SMD LED 19-22/R6GHC-C02/2T 規格書 - 2.0x1.6x0.8mm - 紅/綠雙色 - 5mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-22/R6GHC-C02/2T 是一款專為高密度電子組裝設計的緊湊型表面黏著元件 (SMD) LED。此元件在單一封裝內整合了兩種不同的LED晶片技術：採用AlGaInP晶片以產生亮紅色發光 (標示為R6)，以及採用InGaN晶片以產生亮綠色發光 (標示為GH)。此多色配置在極小的佔位面積內提供了設計靈活性。

此LED的主要優勢在於其尺寸相較於傳統引線框架元件顯著縮小。這種微型化使得印刷電路板 (PCB) 設計更小、元件封裝密度更高、儲存需求降低，最終有助於開發更緊湊的終端用戶設備。其輕量化結構進一步使其成為空間和重量為關鍵限制因素的微型及可攜式應用的理想選擇。

此元件以業界標準的8mm載帶包裝於7英吋直徑的捲盤上供應，確保與高速自動化取放組裝設備的相容性。其配方為無鉛，並符合包括RoHS、歐盟REACH及無鹵素標準 (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) 在內的關鍵環保法規。

LED根據其主波長進行分類 (分級)，以確保應用中的顏色一致性。

2.1 絕對最大額定值

超出這些限制操作可能導致永久性損壞。所有額定值均在環境溫度 (Ta) 25°C下指定。

• 反向電壓 (VR)：5 V (最大值)。此元件並非為反向偏壓操作而設計；此額定值主要用於測試反向漏電流 (IR)。
• 連續順向電流 (IF)：R6 (紅色) 和 GH (綠色) 晶片均為 25 mA。
• 峰值順向電流 (IFP)：在1 kHz、佔空比1/10的條件下施加。R6晶片可承受60 mA，而GH晶片額定值為100 mA。此參數對於脈衝操作應用至關重要。
• 功率耗散 (Pd)：R6晶片的最大允許功率耗散為60 mW，GH晶片為95 mW。這是熱管理的關鍵參數。
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM)：R6晶片提供高達2000V的強健ESD保護，而GH晶片則較為敏感，額定值為150V。適當的ESD處理程序至關重要，特別是對於綠色晶片。
• 操作與儲存溫度：此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。
• 焊接溫度：對於回流焊，指定峰值溫度為260°C，最長10秒。對於手工焊接，烙鐵頭溫度不得超過350°C，每個端子最長3秒。

2.2 電光特性

這些參數定義了在正常操作條件下 (Ta=25°C，除非另有說明，IF=5mA) 的光輸出和電氣行為。

• 發光強度 (Iv)：R6 (紅色) 晶片的典型強度為20.0 mcd (最小值14.5 mcd)。GH (綠色) 晶片的典型強度為65.0 mcd (最小值45.0 mcd)。適用±11%的公差。
• 視角 (2θ1/2)：此封裝的典型視角為130度，提供寬廣的照明範圍。
• 波長：
  • R6 (紅色)：峰值波長 (λp) 為632 nm。主波長 (λd) 範圍為617.5 nm至629.5 nm，公差為±1 nm。頻譜頻寬 (Δλ) 為20 nm。
  • GH (綠色)：峰值波長 (λp) 為518 nm。主波長 (λd) 範圍為517.5 nm至533.5 nm，公差為±1 nm。頻譜頻寬 (Δλ) 為35 nm。
• 順向電壓 (VF)：
  • R6 (紅色)：在5mA下，典型值1.9 V，最大值2.3 V。
  • GH (綠色)：在5mA下，典型值2.9 V，最大值3.4 V。
• 反向電流 (IR)：在VR=5V下測量。R6最大值為10 μA，GH最大值為50 μA。

3. 分級系統說明

The LEDs are sorted (binned) based on their Dominant Wavelength to ensure color consistency within an application.

3.1 R6 (紅色) 波長分級

• 分級代碼 1：617.5 nm ≤ λd < 621.5 nm
• 分級代碼 2：621.5 nm ≤ λd < 625.5 nm
• 分級代碼 3：625.5 nm ≤ λd ≤ 629.5 nm

3.2 GH (綠色) 波長分級

• 分級代碼 1：517.5 nm ≤ λd < 525.5 nm
• 分級代碼 2：525.5 nm ≤ λd ≤ 533.5 nm

此分級資訊對於需要在顯示器或指示燈面板中跨越多個LED進行精確顏色匹配的設計師至關重要。

4. 性能曲線分析

4.1 R6 (紅色晶片) 特性

提供的曲線說明了關鍵關係：

• 相對發光強度 vs. 順向電流：顯示光輸出隨電流呈非線性增加。在建議的5mA以上操作可能產生更高強度，但會影響效率和壽命。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示了光輸出的負溫度係數。發光強度隨著接面溫度升高而降低，這是LED半導體的基本行為。
• 順向電壓 vs. 順向電流：描繪了二極體的I-V特性曲線。
• 峰值波長 vs. 環境溫度：顯示發射波長隨溫度有輕微偏移。

