目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與目標市場
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電光特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 發光強度分級
- 3.2 主波長分級
- 3.3 順向電壓分級
- 4. 性能曲線分析
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸與圖示
- 5.2 極性辨識
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊溫度曲線
- 6.2 手工焊接說明
- 6.3 儲存與濕度敏感性
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 包裝規格
- 7.2 標籤說明
- 8. 應用設計建議
- 8.1 典型應用電路
- 8.2 設計考量與注意事項
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題 (FAQ)
- 10.1 使用 3.3V 電源時應搭配多大電阻？
- 10.2 是否可以使用 PWM 訊號驅動此 LED 以控制亮度？
- 10.3 為何儲存與烘烤資訊如此重要？
- 10.4 訂購時應如何解讀分級代碼？
- 11. 實際應用範例
- 11.1 汽車儀表板開關背光
- 11.2 網路路由器狀態指示燈
- 12. 工作原理簡介
- 13. 技術趨勢與背景
- 14. 應用限制免責聲明
1. 產品概述
12-21 SMD LED 是一款專為高密度電子組裝設計的緊湊型表面黏著元件。它採用 AlGaInP 晶片技術，發出典型主波長為 650 nm 的深紅光。其主要優勢在於相較於傳統引腳式 LED，其佔用面積顯著縮小，有助於終端產品微型化。該元件以 8mm 載帶包裝於 7 吋捲盤上，完全相容於高速自動化取放與焊接設備。它是一款單色、無鉛元件，符合 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準（Br <900 ppm，Cl <900 ppm，Br+Cl < 1500 ppm）。
1.1 核心優勢與目標市場
微型化的 1206 封裝格式（約 3.2mm x 1.6mm）允許更小的印刷電路板設計、更高的元件裝配密度，並降低儲存與運輸成本。其輕量化結構使其非常適合可攜式與空間受限的應用。主要目標市場包括消費性電子產品、工業控制與汽車內裝，特別適用於儀表板、開關面板與薄膜鍵盤的背光功能。它也適用於通訊設備（例如電話、傳真機）的狀態指示燈及一般用途指示燈應用。
2. 深入技術參數分析
本節對規格書中定義的關鍵電氣、光學與熱參數提供詳細且客觀的解讀。
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。不保證在或超過這些極限下操作。
- 逆向電壓 (VR):5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
- 連續順向電流 (IF):25 mA。可持續施加的直流電流。
- 峰值順向電流 (IFP):60 mA (工作週期 1/10，1 kHz)。此額定值適用於脈衝操作，可降低平均功率損耗。
- 功率損耗 (Pd):60 mW，於 Ta=25°C 時。最大允許功率損耗，計算方式為 VF* IF。此額定值會隨環境溫度升高而降額。
- 靜電放電 (ESD):2000V (人體放電模型)。表示具有中等 ESD 敏感性；需要適當的處理程序。
- 操作與儲存溫度:-40°C 至 +85°C (操作)，-40°C 至 +90°C (儲存)。指定了可靠運作與非運作儲存的環境範圍。
- 焊接溫度:迴焊：峰值 260°C，最長 10 秒。手工焊接：每端子 350°C，最長 3 秒。對於組裝製程控制至關重要。
