SMD LED 17-21 深紅光規格書 - 尺寸 1.6x0.8x0.6mm - 電壓 1.75-2.35V - 功率 60mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款採用緊湊型 17-21 封裝的表面黏著深紅光 LED 規格。此元件專為現代電子組裝設計，相較於傳統引線框架 LED，能顯著縮小尺寸與重量。其主要優勢包括實現更小的印刷電路板設計、更高的元件佈局密度，最終有助於打造更輕薄短小的終端設備。

1.1 核心特色與合規性

此 LED 以 8mm 載帶包裝，捲繞於 7 英吋直徑的捲盤上，完全相容於自動化取放組裝設備。它適用於紅外線與氣相迴焊製程。此元件為單色型，發射深紅光。採用無鉛材料製造，並符合關鍵的環境與安全法規，包括歐盟 RoHS 指令、歐盟 REACH 法規以及無鹵素要求（Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm）。

1.2 目標應用

此 LED 適用於多種指示燈與背光應用。常見用途包括儀表板與開關的背光、電話與傳真機等通訊設備中的狀態指示燈與鍵盤背光、LCD 的平面背光，以及任何需要小型、可靠紅光光源的通用指示燈應用。

2. 技術參數：深入客觀解讀

以下章節基於規格書參數，對 LED 的電氣、光學與熱特性提供詳細、客觀的分析。除非另有說明，所有額定值均在環境溫度 25°C 下指定。

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極限。在此條件下或超出此條件運作並未獲得保證，應在電路設計中避免。

• 逆向電壓 (VR)：5V。超過此逆向電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流 (IF)：25 mA。這是建議用於可靠長期運作的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP)：60 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為 1/10，頻率 1 kHz。不適用於連續使用。
• 功率消耗 (Pd)：60 mW。這是封裝在不超過其熱限值下所能散發的最大功率。
• 靜電放電人體模型 (ESD HBM)：2000V。這表示元件對靜電的敏感度；必須遵循適當的 ESD 處理程序。
• 工作溫度 (Topr)：-40°C 至 +85°C。元件指定可運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +90°C。元件未通電時的儲存溫度範圍。
• 焊接溫度 (Tsol)：對於迴焊，指定峰值溫度為 260°C，最長 10 秒。對於手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過 350°C，每個端子最長 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（IF=20mA, Ta=25°C）的光輸出與電氣行為。

• 發光強度 (Iv)：範圍從最小值 36.00 mcd 到最大值 90.00 mcd。未指定典型值，表示性能透過分級系統管理（見第 3 節）。
• 視角 (2θ1/2)：半強度的典型全視角為 140 度，提供寬廣的發光模式。
• 峰值波長 (λp)：光功率輸出達到最大值的典型波長為 639 奈米，位於光譜的深紅光區域。
• 主波長 (λd)：感知到的顏色波長範圍為 625.5 nm 至 637.5 nm。此參數同樣透過分級管理。
• 頻譜頻寬 (Δλ)：發射頻譜的典型半高全寬為 20 nm。
• 順向電壓 (VF)：在 20mA 下範圍為 1.75V 至 2.35V。此參數已分級。
• 逆向電流 (IR)：施加 5V 逆向電壓時，最大值為 10 μA。規格書明確指出元件並非為逆向操作設計；此測試參數僅用於品質保證。

重要注意事項：規格書指定了製造公差：發光強度 (±11%)、主波長 (±1nm) 與順向電壓 (±0.1V)。這些適用於分級後的值。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED 會根據關鍵性能參數進行分類（分級）。這讓設計師能為其應用選擇符合特定亮度與顏色要求的元件。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 IF=20mA 下測得的發光強度分為四個等級（N2, P1, P2, Q1）。例如，Q1 等級的 LED 強度將介於 72.00 至 90.00 mcd 之間。

3.2 主波長分級

感知顏色（色調）透過三個波長等級（E6, E7, E8）控制。E6 等級的 LED 主波長介於 625.50 nm 至 629.50 nm，與 E8 等級（633.50 nm 至 637.50 nm）相比，會產生略微不同的紅色色調。

3.3 順向電壓分級

順向電壓分為三個等級（0, 1, 2）。這對於設計限流電路至關重要，特別是在驅動多個串聯 LED 時，以確保電流均勻分佈。等級 0 的 LED VF 介於 1.75V 至 1.95V，而等級 2 的 LED則介於 2.15V 至 2.35V。

