SMD LED 18-225A/R6GHW-B01/3T 規格書 - 封裝尺寸 3.2x1.6x1.3mm - 電壓 2.0V/3.3V - 亮紅/亮綠 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

18-225A 系列代表一款緊湊型、高效能的表面黏著元件 (SMD) LED 解決方案。本規格書涵蓋兩種主要的晶片材料變體：用於亮紅發光的 R6 (AlGaInP) 和用於亮綠發光的 GH (InGaN)。元件封裝於白色擴散樹脂中。其核心優勢在於相較於傳統引線框架型 LED，其佔板面積顯著縮小，從而實現更高的 PCB 元件密度、減少儲存空間需求，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空間與重量為關鍵限制因素的應用的理想選擇。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

在超出這些限制的條件下操作可能導致永久性損壞。額定值是在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時指定的。

• 反向電壓 (V_R):5 V (R6 與 GH 皆同)。超過此值可能導致接面崩潰。
• 順向電流 (I_F):25 mA (R6 與 GH 的連續直流)。
• 峰值順向電流 (I_FP):R6 為 60 mA，GH 為 100 mA。此值是在工作週期 1/10、頻率 1 kHz 下指定的，適用於脈衝操作。
• 功率耗散 (P_d):R6 為 60 mW，GH 為 95 mW。這是封裝在不超過其熱限制下所能允許的最大功率耗散。
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM):R6 為 2000 V，GH 為 150 V。GH (InGaN) 變體對 ESD 更為敏感，需要更嚴格的處理預防措施。
• 操作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。此定義了可靠操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度 (T_sol):迴流焊接：峰值 260°C，最長 10 秒。手工焊接：350°C，最長 3 秒。

2.2 電光特性

這些參數是在 Ta=25°C 和標準測試電流 I_F=10mA 下測量的，除非另有說明。它們定義了 LED 的光輸出和電氣行為。

• 發光強度 (I_v):R6：28.5 至 72.0 mcd (典型值)。GH：72.0 至 180 mcd (典型值)。在相同驅動條件下，GH 晶片產生顯著更高的發光強度。
• 視角 (2θ_1/2):130 度 (典型值)。此寬視角是白色擴散樹脂封裝的特性，提供類似朗伯分佈的發光模式，適用於區域照明和指示器。
• 峰值波長 (λ_p):R6：632 nm (典型值)。GH：518 nm (典型值)。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d):R6：615-625 nm。GH：520-535 nm。這是人眼對 LED 顏色的單一波長感知。公差為 ±1nm。
• 光譜輻射頻寬 (Δλ):R6：20 nm (典型值)。GH：35 nm (典型值)。這表示光譜純度；較小的頻寬意味著更飽和的顏色。
• 順向電壓 (V_F):R6：1.7-2.4 V (典型值 2.0V)。GH：2.7-3.7 V (典型值 3.3V)。電壓降是半導體材料能隙的函數。公差為 ±0.10V。
• 反向電流 (I_R):R6：在 V_R=5V 時最大 10 μA。GH：在 V_R=5V 時最大 50 μA。

3. 分級系統說明

LED 根據關鍵光學參數進行分類 (分級)，以確保生產批次內的一致性並供設計使用。

3.1 發光強度分級

R6 (紅色):

• 等級 N：28.5 - 45.0 mcd
• 等級 P：45.0 - 72.0 mcd

GH (綠色):

• 等級 Q1：72.0 - 90.0 mcd
• 等級 Q2：90.0 - 112 mcd
• 等級 R1：112 - 140 mcd
• 等級 R2：140 - 180 mcd

發光強度公差為 ±11%。

3.2 主波長分級 (僅限 GH 綠色)

綠色 LED 進一步根據主波長進行分級，以控制顏色一致性。

• 等級 1：520 - 525 nm
• 等級 2：525 - 530 nm
• 等級 3：530 - 535 nm

主波長公差為 ±1nm。

4. 性能曲線分析

4.1 R6 (AlGaInP 紅色) 特性

提供的曲線說明了關鍵關係：

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線):顯示指數關係。順向電壓隨電流增加而增加，並隨溫度升高而略微下降。
• 發光強度 vs. 順向電流:在飽和效應發生前的正常工作範圍內，光輸出隨電流線性增加。
• 發光強度 vs. 環境溫度:由於內部量子效率降低和非輻射復合增加，光輸出隨環境溫度升高而降低。此降額對於熱管理至關重要。
• 順向電流降額曲線:指定最大允許連續順向電流作為環境溫度的函數。在較高溫度下必須降低電流，以保持在功率耗散限制內。
• 光譜分佈:顯示約 632 nm 處的發射峰值，典型頻寬為 20 nm。
• 輻射圖:描繪空間強度分佈，確認具有近朗伯分佈的 130 度寬視角。

4.2 GH (InGaN 綠色) 特性

GH 曲線顯示類似的關係，但具有不同的數值：

• 更高的順向電壓 (典型值 3.3V，相對於 R6 的 2.0V)。
• 發光強度和順向電壓具有不同的溫度依賴性。
• 光譜中心約在 518 nm，具有更寬的 35 nm 頻寬。
• 由於其不同的功率耗散額定值 (95 mW vs. 60 mW)，具有不同的順向電流降額曲線。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