4.2 GH (綠色晶片) 特性

綠色晶片的曲線包括：

• 頻譜分佈：相對強度與波長的關係圖，以518 nm為中心，具有定義的頻寬。
• 順向電壓 vs. 順向電流：與紅色晶片類似，但具有較高的膝點電壓，這是基於InGaN的綠色LED的典型特徵。
• 順向電流降額曲線：一個重要的圖表，顯示最大允許順向電流作為環境溫度的函數。隨著溫度升高，必須降低最大電流以防止過熱並確保可靠性。
• 輻射圖：說明了光強度的空間分佈，確認了130度的視角。
• 相對發光強度 vs. 順向電流與環境溫度：這些曲線結合起來顯示光輸出如何取決於驅動電流和操作溫度。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

19-22 SMD封裝具有以下關鍵尺寸 (公差±0.1mm)：

• 長度：2.0 mm
• 寬度：1.6 mm
• 高度：0.8 mm
• 引腳間距：1.5 mm
• 定義了焊墊尺寸和形狀以確保可靠的焊接。

規格書中提供了詳細的尺寸圖，用於PCB焊墊設計。

5.2 極性識別

封裝具有極性標記，通常是陰極側的凹口或圓點，以確保組裝時方向正確。在建議的焊墊圖案中，陰極也與特定的焊墊形狀相關聯。

6. 焊接與組裝指南

6.1 回流焊溫度曲線

指定了無鉛回流焊溫度曲線：

• 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。
• 峰值溫度±5°C內時間：最長10秒。
• 升溫速率：最高6°C/秒。
• 255°C以上時間：最長30秒。
• 冷卻速率：最高3°C/秒。

同一元件不應進行超過兩次回流焊。

6.2 儲存與操作注意事項

• 濕度敏感性：元件包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。在準備使用元件之前，不得打開袋子。
• 車間壽命：打開後，如果在≤30°C和≤60% RH條件下儲存，LED應在168小時 (7天) 內使用。未使用的零件必須重新密封。
• 烘烤：如果超過暴露時間或乾燥劑顯示濕氣進入，則需要在回流焊前以60 ±5°C烘烤24小時。
• 電流限制：必須使用外部限流電阻。LED呈現指數型的電流-電壓關係，因此電壓的微小增加可能導致巨大的、破壞性的電流湧浪。
• 機械應力：在焊接或最終應用中，避免對LED本體施加應力。組裝後請勿彎曲PCB。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

產品以防潮包裝系統供應：

• 載帶：寬度8mm，具有為19-22封裝設計的口袋。
• 捲盤：標準7英吋直徑捲盤。
• 每捲數量：2000顆。
• 捲盤尺寸：指定了外徑、軸心直徑和寬度，以確保與自動化設備的相容性。

7.2 標籤資訊

捲盤標籤包含用於追溯性和應用的關鍵資訊：

• 客戶產品編號 (CPN)
• 產品編號 (P/N)
• 包裝數量 (QTY)
• 發光強度等級 (CAT)
• 色度與波長等級 (HUE)
• 順向電壓等級 (REF)
• 批號 (LOT No)

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光：由於其小尺寸和寬視角，非常適合儀表板指示燈、開關照明和符號背光。
• 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。
• LCD平面背光：可用於陣列中，為小型LCD面板提供側光式或直下式背光。
• 通用指示：廣泛應用於消費性、工業和汽車電子產品中的電源狀態、模式選擇和警報指示燈。

8.2 設計考量

• 驅動電路：始終使用串聯電阻來設定順向電流。根據電源電壓 (Vs)、LED的順向電壓 (VF) 和所需電流 (IF) 計算電阻值：R = (Vs - VF) / IF。為穩健設計，請使用規格書中的最大VF值。
• 熱管理：儘管體積小，但必須考慮功率耗散 (Pd)，特別是在高環境溫度或密閉空間中。遵守GH晶片的降額曲線。確保PCB上有足夠的銅面積用於散熱。
• ESD保護：如果組裝過程或終端使用環境存在ESD風險，請在輸入線路上實施ESD保護，特別是對於GH晶片。
• 光學設計：寬廣的130度視角提供寬廣、漫射的光線。如需更聚焦的光線，可能需要外部透鏡或導光板。

9. 技術比較與差異化

19-22/R6GHC-C02/2T 在其類別中提供了幾個關鍵優勢：

• 雙晶片/多色能力：將紅色和綠色整合在一個封裝中，相較於使用兩個獨立的單色LED，節省了電路板空間，簡化了設計和組裝。
• 緊湊佔位面積：2.0 x 1.6 mm的佔位面積屬於較小的SMD LED封裝之一，可實現高密度佈局。
• 強健的紅色晶片：基於AlGaInP的R6晶片提供高ESD抗擾度 (2000V HBM)，增強了操作和處理的可靠性。
• 環保合規：完全符合RoHS、REACH和無鹵素標準，滿足現代電子產品嚴格的全球法規要求。
• 自動化友善：捲帶包裝以及與IR/氣相回流焊的相容性，支持具成本效益的大批量製造。

