SMD LED 19-21/Y2C-CP1Q2B/3T 規格書 - 尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 電壓 1.75-2.35V - 亮黃色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-21/Y2C-CP1Q2B/3T 是一款表面黏著元件（SMD）LED，專為需要緊湊尺寸與可靠性能的現代電子應用而設計。此元件採用 AlGaInP（磷化鋁鎵銦）半導體晶片，以產生亮黃色的光輸出。LED 封裝於水清樹脂中，此設計能增強光提取效率並提供環境保護。其主要優勢包括相較於傳統引線框架 LED 顯著減小的佔位面積，從而能在印刷電路板（PCB）上實現更高的元件密度、減少儲存需求，並最終有助於終端設備的小型化。其輕量化結構更使其成為便攜式與微型應用的理想選擇。

1.1 主要特色與符合性

• 包裝於 8mm 載帶上，並捲繞於直徑 7 吋的捲盤，以相容於自動化取放組裝設備。
• 設計用於標準紅外線（IR）與氣相迴焊製程。
• 單色型，發射亮黃色光。
• 採用無鉛材料製造。
• 本產品符合 RoHS（有害物質限制指令）。
• 符合歐盟 REACH（化學品註冊、評估、授權和限制）法規。
• 無鹵素結構，溴（Br）與氯（Cl）的個別含量限制為 <900 ppm，其總和限制為 <1500 ppm。

2. 技術規格詳解

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。不保證在此條件下操作。所有數值均在環境溫度（Ta）25°C 下指定。

• 逆向電壓（VR）：5 V。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。可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流（IFP）：60 mA。此為最大脈衝順向電流，僅在 1 kHz 頻率、1/10 工作週期下允許。對於涉及短暫、高強度閃爍的應用至關重要。
• 功率消耗（Pd）：60 mW。元件能以熱形式消散的最大功率，計算方式為順向電壓（VF）乘以順向電流（IF）。
• 靜電放電（ESD）人體模型（HBM）：2000 V。此額定值表示 LED 對靜電的敏感度。在組裝與處理過程中必須遵循適當的 ESD 處理程序。
• 操作溫度範圍（Topr）：-40°C 至 +85°C。元件設計可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍（Tstg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度（Tsol）：對於迴焊，指定峰值溫度為 260°C，最長 10 秒。對於手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過 350°C，每個端子最長 3 秒。

2.2 電光特性

這些參數定義了 LED 在正常操作條件下的性能，除非另有說明，通常在 Ta=25°C 和 IF=20mA 下測量。

• 發光強度（Iv）：範圍從最小值 45.0 mcd 到最大值 112.0 mcd。典型值根據分級代碼（見第 3 節）落在這個範圍內。
• 視角（2θ1/2）：約 100 度。這是發光強度為 0 度（軸上）強度一半時的全角。
• 峰值波長（λp）：典型值約 591 nm。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λd）：範圍從 585.5 nm 到 591.5 nm。這是人眼感知到的、與 LED 光色相匹配的單一波長。
• 頻譜帶寬（Δλ）：典型值 15 nm。這是最大強度一半處的頻譜寬度（半高全寬 - FWHM）。
• 順向電壓（VF）：範圍從 1.75 V 到 2.35 V。在指定順向電流下操作時，LED 兩端的電壓降。
• 逆向電流（IR）：施加 5V 逆向電壓時，最大值為 10 μA。本元件不適用於逆向偏壓操作。

重要注意事項：公差指定為：發光強度 ±11%，主波長 ±1nm，順向電壓 ±0.1V。逆向電壓額定值僅適用於 IR 測試條件。

3. 分級系統說明

為確保生產中顏色與亮度的一致性，LED 根據關鍵參數進行分級。

3.1 發光強度分級

分級定義了在 IF=20mA 時的最小與最大發光強度。

P1: 45.0 - 57.0 mcd

P2: 57.0 - 72.0 mcd

Q1: 72.0 - 90.0 mcd

Q2: 90.0 - 112.0 mcd

3.2 主波長分級

分級定義了顏色一致性。

D3: 585.5 - 588.5 nm

D4: 588.5 - 591.5 nm

3.3 順向電壓分級

分級有助於電流調節的電路設計。

0: 1.75 - 1.95 V

1: 1.95 - 2.15 V

2: 2.15 - 2.35 V

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條對設計至關重要的特性曲線。

4.1 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。電壓超過導通閾值後的微小增加會導致電流大幅增加。這強調了在應用電路中使用限流電阻或恆流驅動器以防止熱失控和元件故障的極端重要性。

