SMD LED 17-21/R6C-AN2Q1B/3T 規格書 - 亮紅色 - 20mA - 最大2.35V - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款發射亮紅色光的表面黏著元件（SMD）LED之規格。該元件採用封裝於水清樹脂中的AlGaInP晶片。其緊湊的SMD封裝為現代電子設計帶來顯著優勢，能實現更高的電路板密度，並有助於終端設備的小型化。

1.1 主要特性與優勢

此LED的主要優勢源於其封裝與符合的標準：

• 自動化友善包裝：以8mm載帶包裝，並捲繞於直徑7英吋的捲盤上，使其完全相容於高速自動貼片組裝設備。
• 穩固的製造相容性：設計可承受標準紅外線（IR）與氣相迴焊製程，確保能可靠地附著於印刷電路板（PCB）上。
• 環保法規符合性：本產品為無鉛（Pb-free）且符合RoHS（有害物質限制）指令。
• 空間與重量效率：SMD格式相較於傳統引腳式LED顯著更小更輕。此尺寸縮減允許更小的PCB設計、更高的元件封裝密度、降低儲存需求，最終實現更緊湊的終端產品。

1.2 目標應用

此LED適用於多種需要緊湊、可靠的紅色指示燈或背光源的應用。典型使用案例包括：

• 通訊設備：電話與傳真機的狀態指示燈及按鍵背光。
• 消費性電子產品：液晶顯示器（LCD）的平面背光、控制面板上開關與符號的背光。
• 通用指示：任何需要明亮、高效能紅色光源且佔用空間極小的應用。

2. 技術參數深入解析

本節提供LED電氣、光學及熱規格的詳細客觀分析。除非另有說明，所有數據均在環境溫度（Ta）25°C下指定。

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。不保證在這些極限下或超出極限的操作，電路設計中應避免。

• 逆向電壓（V_R）：5V。在逆向方向上超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流（I_F）：25mA。可持續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：60mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為1/10，頻率1kHz。它允許短時間的高亮度操作。
• 功率消耗（P_d）：60mW。封裝能以熱形式散發的最大功率，計算方式為順向電壓（V_F）× 順向電流（I_F）。
• 操作與儲存溫度：-40°C 至 +85°C（操作），-40°C 至 +90°C（儲存）。
• 靜電放電（ESD）：2000V（人體放電模型）。組裝過程中必須遵循適當的ESD處理程序。
• 焊接溫度：元件可承受峰值溫度260°C、持續時間最長10秒的迴焊，或每個端子以350°C手動焊接最長3秒。

2.2 電光特性

這些是在標準測試條件下（I_F= 20mA）測量的典型性能參數。

• 發光強度（I_v）：範圍從最小值36.0 mcd（毫燭光）到最大值90.0 mcd，典型容差為±11%。這定義了LED的感知亮度。
• 視角（2θ_1/2）：典型的寬視角140度。此角度是指發光強度為0度（軸上）強度一半時的角度。
• 峰值波長（λ_p）：典型值632 nm。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：指定在617.5 nm至633.5 nm之間。此波長對應於光的感知顏色，對於顏色定義比峰值波長更為相關。
• 頻譜頻寬（Δλ）：典型值20 nm。這表示光譜純度；較小的頻寬意味著更單一的顏色。
• 順向電壓（V_F）：在20mA時範圍從1.75V到2.35V，容差為±0.1V。這是LED工作時兩端的電壓降。
• 逆向電流（I_R）：在5V逆向偏壓下最大為10 μA。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據性能進行分級。料號17-21/R6C-AN2Q1B/3T包含了關鍵參數的分級代碼。

3.1 發光強度分級（代碼：N2, P1, P2, Q1）

LED根據其在20mA下測得的發光強度進行分組。料號中的分級代碼（例如Q1）指定了該特定單元保證的強度範圍。

• 分級 N2：36.0 – 45.0 mcd
• 分級 P1：45.0 – 57.0 mcd
• 分級 P2：57.0 – 72.0 mcd
• 分級 Q1：72.0 – 90.0 mcd

3.2 主波長分級（代碼：E4, E5, E6, E7）

LED根據其主波長（定義了精確的紅色色調）被分類為組別（A）和分級。

• 分級 E4：617.5 – 621.5 nm
• 分級 E5：621.5 – 625.5 nm
• 分級 E6：625.5 – 629.5 nm
• 分級 E7：629.5 – 633.5 nm