SMD 封裝具有以下關鍵尺寸 (單位：mm，公差 ±0.1mm，除非另有指定)：

• 長度：3.2 mm
• 寬度：1.6 mm
• 高度：1.3 mm ±0.2 mm
• 引腳寬度：0.4 mm ±0.15 mm
• 引腳長度：0.7 mm ±0.1 mm
• 引腳間距：1.6 mm

5.2 極性識別與焊墊設計

陰極有標記。提供了建議的焊墊佈局，尺寸為：焊墊寬度 0.8mm，長度 0.8mm，焊墊間距 0.4mm。這是一個建議；焊墊設計應根據特定的 PCB 製造工藝和熱要求進行優化。文件強調焊墊尺寸可根據個別需求進行修改。

6. 焊接與組裝指南

6.1 焊接製程

本元件相容於紅外線和氣相迴流焊接製程。指定了無鉛迴流焊接溫度曲線：

• 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。
• 峰值溫度 ±5°C 內時間：最長 10 秒。
• 升溫速率：最高 3°C/秒。
• 降溫速率：最高 6°C/秒。

關鍵注意事項：迴流焊接不應執行超過兩次。加熱期間不應對 LED 本體施加應力。焊接後 PCB 不應翹曲。

6.2 儲存與濕度敏感性

元件包裝在帶有乾燥劑的防潮阻隔袋中。

• 開封前：儲存於 ≤30°C 且 ≤90% RH 的環境中。
• 開封後：在 ≤30°C 且 ≤60% RH 條件下，車間壽命為 1 年。未使用的零件必須重新密封在防潮包裝中。
• 烘烤：如果乾燥劑指示劑發生變化或超過儲存時間，請在使用前於 60±5°C 下烘烤 24 小時，以去除吸收的水分並防止迴流焊接期間發生爆米花效應。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

LED 以 8mm 寬的凸起載帶供應，捲繞在直徑 7 英吋的捲盤上。每捲裝載數量為 3000 顆。規格書中提供了詳細的捲盤和載帶尺寸。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含多個代碼：

• P/N：產品編號 (例如：18-225A/R6GHW-B01/3T)。
• QTY：包裝數量。
• CAT：發光強度等級 (分級代碼，例如：P, R1)。
• HUE：色度座標與主波長等級 (例如：等級 2)。
• REF：順向電壓等級。
• LOT No：可追溯的批號。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

如規格書所列：

• 汽車儀表板和開關的背光。
• 通訊設備：電話和傳真機中的狀態指示器和鍵盤背光。
• 小型 LCD、開關和符號的平面背光。
• 消費性電子產品、工業控制和家電中的通用指示器和狀態燈。

8.2 關鍵設計考量

電流限制：外部限流電阻是絕對必要的。LED 的順向電壓具有負溫度係數和嚴格的公差。電源電壓的微小增加可能導致順向電流大幅且可能具破壞性的增加。電阻值必須根據電源電壓 (V_CC)、LED 的典型順向電壓 (V_F) 和所需的順向電流 (I_F) 計算：R = (V_CC- V_F) / I_F. 熱管理：儘管是小型 SMD 元件，仍必須考慮功率耗散 (GH 最高可達 95mW)，特別是在高環境溫度下。遵守順向電流降額曲線。確保足夠的 PCB 銅箔面積 (使用散熱焊墊設計) 以將熱量從 LED 接面導出。ESD 防護：實施標準的 ESD 處理程序，特別是對於更敏感的 GH (InGaN) 變體。如果 LED 位於使用者可接觸的區域，請考慮在敏感線路上使用 ESD 保護元件。

9. 技術比較與差異化

18-225A 系列在電路板空間和自動化組裝相容性方面，相較於更大的穿孔式 LED 具有明顯優勢。在 SMD LED 領域中，其主要差異化特點包括：

• 寬視角 (130°):白色擴散樹脂提供非常寬廣且均勻的發光模式，非常適合需要廣角可見性而非聚焦光束的應用。
• 雙晶片材料選項：在同一封裝尺寸中提供 AlGaInP (R6) 和 InGaN (GH)，為紅/綠指示器對或多色應用提供了設計靈活性。
• 詳細分級：提供多個發光強度和波長等級，讓設計師可以為需要嚴格亮度或顏色一致性的應用選擇元件。
• 穩健的迴流相容性：明確定義的無鉛迴流溫度曲線和濕度敏感性處理資訊，支援現代化、大批量的製造流程。

10. 常見問題解答 (基於技術參數)

Q1：我可以直接從 5V 或 3.3V 邏輯電源驅動此 LED 嗎？A：No.您必須始終使用串聯限流電阻。例如，使用 5V 電源和綠色 LED (V_F~3.3V)，在 I_F=20mA 時：R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 歐姆。使用下一個標準值 (例如：82 或 100 歐姆) 並檢查實際電流和功率耗散。

