SMD LED 19-219 亮黃色規格書 - 尺寸 1.6x0.8x0.65mm - 順向電壓 1.7-2.2V - 發光強度 18-45mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-219 是一款表面黏著元件（SMD）LED，能發出亮黃色光。它採用 AlGaInP 晶片技術設計，並以水透明樹脂封裝。其主要優點包括緊湊的外形尺寸、與自動化組裝製程的相容性，以及符合 RoHS、REACH 和無鹵素要求等現代環保與安全標準。

1.1 核心優勢與目標市場

相較於引線框架型 LED，其尺寸顯著縮小，使得印刷電路板（PCB）上的元件密度得以提高，從而降低整體設備的尺寸與重量。這使其特別適合微型化與空間受限的應用。此元件以 8mm 載帶包裝，捲繞於直徑 7 英吋的捲盤上，便於高速自動化取放組裝。其主要目標市場包括消費性電子產品、汽車內裝、通訊設備以及需要可靠、緊湊照明的通用指示器應用。

2. 技術參數深入解析

本節針對 19-219 LED 所規定的關鍵電氣、光學與熱參數，提供詳細且客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限值。這些並非操作條件。

• 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。
• 連續順向電流（I_F）：25 mA。可持續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：60 mA。此電流僅允許在脈衝條件下（1 kHz 頻率，工作週期 1/10）使用，以處理暫態突波。
• 功率消耗（P_d）：60 mW。封裝所能散逸的最大功率，計算方式為 V_F* I_F.
• 靜電放電（ESD）人體模型（HBM）：2000V。表示具有中等程度的 ESD 耐受性；仍須採取標準的 ESD 防護措施。
• 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。元件被規定可在此環境溫度範圍內運作。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：此元件可承受峰值溫度為 260°C、持續時間最長 10 秒的迴焊，或每個端子以 350°C 進行手動焊接，持續時間最長 3 秒。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試條件 I_F= 5 mA 且 T_a= 25°C 下測量，除非另有說明。它們代表典型性能。

• 發光強度（I_v）：18 至 45 毫燭光（mcd）。此寬範圍透過分級系統進行管理（見第 3 節）。公差為 ±11%。
• 視角（2θ_1/2）：130 度（典型值）。這是發光強度降至其峰值一半時的全角，表示具有寬廣的視角模式。
• 峰值波長（λ_p）：591 nm（典型值）。光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：585.5 至 594.5 nm。這定義了感知的顏色（黃色），同樣受分級影響。公差為 ±1 nm。
• 頻譜頻寬（Δλ）：15 nm（典型值）。發射光譜在最大強度一半處的寬度。
• 順向電壓（V_F）：在 5 mA 下為 1.7 至 2.2 V。此範圍透過電壓分級進行管理。公差為 ±0.05V。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R= 5V 時為 10 μA（最大值）。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。

3.1 發光強度分級

分級是根據 I_F=5mA 時的最小與最大發光強度值來定義。

• 分級 M1：18.0 - 22.5 mcd
• 分級 M2：22.5 - 28.5 mcd
• 分級 N1：28.2 - 36.0 mcd
• 分級 N2：36.0 - 45.0 mcd

3.2 主波長分級

LED 根據其精確的主波長進行分組，以維持顏色均勻性。

• 群組 A，分級 D3：585.5 nm
• 群組 A，分級 D4：588.5 nm
• 群組 A，分級 D5：591.5 nm

3.3 順向電壓分級

以 0.1V 為間隔進行分級，以協助電路設計，特別是用於限流電阻計算與電源管理。

• 分級 19：1.7 - 1.8 V
• 分級 20：1.8 - 1.9 V
• 分級 21：1.9 - 2.0 V
• 分級 22：2.0 - 2.1 V
• 分級 23：2.1 - 2.2 V

4. 性能曲線分析

規格書提供了數條特性曲線，對於理解元件在不同操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電流增加而增加，但並非線性關係。在極低電流時，增加幅度較陡峭，但在較高電流時，由於效率下降與熱效應，趨於飽和。這凸顯了在指定電流下驅動 LED 以獲得最佳亮度與壽命的重要性。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

