SMD LED 17-21 亮黃色規格書 - 封裝尺寸 1.6x0.8x0.6mm - 電壓 1.75-2.35V - 功率 60mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

17-21 SMD LED 是一款專為高密度 PCB 應用設計的表面黏著元件。它採用 AlGaInP 半導體技術，可產生亮黃色的光輸出。此元件的主要優勢在於其微型佔位面積，尺寸為 1.6mm x 0.8mm x 0.6mm，與傳統引腳式 LED 相比，能在電路板上顯著節省空間。這種尺寸的縮減直接有助於實現更小的終端產品設計、減少元件儲存需求，並提高 PCB 上的元件密度。該元件重量輕，非常適合重量是關鍵因素的便攜式和微型電子應用。

此 LED 被歸類為單色型，並使用無鉛材料製造。它符合主要的環境與安全法規，包括歐盟 RoHS 指令、歐盟 REACH 法規，並被歸類為無鹵素，溴（Br）和氯（Cl）含量均低於 900 ppm，且總和低於 1500 ppm。產品以 8mm 寬的載帶包裝，捲繞在直徑 7 英吋的捲盤上，完全相容於標準自動化貼片組裝設備。其設計亦能承受常見的焊接製程，包括紅外線迴焊和氣相迴焊。

2. 技術規格與深度客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。這些數值並非用於正常操作。

• 逆向電壓（VR）：28.50 - 36.00 mcd
• 順向電流（IF）：25mA DC。這是為確保可靠運作所建議的最大連續電流。
• 峰值順向電流（IFP）：60mA。此額定值適用於脈衝條件，工作週期為 1/10，頻率 1kHz。它允許短時間的高亮度，但不應用於連續驅動。
• 功率損耗（Pd）：60mW。這是封裝在環境溫度（Ta）為 25°C 時，能以熱形式散發的最大功率。在更高溫度下可能需要降額使用。
• 靜電放電（ESD）：2000V（人體放電模型）。這表示具有中等程度的 ESD 敏感性。在組裝和處理過程中，適當的 ESD 處理程序至關重要。
• 操作溫度（Topr）：-40°C 至 +85°C。該元件額定用於工業級溫度範圍應用。
• 儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：該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，烙鐵頭溫度不應超過 350°C，且每個端子的接觸時間應限制在 3 秒內。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試條件 Ta=25°C 和 IF=20mA 下測量的，除非另有說明。它們定義了 LED 的光學和電氣性能。

• 發光強度（Iv）：範圍從最小值 28.50 mcd 到最大值 72.00 mcd。典型值在此範圍內。發光強度的容差為 ±11%。
• 視角（2θ1/2）：典型值為 140 度。此寬視角使 LED 適合需要廣角照明或多角度可見性的應用。
• 峰值波長（λp）：典型值為 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 585.50 nm 到 591.50 nm。這是人眼感知到的、與 LED 光色相匹配的單一波長。規定了 ±1nm 的嚴格容差。
• 頻譜帶寬（Δλ）：典型值為 15 nm。這定義了在半最大強度（FWHM）處的發射頻譜寬度。
• 順向電壓（VF）：在 IF=20mA 時，範圍從 1.75V 到 2.35V。註明容差為 ±0.1V。此參數對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流（IR）：在 VR=5V 時，最大值為 10 μA。規格書明確指出該元件並非為逆向操作而設計；此測試僅用於特性描述。

3. 分級系統說明

為確保生產的一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。這使得設計師可以為其應用選擇符合特定性能標準的元件。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 20mA 下測得的發光強度分為四個等級（N1, N2, P1, P2）。

• N1：.50 - 36.00 mcd
• N2：36.00 - 45.00 mcd
• P1：45.00 - 57.00 mcd
• P2：57.00 - 72.00 mcd

3.2 主波長分級

顏色（色調）通過將主波長分為兩組來控制。

• D3：585.50 - 588.50 nm
• D4：588.50 - 591.50 nm

3.3 順向電壓分級

順向電壓分級有助於電源設計，並將具有相似電氣特性的 LED 歸類。

• 等級 0：1.75 - 1.95 V
• 等級 1：1.95 - 2.15 V
• 等級 2：2.15 - 2.35 V

這些分級代碼的組合（例如，CAT 代表強度，HUE 代表波長，REF 代表電壓）通常會標示在產品包裝標籤上，以便進行精確的元件選擇。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型的電光特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但此類 LED 的標準曲線通常包括：

• 相對發光強度 vs. 順向電流：此曲線顯示光輸出如何隨電流增加，通常在較高電流下由於熱效應而呈現次線性增長。
• 順向電壓 vs. 順向電流：這是二極體的 I-V 特性曲線，顯示了指數關係。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：此曲線展示了熱淬滅效應，即光輸出隨著接面溫度升高而降低。
• 光譜功率分佈：顯示各波長發光強度的圖表，以 591 nm 的峰值波長為中心，典型頻寬為 15 nm。

這些曲線對於理解元件在非標準條件（不同電流或溫度）下的行為，以及優化驅動電路以提高效率和壽命至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