Q2：為什麼綠色 LED (GH) 的 ESD 額定值低於紅色 (R6)？A：這是一個基本的材料特性。基於 InGaN 的 LED (藍色、綠色、白色) 通常比基於 AlGaInP 的 LED (紅色、琥珀色) 具有更低的 ESD 耐受電壓。這使得綠色變體需要更小心的處理。

Q3：白色擴散樹脂顏色對光輸出意味著什麼？A：擴散樹脂散射從晶片發出的光，創造出更寬、更均勻的視角 (130°)，並使未通電的 LED 呈現白色外觀。它柔化了光輸出，使其不那麼像點光源，更適合面板照明。

Q4：訂購時如何解讀分級代碼？A：根據您的應用對亮度變化和顏色偏移的容忍度，指定所需的 CAT (亮度) 和 HUE (綠色顏色) 分級代碼。對於非關鍵指示器，較寬的等級可能是可接受且具成本效益的。對於均勻性至關重要的背光陣列，指定嚴格的等級至關重要。

11. 設計導入案例研究

情境：設計一個帶有多狀態指示器的緊湊型控制面板。需求：紅色表示故障，綠色表示就緒。空間極其有限。指示器必須從寬角度清晰可見。組裝流程使用自動化 SMD 貼裝和迴流焊接。解決方案實施：

1. 元件選擇：紅色使用 18-225A/R6，綠色使用 18-225A/GH。相同的 3.2x1.6mm 佔板面積簡化了 PCB 佈局。
2. 電路設計：對於 3.3V 系統電源軌：
   • 紅色 LED：R = (3.3V - 2.0V) / 0.010A = 130 歐姆。使用 130Ω 或 120Ω 電阻。R 上的功率：(1.3V^2)/130Ω ≈ 13mW。
   • 綠色 LED：R = (3.3V - 3.3V) / 0.010A = 0 歐姆。這有問題。3.3V 電源處於綠色 LED 的典型 V_F，沒有為電阻留下電壓餘量。解決方案：a) 使用較低電流 (例如：5mA)，b) 為 LED 電路使用更高的電源電壓，或 c) 使用恆流驅動器。
3. PCB 佈局：將 LED 放置在面板邊緣附近。使用建議的或稍大的焊墊，並連接到一小塊銅箔以利散熱。確保絲印上的極性標記與 LED 上的陰極標記相符。
4. 製造：為 3.2x1.6mm 本體尺寸設定貼片機程式。精確遵循指定的迴流溫度曲線。如果未立即使用，請將開封的捲盤存放在乾燥櫃中。
5. 分級：對於這個具有多個相同指示器的面板，指定單一亮度等級 (例如：紅色 CAT P，綠色 CAT R1) 以確保所有單元的外觀一致。

12. 技術原理介紹

LED 是透過電致發光發光的半導體二極體。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子和電洞被注入到主動區域，在那裡它們復合。復合過程中釋放的能量以光子 (光) 的形式發射出來。發射光的顏色 (波長) 由主動區域中使用的半導體材料的能隙能量決定。

• R6 (AlGaInP):磷化鋁鎵銦是一種用於生產紅色、橙色和琥珀色光譜中高效能 LED 的材料系統。它具有適合高效發光的直接能隙。
• GH (InGaN):氮化銦鎵是用於藍色、綠色和白色 LED 的材料系統。透過改變銦含量，可以調節能隙。在此材料系統中實現高效綠光發射 (綠光間隙) 一直是歷史上的挑戰。

來自微小半導體晶片的光被封裝在環氧樹脂或矽膠封裝中。白色擴散樹脂含有散射粒子，使光子方向隨機化，創造出寬廣、均勻的發光模式。封裝還提供機械保護、電氣接觸並有助於散熱。

13. 產業趨勢

SMD LED 市場在小型化、更高效率和更低成本的需求推動下持續發展。與 18-225A 等元件相關的趨勢包括：

• 效率提升：磊晶生長和晶片設計的持續改進導致更高的發光效率 (每電瓦產生更多光輸出)，從而實現更亮的指示器或更低的功耗。
• 顏色一致性改善：製造控制的進步和更複雜的分級策略使得顏色和亮度公差更嚴格，這對於背光陣列和全彩顯示器等應用至關重要。
• 色域擴展：新型螢光粉和窄頻發射器 (如量子點) 的開發使得 LED 具有更飽和的顏色，擴展了顯示器可實現的色域。
• 整合化：將多個 LED 晶片 (RGB, RGBW)、控制 IC 甚至被動元件整合到單一封裝模組中的趨勢持續發展，簡化了終端產品的組裝。
• 可靠性聚焦：隨著 LED 滲透到汽車、工業和醫療市場，越來越重視長期可靠性數據、失效模式分析以及在惡劣環境條件 (高溫、高濕度、熱循環) 下的認證。

雖然存在更新、更小的封裝形式 (例如：0201, 01005)，但 3.2x1.6mm 的佔板面積仍然是通用指示器和背光應用中受歡迎且穩健的主力，在尺寸、亮度、易於處理和熱性能之間提供了良好的平衡。