3.3 順向電壓分級（代碼：0, 1, 2）

LED根據其在20mA下的順向電壓降進行分組（B）和分級。這對於設計限流電路至關重要，特別是當多個LED並聯連接時。

• 分級 0：1.75 – 1.95 V
• 分級 1：1.95 – 2.15 V
• 分級 2：2.15 – 2.35 V

4. 性能曲線分析

規格書包含數條特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。理解這些是實現最佳電路設計的關鍵。

4.1 發光強度 vs. 順向電流與溫度

光輸出與順向電流成正比。然而，此關係並非完全線性，且在極高電流下效率可能下降。此外，發光強度會隨著環境溫度升高而降低。降額曲線顯示，當操作溫度高於25°C時，必須降低最大允許順向電流，以避免超過功率消耗限制並確保長期可靠性。

4.2 順向電壓 vs. 順向電流

此IV曲線顯示了典型的二極體指數關係。順向電壓隨電流增加而增加。曲線的形狀對於理解LED的動態電阻以及進行熱管理計算非常重要。

4.3 頻譜分佈與輻射圖

頻譜分佈圖確認了紅色發光，峰值約在632 nm，並有明確的頻寬。輻射圖（極座標圖）以視覺方式呈現140度的視角，顯示光強度在空間中的分佈情況。

5. 機械與封裝資訊

LED封裝於緊湊、符合產業標準的SMD封裝中。詳細的尺寸圖對於在CAD軟體中建立正確的PCB焊墊圖形（焊墊圖案）至關重要。關鍵機械注意事項包括：

• 所有未指定的公差為±0.1mm。
• 圖紙定義了本體尺寸、引腳（端子）尺寸以及建議的焊墊佈局，以確保正確的焊接和機械穩定性。
• 極性由封裝外型或標記指示；正確的方向對於電路操作至關重要。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理與焊接對於良率與可靠性至關重要。

6.1 儲存與濕度敏感性

LED包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。為防止爆米花效應（因迴焊過程中水氣快速膨脹導致封裝破裂），使用者必須遵守以下事項：

• 在準備使用前請勿打開袋子。
• 將未開封的袋子儲存在≤30°C且≤90% RH的環境中。
• 開封後，在≤30°C且≤60% RH的環境下，"車間壽命"為1年。未使用的零件應重新密封。
• 如果乾燥劑指示劑變色或超過儲存時間，在進行迴焊前需要在60±5°C下烘烤24小時。

6.2 迴焊溫度曲線

指定了無鉛迴焊曲線：

• 預熱：150–200°C，持續60–120秒。
• 液相線以上時間（TAL）：在217°C以上，持續60–150秒。
• 峰值溫度：最高260°C，保持時間不超過10秒。在255°C以上的時間不得超過30秒。
• 加熱/冷卻速率：加熱至峰值溫度最大3°C/秒，從峰值溫度冷卻最大6°C/秒。
• 重要：迴焊不應執行超過兩次。加熱期間避免對LED施加機械應力，焊接後請勿彎曲PCB。

6.3 手動焊接與返工

若必須進行手動焊接，請使用烙鐵頭溫度≤350°C的烙鐵，對每個端子加熱≤3秒，並使用額定功率≤25W的烙鐵。每個端子焊接之間至少間隔2秒。強烈不建議進行返工。若絕對無法避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以防止焊點或LED晶片受到熱機械損傷。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED以壓紋載帶包裝供應，並提供尺寸。每捲包含3000顆。亦指定了捲盤尺寸（直徑7英吋），以確保與自動化設備供料器相容。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含幾個關鍵欄位：客戶料號（CPN）、製造商料號（P/N）、包裝數量（QTY），以及發光強度（CAT）、主波長/色調（HUE）和順向電壓（REF）的特定分級代碼，連同製造批號。

8. 應用與設計考量

8.1 電路設計要點：電流限制

這是最關鍵的設計規則。LED是電流驅動元件。其順向電壓具有負溫度係數，且每個單元之間存在差異（如分級所示）。因此，它必須由恆流源驅動，或者更常見的是，串聯一個限流電阻。將LED直接連接到電壓源，即使是與其標稱V_F匹配的電壓源，也會導致不受控制的電流突波，從而立即損壞。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F.