17-21 SMD LED 採用緊湊的矩形封裝。關鍵尺寸（單位：mm）包括本體長度 1.6、寬度 0.8、高度 0.6。端子焊盤設計用於可靠焊接。封裝上有一個陰極識別標記，這對於組裝時的正確方向至關重要。所有未指定的公差為 ±0.1mm。

5.2 極性辨識

正確的極性對於 LED 運作至關重要。封裝具有一個獨特的標記來識別陰極（-）端子。設計師必須確保 PCB 焊盤圖案包含相應的標記，並且組裝過程能正確對齊元件。

6. 焊接與組裝指南

正確的操作對於維持元件可靠性和性能至關重要。

6.1 電流限制

必須使用外部限流電阻。LED 的指數型 I-V 特性意味著電壓的微小增加會導致電流大幅且可能具破壞性的增加。電阻值應根據電源電壓、LED 的順向電壓（為安全起見，使用分級或規格書中的最大值）和所需的順向電流（不超過 25mA 連續）來計算。

6.2 儲存與濕度敏感性

產品包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。為防止在迴焊過程中因濕氣造成損壞（"爆米花效應"），必須採取以下預防措施：

• 在準備使用前，請勿打開防潮袋。
• 打開後，若儲存條件 ≤30°C 且 ≤60% RH，請在 168 小時（7 天）內使用元件。
• 如果超過暴露時間或乾燥劑顯示已飽和，則在進行迴焊前，需要在 60±5°C 下烘烤 24 小時。

6.3 迴焊溫度曲線

規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，保持時間最長 10 秒。
• 升溫速率：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。加熱過程中避免對封裝施加機械應力，焊接後請勿彎曲 PCB。

6.4 手工焊接與返修

若必須進行手工焊接，請使用烙鐵頭溫度 ≤350°C、功率 ≤25W 的烙鐵。每個端子的接觸時間必須 ≤3 秒。焊接每個端子之間至少間隔 2 秒冷卻時間。強烈不建議進行返修。若不可避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以防止矽晶片承受熱應力。返修對 LED 特性的影響必須事先驗證。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

LED 以帶有適合 17-21 封裝口袋的凸版載帶供應。載帶寬度為 8mm，捲繞在標準直徑 7 英吋（178mm）的捲盤上。每捲包含 3000 顆。規格書中提供了詳細的捲盤和載帶尺寸，以確保與自動送料器的相容性。

7.2 標籤資訊

包裝標籤包含幾個關鍵代碼：

• P/N：產品編號（例如，17-21/Y2C-CN1P2B/3T）。
• QTY：包裝數量（3000 顆/捲）。
• CAT：發光強度等級（例如，N1, P2）。
• HUE：色度/主波長等級（例如，D3, D4）。
• REF：順向電壓等級（例如，0, 1, 2）。
• LOT No：可追溯批號。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光：非常適合用於汽車儀表板、消費性電子和工業控制面板中的指示燈、符號和開關背光。
• 狀態指示燈：非常適合用於通訊設備（電話、傳真機）、網路硬體和家電中的電源、連線和狀態指示燈。
• LCD 平面背光：可用於陣列，為小型單色或分段式 LCD 顯示器提供均勻背光。
• 通用指示：適用於任何需要明亮、可靠且緊湊的視覺指示器的應用。

8.2 設計考量

• 驅動電路：始終使用恆流驅動器或帶有串聯電阻的電壓源。計算電阻值時，請考慮順向電壓分級，以確保不同生產批次的亮度一致。
• 熱管理：雖然功率較低，但若在高環境溫度或接近最大電流下運作，仍需確保足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔，以管理接面溫度並維持光輸出和壽命。
• ESD 保護：如果 LED 位於暴露位置（例如面板指示燈），請在敏感線路上加入 ESD 保護二極體。
• 光學設計：140 度的寬視角在需要更聚焦光束時，可能需要導光板或擴散片。為獲得最佳可見度，請考慮與背景的對比度。

9. 技術比較與差異化

17-21 LED 在其類別中提供特定優勢：

• 相較於較大的 SMD LED（例如 3528, 5050）：17-21 提供了顯著更小的佔位面積，實現了超小型化設計。代價通常是較低的最大光輸出和功率處理能力。
• 相較於引腳式 LED：它消除了對通孔安裝的需求，實現了全自動組裝，減小了電路板尺寸，並通過消除彎曲的引腳提高了機械穩固性。
• 相較於其他黃色 LED：與 GaP 上的 GaAsP 等舊技術相比，使用 AlGaInP 技術通常為黃色和琥珀色提供更高的發光效率和更好的色彩飽和度。
• 關鍵差異點：其結合了極小的 1.6x0.8mm 佔位面積、140 度寬視角、符合無鹵素和其他環境標準，以及針對顏色和強度一致性的詳細分級。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1：使用 5V 電源時，我應該使用多大的電阻值？