10. 常見問題 (基於技術參數)

10.1 我可以不接電阻，直接將此LED連接到5V電源嗎？

不行，這會損壞LED。LED是電流驅動元件。將5V電源直接連接到LED (特別是典型VF為1.9V的紅色晶片) 將導致電流遠超過25mA的最大額定值，從而立即失效。外部限流電阻絕對是必需的。

10.2 為什麼紅色和綠色晶片的ESD額定值不同？

差異源於基礎的半導體材料。AlGaInP (紅色) 結構通常比InGaN (綠色/藍色) 結構更能抵抗靜電放電。這是一種基本的材料特性。這需要謹慎的ESD處理，特別是在處理綠色晶片時。

10.3 分級資訊對我的設計有何意義？

分級確保顏色一致性。如果您的應用需要多個LED呈現相同的顏色 (例如，指示燈條)，您應指定來自相同波長分級代碼 (HUE) 的LED。混合不同分級可能導致明顯不同的紅色或綠色色調。

10.4 此元件可以進行幾次回流焊？

規格書規定最多可進行兩次回流焊循環。每個熱循環都會對內部晶片黏著和打線施加應力。超過兩次循環會增加潛在可靠性故障的風險。

11. 實務設計案例分析

情境：為一個由3.3V電源供電的可攜式設備設計一個雙色 (紅/綠) 狀態指示燈。

設計步驟：

1. 選擇：選擇19-22/R6GHC-C02/2T，因其雙色能力和小尺寸。
2. 電路設計：需要兩個獨立的驅動電路 (一個用於紅色陽極，一個用於綠色陽極，共陰極)。
3. 電阻計算：
   • 對於紅色 (R6，目標IF=5mA，為安全起見使用最大VF=2.3V)：R_red = (3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200 Ω。使用標準200 Ω或220 Ω電阻。 對於綠色 (GH，目標IF=5mA，使用最大VF=3.4V)：R_green = (3.3V - 3.4V) / 0.005A = -20 Ω。此計算顯示3.3V不足以在5mA下驅動綠色晶片 (VF典型值為2.9V，但最大值為3.4V)。電源電壓必須大於LED的順向電壓。對於綠色LED，需要更高的電源電壓 (例如5V) 或更低的驅動電流。
   • PCB佈局：
4. 如果是指示燈，請將LED靠近電路板邊緣放置。使用規格書尺寸圖中建議的焊墊佈局。在陰極焊墊上加入一些小的散熱連接，以幫助焊接同時提供熱路徑。軟體控制：
5. 微控制器可以獨立控制紅色和綠色陽極，以顯示紅色、綠色或 (通過快速交替) 琥珀色/黃色。此案例突顯了檢查電源電壓是否符合順向電壓要求的重要性，特別是對於具有較高VF的綠色和藍色LED。

12. 工作原理簡介

發光二極體 (LED) 是一種半導體p-n接面元件，通過稱為電致發光的過程發光。當順向電壓施加於p-n接面時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入到主動區域。當這些電荷載子 (電子和電洞) 復合時，它們會釋放能量。在傳統的半導體如矽中，此能量主要以熱的形式釋放。在LED中使用的直接能隙半導體材料 (AlGaInP用於紅/橙/黃，InGaN用於綠/藍/白) 中，此能量的顯著部分以光子 (光) 的形式釋放。發射光的特定波長 (顏色) 由半導體材料的能隙能量決定，而能隙能量則由其精確的化學成分控制。19-22元件在一個封裝內容納了兩個由不同材料製成的此類p-n接面，從而允許兩種不同的發光顏色。

13. 技術趨勢

LED產業持續沿著幾個與19-22 SMD LED等元件相關的關鍵軌跡發展：

效率提升：

• 內部量子效率 (IQE) 和光提取技術的持續改進，導致在相同輸入電流下獲得更高的發光強度 (mcd)，或在相同輸出下功耗更低。微型化：
• 對更小終端產品的推動，促使LED封裝朝向更小的佔位面積和更低的剖面高度發展，遵循如1.6x0.8mm和1.0x0.5mm封裝的趨勢。改進的顏色一致性與分級：
• 磊晶生長和製造控制的進步減少了波長和強度的自然變化，從而導致更緊密的分級，減少分選需求，或在RGB應用中實現更精確的混色。增強的可靠性與穩健性：
• 研究重點在於改善高溫操作下的壽命，並提高ESD耐受度，特別是對於敏感的基於InGaN的綠色和藍色晶片。整合解決方案：
• 朝向內建限流電阻、保護二極體甚至驅動IC ("智慧型LED") 的LED發展，以簡化電路設計並節省電路板空間。19-22 LED代表了一種成熟、廣泛採用的封裝形式，在眾多指示燈和背光應用中平衡了性能、尺寸和成本。

The 19-22 LED represents a mature, widely adopted package format that balances performance, size, and cost for a vast array of indicator and backlight applications.