目錄
1. 產品概述
17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T 是一款緊湊型表面黏著元件（SMD）LED，專為需要微型化與高可靠性的現代電子應用而設計。此單色LED發出純白光，是透過封裝在黃色擴散樹脂中的氮化銦鎵（InGaN）晶片實現的。其主要優勢在於相較於傳統引線框架LED，其佔用面積顯著縮小，使得印刷電路板（PCB）上的元件佈局密度更高，減少了設備儲存空間，最終有助於開發更小、更輕的終端用戶設備。該元件完全符合RoHS規範，遵循歐盟REACH法規，並以無鹵素產品製造，溴與氯含量嚴格控制在業界標準以下。
1.1 核心優勢與目標市場
17-21 SMD LED 的設計理念圍繞著實現微型化。其小巧的物理尺寸直接轉化為更小的電路板空間需求，讓設計師能夠創造更緊湊的產品。封裝的輕量化特性使其特別適合對重量敏感的便攜式與微型應用。元件以安裝在7英吋直徑捲盤上的8mm載帶形式供應，確保與高速、自動化的取放組裝設備相容，這對於大規模生產至關重要。其與紅外線和氣相回流焊接製程的相容性，為製造提供了靈活性。主要目標市場包括消費性電子產品、汽車內裝（特別是儀表板與開關背光）、用於狀態指示的電信設備，以及LCD和控制面板的一般背光。
2. 技術參數深度解析
本節對規格書中定義的關鍵電氣、光學與熱參數進行詳細、客觀的分析，解釋其對電路設計與可靠性的重要性。
2.1 絕對最大額定值
絕對最大額定值定義了可能導致LED永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件，而是絕對不可超越的門檻。
- 逆向電壓（VR）：5V- 施加超過5V的逆向偏壓可能導致接面立即崩潰。規格書明確指出，該元件並非為逆向操作而設計；此額定值主要用於IR（逆向電流）測試條件。在應用中，若存在逆向電壓的可能性，通常需要外部電路保護（例如並聯二極體）。
- 順向電流（IF）：10mA- 這是為確保長期可靠運作所建議的最大連續直流電流。超過此電流會增加接面溫度，加速流明衰減，並顯著縮短元件壽命。
- 峰值順向電流（IFP）：100mA- LED可承受高達100mA的短電流脈衝（在1kHz下，工作週期為1/10）。這與脈衝操作或瞬間突波有關，但不應用於計算穩態功率消耗。
- 功率消耗（Pd）：40mW- 這是封裝在環境溫度（Ta）為25°C時，能以熱形式消散的最大功率。實際消耗的功率計算為順向電壓（VF）* 順向電流（IF）。在接近或超過此限制下操作需要謹慎的熱管理。
- 操作與儲存溫度：該元件額定操作溫度範圍為-40°C至+85°C，儲存溫度範圍為-40°C至+90°C。此寬廣範圍使其適用於汽車與工業環境。
- 焊接溫度：規定了兩種溫度曲線：回流焊接為260°C持續10秒（典型的無鉛製程），手動焊接為350°C持續3秒。遵守這些限制對於防止內部晶片接合或塑膠封裝受損至關重要。
2.2 電氣與光學特性
這些參數是在標準測試條件下（Ta=25°C，IF=5mA）測量，定義了LED的性能。
- 發光強度（Iv）：72.0 - 180.0 mcd（典型值）- 這是在特定方向上發出的可見光量。非常寬的範圍（72至180 mcd）表示LED會根據測量輸出被分類到不同的分級中，這將在後續章節詳細說明。5mA的測試電流低於最大額定值，為測量提供了安全餘量。
- 視角（2θ1/2）：150°（典型值）- 這是發光強度為0°（軸向）強度一半時的角度。150°的視角非常寬廣，產生類似朗伯體的擴散發光模式，適合需要均勻光分佈的區域照明與背光應用，而非聚焦光束。
- 順向電壓（VF）：2.7V - 3.1V（最大值）- 這是在測試電流5mA驅動下，LED兩端的電壓降。其變化源於半導體製程公差，同樣透過分級進行管理。由於VF不是固定值，必須始終使用一個限流電阻與LED串聯來設定工作電流。
- 逆向電流（IR）：50 μA（最大值）- 這是施加5V逆向偏壓時的漏電流。在健康的元件中，此值通常非常小。
3. 分級系統說明
為確保大規模生產的一致性，LED會經過測試並分類到性能組別或分級中。17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T 採用多參數分級系統，如代碼 "KQ1R2B5Y" 所示。
3.1 發光強度分級
