SMD LED 19-21/G PC-FL1M2B/3T 資料手冊 - 純綠光 - 2.0x1.25x0.8mm - 最大 2.35V - 60mW - 英文技術文件

1. 產品概述

19-21/G PC-FL1M2B/3T 是一款表面黏著元件 (SMD) 發光二極體 (LED)，專為需要緊湊、高效且可靠的指示燈或背光解決方案的現代電子應用而設計。此元件相較於傳統引線框架型 LED 有顯著進步，能大幅減少電路板空間、提高封裝密度，並最終有助於終端用戶設備的小型化。其輕量化結構進一步提升了其在尺寸和重量為關鍵限制因素的應用中的適用性。

1.1 核心功能與優勢

此款SMD LED的主要優勢源自其封裝設計與材料合規性：

• 緊湊封裝： 以8mm載帶供應，捲繞於7英吋直徑的捲盤上，使其完全相容於高速自動貼片組裝設備，從而簡化製造流程。
• 強大的製程相容性： 設計可承受標準紅外線（IR）與氣相迴焊製程，確保能可靠地貼附於印刷電路板（PCB）上。
• 環保與法規符合性： The device is manufactured as a Pb-free (lead-free) component. It complies with the EU's RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, REACH regulations, and meets halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• 單色型： 發出單一純淨的綠色光，為指示用途提供一致的色度。

1.2 目標應用

此LED專為多樣化的應用而設計，包括：

• 汽車內裝： 儀表板、儀錶指示燈及開關面板的背光。
• 電信： 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： 液晶顯示器（LCD）的平面背光、開關照明及符號指示燈。
• 通用指示： 任何需要小型、明亮且可靠的綠色光源的應用。

2. 技術規格：深入分析

LED的性能與可靠性由其絕對最大額定值及電光特性所定義。在超出這些指定範圍的條件下操作裝置，可能導致永久性損壞或性能下降。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了在任何操作條件下，即使是瞬間，也不應超過的應力極限。所有數值均以環境溫度 (Ta) 25°C 為準。

• 反向電壓 (VR): 5 V。施加超過此值的反向電壓可能導致接面立即崩潰。
• 連續順向電流 (IF): 25 mA。可持續通過 LED 的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP): 60 mA。此為最大脈衝順向電流，僅在1 kHz、工作週期1/10的條件下允許使用。不適用於連續操作。
• 功率耗散 (Pd)： 60 mW。此為封裝所能耗散為熱量的最大功率，計算方式為順向電壓 (VF) × 順向電流 (IF)。
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM)： 2000 V。此額定值表示LED對靜電的敏感度。在組裝和處理過程中必須遵循正確的ESD處理程序。
• 工作溫度 (Topr)： -40°C 至 +85°C。此為保證LED能正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (Tstg)： -40°C 至 +90°C。裝置在未通電狀態下的儲存溫度範圍。
• 焊接溫度 (Tsol)：
  • 迴流焊接：峰值溫度 260°C，最長持續時間 10 秒。
  • 手工焊接：烙鐵頭溫度不得超過 350°C，每個接點最長持續時間 3 秒。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了 LED 在正常工作條件下（除非另有說明，Ta=25°C，IF=20mA）的光輸出與電氣行為。「Typ.」欄代表典型值或平均值，而「Min.」和「Max.」則定義了保證的限制範圍。

