SMD LED 19-218/GHC-YR1S2M/3T 規格書 - 亮綠色 - 20mA - 3.2V 典型值 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款發射亮綠色光之表面黏著元件（SMD）LED的技術規格。此元件專為高密度安裝於印刷電路板（PCB）而設計，在微型化與自動化組裝製程方面具有優勢。

1.1 核心特色與優勢

此LED以8mm載帶包裝，捲繞於直徑7英吋的捲盤上，與標準自動化取放設備相容。適用於紅外線與氣相迴焊製程。此為單色型LED。產品符合環保法規：無鉛（Pb-free）、符合RoHS指令、遵守歐盟REACH法規，並滿足無鹵素要求（溴<900 ppm、氯<900 ppm、溴+氯<1500 ppm）。

相較於傳統引線框架元件，緊湊的SMD封裝帶來顯著的設計優勢。這些優勢包括減少電路板空間、提高元件封裝密度、最小化儲存需求，並最終實現更小型終端產品的潛力。封裝的輕量化特性也使其成為微型與可攜式應用的理想選擇。

1.2 目標應用

此LED適用於多種指示燈與背光功能，包括：

• 汽車或工業控制設備中的儀表板與開關背光。
• 電話、傳真機等通訊設備中的狀態指示燈與鍵盤背光。
• 液晶顯示器（LCD）、開關與符號的平面背光。
• 通用指示燈應用。

2. 技術規格

2.1 元件選擇與材料

LED晶片採用氮化銦鎵（InGaN）半導體材料製成，可產生亮綠色發光。封裝樹脂為水色透明。

2.2 絕對最大額定值

以下額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不保證在此條件下或超出此條件操作。

• 逆向電壓（V_R）：5 V
• 順向電流（I_F）：25 mA（連續）
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA（工作週期 1/10 @ 1 kHz）
• 功率消耗（P_d）：110 mW
• 靜電放電（ESD）人體模型（HBM）：150 V
• 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C
• 焊接溫度（T_sol）：
  • 迴焊：峰值溫度260°C，最長10秒。
  • 手焊：350°C，最長3秒。

2.3 電光特性

這些參數在環境溫度25°C下指定，代表典型操作性能。

• 發光強度（I_v）：112 - 285 mcd（於 I_F= 20 mA 下量測）。公差為 ±11%。
• 視角（2θ_1/2）：120 度（典型）。
• 峰值波長（λ_p）：518 nm（典型）。
• 主波長（λ_d）：520 - 535 nm。公差為 ±1 nm。
• 光譜輻射頻寬（Δλ）：20 nm（典型）。
• 順向電壓（V_F）：2.75 - 3.95 V（於 I_F= 20 mA）。公差為 ±0.05 V。
• 逆向電流（I_R）：最大 50 μA（於 V_R= 5 V）。

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。這讓設計師能選擇符合特定應用需求的元件。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20 mA下的量測發光強度，分為四個等級（R1、R2、S1、S2）。

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

3.2 主波長分級

與感知顏色相關的主波長，分為三個群組（X、Y、Z）。

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

3.3 順向電壓分級

順向電壓在M群組內分為四個代碼（5、6、7、8）。這對於限流電路設計非常重要。

• 5：2.75 - 3.05 V
• 6：3.05 - 3.35 V
• 7：3.35 - 3.65 V
• 8：3.65 - 3.95 V

4. 性能曲線分析

規格書提供了數條特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。這些對於穩健的電路設計至關重要。

4.1 相對發光強度 vs. 環境溫度

此曲線顯示光輸出如何隨著環境溫度升高而降低。設計師必須考慮此熱降額，特別是在高溫環境或高功率應用中，以確保維持足夠的亮度。

4.2 順向電流降額曲線

此圖表定義了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著溫度升高，最大安全電流會降低，以防止過熱並確保長期可靠性。25 mA的絕對最大值僅在環境溫度等於或低於25°C時有效。

