目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與產品定位
- 2. 技術規格與深入解讀
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電光特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 發光強度分級
- 3.2 主波長分級
- 3.3 順向電壓分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 光譜分佈
- 4.2 相對發光強度 vs. 順向電流
- 4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度
- 4.4 順向電流降額曲線
- 4.5 順向電壓 vs. 順向電流 (I-V 曲線)
- 4.6 輻射圖形
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸
- 5.2 極性辨識
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 電流限制
- 6.2 儲存與濕度敏感性
- 6.3 迴流焊接溫度曲線
- 6.4 手工焊接與返修
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 捲帶與載帶規格
- 7.2 標籤說明
- 8. 應用建議
- 8.1 典型應用場景
- 8.2 設計考量
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題 (FAQ)
- 11. 實務設計案例研究
- 12. 技術原理介紹
- 13. 產業趨勢與發展
1. 產品概述
19-21/S2C-AL2M2VY/3T 是一款採用 AlGaInP 晶片技術的表面黏著元件 (SMD) LED，能發出亮橘色光。此元件專為現代化、緊湊的電子組裝而設計，在電路板空間利用與自動化製造流程方面提供顯著優勢。
1.1 核心優勢與產品定位
此 LED 的主要優勢在於其微型佔位面積。相較於傳統引線框架型 LED，其尺寸顯著縮小，使得設計更小的印刷電路板 (PCB)、更高的元件封裝密度、減少儲存空間需求，最終創造出更緊湊的終端用戶設備成為可能。其輕量化結構進一步使其成為尺寸與重量為關鍵限制條件的應用之理想選擇。
此 LED 為單色型、無鉛 (Pb-free)，並符合主要環境與安全法規，包括 RoHS、歐盟 REACH 以及無鹵素標準 (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm)。它以 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑的捲盤上供應，使其完全相容於大量電子製造中使用的標準自動貼片設備。此元件亦相容於紅外線與氣相迴流焊接製程。
2. 技術規格與深入解讀
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其性能。
- 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。
- 順向電流 (IF):25mA (連續)。
- 峰值順向電流 (IFP):60mA (在 1/10 工作週期與 1kHz 頻率下)。此額定值僅適用於脈衝操作。
- 功率消耗 (Pd):60mW。這是封裝在不超過其熱極限下所能消耗的最大功率。
- 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM):2000V。這表示具有中等程度的 ESD 敏感性；需要適當的 ESD 處理程序。
- 操作溫度 (Topr):-40°C 至 +85°C。此元件額定適用於工業溫度範圍應用。
- 儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +90°C。
- 焊接溫度:對於迴流焊接，規定峰值溫度為 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
這些參數是在環境溫度 (Ta) 25°C 與順向電流 (IF) 5mA 的標準測試條件下量測，除非另有說明。
- 發光強度 (Iv):範圍從最小值 14.5 mcd 到最大值 28.5 mcd。典型值落在此範圍內。適用 ±11% 的公差。
- 視角 (2θ1/2):半強度角典型為 100 度，表示具有寬廣的視角圖形。
- 峰值波長 (λp):典型值為 611 nm。
- 主波長 (λd):範圍從 600.5 nm 到 612.5 nm，公差為 ±1 nm。此參數定義了感知的顏色。
- 頻譜頻寬 (Δλ):典型值為 17 nm，於半峰值強度處量測 (半高全寬)。
- 順向電壓 (VF):在 IF=5mA 時，範圍從 1.70V 到 2.20V，公差為 ±0.05V。
- 逆向電流 (IR):當施加 5V 逆向電壓 (VR) 時，最大值為 10 μA。重要注意事項:此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此測試條件僅用於漏電流特性描述。
