SMD LED 22-21/GHC-YR1S2/2C 資料手冊 - 亮綠色 - 2.2x2.1mm - 3.3V - 20mA - 英文技術文件

1. 產品概述

22-21/GHC-YR1S2/2C 是一款專為現代緊湊型電子應用設計的表面黏著元件 (SMD) LED。這款亮綠色 LED 採用 InGaN 晶片技術製造，並封裝於水透明樹脂中。其主要優勢在於其微型佔位面積，能顯著縮小印刷電路板 (PCB) 尺寸、實現更高的元件組裝密度，並有助於終端設備的整體小型化。其封裝的輕量化特性，進一步使其成為便攜式和空間受限應用的理想選擇。

The product is fully compliant with contemporary environmental and manufacturing standards. It is lead-free (Pb-free), adheres to the RoHS directive, complies with EU REACH regulations, and meets halogen-free requirements (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). It is supplied in industry-standard 8mm tape on 7-inch diameter reels, making it fully compatible with automated pick-and-place assembly equipment and suitable for both infrared and vapor phase reflow soldering processes.

2. 技術規格

2.1 絕對最大額定值

以下額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限條件。在此類條件下或超出此範圍運作，其可靠性無法保證，為確保穩定性能應避免此類操作。

• Reverse Voltage (V_R): 5 V
• 連續順向電流 (I_F): 25 mA
• 峰值順向電流 (I_FP): 100 mA (工作週期 1/10 @ 1 kHz)
• 功率消耗 (P_d): 95 mW
• Electrostatic Discharge (ESD) Human Body Model (HBM): 150 V
• 工作溫度範圍 (T_opr): -40 °C 至 +85 °C
• 儲存溫度範圍 (T_stg): -40 °C 至 +90 °C
• 焊接溫度 (T_sol): Reflow: 最高260 °C持續10秒；手動焊接：最高350 °C持續3秒。

2.2 電氣-光學特性

這些參數是在環境溫度 (T_a) 為 25 °C 且標準順向電流 (I_F) 為 20 mA 的條件下量測，除非另有說明。它們定義了 LED 的典型性能。

• 發光強度 (I_v): 最小值 112 mcd，典型值未指定，最大值 285 mcd。容差：±11%。
• 視角 (2θ_1/2): 130度 (典型值)。
• 峰值波長 (λ_p): 518 nm (典型值)。
• 主波長 (λ_d): 最小值 520 nm，最大值 535 nm。容差：±1 nm。
• 頻譜帶寬 (Δλ)： 35 nm (典型值)。
• 正向電壓 (V_F): 於 I =20mA 時，最小值 2.7 V，典型值 3.3 V，最大值 3.7 V。_F=20mA。
• 反向電流 (I_R): 在V =5V時最大為50 μA。_R=5V。

3. 分檔系統

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED會根據發光強度與主波長進行分檔。

3.1 發光強度分檔

LED在I_F = 20 mA的條件下測量，被分為四個強度等級（R1, R2, S1, S2）。

• R1: 112 mcd 至 140 mcd
• R2: 140 mcd 至 180 mcd
• S1: 180 mcd 至 225 mcd
• S2: 225 mcd 至 285 mcd

3.2 主波長分檔

LED 根據在 I 條件下測量的波長分為三個等級 (X, Y, Z)_F = 20 mA的條件下測量，被分為四個強度等級（R1, R2, S1, S2）。

• X: 520 nm 至 525 nm
• Y: 525 nm 至 530 nm
• Z: 530 nm 至 535 nm

4. Performance Curve Analysis

該數據手冊提供了數個對電路設計與熱管理至關重要的特性曲線。這些圖表說明了在不同條件下關鍵參數之間的關係。

• 相對發光強度 vs. 環境溫度： 這條曲線顯示了光輸出如何隨著接面溫度升高而下降。設計人員必須在高溫環境中考慮這種降額情況。
• 相對發光強度 vs. 順向電流： 此圖表展示了驅動電流與光輸出之間的非線性關係。在建議電流以上運作會導致效率降低並加速老化。
• 順向電壓 vs. 順向電流： IV 曲線對於選擇適當的限流電阻至關重要。典型的 V_F 在 20mA 下為 3.3V 是一個關鍵的設計參數。
• 順向電流 vs. 環境溫度： 此降額曲線顯示了在環境溫度變化下，為保持在功率耗散限制內所允許的最大正向電流。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝外型尺寸