4.3 發光強度 vs. 順向電流

此曲線描繪了驅動電流與光輸出之間的非線性關係。雖然增加電流會提升亮度，但也會增加功率消耗與接面溫度，影響效率與壽命。

4.4 光譜分佈

光譜輸出曲線顯示了圍繞約518 nm峰值波長的不同波長所發射的光強度。窄頻寬是基於InGaN的綠色LED的特徵。

4.5 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

此基本曲線顯示了二極體中電壓與電流的指數關係。"膝點"電壓是導通開始顯著之處。工作區域的斜率表示動態電阻。

4.6 輻射模式圖

極座標圖說明了光強度的空間分佈。120度的視角表示寬廣、類似朗伯分佈的發光模式，適用於區域照明與寬視角指示燈。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書包含LED封裝的詳細尺寸圖。關鍵尺寸包括本體長度、寬度、高度，以及陰極/陽極端子的位置。所有未指定的公差為 ±0.1 mm。

5.2 建議焊墊佈局

提供了PCB的建議焊墊佈局，以確保可靠的焊接與機械穩定性。建議的焊墊尺寸僅供參考；設計師應根據其特定的PCB製造製程與熱需求進行修改。

6. 標籤與包裝資訊

6.1 標籤說明

捲盤標籤包含數個用於追溯與識別的代碼：

• CPN：客戶產品編號。
• P/N：製造商產品編號（例如：19-218/GHC-YR1S2M/3T）。
• QTY：包裝數量。
• CAT：發光強度等級（例如：R1、S2）。
• HUE：色度座標與主波長等級（例如：X、Y、Z）。
• REF：順向電壓等級（例如：5、6、7、8）。
• LOT No：製造批號，用於追溯。

6.2 捲盤與載帶尺寸

指定了載帶與直徑7英吋捲盤的尺寸。標準裝載量為每捲3000顆。

6.3 防潮包裝

LED以防潮袋（鋁箔防潮袋）包裝，並附有乾燥劑以吸收環境濕氣。袋上標籤標示了濕度敏感等級（MSL）與操作說明。此包裝對於在迴焊過程中易受濕氣損壞（"爆米花效應"）的元件至關重要。

7. 焊接與組裝指南

7.1 關鍵注意事項

過電流保護：LED是電流驅動元件。必須使用外部限流電阻串聯。順向電壓的微小變化可能導致電流大幅變化，可能導致立即失效（燒毀）。必須串聯使用。順向電壓的微小變化可能導致電流大幅變化，可能導致立即失效（燒毀）。

7.2 儲存與操作

• 在準備使用元件前，請勿打開防潮袋。
• 打開前：儲存於 ≤30°C 且 ≤90% 相對濕度（RH）。
• 打開後："車間壽命"（元件可暴露於工廠環境空氣中的時間）在 ≤30°C 且 ≤60% RH 下為1年。未使用的零件應重新密封於帶有乾燥劑的防潮包裝中。
• 若乾燥劑指示劑已變色或超過儲存時間，則需要進行烘烤處理：60 ±5°C 烘烤24小時。

7.3 焊接條件

迴焊溫度曲線（無鉛）：

• 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（從預熱到峰值）。
• 冷卻速率：最高6°C/秒。

手焊：使用烙鐵頭溫度 <350°C 的烙鐵，每個端子焊接時間不超過3秒。烙鐵功率應為25W或更低。焊接每個端子之間至少間隔2秒。手焊有較高的熱損壞風險。

維修：不建議在焊接後進行維修。若不可避免，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子並均勻抬起元件，以避免損壞焊墊或LED本身。任何維修後請驗證元件功能。

8. 應用說明與設計考量

8.1 電路設計

務必使用串聯電阻來限制順向電流。使用歐姆定律計算電阻值：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用分級或規格書中的最大 V_F值，以確保在最壞情況下電流不超過限制。考慮電阻的額定功率（P = I_F²* R）。驅動多個LED時，串聯配置對於電流匹配是首選，但需要更高的電源電壓。並聯配置需要為每個LED配備獨立的限流電阻，以防止電流不均。

8.2 熱管理

儘管是小型SMD元件，熱管理對於壽命與穩定性能至關重要。降額曲線清楚顯示性能隨溫度升高而下降。確保足夠的PCB銅箔面積（散熱焊墊）以散熱，特別是在接近最大額定電流或高環境溫度下操作時。避免將LED放置在其他發熱元件附近。