4.2 相對發光強度 vs. 環境溫度

LED 的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。曲線通常顯示從低溫到約 25°C 強度逐漸下降，隨後在更高的環境溫度下下降更為明顯。在 LED 於高溫環境中運作的設計中，必須將此因素納入考量，以確保足夠的亮度。

4.3 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。效率（每瓦流明）通常在低於絕對最大額定值的電流下達到峰值。在此最佳點以上操作會降低效率並產生更多熱量。

4.4 頻譜分佈

此圖表繪製了相對強度與波長的關係，顯示在黃色區域（~591 nm）有一個單一峰值，典型頻寬為 15 nm，證實了其單色性質。

4.5 輻射模式

極座標圖說明了光的空間分佈。19-21 封裝通常呈現朗伯或近朗伯模式，提供寬廣、均勻的視角，適用於指示燈和背光應用。

4.6 順向電流降額曲線

此曲線規定了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著環境溫度升高，必須降低最大安全電流，以將接面溫度保持在限制範圍內，並防止加速劣化。

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 mm，除非註明，公差為 ±0.1mm）包括本體長度約 2.0 mm、寬度 1.25 mm、高度 0.8 mm。封裝底部有兩個陽極和陰極端子用於焊接。封裝上清楚標示了陰極識別標記，這對於正確的 PCB 方向至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 電流保護

必須使用外部限流機制（電阻或驅動器 IC）。LED 的指數型 I-V 特性意味著微小的電源電壓波動可能導致大電流湧浪，從而造成瞬間故障。

6.2 儲存與濕度敏感性

LED 包裝在帶有乾燥劑的防潮屏障袋中。

- 在準備使用前請勿打開袋子。

- 打開後，未使用的 LED 應儲存在 ≤30°C 且相對濕度 ≤60% 的環境中。

- 開袋後的 "車間壽命" 為 168 小時（7 天）。

- 如果超過車間壽命或乾燥劑顯示濕氣侵入，在進行迴焊前需要以 60±5°C 烘烤 24 小時，以防止 "爆米花" 損壞。

6.3 迴焊溫度曲線

指定了無鉛迴焊溫度曲線：

- 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，不超過 10 秒。

- 加熱速率：最高 6°C/秒，直至 255°C。

- 冷卻速率：最高 3°C/秒。

- 迴焊次數不應超過兩次。

6.4 手工焊接與返工

若必須進行手工焊接，請使用烙鐵頭溫度 ≤350°C 的烙鐵，對每個端子加熱 ≤3 秒，並使用額定功率 ≤25W 的烙鐵。端子之間至少間隔 2 秒冷卻。強烈不建議進行返工。若不可避免，在移除時應使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以避免對封裝造成機械應力。任何返工後，務必驗證元件功能。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件供應於寬度 8 mm 的凸起載帶上，並捲繞於標準直徑 7 吋（178 mm）的捲盤。每捲包含 3000 個元件。提供了載帶凹槽和捲盤的詳細尺寸，以確保與自動送料器的相容性。

7.2 標籤說明

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（如有指定）。

- P/N：製造商零件編號（例如，19-21/Y2C-CP1Q2B/3T）。

- QTY：捲盤上的元件數量。

- CAT：發光強度分級代碼（例如，P1, Q2）。

- HUE：色度/主波長分級代碼（例如，D3, D4）。

- REF：順向電壓分級代碼（例如，0, 1, 2）。

- LOT No：製造批號，用於品質追蹤。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光：非常適合用於儀表板、控制面板和消費性電子產品上的符號、開關和小區域背光。
• 狀態指示燈：非常適合用於通訊設備（電話、傳真機）、網路硬體和工業控制中的電源、連線或功能狀態指示燈。
• 通用指示：適用於任何需要緊湊、明亮、黃色視覺信號的應用。

8.2 設計考量

• 電流驅動：務必使用串聯電阻或恆流驅動器。使用公式 R = (Vsupply - VF) / IF 計算電阻值，其中 VF 應從分級或規格書中的最大值中選取，以確保在最壞情況下電流不超過限制。
• 熱管理：雖然封裝很小，但請確保 PCB 上有足夠的銅箔面積或散熱墊（如適用）下方有散熱孔，以散發熱量，特別是在接近最大額定值或高環境溫度下操作時。
• ESD 保護：如果 LED 位於使用者可接觸的位置，請在輸入線路上實施 ESD 保護。在處理和組裝過程中，使用接地工作站和手腕帶。
• 光學設計：寬視角使其適用於需要廣泛可見性的應用。對於聚焦光線，可能需要外部透鏡或導光板。

