SMD LED 91-21SYGC/S530-XX/XXX 資料手冊 - 2.0x1.25x1.1mm - 2.0V - 40mW - 亮黃綠色 - 英文技術文件

1. 產品概述

91-21系列是一款表面黏著元件（SMD）LED，專為現代化、緊湊的電子應用而設計。此元件採用AlGaInP半導體技術，可產生亮黃綠色的光輸出，並封裝於水透明樹脂中。其主要設計目標是在保持可靠性能的同時，實現小型化與高密度電路板佈局。

1.1 核心優勢與產品定位

91-21 LED的關鍵優勢在於，與傳統有引腳元件相比，其佔用面積顯著減少。這使得印刷電路板（PCB）設計可以更小，元件封裝密度更高，儲存空間需求降低，並最終有助於開發更小的終端用戶設備。其重量輕的特點使其特別適合微型和可攜式應用。此外，該元件設計用於與自動貼片組裝設備相容，確保了高置放精度和製造效率。

1.2 目標市場與應用領域

此LED的目標市場為廣泛需要緊湊、可靠指示燈或背光解決方案的消費性、工業及辦公室電子產品。典型的應用情境包括但不限於：

• 室內設備的狀態指示燈。
• LCD面板、薄膜開關及控制面板符號的背光。
• 辦公室自動化設備中的指示燈與背光功能（例如：印表機、掃描器）。
• 便攜式電池驅動裝置中的電池狀態指示器與鍵盤背光。
• 音訊/視訊設備中的指示燈與顯示器背光。
• 汽車或控制面板情境中的儀表板與開關背光。
• 電信設備（例如電話、傳真機）中的指示燈與背光功能。

2. 技術規格與深入解讀

本節詳細闡述了定義LED操作邊界與性能的電氣、光學及熱參數。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了應力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。不建議在接近或達到這些極限的條件下長時間操作。

• 逆向電壓 (V_R): 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 (I_F): 20 mA。此為建議的最大直流操作電流。
• 峰值順向電流 (I_FP): 60 mA。僅允許在脈衝條件下（工作週期 1/10 @ 1 kHz）。
• 功率損耗 (P_d): 60 mW。封裝可承受的最大功率，計算方式為 V_F * I_F.
• 工作溫度 (T_opr): -40°C 至 +85°C。可靠運作所需的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg): -40°C 至 +100°C。
• 靜電放電 (ESD): 可承受 2000 V (人體放電模型)。必須遵循正確的 ESD 處理程序。
• 焊接溫度: 迴流焊：峰值 260°C，最長 10 秒。手工焊接：每接腳最高 350°C，最長 3 秒。

2.2 電氣-光學特性 (T_a = 25°C)

這些參數描述了 LED 在特定測試條件下的典型性能。

• 發光強度 (I_v)測量條件為 I_F = 20 mA。提供多種等級（E1 至 E4），典型值範圍為 198 mcd 至 630 mcd。適用 ±11% 的容差。
• 視角 (2θ_1/2)：25 度。此定義了發光強度至少為峰值強度一半的角範圍。
• 峰值波長 (λ_p)：575 nm（典型值）。光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d)：573 nm（典型值），容差為 ±1 nm。這是人眼感知光線顏色的單一波長。
• 頻譜頻寬 (Δλ)：20 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)：2.0 V（典型值），在 I_F = 20 mA 時範圍為 1.7 V 至 2.4 V，典型值容差為 ±0.1V。
• 逆向電流（I_R)：在 V_R = 5 V 時為 10 μA（最大值）。

3. Binning System 說明

本產品依據不同性能等級進行分類，以確保應用設計的一致性。選擇指南中標明了主要的分級參數。

3.1 發光強度分級 (CAT)

發光輸出被分為 E1 至 E4 等級，詳見電光特性表。設計師必須根據其應用所需的亮度，並考量規格書中規定的最小值和典型值，來選擇合適的等級。

3.2 波長分級 (HUE)