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
於 IF= 5mA 條件下分級。
- L2:14.5 mcd 至 18.0 mcd
- M1:18.0 mcd 至 22.5 mcd
- M2:22.5 mcd 至 28.5 mcd
3.2 主波長分級
於 IF= 5mA 條件下分級。
- D8:600.5 nm 至 603.5 nm
- D9:603.5 nm 至 606.5 nm
- D10:606.5 nm 至 609.5 nm
- D11:609.5 nm 至 612.5 nm
3.3 順向電壓分級
於 IF= 5mA 條件下分級。
- 19:1.70V 至 1.80V
- 20:1.80V 至 1.90V
- 21:1.90V 至 2.00V
- 22:2.00V 至 2.10V
- 23:2.10V 至 2.20V
料號中的 "19-21" 很可能參考了這些類別中的特定分級 (例如，VF分級 19-21)。
4. 性能曲線分析
規格書提供了數個對設計至關重要的典型特性曲線。
4.1 光譜分佈
曲線顯示一個以約 611 nm 為中心的單一主峰，這是基於 AlGaInP 的橘色 LED 之特徵。窄頻寬 (典型 17 nm) 產生了飽和、純淨的橘色光。
4.2 相對發光強度 vs. 順向電流
此曲線在較低電流下大致呈線性，但隨著電流增加會顯示飽和效應。對於決定達到所需亮度水平所需的驅動電流至關重要。
4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度
發光強度隨著環境溫度升高而降低。此曲線對於在寬廣溫度範圍內操作的應用至關重要，因為它允許設計者對預期輸出進行降額或在驅動電路中進行補償。
4.4 順向電流降額曲線
此圖表顯示了最大允許連續順向電流作為環境溫度的函數。隨著溫度升高，必須降低最大電流以保持在元件的功率消耗極限內，並防止熱失控。
4.5 順向電壓 vs. 順向電流 (I-V 曲線)
此標準二極體曲線顯示了指數關係。順向電壓具有負溫度係數，意味著它會隨著接面溫度升高而略微降低。
4.6 輻射圖形
極座標圖確認了寬廣、類似朗伯分佈的發射圖形，具有典型的 100 度視角，能在廣闊區域提供均勻照明。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸
19-21 SMD LED 具有緊湊的矩形封裝。關鍵尺寸 (單位 mm，除非指定，公差為 ±0.1mm) 包括本體長度約 2.0mm、寬度約 1.25mm，高度約 0.8mm。詳細圖面指定了焊墊位置、離板高度以及陰極識別標記的位置。
5.2 極性辨識
封裝與尺寸圖上標示有清晰的陰極標記。組裝時必須觀察正確的極性，以防止逆向偏壓損壞。
6. 焊接與組裝指南
6.1 電流限制
強制要求:必須始終使用外部限流電阻或恆流驅動器與 LED 串聯。LED 的順向電壓具有急遽的轉折點；電源電壓的微小增加可能導致電流大幅、潛在破壞性的增加。
6.2 儲存與濕度敏感性
LED 包裝在帶有乾燥劑的防潮阻隔袋中。
- 請勿在準備使用前打開袋子。
- 打開後，未使用的 LED 應儲存在 ≤30°C 與 ≤60% 相對濕度下。
- 開袋後的 "車間壽命" 為 168 小時 (7 天)。
- 如果超過暴露時間或乾燥劑指示劑已變色，在進行迴流焊接前，必須將元件在 60°C ±5°C 下烘烤 24 小時，以防止 "爆米花效應" 損壞。
6.3 迴流焊接溫度曲線
規定了無鉛 (Pb-free) 迴流曲線:
- 預熱:150-200°C，持續 60-120 秒。
- 液相線以上時間 (TAL):217°C 以上，持續 60-150 秒。
- 峰值溫度:最高 260°C，保持最長 10 秒。
- 升溫速率:最高 6°C/秒。
- 降溫速率:最高 3°C/秒。
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 的烙鐵，每個端子加熱時間 ≤3 秒，並使用額定功率 <25W 的烙鐵。端子之間需有 >2 秒的冷卻間隔。強烈不建議進行返修。若絕對必要，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子並取下元件，以避免焊墊損壞。任何返修後，務必驗證 LED 功能。
7. 包裝與訂購資訊
7.1 捲帶與載帶規格
LED 以凸版載帶包裝於 7 英吋直徑的捲盤上供應。載帶寬度為 8mm。每捲包含 3000 顆。規格書中提供了載帶凹槽與捲帶的詳細尺寸。
7.2 標籤說明
捲盤標籤包含數個關鍵欄位:
- CPN:客戶產品編號
- P/N:製造商產品編號 (例如，19-21/S2C-AL2M2VY/3T)
- QTY:包裝數量
- CAT:發光強度等級 (分級代碼，例如 M1)
- HUE:色度座標與主波長等級 (分級代碼，例如 D10)
- REF:順向電壓等級 (分級代碼，例如 20)
- LOT No:製造批號，用於追溯性。
8. 應用建議
8.1 典型應用場景
- 汽車內裝:儀表板指示燈、開關與控制面板的背光。
- 通訊設備:電話、傳真機與網路硬體中的狀態指示燈與鍵盤背光。
- 消費性電子產品:小型 LCD 顯示器的平面背光、開關照明與符號指示燈。