9. 技術比較與差異化

19-21/Y2C-CP1Q2B/3T 在其類別中提供了多項優勢：

尺寸優勢：其 2.0x1.25mm 的佔位面積顯著小於傳統的 3mm 或 5mm 穿孔式 LED，從而實現更密集的 PCB 佈局。

材料技術：與舊技術相比，使用 AlGaInP 半導體材料在黃/橙/紅光譜中提供了高效率與出色的色純度。

可靠性：SMD 結構和堅固的封裝有助於良好的機械穩定性和抗振動性。

符合性：完全符合 RoHS、REACH 和無鹵素標準，使其適用於具有嚴格環保法規的全球市場。

10. 常見問題（FAQ）

Q1：分級代碼的目的是什麼？

A1：分級確保了生產批次內顏色與亮度的一致性。對於需要均勻外觀的應用（例如，多 LED 陣列），建議指定嚴格的分級或從同一批次訂購。

Q2：我可以直接從 3.3V 或 5V 邏輯電源驅動此 LED 嗎？

A2：不行。您必須始終使用限流電阻。例如，使用 3.3V 電源，在 20mA 時典型 VF 為 2.0V，電阻值為 (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65 歐姆。標準的 68 歐姆電阻將是合適的。

Q3：為什麼打開防潮屏障袋後有嚴格的 7 天車間壽命？

A3：SMD 封裝會從大氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些被困住的濕氣會迅速蒸發，導致內部分層或破裂（"爆米花效應"），從而損壞元件。

Q4：如何識別陰極？

A4：封裝上有明顯的陰極標記。在 19-21 封裝上，這通常是陰極端子側的綠色條紋、凹口或倒角。請務必參考封裝尺寸圖以了解具體標記。

11. 實務設計案例研究

情境：為一台便攜式醫療設備設計一個帶有 10 個黃色 LED 的緊湊狀態指示燈面板。

設計步驟：

1. 電路設計：使用共用的 3.3V 電源軌。計算最壞情況下的串聯電阻：R = (3.3V - 2.35V_{最大 VF}) / 0.020A = 47.5 歐姆。選擇一個標準的 47 歐姆，1/10W 電阻。這確保即使 LED 具有最小 VF，電流也永遠不會超過 20.2 mA。

2. PCB 佈局：放置 LED，中心間距至少為 5mm，以確保個別可見性。包含一個連接到陰極焊盤的小銅箔區域以幫助散熱。添加絲印輪廓和極性標記（陽極為 +，陰極為 - 或陰極符號）以使組裝更清晰。

3. 組裝：從相同的發光強度（例如，Q1 分級）和主波長（例如，D4 分級）訂購所有 LED，以確保均勻的亮度和顏色。安排 PCB 組裝時間，以便在打開防潮屏障袋後立即使用 LED。

4. 測試：在設計的操作條件下，驗證面板樣品的順向電壓和光輸出。

12. 工作原理

此 LED 中的光發射基於 AlGaInP 製成的半導體 p-n 接面中的電致發光。當施加超過接面內建電位的順向電壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入到主動區域。在那裡，它們復合，以光子的形式釋放能量。AlGaInP 合金的特定能隙決定了發射光的波長，在本例中為黃色光譜（~591 nm）。水清環氧樹脂封裝劑保護晶片，提供機械支撐，並塑造光輸出模式。

13. 技術趨勢

像 19-21 系列這樣的 SMD LED 趨勢持續朝向：

效率提升：磊晶生長和晶片設計的持續改進產生了更高的每瓦流明（lm/W），在相同光輸出下降低了功耗。

微型化：正在開發更小的封裝尺寸（例如，1.0x0.5mm）用於超緊湊設備。

可靠性增強：改進的封裝材料和製程導致更長的操作壽命，以及在高溫高濕下更好的性能。

智慧整合：更廣泛的市場正看到整合驅動器或控制電路的 LED 的增長，儘管像 19-21 這樣的標準分離式元件對於成本效益高、大批量的指示燈和背光應用仍然至關重要。