主波長被控制在典型值 573 nm 附近 ±1 nm 的嚴格公差範圍內。這確保了不同生產批次和元件之間具有非常一致的色彩感知。

3.3 順向電壓分檔 (REF)

順向電壓亦進行分級，其典型值為 2.0V，公差為 ±0.1V。此資訊對於設計限流電路至關重要，特別是在電壓餘裕有限的電池供電應用中。

4. 性能曲線分析

雖然數據手冊中引用了特定的圖形曲線，但以下分析是基於標準LED行為及所提供的參數。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此LED在20mA下具有典型的2.0V順向電壓。如同所有二極體，其V_F 具有負溫度係數，意即它會隨著接面溫度升高而略微下降。在驅動器設計中必須考量指定的V_F 範圍（1.7V-2.4V），以確保正確的電流調節。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在工作範圍內，發光強度大致與順向電流成正比。在絕對最大電流（20mA DC）以上工作將增加光輸出，但也會產生更多熱量，可能導致光通量加速衰減或災難性故障。

4.3 溫度特性

LED的發光輸出通常會隨著接面溫度升高而降低。其寬廣的工作溫度範圍（-40°C 至 +85°C）顯示了其穩健的性能，但若要在高環境溫度或高驅動電流下工作以維持一致的亮度，設計者應考慮散熱管理。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝外型尺寸 (91-21)

此元件具有緊湊的SMD佔位面積。關鍵尺寸（單位：mm）包含典型的封裝尺寸。陰極通常可透過標記或特定的焊墊幾何形狀（例如，如標籤說明中所示的凹口或綠色標記）來識別。數據手冊中提供了用於PCB焊墊圖案設計的精確尺寸圖。

5.2 極性辨識

正確的極性至關重要。數據手冊標示了封裝上的極性識別標記。陰極通常有標記。設計人員必須確保PCB封裝圖與此方向一致。

6. 焊接與組裝指南

遵循這些指南對於確保可靠性及防止組裝過程中的損壞至關重要。

6.1 迴流焊溫度曲線 (無鉛)

建議的溫度曲線如下：

• 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，持續時間最長 10 秒。
• 255°C 以上時間: 最長 30 秒。
• 加熱/冷卻速率: 最高 3°C/秒 (加熱)，6°C/秒 (冷卻)。

回流焊接不應執行超過兩次。

6.2 手工焊接

若無法避免手工焊接，請使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵，對每個端子加熱不超過3秒。請使用低功率烙鐵（≤25W），並在焊接每個端子之間至少間隔2秒，以防止熱衝擊。

6.3 濕度敏感性與儲存

LED封裝於防潮袋中。

• 開啟前: 儲存於≤30°C且≤90% RH的環境中。
• 開啟後：「車間壽命」為在≤30°C且≤60%相對濕度下72小時。未使用的部分必須重新密封在含有乾燥劑的防潮包裝中。
• 烘烤：若超過儲存時間或乾燥劑顯示受潮，請在使用前於60±5°C下烘烤24小時。

7. 封裝與訂購資訊

7.1 標準封裝

本元件以12毫米寬壓紋載帶供應，繞於7英吋直徑捲盤上，相容於自動化組裝設備。亦提供每袋1000件的散裝包裝。

7.2 標籤說明

捲盤或包裝標籤包含數個關鍵識別資訊：

• CPN: 客戶產品編號。
• P/N: 製造商產品編號（例如：91-21SYGC/S530-XX/XXX）。
• LOT No.: 可追溯的生產批號。
• QTY：包裝內元件的數量。
• CAT, HUE, REF：分別代表發光強度、主波長與順向電壓等級的代碼。