• 發光強度 (Iv)： 11.5 mcd (最小) 至 28.5 mcd (最大)。此為以毫坎德拉測量的LED感知亮度。特定單位的實際值取決於其分檔代碼（參見第3節）。
• 視角 (2θ1/2)： 100 度 (典型值)。此為發光強度降至0度（軸上）強度一半時的全角。100度的角度提供了寬廣的視角錐。
• 峰值波長 (λp)： 561 nm (典型值)。此為發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λd)： 557.5 nm (最小) 至 565.5 nm (最大)。此為人眼感知、最接近LED光色的單一波長。它是顏色規格的關鍵參數。
• 光譜輻射頻寬 (Δλ)： 20 nm（典型值）。在峰值強度一半處的發射光譜寬度（半高全寬 - FWHM）。頻寬越窄表示光譜顏色越純淨。
• 順向電壓 (VF)： 在 IF=20mA 時為 1.75 V（最小值）至 2.35 V（最大值）。LED 導通電流時兩端的電壓降。此參數對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流 (IR)： 在 VR=5V 時為 10 μA（最大值）。LED 處於逆向偏壓時流過的微小漏電流。資料手冊明確指出，此元件並非設計用於逆向操作；此測試條件僅供特性描述之用。

關於容差的重要說明： 資料手冊規定了關鍵參數的製造容差：發光強度 (±11%)、主波長 (±1nm) 和順向電壓 (±0.1V)。這些容差適用於每個分級區間內的值（請參閱下一節）。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據測量性能被分為不同的「檔位」。這讓設計師能根據其特定應用需求，選擇特性嚴格受控的元件。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20mA下測得的Iv值，被分為四個強度檔位（L1, L2, M1, M2）。這便於為需要特定亮度等級的應用進行選擇。

• 檔位 L1： 11.5 – 14.5 mcd
• 檔位 L2： 14.5 – 18.0 mcd
• Bin M1: 18.0 – 22.5 mcd
• Bin M2: 22.5 – 28.5 mcd

3.2 主波長分級

綠光的顏色（色調）是透過分選至四個波長區間（C10至C13）來控制的。這對於多個指示燈之間顏色一致性至關重要的應用來說非常關鍵。

• Bin C10: 557.5 – 559.5 nm
• Bin C11: 559.5 – 561.5 nm
• Bin C12: 561.5 – 563.5 nm
• Bin C13: 563.5 – 565.5 nm

3.3 順向電壓分選

LED也會根據其在20mA下的順向電壓降進行分級。這有助於設計電源供應器和限流電路，特別是在驅動多個串聯LED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

這三個分檔代碼（例如 M2、C11、1）的組合，唯一定義了特定批次 LED 的性能特性。

4. 性能曲線分析

數據手冊提供了數條特性曲線，用以說明 LED 在不同條件下的行為。理解這些曲線對於穩健的電路設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線顯示了流經 LED 的電流與其兩端電壓之間的指數關係。順向電壓 (VF) 會隨著電流增加而上升。這條曲線對於選擇合適的限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。在 20mA 下的典型 VF 約為 2.0V，但根據分檔結果，其值可能在 1.75V 至 2.35V 之間變動。

4.2 相對發光強度 vs. 順向電流

此圖表展示光輸出如何隨驅動電流增加而變化。通常呈現次線性關係；電流加倍並不會使光輸出加倍。在建議的20mA或以下電流操作，可確保最佳效率與使用壽命。

4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出與溫度相關。此曲線顯示發光強度隨環境溫度（Ta）升高而下降。例如，在最高工作溫度+85°C時，光輸出可能顯著低於25°C時的數值。在設計高溫環境下運作的產品時，必須將此因素納入考量。

4.4 順向電流降額曲線

這是可靠性方面最關鍵的曲線之一。它顯示了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著溫度升高，最大安全電流會下降，以防止過熱和加速老化。在85°C時，最大允許電流低於25°C額定值25mA。

4.5 光譜分佈

光譜圖繪製了不同波長下發射光的相對強度。對於這款純綠光 AlGaInP LED，它顯示出一個單一的主峰，中心波長約為 561 nm，典型半高寬為 20 nm，證實了其單色綠光輸出。

4.6 輻射圖（空間分佈）

此極座標圖說明了 LED 在空間上的發光方式。100 度的視角在此得到確認，顯示了光強降至軸上值 50% 時的角度。其圖案大致呈朗伯分佈（餘弦分佈），這在帶有擴散透鏡的 SMD LED 中很常見。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與外觀