4. 性能曲線分析

雖然提供的 PDF 摘錄顯示了典型電氣與光學特性曲線章節，但具體圖表（例如 IV 曲線、相對強度 vs. 電流、相對強度 vs. 溫度、頻譜分佈）並未包含在文字內容中。在完整的規格書中，這些曲線對設計至關重要。它們通常顯示：

• 順向電流 vs. 順向電壓 (IV 曲線)：顯示非線性關係，有助於確定動態電阻以及給定電流所需的驅動電壓。
• 相對發光強度 vs. 順向電流：展示光輸出如何隨電流增加，通常在高電流下顯示飽和效應。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨接面溫度升高而降低，這對熱管理至關重要。
• 歸一化頻譜分佈：繪製相對強度對波長的圖表，直觀確認峰值波長（639nm）與頻譜頻寬（20nm）。

設計師應查閱包含圖表的完整規格書，以準確模擬 LED 在非標準條件（不同電流或溫度）下的行為。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與極性

此 LED 採用標準的 17-21 SMD 封裝尺寸。關鍵尺寸（以毫米為單位）對於 PCB 焊墊圖案設計至關重要。封裝上標有陰極以供極性識別。典型的焊墊圖案會有兩個對應陽極與陰極端子的焊墊，並有建議的焊墊尺寸與間距，以確保正確焊接與機械穩定性。確切尺寸應取自規格書中的封裝尺寸圖。

5.2 濕度敏感度與包裝

元件包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中，以防止吸收大氣中的濕氣，這可能在高溫迴焊過程中導致爆米花效應（封裝破裂）。袋上的標籤包含用於追溯與應用的關鍵資訊：客戶產品編號、產品編號、包裝數量，以及發光強度、主波長與順向電壓的特定分級代碼。

5.3 捲帶與載帶規格

元件以凸版載帶包裝供應，捲繞於 7 英吋捲盤上。載帶尺寸（口袋尺寸、間距）與捲盤尺寸（軸心直徑、法蘭直徑）均已標準化，以相容於自動化組裝設備。每捲數量指定為 3000 顆。

6. 焊接與組裝指南

遵循這些指南對於組裝良率與長期可靠性至關重要。

6.1 儲存與操作

• 在準備使用前，請勿打開防潮袋。
• 打開後，未使用的 LED 應儲存在 ≤30°C 且 ≤60% 相對濕度的環境中。
• 開袋後的車間壽命為 168 小時（7 天）。超過此期限的未使用零件必須重新烘烤（60±5°C，24 小時）並用新的乾燥劑重新包裝後才能使用。
• 務必遵循 ESD 安全操作程序。

6.2 迴焊溫度曲線

指定了無鉛迴焊溫度曲線。關鍵參數包括：

• 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。
• 最大升溫速率：6°C/秒。
• 255°C 以上時間：最長 30 秒。
• 最大冷卻速率：3°C/秒。

關鍵規則：同一顆 LED 上不應執行超過兩次的迴焊。

6.3 手工焊接與返修

若無法避免手工焊接，請使用烙鐵頭溫度 ≤350°C 的烙鐵，並對每個端子加熱 ≤3 秒。使用低功率烙鐵（≤25W），並在端子之間留出 ≥2 秒的冷卻間隔。規格書強烈不建議在 LED 焊接後進行返修。若絕對必要，必須使用專用的雙頭烙鐵在移除時同時加熱兩個端子以避免機械應力，並且必須驗證對 LED 特性的影響。

7. 應用建議與設計考量

7.1 限流電阻為必要

LED 是電流驅動元件。規格書明確警告，必須使用串聯限流電阻。順向電壓具有負溫度係數，且由於二極體的指數型 IV 特性，微小的變化可能導致電流大幅改變，可能引發熱失控與故障。必須使用。順向電壓具有負溫度係數，且由於二極體的指數型 IV 特性，微小的變化可能導致電流大幅改變，可能引發熱失控與故障。

7.2 熱管理

雖然封裝小巧，但必須遵守 60mW 的功率消耗限制。在高環境溫度或高電流下運作將降低光輸出與使用壽命。若在接近最大額定值下運作，請確保使用足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔。