- 通用指示:廣泛電子設備中的電源狀態、模式指示與警示訊號。
8.2 設計考量
- 驅動電路:始終實現恆流源或帶有串聯電阻的電壓源。使用 R = (V電源- VF) / IF 計算電阻值，其中 VF應從最大分級值 (2.2V) 中選取以進行穩健設計。
- 熱管理:雖然功率低，但若在高環境溫度或接近最大電流下操作，請確保 LED 焊墊下有足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔，以幫助散熱並維持光輸出穩定性。
- 光學設計:寬廣的 100 度視角使其適用於需要廣域照明而無需二次光學元件的應用。對於聚焦光束，可能需要透鏡。
- ESD 保護:若 LED 位於用戶可觸及的位置，請在敏感訊號線上加入 ESD 保護二極體，因為此元件的 HBM 額定值為 2kV。
9. 技術比較與差異化
與舊式穿孔 LED 技術相比，19-21 SMD LED 提供:
- 尺寸縮小:大幅減小的佔位面積與高度。
- 製造效率:實現完全自動化、高速組裝。
- 性能:AlGaInP 技術在橘色/紅色頻譜中提供高效率與良好的色彩飽和度。
- 可靠性:固態 SMD 結構通常比使用引線框架進行線焊的元件更能抵抗振動與機械衝擊。
10. 常見問題 (FAQ)
問: 峰值波長與主波長有何不同？
答: 峰值波長 (λp) 是光譜功率分佈達到最大值時的波長。主波長 (λd) 是與 LED 感知顏色相匹配的單色光波長。對於具有對稱光譜的 LED，兩者通常接近，但 λd對於顏色規格更為相關。
問: 我可以連續以 20mA 驅動此 LED 嗎？
答: 可以，絕對最大連續順向電流為 25mA，因此 20mA 在規格範圍內。然而，如果環境溫度顯著高於 25°C，您必須參考降額曲線，並確保適當的散熱。
問: 為什麼逆向電壓額定值只有 5V？
答: 此 LED 並非設計用於逆向偏壓操作。5V 額定值是量測漏電流 (IR) 的測試條件。在電路設計中，您必須確保 LED 絕不承受逆向電壓，通常是透過確保其方向正確，或在應用需要時並聯 (反向並聯) 一個保護二極體。
問: 我該如何解讀料號 19-21/S2C-AL2M2VY/3T？
答: 雖然完整的解碼可能是專有的，但常見的模式是："19-21" 很可能表示順向電壓分級範圍，"S2C" 可能指封裝尺寸/樣式 (2.0x1.25mm)，"AL2M2VY" 很可能編碼了晶片材料 (AlGaInP)、顏色 (亮橘色) 與其他屬性，而 "3T" 可能表示捲帶包裝。
11. 實務設計案例研究
情境:為一個由 5V 電源軌供電的消費性設備設計一組三個橘色狀態指示燈。目標是均勻的亮度與顏色。
設計步驟:
- 電流選擇:選擇 IF= 10mA，以在亮度與壽命之間取得良好平衡，遠低於 25mA 最大值。
- 電壓計算:使用規格書中的最大 VF (2.20V) 進行保守設計。串聯電阻 R = (5V - 2.20V) / 0.010A = 280Ω。最接近的標準 E24 值為 270Ω 或 300Ω。選擇 270Ω 得到 IF≈ (5-2.2)/270 = 10.37mA。
- 電阻功率:P = I2R = (0.01037)2* 270 ≈ 0.029W。一個標準的 1/10W (0.1W) 電阻綽綽有餘。
- 確保均勻性:為實現均勻外觀，訂購時請指定嚴格的分級要求：要求所有 LED 來自相同的主波長分級 (例如 D10) 與相同的發光強度分級 (例如 M1)。為每個 LED 使用單獨的電阻 (而非所有 LED 並聯共用一個電阻) 可補償微小的 VF變化並確保電流相等。
- 佈局:放置 LED 時保持足夠間距以防止熱耦合。遵循尺寸圖中建議的焊墊佈局以實現可靠的焊接。
12. 技術原理介紹
19-21 LED 基於 AlGaInP (磷化鋁鎵銦) 半導體材料。這種化合物半導體允許進行必要的直接能隙工程，以在橘色、紅色與黃色光譜區域產生高效的光發射。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子與電洞被注入主動區域，在那裡它們復合，以光子的形式釋放能量。晶格中鋁、鎵與銦的特定比例決定了能隙能量，從而決定了發射光的波長 (顏色)。透明樹脂封裝體保護晶片並作為主透鏡，將發射光塑造成寬廣的視角圖形。
13. 產業趨勢與發展
像 19-21 這樣的 SMD LED 市場持續演進。主要趨勢包括:
- 效率提升:持續的材料科學與晶片設計改進帶來更高的發光效率 (每電瓦產生更多光輸出)，允許更低的驅動電流與降低的系統功耗。
- 微型化:對更小設備的推動使得封裝尺寸甚至比 19-21 更小 (例如，1608、1005 公制尺寸)，同時保持或改善性能。
- 增強可靠性與壽命:封裝材料、晶片黏著與線焊 (或覆晶設計) 的改進正在延長操作壽命，並改善在高溫與高濕度條件下的性能。
- 智慧整合:一個更廣泛的趨勢涉及將控制電路，例如恆流驅動器甚至可定址控制器 (如 WS2812)，直接整合到 LED 封裝中，簡化了複雜照明效果的系統設計。
- 永續性:如本規格書所示，對無鹵素、無鉛與符合 REACH 材料的關注，是全球環境法規驅動的標準產業要求。
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。 |