19-21 SMD LED 的佔位面積非常緊湊。關鍵尺寸（單位為 mm，公差為 ±0.1mm，除非另有說明）包括本體長度約 2.0mm、寬度約 1.25mm，典型高度為 0.8mm。詳細圖紙標明了焊盤間距（典型值 1.4mm）、焊墊圖案建議以及整體封裝輪廓，以指導 PCB 佈局設計。

5.2 極性辨識

正確的方向至關重要。陰極（負極）有明確標示。在封裝頂部，有一個明顯的陰極標記（通常是綠點、凹口或斜角）。陽極和陰極焊盤的底部金屬化層也可能不同。在PCB設計和組裝時，務必參考資料手冊中的圖示。

6. 焊接與組裝指南

遵守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 回流焊接溫度曲線 (無鉛)

所提供的建議無鉛迴流焊接溫度曲線如下：

• 預熱： 在60-120秒內從環境溫度升溫至150-200°C，使電路板均勻受熱並活化助焊劑。
• 浸泡/回焊： 液相線以上（217°C）的時間應為60-150秒。峰值溫度不得超過260°C，且高於255°C的時間必須限制在最多30秒。
• 冷卻： 最大冷卻速率應為6°C/秒。

6.2 手動焊接注意事項

若必須進行手動焊接，需極度謹慎：

• 使用烙鐵頭溫度 ≤ 350°C 的烙鐵。
• 每個端子的接觸時間限制在 ≤ 3 秒。
• 使用額定功率 ≤ 25W 的烙鐵。
• 每個端子焊接之間，至少間隔 2 秒冷卻時間。
• 焊接期間或之後，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，以便安全移除。返工過程中極易造成熱損傷，且維修後應驗證LED的特性。

7. 儲存與濕度敏感性

此LED封裝於內含乾燥劑的防潮阻隔袋中，以防止吸收大氣中的濕氣，此濕氣可能導致迴焊時發生「爆米花」現象（封裝體開裂）。

• 使用前： 請在準備進行組裝前，再開啟防潮袋。
• 開封後： 請於開封後168小時（7天）內使用LED。已開封的包裝應儲存於溫度≤30°C且相對濕度≤60%的環境中。
• 重新烘烤： 若超過儲存時間或乾燥劑指示劑顯示飽和，則需在回焊前以 60 ±5°C 烘烤 24 小時。

8. 封裝與訂購資訊

8.1 捲帶包裝規格

LED 以寬度 8mm 的凸起式載帶包裝供應。每捲直徑為 7 英寸，包含 3000 顆元件。提供載帶凹穴尺寸與捲盤軸心/凸緣尺寸的詳細圖面，以確保與自動化組裝設備相容。

8.2 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：

• 料號： 產品編號（例如：19-21/G PC-FL1M2B/3T）。
• 數量： 包裝數量（3000 個/捲）。
• CAT（或 Iv Rank）： 發光強度分級代碼（例如：M1）。
• 色調： 主波長/色度分級代碼（例如：C11）。
• 參考電壓（或VF等級）： 順向電壓分級代碼（例如，1）。
• 批號： 用於追溯的製造批號。

9. 應用設計考量

9.1 限流是強制性要求

資料表明確警告：「客戶必須使用電阻進行保護。」LED是電流驅動裝置。順向電壓的微小增加可能導致電流大幅且具破壞性的增加。外部限流電阻或恆流驅動電路絕對必要。電阻值可使用歐姆定律計算：R = (Vsupply - VF) / IF，其中VF是來自適當分級的典型值或最大值。