8.2 熱管理

雖然功率消耗很低，但有效的熱設計可以延長壽命並維持亮度。確保PCB焊墊提供足夠的散熱路徑，並避免將LED放置在其他發熱元件附近。在高溫環境下，請遵循順向電流降額曲線。

8.3 光學設計

寬廣的140度視角使此LED適用於需要寬廣照明或多角度可見性的應用。對於聚焦光束，則需要二次光學元件（透鏡）。水清樹脂可實現最高的光輸出。

9. 技術比較與差異化

此元件的主要區別在於其材料、封裝和性能的特定組合：

• AlGaInP晶片技術：此材料系統以生產高效率的紅色、橙色和琥珀色LED而聞名，相較於舊技術，具有出色的亮度和顏色穩定性。
• SMD封裝優勢：與穿孔式LED相比，它提供了前述的尺寸、重量和組裝速度優勢，這些是現代SMD元件的標準。
• 詳細分級：三參數分級（強度、波長、電壓）允許設計師為需要亮度、顏色或電氣行為嚴格一致性的應用選擇零件，減少了生產線上電路調整的需求。

10. 常見問題（FAQ）

問：我可以將此LED驅動在30mA以獲得更高亮度嗎？

答：不行。連續順向電流的絕對最大額定值為25mA。超過此額定值會損害可靠性，並可能導致永久損壞。若要更高亮度，請選擇發光強度分級更高的LED（例如Q1），或在I_FP rating.

問：規格書顯示典型V_F為2.0V。為什麼我的電路需要3.3V電源？

答：額外的電壓是用來克服限流電阻上的電壓降。例如，要從3.3V電源以20mA驅動V_F為2.0V的LED，您需要一個電阻：R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65歐姆。電阻會消耗多餘的功率。

問：如何解讀料號17-21/R6C-AN2Q1B/3T？

答：雖然完整的命名規則可能是專有的，但關鍵部分可以推斷："17-21"可能指封裝樣式/尺寸。"R6C"可能表示顏色（紅色）和晶片類型。"AN2Q1B"包含分級代碼：A（波長組別）、N2（強度分級）、Q1（強度分級）、B（電壓組別）。"3T"可能與載帶包裝或版本有關。

11. 實務設計案例研究

情境：設計一個具有10顆相同紅色LED的狀態指示燈面板，全部由穩定的5V電源軌供電。亮度均勻性很重要。

設計步驟：

1. 選擇分級：選擇來自相同發光強度分級（例如全部Q1：72-90 mcd）和相同主波長分級（例如全部E6：625.5-629.5 nm）的LED，以確保視覺一致性。
2. 計算串聯電阻：使用分級中的最大值 V_F（例如分級2：2.35V）進行最壞情況設計，以確保電流絕不超過20mA。R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5歐姆。使用最接近的標準值（130或150歐姆）。150歐姆的電阻提供安全餘量：I_F= (5V - 2.35V) / 150 = ~17.7mA。
3. PCB佈局：使用封裝尺寸放置LED。將每個LED透過其專屬的串聯電阻連接到5V電源軌。避免將多個LED與單一電阻並聯，因為輕微的V_F變化會導致顯著的電流不平衡和亮度不均。
4. 組裝：嚴格遵循濕度處理和迴焊曲線指南，以確保焊點完整性並防止損壞。

12. 工作原理

光是在AlGaInP半導體晶片內透過稱為電致發光的過程產生的。當施加超過接面內建電位的順向電壓時，電子和電洞分別從n型和p型材料注入活性區域。這些電荷載子重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。晶片層中鋁、鎵、銦和磷化物的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在本例中為亮紅色。

13. 技術趨勢

LED技術的總體趨勢持續朝向更高效率（每瓦更多流明）、改善顯色性以及增加功率密度發展。對於像此類的指示燈型SMD LED，趨勢包括進一步小型化（例如晶片級封裝）、更廣泛採用高性能材料（如用於藍/綠光的InGaN和用於紅/橙光的AlGaInP），以及在惡劣環境條件下增強可靠性。在封裝內整合驅動電子元件（例如內建電流調節或PWM控制器）也是一項持續發展，以簡化終端使用者的電路設計。