發光強度分為四個不同的分級（Q1、Q2、R1、R2）。在指定或訂購時，料號中的 "R2" 表示所選的分級。
- 分級 Q1：72.0 - 90.0 mcd
- 分級 Q2：90.0 - 112.0 mcd
- 分級 R1：112.0 - 140.0 mcd
- 分級 R2：140.0 - 180.0 mcd
這讓設計師可以選擇適合其應用的亮度等級，較高的分級通常用於最大光輸出至關重要的場合。
3.2 順向電壓分級
順向電壓以0.1V為間隔，從2.7V到3.1V進行分級。料號中的 "B5" 對應於其中一個分級。在設計中匹配VF分級有助於確保多個LED並聯連接時的電流均勻分配。
- 分級 29：2.7 - 2.8V
- 分級 30：2.8 - 2.9V
- 分級 31：2.9 - 3.0V
- 分級 32：3.0 - 3.1V
3.3 色度座標分級
白光的顏色由其於CIE 1931色度圖上的座標（x, y）定義。規格書在此圖表上定義了四個四邊形分級（3、4、5、6）。料號中的 "Y" 可能指涉黃色擴散樹脂及相關的顏色分級（例如分級5）。指定的公差在x和y座標上均為±0.01，這是白光LED的標準公差，確保批次內顏色感知的一致性。
4. 機械與封裝資訊
4.1 封裝尺寸
17-21 SMD LED 具有緊湊的矩形封裝。關鍵尺寸（單位：mm）包括典型本體長度約1.6mm，寬度約0.8mm，高度約0.6mm。詳細的封裝圖提供了包括焊盤位置與公差（除非另有說明，否則為±0.1mm）在內的精確尺寸。陰極有明確標記，這對於組裝時的正確方向至關重要。其小巧尺寸需要精確的PCB焊盤設計，以確保正確焊接與機械穩定性。
4.2 包裝與處理
元件以濕度敏感元件（MSD）包裝形式交付。它們以壓紋載帶（間距8mm）捲繞在7英吋捲盤上供應，每捲3000顆。包裝內含乾燥劑，並密封於鋁箔防潮袋中。捲盤標籤包含關鍵資訊：客戶料號（CPN）、製造商料號（P/N）、數量（QTY），以及發光強度（CAT）、色度（HUE）和順向電壓（REF）的特定分級代碼。
5. 焊接與組裝指南
正確的處理與焊接對於SMD元件的可靠性至關重要。
5.1 儲存與濕度敏感性
LED具有濕度敏感性（隱含MSL等級）。在準備使用元件前，不應打開防潮袋。打開後，未使用的LED必須儲存在≤30°C且≤60% RH的環境中，並在168小時（7天）內使用。若超過此期限或乾燥劑顯示飽和，則在使用前需要在60±5°C下烘烤24小時，以去除吸收的水分，防止在回流焊接過程中發生爆米花效應。
5.2 焊接製程
回流焊接：規定了峰值溫度為260°C、持續時間最長10秒的無鉛回流溫度曲線。元件不應經歷超過兩次回流循環。必須避免加熱過程中對LED本體施加應力。
手動焊接：如有必要，可使用烙鐵頭溫度≤350°C、每個端子焊接時間≤3秒的方式進行手動焊接，並使用低功率烙鐵（≤25W）。建議端子之間有>2秒的冷卻間隔。規格書強烈警告，手動焊接經常導致損壞。
維修：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，以防止對晶片產生熱應力。必須事先評估對LED特性的影響。
6. 應用建議與設計考量
6.1 典型應用場景
- 背光照明：憑藉其寬廣視角與均勻光分佈，非常適合儀表板儀表組、薄膜開關、鍵盤與符號背光。
- 狀態指示燈：非常適合電信設備（電話、傳真機）、消費性電子產品與工業控制中的電源、連線或功能狀態燈。
- LCD背光：可用於小型單色或彩色LCD顯示器的側光式或直下式背光。
- 通用指示：任何需要緊湊、可靠、明亮的白色指示燈的應用。
6.2 關鍵設計考量
- 必須限流：LED是電流驅動元件。必須始終使用一個串聯電阻來設定順向電流。規格書警告，若無此電阻，供應電壓的微小變化可能導致電流發生巨大且具破壞性的變化。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V_供電 - VF_LED) / I_期望。為保守設計，請始終使用分級或規格書中的最大VF值。
- 熱管理：雖然封裝小巧，但功率消耗（高達40mW）會產生熱量。對於高電流（接近10mA）下的連續操作，請確保PCB有足夠的散熱設計，尤其是在多個LED聚集時。高接面溫度會降低光輸出與壽命。
- 靜電放電（ESD）保護：該元件的ESD HBM額定值為150V，相對較低。在處理與組裝過程中應遵循標準的ESD預防措施。