8. 應用設計考量

8.1 限流是強制性要求

絕對需要使用外部限流電阻。LED的指數型I-V特性意味著順向電壓的微小增加，可能導致電流大幅且具破壞性的增長。電阻值（R）可透過歐姆定律計算：R = (V_supply - V_F) / I_F. 始終使用數據手冊中的最大 V_F 進行保守設計，以確保在最惡劣條件下 I_F 不超過 20mA。

8.2 熱管理

儘管功耗很低（最大 60mW），但確保透過 PCB 焊盤進行充分的散熱是良好的做法，特別是在高環境溫度下或以最大電流驅動時。這有助於維持穩定的光輸出和長期可靠性。

8.3 ESD保護

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此元件具備2000V的ESD耐受等級，在處理和組裝過程中需採取標準的ESD防護措施。在惡劣環境下，最終應用中可能需要在敏感線路上加入瞬態電壓抑制。

9. 技術比較與差異化

91-21 LED的差異化優勢在於其結合了極小的2.0x1.25mm佔位面積、相對其尺寸而言較高的發光強度（典型值高達630 mcd），以及由AlGaInP晶片材料產生的特定亮黃綠色。與舊式穿孔LED相比，它能大幅節省空間。與其他SMD LED相比，其主要優勢在於使用透明樹脂以實現最大光萃取效率，以及明確的視角，這使其既適用於指示燈，也適用於需要定向光束的背光角色。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 使用5V電源時，我應該使用多大的電阻值？

使用公式 R = (V_supply - V_F) / I_F，並假設最壞情況下的 V_F 電壓為2.4V且目標電流I_F 為20mA：R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 歐姆。選擇最接近的標準較高值（例如150歐姆）可提供安全餘量，使電流約為17.3mA。

10.2 我能否使用恆壓源，不接電阻來驅動這個LED？

不能。 這幾乎肯定會損壞LED。順向電壓並非固定值，而是二極體接面的一項特性。設定為典型V_F (2.0V)的恆壓源無法調節電流，微小的變異或溫度變化將導致電流不受控制地流動。

10.3 如何識別陰極？

請參考資料手冊中的封裝外型圖。陰極通常由封裝頂部或側面的綠色標記指示，或由焊墊布局中的特定特徵指示（例如，陰極焊墊可能是方形，而陽極是圓形，反之亦然）。

11. 實務設計與應用案例

情境：為可攜式裝置設計低電量指示燈。 該裝置使用3.3V穩壓電源。目標是在電池電量低時，讓LED明亮地發光。選用E3級（400-630 mcd）的91-21 LED以確保良好的可見度。計算：R = (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 歐姆。選擇一個47歐姆的標準電阻。微控制器的GPIO引腳配置為開汲極輸出，將電流汲至接地以點亮LED。91-21的緊湊尺寸使其能夠安裝在可攜式裝置擁擠的PCB上非常小的區域。

12. 工作原理

LED基於半導體p-n接面的電致發光原理運作。晶片材料為磷化鋁鎵銦（AlGaInP）。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活性區域並在此復合。此復合事件以光子（光）的形式釋放能量。AlGaInP合金的特定成分決定了能隙能量，進而定義了發射光的波長（顏色），在此案例中為亮黃綠色（約573 nm）。水清環氧樹脂封裝體保護晶片並充當透鏡，將光輸出塑形為指定的25度視角。

13. 技術趨勢

91-21 LED代表了在更廣泛的電子微型化趨勢中一項成熟可靠的技術。SMD LED的持續發展聚焦於幾個關鍵領域：提高發光效率（每瓦電能輸入產生更多光輸出）、改善照明應用的顏色一致性和顯色指數（CRI）、開發更小的封裝尺寸（例如01005、微型LED），以及增強在高溫高濕條件下的可靠性。此外，將控制電子元件直接與LED晶粒整合（例如IC驅動LED）是智慧照明應用日益增長的趨勢。專注於特定顏色及緊湊指示/背光角色的91-21，在此不斷演進的格局中，仍然是一個基礎且廣泛使用的元件。