22-21 SMD LED採用緊湊的矩形封裝。其標稱尺寸為長度2.2毫米、寬度2.1毫米，高度通常約為1.0-1.2毫米（確切高度應從尺寸圖確認）。該封裝底部設有兩個陽極/陰極端子。所有未註明的公差均為±0.1毫米。為PCB設計提供了建議的焊盤布局，但建議工程師根據其特定的組裝工藝和熱要求進行修改。

5.2 極性辨識

陰極通常有標記，常見方式包括綠色圓點、封裝上的凹口或切角。組裝時必須確認正確的極性，以防止反向偏壓造成損壞。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊接溫度曲線

建議採用無鉛（Pb-free）迴焊溫度曲線：

• 預熱階段： 150–200°C 持續 60–120 秒。
• Time Above Liquidus (217°C)： 60–150 秒。
• 峰值溫度： 最高 260°C，持續時間最長 10 秒。
• 加熱速率： 最高6°C/秒。
• 高於255°C的時間： 最長30秒。
• 冷卻速率： 最高每秒3°C。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，務必極度謹慎。烙鐵頭溫度應低於350°C，且與每個引腳的接觸時間不得超過3秒。請使用低功率烙鐵（≤25W），並在焊接每個引腳後至少間隔2秒冷卻時間。加熱過程中，請避免對LED本體施加機械應力。

6.3 儲存與操作

LED 封裝於內含乾燥劑的防潮阻隔袋中。

• 開啟前： 儲存於 ≤30°C 且相對濕度 ≤90% 的環境中。
• 開封後（使用期限）： 在≤30°C及≤60% RH條件下可保存1年。未使用的部分應重新密封於防潮袋中。
• 烘烤： 若乾燥劑指示劑變色或超過儲存期限，請於使用前以60 ±5 °C烘烤24小時。

7. 封裝與訂購資訊

7.1 捲帶與捲盤規格

本產品以寬度8毫米的壓紋載帶包裝，捲繞於標準7英吋（178毫米）直徑的捲盤上。每捲盤包含2000件。提供詳細的捲盤及載帶尺寸，以確保與自動送料器的相容性。

7.2 標籤資訊

捲盤標籤包含用於追溯性與正確應用的關鍵資訊：

• CPN: Customer's Product Number
• P/N: 製造商產品編號 (例如：22-21/GHC-YR1S2/2C)
• 數量： 包裝數量
• CAT： 發光強度等級（例如：S2）
• HUE: 色度/主波長等級（例如：Y）
• 參考文獻： 順向電壓等級
• 批號： 製造批號

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用

此LED適用於多種低功耗指示燈與背光功能：

• Telecommunications： 電話與傳真機的狀態指示燈及鍵盤背光。
• Consumer Electronics： 小型LCD面板的平面背光、控制面板上開關與符號的背光。
• 通用指示： 各種電子設備中的電源狀態、模式指示及其他視覺回饋。

8.2 關鍵設計考量

電流限制是強制性的： 必須始終使用一個外部限流電阻與LED串聯。其順向電壓具有負溫度係數和嚴格的容差範圍。若未適當限制，電源電壓的輕微增加可能導致順向電流大幅且具潛在破壞性的增長。電阻值可使用歐姆定律計算：R = (V_供應 - V_F) / I_F. Always use the maximum V_F 根據數據手冊進行保守設計。

熱管理： 雖然功耗較低，但確保LED焊盤周圍有足夠的PCB銅箔面積有助於散熱，從而維持光輸出和壽命，特別是在高環境溫度條件下。

ESD防護： 儘管額定為150V HBM，在組裝和處理過程中仍應遵循標準的ESD處理預防措施。

8.3 應用限制

此元件設計用於商業和一般工業應用。它未針對高可靠性或安全關鍵系統（如軍事/航空航太設備、汽車安全系統（例如安全氣囊、煞車）或生命維持醫療設備）進行專門認證或保證其適用性。對於此類應用，應採購具有相應認證和可靠性數據的元件。