I-V 曲線呈指數關係，是典型的二極體特性。順向電壓的微小變化會導致順向電流大幅改變。這強調了使用恆流驅動器或經過精確計算的串聯電阻，以防止熱失控與元件故障的極端重要性。

4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

LED 的光輸出會隨著接面溫度上升而降低。此曲線量化了降額情況，顯示當環境溫度接近最大操作極限時，發光強度可能顯著下降。在 PCB 上進行有效的熱管理對於維持一致的亮度至關重要。

4.4 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，在高環境溫度下操作時，必須降低順向電流，以使接面溫度保持在安全範圍內。

4.5 頻譜分佈與輻射模式

頻譜圖確認了以約 591 nm 為中心的單色黃光發射。輻射圖說明了類似朗伯分佈的發射模式，具有 130 度的寬廣視角，適合需要廣域照明的應用。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此元件具有緊湊的佔位面積。關鍵尺寸（單位：mm）包括：長度：1.6 ±0.1，寬度：0.8 ±0.1，高度：0.65 ±0.1。陰極可透過封裝底部的特定焊墊形狀或標記來識別。

5.2 建議焊接焊墊佈局

提供了建議的焊墊圖案供 PCB 設計使用，包含陽極與陰極焊墊的尺寸。此設計包含散熱焊盤與適當間距，以確保可靠的焊接與機械穩定性。建議工程師根據其特定的 PCB 製造製程與熱需求修改此圖案。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

規定了無鉛迴焊曲線：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，最長 10 秒。同時定義了最大加熱與冷卻速率，以最小化元件上的熱應力。

6.2 關鍵注意事項

• 電流限制：必須使用外部限流電阻。LED 的指數型 I-V 特性意味著即使電源電壓的微小變化也可能導致破壞性的電流突波。
• 迴焊次數：請勿讓 LED 承受超過兩次的迴焊循環。
• 機械應力：焊接或電路板處理時，避免對 LED 本體施加應力。組裝後請勿彎曲 PCB。
• 手動焊接：如有必要，請使用溫控烙鐵（<350°C），烙鐵頭功率小於 25W。每個端子的接觸時間限制在 3 秒內，引腳之間需有足夠的冷卻間隔。

7. 儲存與處理

此元件對濕氣敏感（MSL）。

• 開封前：儲存於 ≤30°C 且 ≤90% RH 的環境中。
• 開封後：在 ≤30°C/≤60% RH 條件下的車間壽命為 1 年。未使用的元件必須重新密封在含有乾燥劑的防潮袋中。
• 烘烤：若超過儲存時間或乾燥劑指示劑顯示濕氣侵入，請在使用前於 60 ±5°C 下烘烤 24 小時，以去除吸收的濕氣，防止迴焊時發生爆米花現象。

8. 包裝與訂購資訊

標準包裝為每捲 3000 顆，使用 8mm 載帶。提供了捲盤尺寸供自動送料器設定使用。捲盤標籤包含料號、數量、發光強度分級（CAT）、主波長分級（HUE）、順向電壓分級（REF）以及批號等資訊。

9. 應用建議

9.1 典型應用場景

• 汽車內裝：儀表板儀器、開關和控制面板的背光。
• 通訊設備：電話和傳真機中的狀態指示燈與鍵盤背光。
• 消費性電子產品：小型 LCD 的平面背光、開關照明與符號指示器。
• 通用指示：各種電子設備中的電源狀態、模式選擇與警示指示燈。

9.2 設計考量

• 驅動電路：務必使用串聯電阻或恆流驅動器。使用公式 R = (V_supply- V_F) / I_F計算電阻值，並考慮分級範圍內最壞情況的 V_F。
• 熱管理：儘管功率低，若在高環境溫度或接近最大電流下操作，仍需確保足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔，以維持光輸出與使用壽命。
• 光學設計：寬廣的視角適合直接觀看。如需聚焦光線，可能需要外部透鏡。