7.3 光學設計

140° 的視角提供了寬廣、擴散的光型，適合區域照明或需要從多個角度可見的指示燈。若需要更聚焦的光線，則需要外部透鏡或反射器。

8. 技術比較與差異化

此款 17-21 深紅光 LED 的主要區別在於其結合了特定的半導體材料與極其緊湊的表面黏著封裝。

• 相較於舊式穿孔 LED：提供巨大的空間節省、重量減輕，並相容於高速自動化組裝，從而降低整體製造成本。
• 相較於其他 SMD 紅光 LED：與某些其他用於紅光發射的材料系統相比，使用 AIGaInP 技術通常能提供更高的效率與更好的溫度穩定性。選擇特定的 639nm 峰值/深紅光顏色可能是因其視覺獨特性或在某些感測器應用中的有效性。
• 相較於更大的 SMD 封裝（例如 3528, 5050）：17-21 封裝明顯更小，能實現超小型化設計，但由於其晶粒尺寸與熱限制較小，總光輸出通常較低。

8.1 工作原理

光線是透過 AIGaInP 半導體晶片內的電致發光過程產生。當施加順向電壓時，電子與電洞被注入半導體接面的主動區域。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。AIGaInP 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）——在本例中，約為 639 nm 的深紅光。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接用 3.3V 或 5V 邏輯電源驅動此 LED 嗎？

答：不行。您必須始終使用串聯限流電阻。所需電阻值使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - LED 順向電壓) / 期望電流。使用最大 VF (2.35V) 進行保守設計，假設電源 3.3V，目標電流 20mA：R = (3.3 - 2.35) / 0.02 = 47.5Ω。標準的 47Ω 或 51Ω 電阻是合適的。

問：為什麼發光強度是以範圍和分級給出？

答：由於半導體製造過程中固有的變異性，個別 LED 的性能略有不同。分級將它們分類為保證最小與最大值的組別，讓設計師能根據其成本與性能需求選擇適當的亮度等級。

問：如果開袋後超過 7 天車間壽命會怎樣？

答：吸收的濕氣可能在迴焊過程中轉化為蒸汽，可能導致內部分層或破裂。零件必須在使用前以 60°C 烘烤 24 小時進行重新處理。

問：此 LED 是否適用於汽車儀表板照明？

答：雖然儀表板背光被列為應用之一，但規格書包含應用限制章節。它警告，像汽車安全系統這類高可靠性應用可能需要不同、經過更嚴格認證的產品。對於非關鍵的儀表板照明，它可能適用，但對於安全關鍵的指示燈，應採購專門符合汽車標準（例如 AEC-Q102）的產品。

10. 實務設計與使用案例

情境：設計一個緊湊型狀態指示燈面板。設計師需要在一個高密度佈局的控制板上使用多個深紅光狀態 LED。他們選擇此款 17-21 LED 是因為其小巧尺寸。他們指定 Q1 亮度等級與 E7 波長等級，以確保所有指示燈具有明亮、一致的顏色。在 PCB 佈局上，他們使用規格書中建議的焊墊圖案。他們使用 3.3V 穩壓器、每個 LED 一個 51Ω 限流電阻（產生約 18-20mA 電流）來設計驅動電路，並放置小型散熱焊墊。在組裝過程中，他們確保工廠密封的捲盤在車間壽命內使用，並遵循指定的迴焊溫度曲線。這造就了一個可靠、緊湊的指示燈系統。

11. 技術趨勢

LED 技術的總體趨勢，包括指示燈在內，正朝著幾個關鍵領域發展：

• 效率提升：持續的材料科學改進旨在每單位電輸入功率產生更多光（流明），從而降低能耗與熱負載。
• 微型化：封裝持續縮小（例如從 17-21 到更小的尺寸如 10-05），以實現更小的電子設備。
• 更高的可靠性與穩健性：封裝材料與晶粒貼裝技術的改進提升了使用壽命以及對熱循環與濕氣的抵抗能力。
• 整合化：趨勢是將多個 LED（例如 RGB）、控制 IC 甚至被動元件整合到單一、更智慧的模組封裝中。
• 標準化與合規性：更嚴格且更廣泛的環境法規持續推動整個產業的材料變革。