SMD LED 19-21/G6C-AL1M2LY/3T 規格書 - 尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 電壓 1.7-2.3V - 亮黃綠色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-21/G6C-AL1M2LY/3T 是一款表面黏著元件 (SMD) LED，專為需要小巧尺寸、高可靠性和一致性能的現代電子應用而設計。此元件屬於 19-21 封裝系列，其特點是微型佔位面積，使其成為空間受限設計的理想選擇。

1.1 核心優勢與產品定位

此 LED 的主要優勢在於其尺寸相較於傳統引線框架型元件顯著縮小。這種微型化為設計師和製造商帶來了幾個關鍵好處：

• 更小的電路板尺寸：允許更緊湊的 PCB 佈局。
• 更高的元件密度：可在單一電路板上放置更多元件，增加功能性。
• 減少儲存空間：元件及其包裝（7 吋捲盤上的 8mm 載帶）的物理尺寸更小，優化了物流和庫存管理。
• 輕量化設計：極輕的重量對於便攜式和微型應用至關重要，每一克都需計較。
• 製造相容性：此元件完全相容於標準自動貼裝設備和主流焊接製程，包括紅外線和氣相迴焊，有利於大量生產。

1.2 符合性與環保標準

本產品設計時考量了現代環保與安全法規，確保廣泛的市場接受度：

• 無鉛：不含鉛製造，符合 RoHS（有害物質限制）指令。
• 無鹵素：符合無鹵素要求，溴 (Br) 和氯 (Cl) 含量各低於 900 ppm，且總和低於 1500 ppm。
• REACH 符合性：遵守歐盟關於化學品註冊、評估、授權和限制的 REACH 法規。

2. 技術規格與客觀解讀

本節根據規格書，對元件的電氣、光學和熱參數提供詳細、客觀的分析。

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應力極限。在這些極限下或超過極限的操作不予保證，在可靠的設計中應避免。

• 逆向電壓 (V_R)：5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面立即崩潰。
• 連續順向電流 (I_F)：25 mA。連續操作的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP)：60 mA (工作週期 1/10 @1kHz)。適用於短脈衝操作，但不適用於直流。
• 功率消耗 (P_d)：60 mW。封裝在 Ta=25°C 時可消耗的最大功率。在更高的環境溫度下必須降額使用。
• 靜電放電 (ESD) HBM：2000V。提供元件抗靜電能力的衡量標準，根據人體模型 (HBM) 分類為 Class 2。
• 操作溫度 (T_opr)：-40°C 至 +85°C。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：指定組裝時的熱曲線極限。
  • 迴焊：峰值溫度最高 260°C，最長 10 秒。
  • 手焊：烙鐵頭溫度 350°C，每個端子最長 3 秒。

2.2 電光特性 (Ta=25°C)

這些是在標準測試條件下測得的典型性能參數 (I_F= 5mA)。

• 發光強度 (I_v)：範圍從 11.5 mcd (最小) 到 28.5 mcd (最大)，典型公差為 ±11%。這定義了感知亮度。
• 視角 (2θ_1/2)：100 度 (典型)。此寬視角使其適用於 LED 可能無法正面觀看的應用。
• 峰值波長 (λ_p)：575 nm (典型)。光譜發射最強的波長。
• 主波長 (λ_d)：569.5 nm 至 577.5 nm。此參數與感知顏色（亮黃綠色）更密切相關，並需進行分級。
• 頻譜頻寬 (Δλ)：20 nm (典型)。最大強度一半處的發射頻譜寬度 (FWHM)。
• 順向電壓 (V_F)：在 I_F=5mA 時為 1.70V 至 2.30V，典型公差為 ±0.05V。此範圍對於限流電阻計算至關重要。
• 逆向電流 (I_R)：在 V_R=5V 時最大 10 μA。規格書明確指出，此元件並非為逆向操作而設計；此參數僅供測試用途。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色和亮度一致性，LED 會被分類到不同的等級。此元件使用三個獨立的分級參數。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 I_F=5mA 時測得的發光強度進行分組。等級代碼 (L1, L2, M1, M2) 代表遞增的亮度等級，從 11.5-14.5 mcd (L1) 到 22.5-28.5 mcd (M2)。設計師可以選擇特定等級以滿足亮度要求。

3.2 主波長分級

此分級確保顏色一致性。主波長以 2nm 為間隔進行分類，等級代碼從 C16 (569.5-571.5nm) 到 C19 (575.5-577.5nm)。選擇更嚴格的等級可使陣列中多個 LED 的顏色外觀更均勻。