- 光學設計：150°視角與黃色擴散樹脂創造了柔和、寬廣的光束。如需聚焦照明，則需要外部透鏡或導光板。當用於擴散板後方時，擴散樹脂有助於實現均勻的外觀。
7. 技術比較與差異化
17-21封裝屬於超小型SMD LED類別。其關鍵差異在於，在極小的佔用面積（1.6x0.8mm）內，結合了相對較高的發光強度（高達180 mcd）。相較於較大的SMD LED（例如3528、5050），它提供了卓越的空間節省優勢，但總光輸出或功率處理能力可能較低。相較於更小的晶片LED，其封裝形式與整合透鏡使其更容易處理。明確的強度、電壓與色度分級提供了性能一致性，這對於需要均勻外觀的應用（如背光陣列）至關重要。
8. 常見問題解答（基於技術參數）
問：如果它能承受100mA脈衝，為什麼順向電流限制在10mA？
答：10mA額定值適用於連續操作，以確保長期可靠性並維持指定的光學性能。100mA脈衝額定值適用於短時間（例如每1毫秒0.1毫秒）。在高電流下連續操作會增加接面溫度，導致螢光粉與半導體加速劣化，從而導致過早變暗或失效。
問：如何選擇正確的限流電阻？
答：使用公式 R = (V_供電 - VF) / IF。對於5V供電與5mA目標電流，為安全起見使用最大VF值3.1V：R = (5 - 3.1) / 0.005 = 380歐姆。最接近的標準值（390歐姆）將是一個不錯的選擇。始終驗證電阻的功率額定值：P = I^2 * R。
問：我可以直接從微控制器GPIO引腳驅動這個LED嗎？
答：可能可以，但需謹慎。典型的GPIO引腳可提供/吸收20-25mA電流。您必須包含一個串聯電阻。此外，請確保微控制器的輸出電壓足夠高，以克服LED的VF（2.7-3.1V）。3.3V的微控制器可能在VF範圍的低端工作，但5V供電更可靠。切勿在沒有電阻的情況下將LED直接連接在引腳與地之間。
問：對我的應用而言，無鉛和無鹵素是什麼意思？
答：無鉛意味著可焊性表面處理不含鉛，符合RoHS等環保法規。無鹵素（Br <900ppm，Cl <900ppm，Br+Cl <1500ppm）意味著塑膠封裝材料含有極少的鹵素，這減少了元件暴露於極端高溫或火災時有毒煙霧的排放，改善了環境與安全特性。
9. 實務設計與使用案例
情境：為醫療設備設計背光鍵盤。
設計需要在矽橡膠按鍵後方安裝12個白色指示燈。雙面PCB上的空間極其有限。選擇17-21 LED是因為其極小的佔用面積。設計師選擇R2發光強度分級，以確保在明亮環境中具有良好的可見度。所有LED均指定來自相同的VF分級（例如30），以促進在並聯配置中（每個並聯分支使用單個限流電阻，而非所有12個共用一個電阻）的亮度均勻性。PCB佈局根據規格書圖紙放置散熱焊盤。指示組裝廠遵循指定的回流溫度曲線，並將元件保存在密封袋中直至放置前一刻。組裝後，寬廣的150°視角確保每個按鍵均勻照明，無熱點。
10. 工作原理與技術趨勢
10.1 基本工作原理
這是一款螢光粉轉換型白光LED。其核心是一個由氮化銦鎵（InGaN）製成的半導體晶片，當施加順向偏壓時（電致發光），會發出藍光或近紫外光譜的光。這種初級光隨後被螢光粉層吸收——在本例中是懸浮在擴散樹脂封裝劑中的黃色發光螢光粉。螢光粉以更長的波長（黃色）重新發射光。來自晶片的未轉換藍光與來自螢光粉的轉換黃光相結合，產生了白光的感知。確切的色調（冷白光、純白光、暖白光）由所用螢光粉的成分與數量決定，這在製造過程中受到控制，以達到指定的色度分級。
10.2 客觀技術趨勢
SMD LED技術的總體趨勢持續朝向幾個關鍵目標發展：提升效率（lm/W）：提高每單位電功率輸入的光輸出，降低能耗與熱負載。更高的可靠性與壽命：增強材料與封裝，以承受更高的溫度與更長的操作時數，同時將流明衰減降至最低。改善顏色一致性與顯色性：更嚴格的分級公差，以及開發能提供更高顯色指數（CRI）值的螢光粉，以獲得更自然的白光。進一步微型化：開發更小的封裝佔用面積，同時維持或增加光輸出。整合解決方案：內建電流調節器、控制器或單一封裝內含多個晶片的LED不斷發展，以簡化電路設計。17-21 LED代表了這一持續演進中一個成熟、具成本效益的節點，針對空間受限、大規模應用中的可靠性能進行了優化。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |