SMD LED 27-21/GHC-YR1S2M/3C 資料手冊 - 2.0x1.25x0.8mm - 最大3.95V - 95mW - 亮綠色 - 英文技術文件

1. 產品概述

27-21 SMD LED 是一款緊湊型表面黏著元件，專為高密度電子組裝而設計。其主要優勢在於，相較於傳統引線框架型LED，其佔用面積顯著縮小，從而實現更小的印刷電路板（PCB）設計、更高的元件封裝密度，最終使終端用戶設備更為緊湊。該元件重量輕，特別適合微型化和空間受限的應用。

The core technology utilizes an InGaN (Indium Gallium Nitride) semiconductor chip encapsulated in a water-clear resin, which emits a brilliant green light. It is a mono-color type LED, supplied in a format compatible with standard automated pick-and-place assembly equipment. The product is compliant with major environmental and safety directives, being Pb-free, RoHS compliant, EU REACH compliant, and halogen-free (with Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, and Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 主要特點與優勢

• 微型化： 實現更小的電路板設計與更高的封裝密度。
• 自動化友善： 包裝於7英吋直徑捲盤上的8mm載帶，以相容於自動貼裝系統。
• 穩健製程相容性： 適用於紅外線迴焊與氣相迴焊製程。
• 環境合規性： 符合無鉛、RoHS、REACH及無鹵素標準。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致器件永久損壞的極限。不保證在達到或超過這些極限時的操作。

• Reverse Voltage (V_R): 5 V - 可施加於反向的最大電壓。
• 順向電流 (I_F): 25 mA - 最大連續直流順向電流。
• 峰值順向電流 (I_FP): 100 mA - 在占空比為1/10、頻率為1 kHz的條件下，所允許的最大脈衝順向電流。
• Power Dissipation (P_d): 95 mW - 在環境溫度(T_a) 為 25°C。
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM)： 150 V - 表示對 ESD 具有中等敏感度；需要採取適當的處理程序。
• 工作溫度 (T_opr): -40°C 至 +85°C - 確保可靠運作的環境溫度範圍。
• Storage Temperature (T_stg): -40°C 至 +90°C。
• 焊接温度 (T_sol): 迴流焊：峰值溫度260°C，最長10秒。手工焊接：每接點最高350°C，最長3秒。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試條件 T_a=25°C 與 I_F=20 mA，除非另有說明。它們定義了LED的光學和電氣性能。

• 發光強度 (I_v): 112 至 285 mcd（毫坎德拉）。未指定典型值，表示性能是透過後續描述的分檔系統進行管理。
• 視角 (2θ_1/2): 130度（典型值）。這種寬廣的視角使其適用於指示燈和背光應用，在這些應用中從不同角度觀看的可見度非常重要。
• 峰值波長 (λ_p): 518 nm（典型值）。光譜輻射強度最強的波長。
• 主波長 (λ_d): 520至535奈米。這是人眼對LED顏色的單一波長感知。
• 頻譜帶寬 (Δλ)： 35奈米（典型值）。發射頻譜在半高全寬（FWHM）處的寬度。
• 順向電壓 (V_F): 2.75 至 3.95 V，在 I_F=20 mA 時。此範圍對於電路設計至關重要，特別是對於限流電阻的計算。
• 反向電流 (I_R): 50 μA (最大值)，在 V_R=5V 時。

重要注意事項： 數據手冊規定了關鍵參數的公差：發光強度 (±11%)、主波長 (±1 nm) 和順向電壓 (±0.1 V)。同時明確警告，反向電壓條件僅供測試使用，LED 不應在反向偏壓下操作。

3. 分檔系統說明

為確保生產中顏色與亮度的一致性，LED會依性能分級。此裝置採用三維分級系統。

3.1 發光強度分級

分級由代碼 R1、R2、S1 和 S2 定義，其最小與最大發光強度值於 I 處量測_F=20 mA.

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

3.2 主波長分檔

分級代碼由 X、Y 和 Z 定義，用以控制綠色的精確色調。

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

3.3 順向電壓分級

分級由代碼 5、6、7 和 8 定義，這對於設計均勻的電流驅動電路至關重要，尤其是在多個 LED 並聯連接時。

• 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

該數據手冊參考了典型的光電特性曲線，這些曲線對於理解裝置在非標準條件下的行為至關重要。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但它們通常包括：

• 相對發光強度 vs. 環境溫度： 顯示光輸出如何隨著接面溫度升高而降低。這對於高功率或高環境溫度應用中的熱管理至關重要。
• 相對發光強度 vs. 順向電流： 說明驅動電流與光輸出之間的非線性關係。在超過建議電流值下操作會導致效率降低並加速元件老化。
• 順向電壓 vs. 順向電流 (I-V 曲線)： 展示指數關係，強調限流電路的必要性。電壓的微小增加可能導致電流大幅且具潛在破壞性的上升。
• 光譜分佈： 相對強度對波長的圖表，顯示峰值約在518奈米處，頻寬約為35奈米，證實了其亮綠色的色座標。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

