、數量（QTY）以及發光強度（CAT）、主波長/色調（HUE）和順向電壓（REF）的特定分級代碼。

6. 焊接與組裝指南

6.1 關鍵注意事項

• 電流限制：外部限流電阻是絕對必要的。LED 的順向電壓具有負溫度係數，若直接由電壓源驅動，輕微的變化可能導致電流大幅且具破壞性的增加。
• 儲存與處理：在準備使用前不應打開包裝袋。打開前，儲存於 ≤30°C 且 ≤90% RH 的環境中。打開後，在 ≤30°C 且 ≤60% RH 的環境下，"車間壽命"為 168 小時。未使用的零件必須重新密封並放入乾燥劑。超過儲存條件則需要在 60±5°C 下烘烤 24 小時。
• 迴焊：指定了無鉛溫度曲線。關鍵參數包括預熱在 150-200°C 之間持續 60-120 秒，液相線以上（217°C）時間為 60-150 秒，峰值溫度不超過 260°C 且最長持續 10 秒。迴焊不應執行超過兩次。
• 手工焊接：如有必要，使用烙鐵頭溫度 ≤350°C、功率 ≤25W 的烙鐵，並將每個接腳的接觸時間限制在 3 秒內。接腳之間至少間隔 2 秒冷卻時間。加熱時避免對封裝施加應力。
• 維修：強烈不建議在焊接後進行維修。若不可避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個接腳，以防止機械應力。必須事先驗證對 LED 特性的影響。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 背光：由於其尺寸小、亮度高，非常適合用於汽車儀表板、控制面板、開關和按鈕上的指示燈背光。
• 通訊設備：用作電話、傳真機和網路硬體中的狀態指示燈和鍵盤背光。
• LCD 面板背光：適合小型 LCD 顯示器、符號或圖例後方的平面背光需求。
• 一般指示燈用途：適用於各種消費性和工業電子產品中的電源指示燈、狀態燈和裝飾照明。

7.2 設計考量

• 驅動電路：務必使用恆流驅動器或帶有串聯電阻的電壓源。使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F計算電阻值，其中 V_F應取最大值（4.3V）以進行穩健設計。
• 熱管理：雖然功耗低，但仍需確保 PCB 佈局提供足夠的散熱措施，尤其是在多個 LED 聚集或在高環境溫度下運作時，因為熱量會降低光輸出和使用壽命。
• 光學設計：120 度的視角提供了廣泛的可見度。對於聚焦光束，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，應在輸入線路上實施 ESD 保護，因為 150V HBM 額定值表明其具有中等敏感度。

8. 技術比較與差異

與舊式穿孔 LED 封裝（例如 3mm 或 5mm LED）相比，12-21 SMD 格式具有決定性優勢：

• 尺寸與密度：尺寸大幅縮小，實現了穿孔元件無法達成的現代微型化設計。
• 組裝成本與速度：完全兼容高速自動取放和迴焊設備，相較於手動插入和焊接，減少了組裝時間和成本。
• 性能一致性：SMD 製造和分級過程通常能實現批次間更一致的光學和電氣參數。
• 可靠性：堅固的結構和表面黏著方式可以提供更好的抗振動和機械衝擊能力。

在 SMD LED 類別中，亮綠色（透過 InGaN 實現）、寬視角以及針對強度和波長的詳細分級系統的特定組合，使此元件適合需要顏色一致性和多個單元間亮度均勻的應用。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：既然指定了順向電壓，為何還需要串聯電阻？

答：順向電壓是二極體的特性，並非穩定的工作點。它在不同單元間略有差異（容差），並隨溫度升高而降低。即使將其連接到僅略高於其 V_F的電壓源，也可能導致電流不受控制地上升（熱失控），從而立即失效。電阻提供了線性、穩定的電流限制。

問：分級代碼（YR2S2）是什麼意思？為什麼它們很重要？

答：這些代碼指定了 LED 的確切性能子組。'Y' 表示主波長等級（525-530nm），'R2' 和 'S2' 是發光強度等級。對於使用多個 LED 的應用（例如陣列或背光），訂購相同分級代碼的零件可確保視覺上顏色和亮度均勻，這對產品品質至關重要。

問：我可以用 5V 電源驅動這個 LED 嗎？

答：可以，但必須使用限流電阻。例如，目標 I_F=20mA，並考慮最壞情況的 V_F為 4.3V：R = (5V - 4.3V) / 0.020A = 35 歐姆。應選擇最接近的標準值（33 或 39 歐姆），並計算電阻的額定功率（P = I²R）。

問：儲存和烘烤說明有多重要？

答：非常重要。SMD 封裝會吸收空氣中的濕氣。在迴焊過程中，這些被困住的濕氣可能迅速汽化，導致內部分層或"爆米花效應"，使封裝破裂並損壞 LED。遵循儲存和烘烤程序可防止此類故障模式。

10. 應用限制免責聲明

本產品專為商業和工業電子產品中的通用指示燈和背光應用而設計。未經事先諮詢和資格認證，明確不具備資格或不建議用於高可靠性或安全關鍵系統。此類系統包括但不限於：

• 軍事、航太或航空設備。
• 汽車安全系統（例如煞車燈、安全氣囊指示燈）。
• 醫療生命維持或診斷設備。

對於這些應用，需要具有更寬溫度範圍、更高可靠性篩選和不同資格標準的產品。僅保證本文件指定條件下作為單一元件的性能。在這些規格之外使用本產品將使任何性能或可靠性保證失效。