SMD LED 19-217/GHC-YR1S2/3T 規格書 - 亮綠色 - 120° 視角 - 典型 3.3V - 20mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-217/GHC-YR1S2/3T 是一款表面黏著元件（SMD）LED，專為需要小型尺寸、高可靠性和高效組裝的現代電子應用而設計。此元件相較於傳統引線框架LED有顯著進步，能大幅減少電路板空間、提高元件密度，最終有助於終端設備的小型化。其輕量化結構使其特別適合空間和重量為關鍵限制因素的應用。

該LED發出亮綠色光，這是透過封裝在透明樹脂中的InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片實現的。這種組合提供了高發光強度和出色的色彩純度。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，確保與現代電子製造中使用的全自動高速貼片機完全相容。

1.1 核心優勢與合規性

本產品提供多項符合當代製造與環保標準的關鍵優勢：

• 小型化：SMD封裝尺寸遠小於引線式替代品，可直接實現更小的PCB設計和更高的元件密度。
• 利於自動化：以捲帶包裝，完全相容於自動化組裝製程，降低人力成本並提高貼裝精度。
• 環保合規：本元件製造為無鉛（Pb-free）元件。其設計旨在持續符合歐盟的《有害物質限制指令》（RoHS）。
• REACH 與無鹵素：本產品符合歐盟關於化學品的REACH法規。同時被歸類為無鹵素，溴（Br）和氯（Cl）含量均低於900 ppm，且其總和低於1500 ppm。
• 焊接製程相容性：適用於紅外線和氣相迴流焊接製程，為生產線設置提供靈活性。

2. 技術參數深度解析

本節根據絕對最大額定值和電光特性表中的定義，對LED的電氣、光學和熱規格進行詳細、客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不建議在達到或超過這些極限的條件下操作。

• 連續順向電流（I_F）：25 mA。這是可連續施加於LED陽極的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：50 mA。此較高電流僅允許在脈衝條件下，具體為佔空比1/10、頻率1 kHz。即使在直流操作中短暫超過連續額定值，也有導致災難性故障的風險。
• 功率消耗（P_d）：95 mW。這是封裝可以散發為熱量的最大功率，計算方式為順向電壓（V_F）乘以順向電流（I_F）。設計者必須考慮環境溫度，確保操作條件維持在此限制內。
• 靜電放電（ESD）：人體放電模型（HBM）150V。這是相對較低的ESD耐受度。在組裝和處理過程中，嚴格的ESD處理程序（使用接地工作站、腕帶等）是至關重要的，以防止潛在或立即的損壞。
• 溫度範圍：
  • 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
  • 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度（T_sol）：
  • 迴流焊接：峰值溫度260°C，最長10秒。
  • 手工焊接：烙鐵頭溫度不超過350°C，每個端子最長3秒。

2.2 電光特性

這些參數是在25°C環境溫度和20mA順向電流的標準測試條件下測量的，定義了元件的性能。

• 發光強度（I_v）：範圍從最小112 mcd到最大285 mcd。具體數值由產品的分級代碼決定（見第3節）。未說明典型值，這意味著在生產批次中存在顯著差異。
• 視角（2θ_1/2）：120度（典型值）。這是發光強度降至其峰值一半時的全角。120°角表示非常寬的視角模式，適合需要廣角照明或可視性的應用。
• 峰值波長（λ_p）：518 nm（典型值）。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：範圍從520 nm到535 nm。這是人眼感知到的光色單一波長。它與色度座標密切相關，同樣受分級影響。
• 頻譜頻寬（Δλ）：35 nm（典型值）。這是發射頻譜在半最大強度處的寬度（半高全寬 - FWHM）。35nm的數值是InGaN晶片產生相對純淨綠光的特徵。
• 順向電壓（V_F）：範圍從2.7V（最小）到3.7V（最大），在I_F=20mA時典型值為3.3V。此參數對電路設計至關重要，特別是計算限流電阻值：R = (V_supply- V_F) / I_F.
• 逆向電流（I_R）：當施加5V逆向電壓（V_R）時，最大值為50 μA。LED並非設計用於逆向偏壓，此參數表示在此條件下的漏電流水平。

關於容差的關鍵注意事項：規格書規定了發光強度容差為±11%，主波長容差為±1nm。這些是固有的製造變異，透過接下來說明的分級系統進行管理。

3. 分級系統說明

為管理半導體製造中的自然變異，LED會根據關鍵性能參數進行分類（分級）。這使設計師能夠選擇符合特定應用對亮度和顏色要求的元件。

3.1 發光強度分級

根據在20mA下測量的發光強度，LED被分為四個不同的等級。分級代碼是產品訂購代碼的一部分（例如，GHC-YR1S2/3T中的S2）。

• 等級 R1：112 mcd（最小）至 140 mcd（最大）
• 等級 R2：140 mcd 至 180 mcd
• 等級 S1：180 mcd 至 225 mcd
• 等級 S2：225 mcd 至 285 mcd