2.2 電光特性
於 Ta=25°C 及 IF=20 mA 下量測，此為典型性能參數。
- 發光強度 (Iv):28.5 至 72.0 mcd (毫燭光)。LED 的感知亮度。此寬廣範圍透過分級系統管理（見第 3 節）。
- 視角 (2θ1/2):120 度 (典型值)。此寬廣角度提供廣泛的發光模式，適合背光與漫射指示燈應用。
- 峰值波長 (λp):650 nm (典型值)。光譜功率分佈達到最大值時的波長。
- 主波長 (λd):629.5 至 645.5 nm。這是人眼對 LED 顏色的單一波長感知，同樣透過分級管理。
- 頻譜頻寬 (Δλ):20 nm (典型值)。發射頻譜在半最大強度處的寬度 (FWHM)。
- 順向電壓 (VF):1.75 至 2.35 V，於 IF=20mA 時。LED 運作時的跨元件電壓降。較低的 VF可提升系統效率。
- 逆向電流 (IR):最大 10 μA，於 VR=5V 時。元件處於逆向偏壓時的小量漏電流。
3. 分級系統說明
為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會被分類至不同等級。12-21 LED 使用三項獨立的分級標準。
3.1 發光強度分級
LED 根據其在 20mA 下量測的發光強度，被分為四個等級 (N1, N2, P1, P2)。這讓設計師能選擇適合其應用需求的亮度等級，確保在多 LED 陣列中外觀均勻。
- 等級 N1:28.5 - 36.0 mcd
- 等級 N2:36.0 - 45.0 mcd
- 等級 P1:45.0 - 57.0 mcd
- 等級 P2:57.0 - 72.0 mcd
3.2 主波長分級
顏色一致性透過將主波長分為四個代碼 (E7, E8, E9, E10) 來控制。這對於需要精確顏色匹配的應用至關重要。
- 等級 E7:629.5 - 633.5 nm
- 等級 E8:633.5 - 637.5 nm
- 等級 E9:637.5 - 641.5 nm
- 等級 E10:641.5 - 645.5 nm
3.3 順向電壓分級
順向電壓分級有助於限流電阻計算，並管理串聯電路中的功率損耗。定義了三個等級 (0, 1, 2)。
- 等級 0:1.75 - 1.95 V
- 等級 1:1.95 - 2.15 V
- 等級 2:2.15 - 2.35 V
4. 性能曲線分析
雖然提供的文本未詳述具體圖表，但此類 LED 的典型性能曲線將包含以下對設計至關重要的關係：
- I-V (電流-電壓) 曲線:顯示順向電壓與電流之間的指數關係。膝點電壓約為 1.8V。必須使用限流電阻，因為電壓稍微超過 VF會導致電流大幅且可能具破壞性的增加。
- 發光強度 vs. 順向電流:強度隨電流增加大致呈線性關係，直至最大額定值。在超過 IF=20mA 下操作會增加亮度，但也會增加功率損耗與接面溫度。
- 發光強度 vs. 環境溫度:強度通常隨環境溫度升高而降低，這是由於內部量子效率降低及其他熱效應所致。這是高溫環境下的關鍵考量。
- 頻譜分佈:相對強度 vs. 波長的圖表，顯示峰值約在 650nm 處，FWHM 約為 20nm，確認了深紅色的色點。
- 順向電壓 vs. 溫度: VF具有負溫度係數，意味著它會隨接面溫度升高而降低。這可能影響恆流驅動的穩定性。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸與圖示
此 LED 符合標準 1206 (3216 公制) SMD 佔位面積。關鍵尺寸（單位 mm，公差 ±0.1mm，除非另有說明）包括：總長 (3.2)、寬度 (1.6) 與高度 (1.1)。圖示標明了陰極識別標記，通常是封裝上的綠色條紋或切角。PCB 上建議的焊墊尺寸對於可靠焊接至關重要，通常略大於元件端子以形成適當的焊角。
5.2 極性辨識