9. 技術比較與定位

22-21 封裝在微型化與易於操作之間取得了平衡。相較於較大的引腳式 LED（例如 3mm 或 5mm），它佔用面積顯著縮小，且適合自動化組裝。與更小的晶片級封裝（CSP）相比，它為標準 SMT 製程提供了更佳的操作特性，且因其模壓透鏡通常具有更明確的視角。透過 InGaN 技術實現的亮綠色，相較於 GaP 等舊技術，提供了更高的發光效率與更好的色彩飽和度，使其成為鮮明指示燈應用的理想選擇。

10. 常見問題 (FAQ)

Q: 峰值波長與主波長有何不同？
A: 峰值波長 (λ_p) 是光譜功率分佈達到最大值時的波長。主波長 (λ_d) 是與LED感知顏色相匹配的單色光波長。λ_d 對於顏色規格更為相關。

Q: 如果我的電源供應器正好是3.3V，我可以不加電阻驅動這個LED嗎？
A: 不，這極度危險。正向電壓會因元件而異（2.7V 至 3.7V），且隨溫度升高而下降。3.3V 電源極易驅動 Vf 較低的 LED 超過其負荷，導致快速損壞。務必使用串聯電阻。_F，從而導致快速失效。請務必使用串聯電阻。

Q: 下單時應如何解讀分檔代碼（例如 S2/Y）？
A> The bin code specifies the performance grade. \"S2/Y\" means the LED is from the highest luminous intensity bin (225-285 mcd) and the middle dominant wavelength bin (525-530 nm). Specifying bins allows for tighter consistency in your product's appearance.

Q: 焊接後是否需要進行清潔？
A: 透明樹脂通常能耐受常見的清潔溶劑，但仍應驗證相容性。避免使用超音波清潔，以免損壞內部焊線。

11. Design and Usage Case Study

情境：為可攜式裝置設計狀態指示燈
設計師正在設計一款緊湊型藍牙喇叭，需要一個明亮可靠的電源開啟指示燈。選用22-21亮綠色LED，因其體積小巧且可見度高。
設計步驟：
該裝置使用5V USB電源軌。
目標順向電流（I_F）設定為15 mA，以平衡亮度與功耗。
採用最大V_F 3.7V進行保守設計：R = (5V - 3.7V) / 0.015A = 86.7 Ω。選用最接近的標準值91 Ω。
4. 電阻器中的功率：P = I²R = (0.015)² * 91 = 0.0205 W。標準的 1/10W 或 1/8W 電阻即已足夠。
5. PCB佈局包含適度的散熱焊盤，連接到小型接地層以利散熱。
6. BOM中指定了LED的bin代碼為「S1/Y」，以確保所有生產單位的亮綠色保持一致。
此方法確保了指示燈具有堅固耐用的特性，能滿足產品的美觀與功能需求。

12. 運作原理

此LED為半導體光子元件，其核心為氮化銦鎵（InGaN）晶片。當施加超過二極體接面電位的正向電壓時，電子與電洞會分別從n型與p型半導體層注入主動區。這些載子復合時，會以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定組成決定了能隙能量，進而直接定義了發射光的波長（顏色）——在此例中，為約518-535 nm的亮綠色。其水清環氧樹脂封裝體能保護晶片，並作為透鏡將光輸出塑形為130度視角，其中可能含有螢光粉或擴散劑（但對此單色類型而言，很可能為透明材質）。

13. 技術趨勢

22-21封裝是光電產業長期趨勢的一部分，該趨勢朝向微型化、提升效率以及改善可製造性。使用InGaN材料製造綠色LED，相較於舊有技術是一項重大進步，提供了更高的效率和更好的色彩穩定性。此類器件未來的發展可能著重於進一步提升發光效率（流明每瓦）、改善顯色性以適用於更廣泛的光譜應用，以及在更高溫度和濕度條件下增強可靠性。對無鹵素和環保材料的追求，將持續受到法規和市場的強烈影響。與用於調光和色彩控制的智慧驅動器整合也是一個日益成長的領域，儘管這通常是在系統層級實現，而非在獨立的LED封裝本身。