SMD LED 19-21 暗紅色規格書 - 尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 電壓 1.75-2.35V - 功率 60mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款 19-21 封裝尺寸、發射暗紅色的表面黏著元件 (SMD) LED 之規格。此元件專為現代電子組裝製程設計，提供緊湊的佔位面積與可靠的性能，適用於各種指示燈與背光應用。

1.1 核心優勢與產品定位

此 19-21 SMD LED 的主要優勢在於其尺寸相較於傳統引線框架型 LED 顯著縮小。這種微型化為產品設計師帶來數項關鍵益處：

• 更小的電路板尺寸：允許更緊湊的 PCB 設計。
• 更高的元件密度：在給定面積內可放置更多元件。
• 減少儲存空間：更小的元件所需庫存空間更少。
• 輕量化結構：對於重量是關鍵因素的便攜式與微型應用而言，是理想選擇。
• 相容性：元件以 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑捲盤上，使其完全相容於大量生產中使用的標準自動貼片設備。

本產品定位為通用型指示燈與背光解決方案，特別適合空間與重量受限的應用。

1.2 目標市場與應用

此 LED 專為廣泛的電子應用而設計。其主要目標市場包括：

• 汽車內裝：儀表板儀器、開關與控制面板的背光。
• 通訊設備：電話、傳真機及其他通訊裝置中的狀態指示燈與鍵盤背光。
• 消費性電子：LCD 顯示器的平面背光、符號照明與開關背光。
• 通用指示燈用途：任何需要可靠、緊湊的紅色狀態或指示燈的應用。

2. 技術規格深入解析

本節提供 LED 技術參數的詳細、客觀分析。理解這些限制對於可靠的電路設計至關重要。

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。不保證在這些極限下或接近極限的操作，為確保長期可靠性應予以避免。

• 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)：25mA。連續操作的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP)：60mA (工作週期 1/10 @ 1kHz)。此額定值僅適用於脈衝操作，在直流操作中即使瞬間也不得超過。
• 功率消耗 (P_d)：60mW。封裝能以熱形式消散的最大功率，計算方式為 V_F* I_F.
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM)：2000V。提供元件對靜電敏感度的衡量標準。必須遵循正確的 ESD 處理程序。
• 操作溫度 (T_opr)：-40°C 至 +85°C。元件被指定可操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg)：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：
  • 迴焊：峰值 260°C，最長 10 秒。
  • 手工焊接：烙鐵頭 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 (環境溫度 25°C，I_F=5mA) 測得的典型性能參數。

• 發光強度 (I_v)：7.2 mcd (最小) 至 18.0 mcd (最大)。實際輸出已分級 (見第 3 節)。
• 視角 (2θ_1/2)：100 度 (典型值)。這是發光強度降至其峰值一半時的全角。
• 峰值波長 (λ_p)：639 nm (典型值)。光譜發射最強的波長。
• 主波長 (λ_d)：625.5 nm (最小) 至 637.5 nm (最大)。這是人眼感知的單一波長，定義了顏色。此參數亦已分級。
• 頻譜頻寬 (Δλ)：20 nm (典型值)。在最大強度一半處的發射頻譜寬度。
• 順向電壓 (V_F)：1.75V (最小) 至 2.35V (最大)，於 I_F=5mA 時。此參數具有 ±0.1V 的嚴格公差，且已分級。
• 逆向電流 (I_R)：10 μA (最大)，於 V_R=5V 時。必須注意，此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此測試僅用於漏電流特性分析。

3. 分級系統說明

為確保生產中顏色與亮度的一致性，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 5mA 下的光輸出分為四個等級 (K1, K2, L1, L2)。

• K1：7.2 - 9.0 mcd
• K2：9.0 - 11.5 mcd
• L1：11.5 - 14.5 mcd
• L2：14.5 - 18.0 mcd

每個等級內適用 ±11% 的公差。

3.2 主波長分級

顏色 (色調) 透過將主波長分為三個範圍 (E6, E7, E8) 來控制。

• E6：625.5 - 629.5 nm
• E7：629.5 - 633.5 nm
• E8：633.5 - 637.5 nm

每個等級內適用 ±1nm 的公差。

3.3 順向電壓分級

為輔助電流調節設計，特別是在並聯串中，順向電壓已進行分級。

• 等級 0：1.75 - 1.95 V
• 等級 1：1.95 - 2.15 V
• 等級 2：2.15 - 2.35 V

每個等級內適用 ±0.1V 的公差。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數條特性曲線，對於理解 LED 在非標準條件下的行為至關重要。

4.1 發光強度 vs. 環境溫度

此曲線顯示發光強度隨環境溫度升高而降低。這是半導體光源的基本特性，因為在較高溫度下內部量子效率會降低。若 LED 將在高溫環境中操作，設計師必須對預期光輸出進行降額。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