27-21 SMD LED 採用緊湊的矩形封裝。關鍵尺寸（單位為毫米，除非另有說明，一般公差為 ±0.1mm）包括整體長度、寬度和高度，以及焊盤間距與尺寸。這些尺寸對於 PCB 焊墊圖案設計至關重要，以確保正確的焊接與對位。極性由封裝上的標記指示，必須與 PCB 佈局上的對應標記對齊。

5.2 極性識別

正確的極性對於元件運作至關重要。資料手冊的封裝圖會標示陰極（負極）端子，通常透過封裝上的視覺標記，例如凹口、圓點或斜邊來表示。PCB 封裝設計必須納入此標記，以防止組裝錯誤。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊接溫度曲線

本元件相容於無鉛迴流製程。建議的溫度曲線對於防止熱衝擊與損壞至關重要：

• 預熱： 150–200°C 持續 60–120 秒。
• Time Above Liquidus (TAL)： 在 217°C 以上持續 60–150 秒。
• 峰值溫度： 最高260°C，持續時間不超過10秒。
• 升溫速率： 每秒最高6°C。
• 高於255°C的時間： 最多30秒。
• 冷卻速率： 每秒最高3°C。

關鍵限制： 同一裝置不應執行超過兩次迴流焊接。

6.2 手工焊接

若必须进行手工焊接，务必极度小心：

• 使用烙铁头温度低于350°C的烙铁。
• 每個端子接觸時間限制在3秒或更短。
• 使用額定功率為25W或更低的烙鐵。
• 焊接每個端子之間至少間隔2秒，以便冷卻。

6.3 Storage and Moisture Sensitivity

LED封裝在帶有乾燥劑的防潮阻隔袋中。

• 開啟前： 儲存於 ≤30°C 且相對濕度 ≤60% 的環境中。
• 車間壽命： 打開防潮袋後，元件必須在168小時（7天）內使用完畢。
• 重新烘烤： 若超過上線壽命或乾燥劑指示劑變色，需在回焊前以60 ±5°C烘烤24小時。

6.4 維修與返工

強烈不建議在焊接後進行維修。若不可避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以防止焊點承受機械應力。維修過程中損壞LED的可能性很高，應事先評估。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 封裝規格

本元件以捲帶包裝形式提供，適用於自動化組裝。

• 載帶寬度： 8 mm。
• 捲盤直徑： 7英吋。
• 每捲數量： 3000件。
• Moisture-Sensitive Level (MSL): 依據7天車間壽命與烘烤要求所暗示，通常對應於MSL 3。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含用於追溯性與正確應用的關鍵資訊：

• P/N： Product Number (e.g., 27-21/GHC-YR1S2M/3C)。
• CAT： 發光強度等級（例如，S2）。
• HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., Y).
• REF: 順向電壓等級（例如：6）。
• LOT No: 製造批號以供追溯。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 背光： 因其寬廣的視角與一致的色彩，非常適合儀表板指示燈、開關照明，以及LCD和符號的平面背光。
• Telecommunication Equipment： 電話、傳真機等設備中的狀態指示燈與鍵盤背光。
• 通用指示： 任何需要緊湊、可靠、明亮的綠色指示燈的應用。

8.2 Critical Design Considerations

1. 電流限制是強制性要求： LED是電流驅動元件。必須始終使用一個外部限流電阻與LED串聯。其阻值需根據歐姆定律計算：R = (V_supply - V_F) / I_F. 使用最大 V_F 從元件庫或數據手冊中取得，以確保在最差情況下電流不超過 25 mA。
2. 熱管理： 雖然功耗較低，但維持較低的接面溫度是確保長期可靠性和穩定光輸出的關鍵。若在高環境溫度或接近最大電流下工作，請確保PCB有足夠的銅箔面積或散熱孔。
3. ESD防護： 在處理和組裝過程中實施標準的靜電放電防護措施。若應用環境容易產生靜電放電，可考慮在敏感線路上添加瞬態電壓抑制（TVS）二極體或電阻。
4. 分檔以確保一致性： 對於要求外觀均勻的應用（例如多LED陣列），應指定嚴格的光強度（CAT）和主波長（HUE）分檔範圍。使用同一生產批次（LOT No.）的LED能進一步提升一致性。

9. 技術比較與差異化

27-21 SMD LED 主要透過其尺寸、性能與可靠性特徵之間的平衡來突顯自身優勢。

• vs. 較大的導線架LED： 大幅縮減佔位面積與重量，實現現代化微型設計。SMD封裝格式支援更快速、更可靠的自動化組裝。
• vs. Other SMD Greens: 結合130度視角、InGaN晶片呈現的亮綠色，以及全面的環保合規性（無鹵素、REACH），使其廣泛適用於優先考量這些因素的消費性與工業應用領域。
• Integrated Compliance: 預先符合主要全球法規（RoHS、REACH、無鹵素）可降低整合商的認證負擔，為受監管市場提供顯著優勢。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1: 為何限流電阻絕對必要？
A1: LED的I-V特性是指數性的。正向電壓只要稍微超過典型值，就會導致電流急遽增加，可能瞬間超過25 mA的絕對最大額定值並損壞元件。電阻提供線性且可預測的電壓降，以穩定電流。