8.3 光學整合

寬廣的120度視角使此LED適合需要廣泛照明的應用。對於更集中的光線，可能需要外部透鏡或導光板。水色透明樹脂為LED可能與濾色片或擴散片一起使用的應用提供了中性基色。

9. 技術比較與定位

此基於InGaN的綠色LED在SMD指示燈LED市場中提供了典型的解決方案。其主要差異點在於符合現代環保標準（無鹵素、REACH）以及其無鉛迴焊製程的規格。提供的分級資訊提供了對於多LED陣列或顯示器重要的顏色與亮度一致性水準。相對較高的發光強度（20mA下最高285 mcd）與標準SMD封裝尺寸的結合，使其成為指示燈與低階背光任務的多功能選擇。設計師應將順向電壓分級與發光強度分級與應用特定的電壓餘裕與亮度均勻性要求進行比較。

10. 常見問題（FAQ）

問：分級代碼的目的是什麼？

答：分級確保了電氣與光學的一致性。例如，使用來自相同 V_F分級的LED，可確保在使用共同的限流電阻驅動時亮度均勻。使用來自相同波長分級的LED可確保顏色匹配。

問：如果我的電源電壓正好是3.2V，我可以不用限流電阻驅動此LED嗎？

答：不行。順向電壓有一個範圍（2.75V-3.95V）。3.2V的電源供應可能會導致具有低 V_F的LED電流過大，導致失效。對於恆壓驅動，串聯電阻始終是必需的。

問：如何解讀100mA的"峰值順向電流"額定值？

答：這是脈衝電流額定值（1 kHz下1/10工作週期）。不應用於連續操作。連續直流電流不得超過25mA。

問：為什麼濕度敏感包裝很重要？

答：吸收到塑膠封裝中的濕氣在高溫迴焊過程中可能迅速蒸發，導致內部分層、破裂或"爆米花效應"，從而損壞元件。

11. 設計使用案例範例

情境：設計一個具有10顆亮度均勻的綠色LED狀態指示燈面板。

1. 電流設定：選擇驅動電流。為了平衡亮度與壽命，選擇 I_F= 20 mA。
2. 電壓分級選擇：為了確保使用單一限流電阻值時亮度均勻，指定來自相同順向電壓分級的LED（例如：分級6：3.05-3.35V）。使用該分級中的最大 V_F值（3.35V）進行最壞情況的電阻計算。
3. 亮度分級選擇：指定所需的發光強度分級（例如：S1：180-225 mcd）以保證最低亮度水準。
4. 電路設計：使用5V電源（V_電源），計算串聯電阻：R = (5V - 3.35V) / 0.020A = 82.5Ω。使用最接近的標準值，82Ω。電阻功率：P = (0.020A)²* 82Ω = 0.0328W。標準的1/10W（0.1W）電阻已足夠。
5. 佈局：使用建議的焊墊佈局將LED放置在PCB上。將所有LED並聯連接，每個LED配備自己的82Ω串聯電阻以防止電流不平衡。
6. 組裝：遵循迴焊溫度曲線指南。若未立即使用，請將打開的捲盤儲存在乾燥櫃中。

12. 操作原理

此LED是一種半導體光子元件。其核心是由InGaN（氮化銦鎵）材料製成的晶片，形成一個p-n接面。當施加超過接面閾值的順向電壓時，電子與電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定成分決定了能隙能量，這直接對應於發射光的波長（顏色）——在本例中為亮綠色（約518-535 nm）。水色透明環氧樹脂封裝晶片，提供機械保護、塑造輻射模式，並作為折射介質。

13. 技術趨勢

像這樣的SMD LED的發展是由電子微型化、自動化與能源效率的趨勢所驅動。持續推動更高的發光效率（每電瓦產生更多光輸出），這提高了系統效率並降低了熱負載。螢光粉技術與晶片設計的進步正在擴展LED的色域與顯色能力。此外，整合是一個關鍵趨勢，多晶片封裝（RGB、白光）甚至驅動IC被結合到單一模組中。對環保合規性（無鹵素、REACH）以及汽車與工業應用的高可靠性製造製程的重視，持續塑造著元件規格與測試要求。