9.2 熱管理

雖然封裝小巧，但功耗（高達60mW）會產生熱量。為確保長期可靠運作，特別是在高環境溫度或高驅動電流下：

• 請遵循電流遞減曲線。
• 確保PCB上連接LED焊盤的銅箔面積足夠，以作為散熱片。
• 避免將LED放置在靠近其他發熱元件的位置。

9.3 光學考量

其100度的寬廣視角使得此LED適用於指示燈需要從多個角度觀看的應用。如需更集中的光線，可能需要外部透鏡或導光管。其透明樹脂封裝提供了明亮、非飽和的外觀。

10. 技術比較與差異化

基於AlGaInP（磷化鋁鎵銦）技術的19-21/G LED，為純綠色發光提供了特定優勢：

• 對比傳統綠色LED： 與舊技術相比，AlGaInP技術通常為綠色和黃色提供更高的效率和更好的色彩純度（更窄的光譜）。
• 對比更大的SMD封裝： 19-21的佔位面積屬於較小的標準SMD LED封裝之一，與0603或0805尺寸的LED相比，能夠實現更高密度的佈局。
• 對比不合規元件： 其完全符合RoHS、REACH及無鹵素標準，在環保法規嚴格的市場中是一項關鍵差異化優勢，確保能更輕鬆地整合到產品中以進行全球銷售。

11. 常見問題（基於技術參數）

11.1 使用5V電源需要什麼電阻？

使用最大VF值2.35V（Bin 2）及為安全起見設定目標IF為20mA：R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 歐姆。最接近的標準值為130歐姆或150歐姆。使用150歐姆時，IF ≈ 17.7mA，這是安全的，並能提供稍長的使用壽命。請務必根據您的具體電源電壓和選擇的電流進行計算。

11.2 可以用3.3V驅動嗎？

可以，3.3V電源是合適的。電阻的計算公式為：R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65 歐姆。68歐姆的電阻會是一個好選擇。請確保電源能夠提供所需的電流。

11.3 為什麼高溫時光輸出會降低？

這是半導體LED的基本特性。隨著溫度升高，發光接面的內部量子效率降低，非輻射復合增加，導致在相同驅動電流下光輸出減少。降額曲線通過降低允許電流來管理接面溫度，從而對此進行補償。

11.4 「無鉛」與「無鹵」對我的設計有何意義？

無鉛意指元件引腳上的電鍍焊料以及製造中使用的內部焊料不含鉛，符合全球環保法規。無鹵素意指塑料封裝材料中溴化或氯化阻燃劑的含量未超過特定限值，從而減少元件暴露於極端高溫或火災時有毒煙霧的排放。

12. 設計應用案例研究：儀表板開關背光

情境： 為汽車儀表板開關設計背光，該背光必須在日光和黑暗環境下均清晰可見，且工作溫度範圍為-30°C至+85°C。 設計選擇：

1. LED選擇： 選擇具有更高發光強度的等級（例如M2）以確保足夠亮度。選擇波長範圍緊湊的等級（例如C11），以確保所有開關的顏色一致性。
2. 驅動電路： 使用專為汽車環境設計的恆流驅動器IC，而非簡單的電阻。這可確保無論電池電壓波動（例如從9V到16V）亮度都能保持一致。將電流設定在15-18mA，以延長使用壽命並適應高環境溫度。
3. PCB佈局： 提供充足的銅箔區域並連接至LED的散熱焊盤（陽極和陰極），以將熱量散逸到PCB中。若電路板為多層板，請使用散熱過孔。
4. 光學設計： 100度的視角對於大多數開關設計來說已足夠。可以使用導光管或擴散片來均勻分散開關圖示下方的光線。
5. Storage & Assembly: 請嚴格遵循濕度敏感度指引，因為汽車PCB組裝件通常會經歷多次回流焊循環。

13. 工作原理

此LED基於半導體p-n接面的電致發光原理運作。晶片材料為AlGaInP（磷化鋁鎵銦）。當施加超過接面內建電位的正向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入主動區域。它們在那裡進行輻射復合，以光子（光）的形式釋放能量。AlGaInP合金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）——在此例中，約561 nm的純綠色。水清環氧樹脂封裝體保護晶片，充當透鏡以塑造光輸出，並且可能包含螢光粉或擴散劑（儘管對於單色類型，它通常是透明的）。

LED 規格術語

LED技術術語完整解釋