正確的方向至關重要。陰極標示於元件上。必須查閱規格書圖示以識別此標記（例如彩色條帶、凹口）。極性錯誤將導致 LED 無法發光，且施加超過 5V 的逆向電壓可能損壞它。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴焊溫度曲線
此 LED 相容於紅外線與氣相迴焊。指定了無鉛溫度曲線：
- 預熱:150-200°C，持續 60-120 秒。漸進加熱以減少熱衝擊。
- 液相線以上時間 (217°C):60-150 秒。
- 峰值溫度:最高 260°C，保持不超過 10 秒。
- 最大升溫速率:3°C/秒。
- 最大降溫速率:6°C/秒。
6.2 手工焊接說明
若需手動維修：
- 使用烙鐵頭溫度 < 350°C 的烙鐵。
- 對每個端子加熱 < 3 秒。
- 使用功率額定值 < 25W 的烙鐵。
- 焊接每個端子之間至少間隔 2 秒。
- 移除時，建議使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以避免機械應力。
6.3 儲存與濕度敏感性
元件包裝於含有乾燥劑的防潮袋中。
- 開封前:儲存於 ≤30°C 及 ≤90% RH 環境。
- 開封後 (車間壽命):於 ≤30°C 及 ≤60% RH 環境下可存放 1 年。未使用的元件必須重新密封於防潮袋中。
- 烘烤:若乾燥劑指示劑變色或超過儲存時間，使用前需在 60 ±5°C 下烘烤 24 小時，以去除吸收的水氣並防止迴焊時發生 "爆米花效應"。
7. 包裝與訂購資訊
7.1 包裝規格
LED 以凸版載帶包裝於直徑 7 吋的捲盤上供應。每捲包含 2000 顆。載帶尺寸（口袋尺寸、間距）有明確規範以確保與自動送料器相容。捲盤具有特定的軸心、凸緣與外徑尺寸，以便安裝於置件機上。
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:完整產品編號（例如 12-21/R8C-AN1P2B/2D）。
- QTY:捲盤上的數量。
- CAT (或 發光強度等級):發光強度分級代碼（例如 P1）。
- HUE (色度/波長等級):主波長分級代碼（例如 E9）。
- REF (順向電壓等級):電壓分級代碼（例如 1）。
- LOT No:製造批號，用於品質追蹤。
8. 應用設計建議
8.1 典型應用電路
最常見的驅動方式是串聯限流電阻。電阻值 (Rs) 使用歐姆定律計算：Rs= (V電源- VF) / IF。使用分級中的最大 VF（例如等級 2 的 2.35V）可確保即使在最壞情況的 LED 變異下仍有足夠電流。對於 5V 電源及 IF=20mA：Rs= (5 - 2.35) / 0.02 = 132.5Ω。標準的 130Ω 或 150Ω 電阻皆適用。電阻的功率額定值應至少為 (IF2* Rs)。
8.2 設計考量與注意事項
- 限流是強制性的:如 "注意事項" 中強調，絕對需要外部限流機制（電阻或恆流驅動器）。直接連接至電壓源將損壞 LED。
- 熱管理:雖然單顆 LED 僅損耗約 60mW，但高密度陣列或在高環境溫度下操作時，需注意 PCB 佈局以利散熱。避免靠近其他熱源。
- ESD 防護:在組裝過程中實施防 ESD 處理程序。在敏感環境中可能需要電路級的 ESD 保護。
- 光學設計:120 度視角提供廣泛的覆蓋範圍。如需聚焦光線，則需要二次光學元件（透鏡）。水透明樹脂封裝適用於可接受晶片顏色或搭配外部擴散器的應用。
9. 技術比較與差異化
相較於舊式穿孔式（例如 3mm、5mm）紅光 LED，12-21 SMD LED 提供：
- 尺寸縮小:佔位面積與高度大幅縮小，實現現代微型化設計。
- 自動化相容性:專為高產量、低成本的表面黏著組裝而設計。
- 提升可靠性:SMD 封裝通常具有更好的 PCB 熱路徑，且沒有可能造成應力的彎曲引腳。
- 相較於其他一些 SMD 紅光 LED（例如使用 InGaN 技術製造紅光者），AlGaInP 技術通常在紅光/琥珀光頻譜中提供更高的效率與更飽和的顏色。
10. 常見問題 (FAQ)