Q2: 我能否使用3.3V電源而不加電阻來驅動這個LED？
A2: 不行。即使3.3V在V_F 範圍（2.75-3.95V），實際的V_F 若未經分選，特定LED的V_F 為3.0V，直接施加3.3V電源會導致電流過大。務必使用串聯電阻。

Q3: 如果開封後超過7天車間壽命會怎樣？
A3: 塑膠封裝會吸收濕氣。在迴焊過程中，這些濕氣可能迅速膨脹，導致內部層間分離或「爆米花效應」，使封裝破裂並造成故障。在60°C下烘烤24小時可去除這些吸收的濕氣。

Q4: 為什麼迴焊次數限制為兩次？
A4: 每次迴焊循環都會使元件承受顯著的熱應力。多次循環可能使內部焊線劣化、削弱焊點或損壞半導體晶片本身，從而降低可靠性。

11. Practical Application Case Study

情境：為消費性電子設備設計多指標狀態面板。

1. 需求： 10個均勻的亮綠色LED，用於「電源開啟」和「模式啟動」指示燈。
2. 設計步驟：
   • 電路設計： 現有5V電源。使用最大V_F 3.95V與目標I_F 20 mA，計算R = (5V - 3.95V) / 0.02A = 52.5Ω。選取最接近的標準值（例如56Ω）。重新計算實際電流：I_F = (5V - 3.2V_typ) / 56Ω ≈ 32 mA (過高)。使用更符合實際的典型 V_F 3.2V 重新計算：R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω。這將提供一個介於 17.8 mA (當 V_F=3.95V) 與 20 mA (當 V_F=3.2V)。選用91Ω或100Ω的電阻是合適的選擇。
   • PCB佈局： 放置LED時需注意極性對齊。若指示燈需從側面觀看，應為130度視角錐保留足夠間距。
   • 採購： 向經銷商指定嚴格的規格範圍：例如，CAT=S2 (225-285 mcd) 和 HUE=Y (525-530 nm)，以確保所有10個指示燈的亮度和顏色一致性。建議要求使用同一 LOT No. 的零件。
   • 組裝： 嚴格遵循迴焊溫度曲線。開封密封袋後，請在7天內使用LED。

12. 運作原理介紹

發光二極體 (LEDs) 是一種半導體裝置，透過稱為電致發光的過程，將電能直接轉換為光。27-21 LED 的核心是由 InGaN (氮化銦鎵) 半導體材料製成的晶片。當在此半導體的 P-N 接面施加順向電壓時，來自 N 型材料的電子會與來自 P 型材料的電洞在主動區複合。此複合過程會以光子（光粒子）的形式釋放能量。所發出光的特定波長（顏色）取決於半導體材料的能隙能量。InGaN 的能隙對應於藍色到綠色光譜的光。在此裝置中，其組成經過調整，可產生峰值波長約為 518 nm 的亮綠色光。水透明環氧樹脂封裝體可保護晶片，同時也作為透鏡，將光輸出塑形為指定的 130 度視角。

13. 技術趨勢與背景

27-21 LED代表了在固態照明更廣泛發展中一項成熟且廣泛採用的技術。影響此產品領域的關鍵趨勢包括：

• 持續微型化： 對更小、更薄、功能更豐富的電子設備的追求，推動了更小型LED封裝（例如0201、01005尺寸）的發展，同時保持或提升光學性能。
• 提升效率與亮度： 磊晶生長與晶片設計的持續改進，帶來了更高的發光效率（每單位電能輸入產生更多光輸出），使得在相同封裝尺寸下能實現更低功耗或更高亮度。
• 色彩一致性與進階分選： 顯示器與汽車應用的需求正推動更嚴格的分選容差，並採用更精密的多參數分選（例如，將光通量、波長和順向電壓結合為單一代碼），以實現大型陣列的完美均勻性。
• 功能整合： 將控制電路（如恆流驅動器）或多色晶片（RGB）整合至單一封裝的趨勢，以簡化系統設計並減少PCB佔用面積。
• 可靠性與嚴苛環境適用性： 開發在高溫與高濕度環境下效能更佳的LED，將其應用擴展至汽車、工業與戶外領域。本資料表中強調的環保合規性（無鹵素、REACH）正是對全球法規趨勢的直接回應。

雖然27-21是一個標準組件，但其設計體現了業界對可靠性、合規性及性能的要求，並以緊湊、可自動化的形式呈現。