10. 技術比較與差異化

19-219 LED 的主要差異化在於其結合了極小的 1608 封裝尺寸（1.6x0.8mm）與同級產品中相對較高的發光強度（最高 45 mcd）。採用 AlGaInP 技術提供了高效的黃光發射。其符合無鹵素與嚴格的 RoHS/REACH 標準，使其適合具有嚴格環保法規的全球市場。與較大的穿孔式 LED 相比，它能實現顯著的微型化並節省自動化組裝成本。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：為何限流電阻絕對必要？

答：LED 的順向電壓具有負溫度係數且製造公差緊密。若無電阻，電源電壓的微小上升或 V_F因加熱而下降，都可能導致電流失控增加，從而立即導致故障。

問：我可以持續以 20mA 驅動此 LED 嗎？

答：可以，最大連續順向電流額定值為 25 mA。以 20mA 操作符合規格，但您必須使用降額曲線考慮環境溫度。在高環境溫度下，最大允許電流較低。

問：分級代碼（M1、D4、21）對我的設計有何意義？

答：它們確保同一生產批次內的一致性。例如，使用相同發光強度分級（如 N2）的 LED 可確保陣列中的亮度均勻。使用相同的電壓分級可簡化限流電阻的計算。對於關鍵的色彩應用，指定主波長分級（如 D4）至關重要。

問：如何理解 1 年的車間壽命？

答：一旦防潮袋被打開，元件會吸收大氣中的濕氣。若在受控條件（30°C/60% RH）下一年內未使用，必須在迴焊前重新烘烤，以防止因水氣快速膨脹而導致內部封裝損壞。

12. 實務設計與使用案例

案例：設計一個具有 10 顆均勻黃色 LED 的狀態指示燈面板。

1. 規格：目標順向電流 I_F= 10 mA，以平衡亮度與壽命。電源電壓 V_supply= 5V。
2. 分級選擇：為確保視覺均勻性，指定來自單一發光強度分級（例如 N1：28.2-36.0 mcd）與單一主波長分級（例如 D4：588.5 nm）的 LED。
3. 電阻計算：為保守設計，使用所選電壓分級中的最大順向電壓。若使用分級 22（V_{F_max}= 2.1V），則 R = (5V - 2.1V) / 0.01A = 290 Ω。最接近的標準值（300 Ω）將使 I_F≈ 9.7 mA，此為安全且在目標範圍內。
4. PCB 佈局：使用建議的焊墊佈局放置 LED。可加入連接到陰極焊墊的小面積鋪銅以略微改善散熱。確保限流電阻放置在靠近 LED 陽極的位置。
5. 組裝：遵循指定的迴焊曲線。組裝後，請在低倍率下檢查焊錫角與對齊是否正確。

13. 工作原理簡介

此 LED 的發光基於半導體 p-n 接面中的電致發光原理。晶片材料為磷化鋁鎵銦（AlGaInP）。當施加順向電壓時，來自 n 型區域的電子與來自 p 型區域的電洞被注入活性區域並在此復合。復合過程中釋放的能量以光子（光）的形式發射出來。AlGaInP 合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在本例中為亮黃色（約 591 nm）。水透明環氧樹脂封裝體保護晶片並充當透鏡，塑造輻射模式。

14. 技術趨勢與背景

19-219 LED 代表了成熟的 SMD LED 技術。目前指示燈 LED 的產業趨勢持續聚焦於與此產品相關的幾個領域：進一步微型化（例如 1005、0402 封裝）、提高發光效率（每單位電能輸入產生更多光輸出），以及在惡劣條件（更高溫度、濕度）下增強可靠性。同時，業界也強力推動在單一封裝尺寸內提供更廣泛的光譜選項，並透過更嚴格的分級來改善顏色一致性。本規格書中強調的環保合規性（無鹵素、REACH）現已成為全球市場銷售元件的標準期望，反映了產業對法規與永續發展需求的回應。