10.1 使用 3.3V 電源時應搭配多大電阻？
使用最大 VF2.35V 及目標 IF20mA：R = (3.3 - 2.35) / 0.02 = 47.5Ω。使用標準 47Ω 電阻。驗證電流：I = (3.3 - 2.0[典型值]) / 47 ≈ 27.7mA，此值高於 25mA 連續額定值。為求安全，選擇 68Ω 電阻：I = (3.3 - 2.0) / 68 ≈ 19.1mA，此值在規格範圍內。
10.2 是否可以使用 PWM 訊號驅動此 LED 以控制亮度？
可以。脈衝寬度調變是調暗 LED 的絕佳方法。確保每個脈衝的峰值電流不超過絕對最大額定值（IFP= 60mA，適用於 10% 工作週期脈衝）。頻率應足夠高以避免可見閃爍（通常 >100Hz）。
10.3 為何儲存與烘烤資訊如此重要？
SMD 塑膠封裝會吸收空氣中的濕氣。在高溫迴焊過程中，這些被困住的濕氣可能迅速汽化，產生內部壓力，導致封裝分層或晶片破裂（"爆米花效應"）。儲存條件與烘烤程序可防止此類故障模式。
10.4 訂購時應如何解讀分級代碼？
為確保產品中外觀一致，請指定所需的發光強度 (CAT)、主波長 (HUE) 及可選的順向電壓 (REF) 等級。例如，要求 "CAT=P1, HUE=E9" 可確保所有 LED 具有相似的亮度與非常特定的深紅色調。若未指定，您可能會收到生產中的混合等級。
11. 實際應用範例
11.1 汽車儀表板開關背光
在此應用中，多顆 12-21 LED 被置於儀表板上半透明開關帽或符號後方。寬廣的 120 度視角確保符號上的照明均勻。它們通常以並聯電路串驅動，每串有其專屬的限流電阻，電源來自車輛的 12V 系統（透過穩壓器）。-40°C 至 +85°C 的操作範圍適合汽車內裝環境。波長 (HUE 等級) 的一致性在此至關重要，以匹配其他內裝照明的顏色。
11.2 網路路由器狀態指示燈
單顆 LED 可用於指示電源或網路活動。它由微控制器的 GPIO 腳位驅動。電路包含一個串聯電阻（根據 MCU 的 3.3V 或 5V 輸出計算），如果 MCU 腳位無法直接提供 20mA，可能還需要一個電晶體。深紅色非常醒目。SMD 封裝使其能夠非常靠近路由器外殼上的小型指示燈視窗。
12. 工作原理簡介
12-21 LED 是一種半導體光子元件。其核心是由 AlGaInP（磷化鋁鎵銦）材料製成的晶片。當施加超過二極體接面電位（∼1.8V）的順向電壓時，電子與電洞被注入主動區並在此復合。在此材料系統中，此復合能量的顯著部分以光子（光）而非熱的形式釋放。AlGaInP 層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）——在此例中為約 650 nm 的深紅光。水透明環氧樹脂封裝保護晶片，提供機械防護，並作為主要透鏡將光輸出塑形為 120 度的發光模式。
13. 技術趨勢與背景
1206 SMD LED 代表了一種成熟且廣泛採用的封裝技術。當前 LED 封裝的趨勢正朝向更小的佔位面積（例如 0805、0603、0402）發展，以實現超微型化與更高密度的陣列。同時，朝向晶片級封裝的趨勢強勁，此類封裝取消了傳統的塑膠封裝，以實現最小尺寸與最佳熱性能。對於紅光發射，雖然 AlGaInP 仍保持高效率，但螢光粉轉換 LED 與新型半導體材料的發展仍在持續。此外，將控制電子元件（例如恆流驅動器、PWM 控制器）直接整合到 LED 封裝中（"智慧型 LED"）在先進照明應用中變得越來越普遍。12-21 LED 位於市場中一個成熟、成本優化的區段，因其可靠性、簡單性及與標準 SMT 製程的相容性而受到重視。
14. 應用限制免責聲明
本產品專為一般商業與工業應用而設計。它未經特別認證或保證可用於高可靠性或安全關鍵系統，例如：
- 軍事或航太設備
- 汽車安全系統（例如煞車燈、安全氣囊控制）
- 醫療生命維持設備
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。 |