電流 (I_F) 與光輸出之間的關係在較低電流下大致呈線性，但在較高電流下可能因發熱與效率下降而變為次線性。在建議電流以上操作不會使亮度成比例增加，並將縮短使用壽命。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

這是二極體的基本特性。曲線顯示指數關係。電壓的微小變化會導致電流的巨大變化，這凸顯了限流電路 (例如串聯電阻或恆流驅動器) 對於防止熱失控與損壞的關鍵需求。

4.4 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，必須降低最大安全電流，以保持在元件的功率消耗限制內並防止過熱。

4.5 頻譜分佈

頻譜圖確認了此基於 AlGaInP 的 LED 的單色性質，顯示一個以約 639 nm 為中心、對應於深紅色的窄發射峰。20nm 的頻寬表示其頻譜純度。

4.6 輻射模式圖

極座標圖說明了 100 度的視角。強度在 0 度 (垂直於 LED 表面) 時最高，並對稱地向邊緣遞減，遵循此封裝風格的近朗伯分佈模式。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

19-21 SMD LED 具有以下關鍵尺寸 (除非另有說明，公差為 ±0.1mm)：

• 長度：2.0 mm
• 寬度：1.25 mm
• 高度：0.8 mm

封裝上明確標示有陰極標記，以便在組裝時正確識別極性方向。

5.2 焊墊設計與極性

建議的焊墊圖形 (Land Pattern) 在尺寸圖中提供。正確識別陰極 (通常以綠色色調、凹口或斜角標示，如圖所示) 對於防止焊接時反向連接至關重要。

6. 焊接與組裝指南

遵循這些指南對於確保焊點可靠性及防止 LED 損壞至關重要。

6.1 迴焊溫度曲線 (無鉛)

建議的溫度曲線對於無鉛 (SAC) 焊料合金至關重要：

• 預熱：150-200°C，持續 60-120 秒。此步驟逐漸加熱電路板以最小化熱衝擊。
• 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。
• 最大升溫速率：6°C/秒。
• 最大降溫速率：3°C/秒。
• 迴焊次數限制：元件不應進行超過兩次的迴焊。

6.2 手工焊接注意事項

若必須進行手工焊接，務必極度小心：

• 使用溫度控制的烙鐵，設定最高 350°C。
• 每個端子的接觸時間限制在 3 秒內。
• 使用額定功率 25W 或更低的烙鐵。
• 焊接每個端子之間至少間隔 2 秒冷卻時間。
• 加熱期間避免對 LED 本體施加機械應力。

6.3 返工與維修

強烈不建議在焊接後進行維修。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，以便在不扭轉的情況下抬起元件。損壞的可能性很高，任何返工後都應驗證 LED 的特性。

7. 儲存與濕度敏感性

此元件對濕度敏感。不當處理可能導致在迴焊過程中因水氣快速膨脹而產生 \"爆米花效應\" (封裝破裂)。

7.1 儲存條件

• 在準備使用元件前，請勿打開防潮屏障袋。
• 開封後：儲存於 ≤30°C 且 ≤60% 相對濕度 (RH) 的環境中。
• 車間壽命：開袋後 168 小時 (7 天) 內使用。
• 若未在此時間內使用，請重新密封並放入乾燥劑或進行烘烤。

7.2 烘烤說明

若乾燥劑指示劑已變色或已超過車間壽命，請在使用前烘烤元件以去除吸收的水氣。

• 溫度：60°C ±5°C
• 持續時間：24 小時
• 注意：確保烘烤溫度不超過最大儲存溫度 (90°C)。

8. 包裝與訂購資訊

8.1 包裝規格

• 載帶：寬度 8mm。
• 捲盤尺寸：直徑 7 英吋。
• 每捲數量：3000 顆。
• 包裝：元件密封於鋁箔防潮袋中，內含乾燥劑與濕度指示卡。

8.2 標籤說明

捲盤標籤包含用於追溯與識別的關鍵資訊：

• CPN：客戶零件編號 (若已指定)。
• P/N：製造商零件編號 (例如：19-21/R7C-AK1L2BY/3T)。
• QTY：捲盤上的包裝數量。
• CAT：發光強度等級代碼 (例如：K1, L2)。
• HUE：主波長/色度等級代碼 (例如：E6, E7)。
• REF：順向電壓等級代碼 (例如：0, 1, 2)。
• LOT No：製造批號，用於追溯。