選擇較高的等級代碼（例如S2）可確保更亮的LED，這對於高環境光條件下或最大可見度至關重要的應用可能是必要的。

3.2 主波長分級

綠光的顏色（色調）透過對主波長進行分級來控制。這確保了同一批次LED內的顏色一致性。

• 等級 X：520 nm（最小）至 525 nm（最大）– 更綠、波長稍短。
• 等級 Y：525 nm 至 530 nm
• 等級 Z：530 nm 至 535 nm – 略偏黃綠色、波長較長。

當應用對美觀或功能要求需要多個LED之間的顏色匹配時，應指定具體的等級（例如，GHC-YR1S2/3T中的Y）。

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條典型的特性曲線，說明LED性能如何隨操作條件變化。理解這些是穩健設計的關鍵。

• 相對發光強度 vs. 順向電流：此曲線顯示，在典型操作範圍內，光輸出大致與順向電流成正比。然而，以超過其額定電流的驅動LED會導致超線性的熱量產生和效率下降，從而縮短使用壽命。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：LED的光輸出隨著接面溫度升高而降低。此曲線量化了這種降額。對於高可靠性應用或在炎熱環境中運行的應用，需要進行熱管理（足夠的PCB銅箔面積、可能的散熱措施）以維持亮度。
• 順向電壓 vs. 順向電流：這是二極體的IV曲線。它是非線性的，顯示了典型的指數關係。一旦超過開啟閾值，電壓會急劇上升。規定的20mA下的V_F是此曲線上的操作點。
• 光譜分佈：雖然不是詳細圖表，但峰值波長（518nm）和頻寬（35nm）定義了一個大致以綠光為中心的高斯分佈曲線。
• 輻射圖案：極座標圖證實了120°視角，顯示了類似朗伯分佈的圖案，其中強度在0°（垂直於LED表面）最高，並對稱地向兩側遞減。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該LED採用標準SMD封裝。尺寸圖提供了PCB焊墊圖形（Footprint）設計的關鍵尺寸，包括本體長度、寬度、高度以及焊墊的位置和大小。遵守這些尺寸對於可靠焊接和自動化組裝期間的正確對齊是必要的。所有未指定的公差均為±0.1mm。

5.2 極性識別

陰極通常在元件上標記，通常透過綠點、封裝上的凹口或不同形狀的焊墊來表示。PCB焊墊圖形應包含相應的極性標記（例如絲印輪廓或點），以防止錯誤放置。雖然根據I_R規格，逆向偏壓限制在5V，但在電路設計中應避免將LED反向連接。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理和焊接對於實現元件規格所承諾的可靠性至關重要。

6.1 儲存與濕度敏感性

LED包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中，以防止吸收大氣中的水分。

• 請勿打開防潮袋，直到元件準備好在生產線上使用。
• 打開後，未使用的LED應儲存在30°C或以下、相對濕度60%或以下的環境中。
• 打開袋子後的"車間壽命"為168小時（7天）。如果在此時間內未使用，必須根據指定的條件（通常為125°C烘烤24小時）重新烘烤，並用新的乾燥劑重新包裝。
• 如果乾燥劑指示劑已變色（例如，從藍色變為粉紅色），則在使用前需要進行烘烤。

6.2 迴流焊溫度曲線

建議的無鉛迴流焊溫度曲線對於形成可靠的焊點而不損壞LED至關重要。

• 預熱：在60-120秒內從環境溫度升溫至150-200°C。此漸進加熱可最大限度地減少熱衝擊。
• 均熱/預流：維持在150-200°C之間。這使PCB和元件達到熱平衡並活化助焊劑。
• 迴流：快速升溫（最大6°C/秒）進入迴流區。峰值溫度必須達到217°C以上（典型無鉛焊料的熔點）並維持60-150秒。絕對最大峰值為260°C，且溫度高於255°C的時間不得超過30秒。在實際峰值（例如260°C）的時間不得超過10秒。
• 冷卻：以最大3°C/秒的速率進行受控冷卻，以最大限度地減少焊點上的應力。

關鍵限制：

1. 迴流焊接不應執行超過兩次。第三次迴流循環有損壞LED內部鍵合線或環氧樹脂封裝體的風險。
2. 在焊接的加熱和冷卻階段，避免對LED施加機械應力。
3. 焊接後請勿扭曲或彎曲PCB，因為這可能會導致焊點或LED本身破裂。

6.3 手工焊接與返修

允許手工焊接，但風險較高。

• 使用溫度控制的烙鐵，設定最高350°C。
• 對每個端子加熱時間最長不超過3秒。
• 使用額定功率為25W或更低的烙鐵，以避免過多的熱傳遞。
• 在焊接每個端子之間，至少留出2秒的冷卻間隔。
• 強烈不建議進行維修/返修。如果絕對不可避免，請使用專為SMD元件設計的雙頭烙鐵，同時加熱兩個端子並在不扭轉的情況下取下元件。返修後務必驗證LED的特性是否未受損。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

本產品供應方式適用於自動化組裝：

• 載帶：8mm寬載帶。
• 捲盤：7英吋（178mm）直徑捲盤。
• 每捲數量：3000顆。

提供了載帶凹穴和捲盤的詳細尺寸圖，以確保與貼片機送料器機構的相容性。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含幾個關鍵識別資訊：