3.3 順向電壓分級

順向電壓以 0.1V 為間隔進行分級，從代碼 19 (1.70-1.80V) 到代碼 24 (2.20-2.30V)。了解 V_F等級有助於優化限流電路設計以提高效率，並確保 LED 並聯驅動時亮度一致。

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條特性曲線，對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。

4.1 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出與電流並非線性比例。它隨電流增加而增加，但在較高電流下可能飽和或效率降低。在接近最大額定電流 (25mA) 下操作可能不會帶來成比例的亮度增益，並會增加熱量。

4.2 相對發光強度 vs. 環境溫度

LED 效率隨接面溫度升高而降低。此曲線通常顯示，當環境溫度從 25°C 升高至最高操作溫度 (+85°C) 時，光輸出會下降。在高溫環境的設計中必須考慮此因素。

4.3 順向電流降額曲線

這是熱管理的關鍵圖表。它顯示了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著 Ta 升高，最大 I_F必須降低，以防止接面溫度超過安全限制並維持長期可靠性。

4.4 光譜分佈與輻射圖

光譜分佈圖確認了以 575nm 為中心的單色黃綠光輸出。輻射圖（極座標圖）以視覺方式呈現 100 度視角，顯示光強度的角度分佈。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

19-21 封裝的標稱尺寸為長 2.0mm、寬 1.25mm、高 0.8mm（公差 ±0.1mm，除非另有規定）。規格書包含詳細的尺寸圖，顯示焊墊佈局、元件外型和陰極識別標記。基於此圖進行準確的焊墊設計對於正確焊接和對齊至關重要。

5.2 極性辨識

如封裝圖所示，陰極在元件上有明確標記。貼裝時必須注意正確的極性，以確保電路正常運作。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供詳細的無鉛迴焊曲線：

• 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。
• 峰值時間：最長 10 秒。
• 加熱/冷卻速率：加熱最高 6°C/秒，冷卻最高 3°C/秒。

6.2 關鍵注意事項

• 電流限制：必須使用外部限流電阻。LED 是電流驅動元件；順向電壓的微小變化會導致電流大幅變化，從而導致快速失效（燒毀）。
• 迴焊次數：迴焊次數不應超過兩次，以防止過度的熱應力。
• 機械應力：避免在加熱時對 LED 本體施加應力，或在焊接後彎折 PCB。
• 手焊：如有必要，使用烙鐵溫度 ≤350°C，每個端子 ≤3 秒，功率額定值 ≤25W。端子之間需有 ≥2 秒的冷卻間隔。手焊損壞風險較高。
• 維修：焊接後避免返工。若絕對必要，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子並均勻抬起元件，以防止焊墊損壞。

7. 儲存與濕度敏感性

此元件對濕度敏感。處理不當可能導致在迴焊過程中因吸收的水分快速汽化而產生爆米花現象（封裝破裂）。

• 未開封袋：在準備使用前，請勿打開防潮屏障袋。
• 車間壽命：開封後，若儲存在 ≤30°C 且相對濕度 ≤60% 的環境下，LED 必須在 168 小時（7 天）內使用完畢。
• 烘烤：若超過儲存時間或乾燥劑指示劑顯示飽和，則在使用前需在 60±5°C 下烘烤 24 小時。
• 重新包裝：未使用的 LED 應與新的乾燥劑一起重新密封在防潮袋中。

8. 包裝與訂購資訊

8.1 標準包裝

此元件以防潮包裝供應：

• 載帶：8mm 寬載帶。
• 捲盤：7 吋直徑捲盤。
• 數量：每捲 3000 顆。
• 包裝：包含乾燥劑，並密封在帶有適當標籤的鋁箔防潮袋中。

8.2 標籤說明

捲盤標籤包含用於追溯和識別的關鍵資訊：

• CPN：客戶產品編號。
• P/N：製造商產品編號（例如，19-21/G6C-AL1M2LY/3T）。
• QTY：包裝數量。
• CAT：發光強度等級代碼（例如，L1, M2）。
• HUE：色度/主波長等級代碼（例如，C17, C19）。
• REF：順向電壓等級代碼（例如，20, 23）。
• LOT No：製造批號，用於追溯。

9. 應用建議

9.1 典型應用場景

• 背光：憑藉其寬視角和一致的顏色，非常適合儀表板指示燈、開關背光以及 LCD 和符號的平面背光。
• 通訊設備：電話、傳真機和其他通訊設備中的狀態指示燈和鍵盤背光。
• 一般指示：消費性電子產品、家電和工業控制中的電源狀態、模式指示和其他通用視覺回饋。