9. 應用設計考量

9.1 限流是強制要求

這是最重要的設計規則。必須以恆定電流驅動 LED，或根據電源電壓 (V_supply)、LED 的順向電壓 (V_F，取自其等級) 與所需電流 (I_F≤ 25mA) 計算串聯電阻。電阻計算公式為：R = (V_supply- V_F) / I_F。若無此限流，電源電壓的微小增加將導致電流大幅且可能具破壞性的增加。

9.2 熱管理

雖然封裝小巧，但功率消耗 (最高 60mW) 會產生熱量。確保焊墊周圍有足夠的 PCB 銅箔面積 (散熱焊墊) 以幫助散熱，特別是在接近最大電流或高環境溫度下操作時。請參考降額曲線。

9.3 ESD 防護

此元件的 ESD HBM 額定值為 2000V，具有中等敏感度。若輸入線路可能暴露於使用者接觸，應實施 ESD 保護，並在組裝與原型製作期間始終遵循標準的 ESD 安全處理程序。

10. 技術比較與差異化

19-21 封裝在尺寸與性能之間提供了特定的平衡。

• 與較大的 SMD LED 比較 (例如：3528)：19-21 尺寸顯著更小，節省電路板空間，但通常具有較低的最大電流與光輸出額定值。
• 與較小的 SMD LED 比較 (例如：0402)：19-21 更易於手動處理與焊接，提供更高的功率處理能力，且通常具有更寬的視角。
• 與穿孔式 LED 比較：SMD 形式無需鑽孔，實現自動化組裝，減輕重量，並允許 PCB 上更高的元件密度。
• AlGaInP 技術：此材料系統以在紅/橙/琥珀色範圍內的高效率著稱，相較於舊技術，提供良好的亮度與顏色穩定性。

11. 常見問題 (FAQ)

11.1 我可以直接從 3.3V 或 5V 電源驅動此 LED 嗎？

No.您必須使用串聯限流電阻。例如，使用 5V 電源，且 LED 在 20mA 時的 V_F為 2.0V：R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω。需要一個 150Ω 的電阻。

11.2 為何發光強度是在 5mA 而非最大 25mA 下指定？

5mA 是標準測試條件，允許在不同 LED 型號與等級之間進行一致的比較。您可以在更高電流下操作 (最高 25mA) 以獲得更高亮度，但必須參考 \"發光強度 vs. 順向電流\" 曲線，並確保不超過熱限制。

11.3 等級代碼 (例如：K1, E7, 1) 對我的設計意味著什麼？

若您的應用需要在多個 LED 間保持一致的亮度，您應指定嚴格的發光強度等級 (例如：僅 L1)。若顏色一致性至關重要，則指定嚴格的波長等級 (例如：僅 E7)。對於 LED 並聯連接的設計，指定嚴格的順向電壓等級 (例如：僅 1) 有助於確保電流分配更均勻。

11.4 規格書提到 \"非設計用於逆向操作\"。這是什麼意思？

這意味著 LED絕不應故意在陰極電壓高於陽極的情況下操作。5V 逆向電壓額定值是一個最大可承受額定值，用於意外的瞬態事件，而非操作條件。若在正常操作期間施加逆向電壓，很可能造成永久損壞。

12. 設計與使用案例研究

情境：設計一個帶有紅色背光的緊湊型汽車開關。

1. 元件選擇：選擇 19-21 暗紅色 LED，因其尺寸小、亮度適中且與自動化組裝相容。
2. 電路設計：使用車輛的 12V 系統。計算串聯電阻。假設順向電壓等級為 2.0V，且為獲得足夠亮度與長壽命，所需電流為 15mA：R = (12V - 2.0V) / 0.015A ≈ 667 Ω。選擇一個標準的 680 Ω，1/8W 電阻。
3. PCB 佈局：緊湊的 19-21 焊墊圖形置於開關圓頂下方。在焊墊上添加少量額外銅箔以利散熱。
4. 製造：訂購等級為 L1 (確保亮度一致) 與 E7 (確保顏色一致) 的 LED，並以 7 英吋捲盤包裝，用於自動貼片。
5. 組裝：密封的捲盤在其 7 天車間壽命內使用。PCB 使用指定的無鉛溫度曲線進行單次迴焊。
6. 結果：一個可靠、照明均勻且具有長操作壽命的開關背光。

13. 技術原理簡介

此 LED 基於生長在基板上的 AlGaInP (磷化鋁鎵銦) 半導體材料。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子與電洞被注入活性區域並在其中復合。在像 AlGaInP 這樣的直接能隙半導體中，此復合主要以光子 (光) 的形式釋放能量。晶格中鋁、鎵與銦的特定比例決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長 (顏色) — 在此例中為深紅色 (~639 nm)。透明樹脂透鏡封裝晶片，並將發射光塑形為指定的 100 度視角。

LED規格術語詳解

LED技術術語完整解釋