• P/N：製造商產品編號（例如，19-217/GHC-YR1S2/3T）。
• CAT：發光強度等級（分級代碼，例如S2）。
• HUE：色度座標與主波長等級（顏色分級，例如Y）。
• REF：順向電壓等級。
• LOT No：可追溯批號。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

基於其寬視角、綠色光和SMD格式，此LED非常適合用於：

• 背光：儀表板、控制面板、開關和鍵盤上符號、圖標或面板的照明。
• 狀態指示燈：通訊設備（電話、傳真機）、消費性電子和電腦周邊設備中的電源、活動或模式指示燈。
• LCD背光：作為採用側光式的小型平面LCD的離散光源。
• 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 關鍵設計考量

1. 必須進行電流限制：LED是電流驅動元件。您必須使用串聯的限流電阻。順向電壓有一個範圍（2.7V-3.7V）。如果未用電阻限制，供應電壓略高於V_F可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加。使用規格書中的最大V_F計算電阻值，以確保在所有條件下安全操作：R_min= (V_supply- V_{F_max}) / I_{F_desired}.
2. 熱管理：雖然功率消耗較低（最大95mW），但在高環境溫度或高電流下操作會降低光輸出和使用壽命。在PCB上提供足夠的銅箔面積，連接到LED的散熱焊墊（如果有）或陰極/陽極走線，以作為散熱片。
3. ESD保護：如果LED連接到用戶可接觸的端口（如按鈕或連接器），請在輸入線路上實施ESD保護。在組裝過程中始終遵循ESD安全處理程序。

9. 應用限制與可靠性注意事項

規格書包含關於高可靠性應用的關鍵免責聲明。此LED是為一般商業和工業用途而設計和規定的。在未經額外認證且可能未使用為此類環境設計的不同產品型號的情況下，它可能不適用於故障可能導致嚴重傷害、生命損失或重大財產損失的應用。

此類受限應用的例子包括：

• 軍事和航太系統（尤其是飛行關鍵系統）。
• 汽車安全與保全系統（例如，安全氣囊指示燈、煞車燈）。
• 醫療生命維持或關鍵診斷設備。

對於這些應用，必須諮詢元件製造商，討論特定要求、潛在的降額使用以及符合更高可靠性標準（例如汽車應用的AEC-Q100）的產品可用性。本規格書僅保證在所述規格範圍內的性能，不適用於超出此範圍或在未指定條件下的使用。

10. 基於技術參數的常見問題

問：使用5V電源時，我應該使用多大的電阻值？

答：使用最壞情況下的最大V_F3.7V和期望的I_F20mA：R = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65歐姆。最接近的標準值是68歐姆。電阻的額定功率為(5V-3.3V)^2 / 68Ω ≈ 0.042W，因此標準的1/8W（0.125W）電阻就足夠了。

問：我可以將此LED驅動到30mA以獲得更高的亮度嗎？

答：不行。連續順向電流的絕對最大額定值為25mA。在30mA下操作超過此額定值，將顯著縮短LED的使用壽命，並可能因過熱而導致立即故障。請始終在規定的限制內操作。

問：在我的最終產品中，LED比樣品暗。為什麼？

答：常見原因有：1) 操作環境溫度高於25°C，導致強度下降。2) 使用的電阻值導致實際順向電流較低。3) 供電線路上的電壓降。4) 選擇了較低發光強度等級的LED（例如，R1而非S2）。

問：如何確保我產品中多個單元的綠色顏色一致？

答：您必須指定並訂購來自相同主波長等級的LED（例如，全部來自等級Y）。混合不同等級（X、Y、Z）將導致LED之間出現可見的顏色差異。

11. 設計導入案例研究範例

情境：為網路路由器設計一個狀態指示燈面板。該面板有10個相同的綠色"連線活動"指示燈。

設計選擇：

1. 亮度一致性：為確保所有10個指示燈看起來亮度相同，設計師在採購訂單中指定了可用的最高發光強度等級（S2：225-285 mcd）。
2. 顏色一致性：為防止一個指示燈看起來比另一個略偏黃或藍綠色，設計師還指定了單一的主波長等級（例如，等級Y）。
3. 電路設計：路由器的內部邏輯電源為3.3V。使用典型的V_F3.3V，限流電阻上的壓降幾乎為零。因此，選擇了恆流LED驅動IC，而不是簡單的電阻，以確保穩定的亮度，不受V_F變化的影響，並提高效率。驅動器設定為提供20mA。
4. PCB佈局：PCB焊墊圖形完全按照封裝尺寸圖設計。在內層將額外的銅箔連接到LED的焊墊，以幫助散熱，因為路由器外殼可能會變熱。
5. 組裝：LED以8mm捲帶包裝訂購。製造團隊嚴格遵循指定的迴流焊溫度曲線，確保峰值溫度不超過260°C。由於PCB組裝過程涉及多次焊接，濕度敏感元件在使用前進行了烘烤。

這種基於對規格書透徹理解的系統化方法，最終產生了性能均勻、外觀專業且可靠的產品。