9.2 設計考量

• 電流驅動：務必使用串聯電阻或恆流驅動器。使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F計算電阻值，並使用規格書或等級中的最大 V_F，以確保在最壞情況下電流不超過限制。
• 熱管理：對於在高環境溫度下或接近最大電流的連續操作，需考慮 PCB 佈局以利散熱。避免將 LED 放置在靠近其他熱源的地方。
• ESD 防護：在組裝過程中實施標準的 ESD 處理程序。雖然元件具有 2kV HBM 防護，但在高 ESD 風險環境中可能需要額外的電路級防護。
• 光學設計：寬視角特性若需要更集中的光束，可能需要導光板或擴散片。水透明環氧樹脂鏡片提供了良好的光提取效率。

10. 技術比較與差異化

與舊式穿孔 LED 或更大的 SMD 封裝相比，19-21 提供了微型化與性能的誘人組合。其主要差異化優勢在於，在低功率指示燈類別中，其佔位面積非常小（2.0x1.25mm），並且採用 AlGaInP 半導體材料，在黃綠光譜中提供高效率和高飽和度的顏色。與其他一些微型化封裝相比，它保持了相對標準的焊墊佈局和穩健的濕度敏感等級，使其成為自動化組裝的可靠選擇。

11. 常見問題 (基於技術參數)

問：我可以直接用 3.3V 或 5V 邏輯電源驅動這個 LED 嗎？

答：不行。您必須始終使用限流電阻。例如，使用 3.3V 電源，在 5mA 下典型 V_F為 2.0V，則需要電阻值為 (3.3V - 2.0V) / 0.005A = 260Ω。為保守設計，請始終使用規格書中的最大 V_F(2.3V) 計算：(3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200Ω。

問：為什麼儲存和烘烤程序如此重要？

答：SMD 元件會吸收空氣中的水分。在高溫迴焊過程中，這些水分會迅速轉化為蒸汽，產生足夠的內部壓力使環氧樹脂封裝破裂（爆米花現象），導致立即或潛在的故障。

問：等級代碼對我的設計意味著什麼？

答：如果您的應用需要統一的外觀（例如，LED 陣列），您應指定嚴格的主波長 (HUE) 和發光強度 (CAT) 等級。對於單一指示燈，標準等級通常就足夠了。順向電壓 (REF) 等級在並聯驅動多個 LED 時有助於確保電流均勻分佈。

12. 實務設計與使用案例

情境：為便攜式設備設計多指示燈狀態面板。

設計師需要 5 顆相同的黃綠色 LED，用於在一個小型電池供電裝置上顯示電池、連線和模式狀態。

1. 元件選擇：選擇 19-21 LED，因其尺寸小、功耗低且顏色合適。
2. 分級規格：為確保 5 顆 LED 看起來完全相同，設計師在採購訂單上指定了單一且嚴格的 CAT（例如，僅 M1）和 HUE（例如，僅 C18）等級。
3. 電路設計：裝置由 3.0V 鈕扣電池供電。使用最大 V_F2.3V 和目標 I_F5mA 以獲得足夠亮度並延長電池壽命，計算限流電阻：R = (3.0V - 2.3V) / 0.005A = 140Ω。選擇標準的 150Ω 電阻。
4. PCB 佈局：緊湊的 19-21 焊墊設計允許 5 顆 LED 緊密放置在一起。絲印上的陰極標記確保了正確的方向。
5. 組裝：工廠收到捲盤，在生產線準備就緒前將其儲存在密封袋中。PCB 使用指定的溫度曲線進行單次迴焊。
6. 結果：得益於正確的等級選擇和電路設計，最終產品擁有一個乾淨、專業的指示燈面板，LED 亮度均勻且顏色一致。

13. 工作原理簡介

此 LED 基於磷化鋁鎵銦 (AlGaInP) 半導體技術。當施加超過二極體接面電位的順向電壓時，電子和電洞分別從 n 型和 p 型材料注入活性區域。這些電荷載子復合，以光子的形式釋放能量。AlGaInP 合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長（顏色）——在本例中為亮黃綠色（約 575nm）。水透明環氧樹脂封裝體保護半導體晶粒，作為鏡片塑造光輸出，並增強晶片的光提取效率。

14. 技術趨勢與背景

19-21 封裝代表了電子產品向微型化和表面黏著技術發展的持續趨勢。從引線封裝轉向此類 SMD，實現了自動化、高速的取放組裝，透過消除手動焊接步驟，顯著降低了製造成本並提高了可靠性。AlGaInP 材料的使用代表了對 GaAsP 等舊技術的進步，提供了更高的發光效率和更鮮豔、飽和的顏色。此外，符合無鉛、無鹵素和 REACH 標準，反映了整個產業向環境永續製造流程和材料的轉變，這現已成為進入全球市場的關鍵要求。