A：為安全起見，使用最大 VF 值 2.35V（來自等級 2）和目標 IF 值 20mA：R = (電源電壓 - VF) / IF = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 歐姆。使用最接近的標準值（例如 130 或 150 歐姆）。務必在電路中驗證實際電流。

Q2：我可以將此 LED 驅動在 30mA 以獲得更高亮度嗎？

A：不行。連續順向電流（IF）的絕對最大額定值為 25mA。在 30mA 下操作超過此額定值，將降低可靠性和壽命，並可能因過熱導致立即故障。

Q3：視角是 140 度。如何獲得更聚焦的光束？

A：您需要使用外部光學元件，例如放置在 LED 上方的透鏡。原生封裝發出的是寬廣的朗伯分佈圖案。

Q4：我的自動光學檢測（AOI）系統在辨識陰極標記時遇到困難。PCB 上有推薦的極性辨識方法嗎？

A：有的。PCB 焊盤圖案應包含與封裝陰極標記相匹配的絲印或銅箔特徵。確保貼片機的視覺系統已編程以識別這種不對稱性。請參考封裝尺寸圖以獲取標記的確切位置。

Q5：如果袋子已經打開 10 天，我需要烘烤元件嗎？

A：需要。規格書規定打開防潮袋後的"車間壽命"為 168 小時（7 天）。由於 10 天（240 小時）超過了此期限，您必須在對 LED 進行迴焊之前執行烘烤處理（60±5°C，24 小時），以防止濕氣相關的損壞。

11. 實際應用案例分析

情境：為便攜式醫療設備設計一個緊湊的多狀態指示燈面板。

需求：設備需要在前面板非常有限的空間內設置 6 個獨立的狀態指示燈（電源、電池電量低、藍牙、錯誤、模式 A、模式 B）。指示燈必須在各種照明條件下清晰可見，功耗極低，並能承受消毒劑清潔。

設計實作：

1. 元件選擇：選擇 17-21 亮黃色 LED 用於所有指示燈，因為其尺寸小（允許 6 顆 LED 以間距排成一列）、亮度良好，且寬視角確保從不同角度都可見。
2. 電路設計：使用共用的 3.3V 電源軌。使用典型 VF 值 2.0V 和 IF=15mA（以平衡亮度和省電），計算限流電阻：R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A ≈ 87 歐姆。為每個 LED 選擇 91 歐姆、容差 1% 的電阻，以確保亮度均勻。
3. PCB 佈局：LED 以中心距 3mm 放置。PCB 焊盤圖案根據規格書建議的焊盤佈局設計，在陰極焊盤旁有清晰的絲印點。省略 LED 周圍的小面積接地鋪銅，以簡化焊接和清潔。
4. 面板設計：前面板有直徑 1.2mm 的孔，與每個 LED 對齊。在面板後方放置一層薄薄的乳白色擴散膜，以柔化 LED 的光斑並形成均勻的發光點。
5. 軟體控制：微控制器通過配置為開汲極輸出（內部上拉禁用）的 GPIO 引腳驅動每個 LED，將電流通過 LED/電阻對引導至地。
6. 結果：一個乾淨、專業的指示燈面板，滿足所有尺寸、可見度和可靠性要求。在物料清單中指定一致的分級（例如 CAT=P1 或更高，HUE=D4）確保了所有單元具有統一的顏色和亮度。

12. 技術原理介紹

17-21 LED 基於生長在基板上的磷化鋁鎵銦（AlGaInP）半導體材料。當施加超過二極體導通電壓（約 1.8V）的順向電壓時，電子和電洞分別從 n 型和 p 型層注入到主動區。這些電荷載子以輻射方式復合，以光子的形式釋放能量。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）。對於亮黃色，峰值波長被設計為約 591 nm。透明環氧樹脂封裝體保護半導體晶片，作為透鏡塑造光輸出（有助於形成 140 度視角），並且可能含有螢光粉或染料，儘管對於這種單色類型，很可能未經修飾以保持色彩純度。

13. 產業趨勢與發展

像 17-21 這樣的微型 SMD LED 市場持續發展。影響此產品領域的主要趨勢包括：

• 效率提升：持續的材料科學和晶片設計改進旨在從相同或更小的封裝尺寸中提供更高的發光效率（每單位電功率產生更多光輸出）。
• 可靠性增強：來自汽車和工業應用的需求正在推動高溫性能、耐濕性和壽命的改進。
• 更嚴格的顏色分級：需要精確顏色匹配的應用，例如多 LED 指示燈或背光陣列，正推動製造商朝向更窄的主波長和發光強度分級容差。
• 整合化：將多個 LED 晶片、限流電阻甚至控制 IC 整合到單一封裝模組中的趨勢，以簡化終端用戶電路設計並節省電路板空間。
• 環境合規性：像 RoHS 和 REACH 這樣的法規變得越來越嚴格和全球化，使得完整的材料聲明和無鹵素合規成為標準期望，而非差異化優勢。

像 17-21 這樣的元件代表了滿足基本指示需求的成熟且優化的解決方案，未來的迭代可能會專注於上述趨勢，而非對此超微型類別的外形尺寸進行根本性改變。