SMD LED 19-213/GHC-YR1S2/3T 規格書 - 亮綠色 - 3.5V - 25mA - 120° 視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-213/GHC-YR1S2/3T 是一款專為現代、緊湊型電子應用設計的表面黏著元件（SMD）LED。相較於傳統的引線框架型元件，它代表著顯著的進步，能夠大幅縮小電路板尺寸、提高元件密度，並減少儲存需求。這最終有助於開發更小、更高效的終端用戶設備。

其輕量化結構使其特別適合重量和尺寸是關鍵因素的微型及空間受限的應用。此元件為單色型，發出亮綠色光，並採用無鉛材料製造，確保符合當代環境與安全法規。

1.1 核心優勢與合規性

此 LED 的主要優勢來自其 SMD 封裝與材料組成。

• 微型化：相較於插件式 LED，其佔板面積顯著縮小，允許在印刷電路板（PCB）上實現更高的元件密度。
• 自動化相容性：以 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑捲盤上，完全相容於高速自動貼片設備，簡化製造流程。
• 穩固的焊接：相容於紅外線與氣相迴焊製程，為組裝線提供靈活性。
• 環境合規性：本產品為無鉛設計，並確保符合 RoHS（有害物質限制指令）規範。同時亦符合歐盟 REACH 法規，且為無鹵素產品，溴（Br）與氯（Cl）含量各低於 900 ppm，總和低於 1500 ppm。

2. 技術參數深入解析

本節根據絕對最大額定值與電光特性表，提供 LED 電氣、光學及熱規格的詳細客觀分析。

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。為確保可靠性能，不建議在接近或達到這些極限的條件下操作。

• 逆向電壓（V_R）：5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 順向電流（I_F）：25mA（連續）。這是正常操作下建議的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：50mA（在 1/10 工作週期，1kHz 條件下）。此額定值允許短脈衝操作，但必須嚴格遵守工作週期以避免過熱。
• 功率消耗（P_d）：95mW。這是封裝在環境溫度（T_a）為 25°C 時所能散發的最大功率。在更高溫度下必須進行降額。
• 靜電放電（ESD）：150V（人體放電模型）。在組裝與處理過程中，遵循正確的 ESD 處理程序至關重要。
• 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。此元件額定適用於工業級溫度範圍應用。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度（T_sol）：此元件可承受峰值溫度 260°C 最長 10 秒的迴焊，或每個端子於 350°C 下最長 3 秒的手動焊接。

2.2 電光特性

在 T_a=25°C 且 I_F=20mA 條件下量測，這些參數定義了元件在標準測試條件下的性能。

• 發光強度（I_v）：範圍從最小值 112.0 mcd 到最大值 285.0 mcd。實際值已進行分級（見第 3 節）。公差為 ±11%。
• 視角（2θ_1/2）：120 度（典型值）。此寬廣視角使 LED 適合需要廣角照明或多角度可見度的應用。
• 峰值波長（λ_p）：518 nm（典型值）。這是光譜發射最強的波長。
• 主波長（λ_d）：範圍從 520.0 nm 到 535.0 nm。這是人眼感知的光色，同樣進行了分級。公差為 ±1 nm。
• 頻譜頻寬（Δλ）：35 nm（典型值）。這表示發射光譜圍繞峰值波長的擴散範圍。
• 順向電壓（V_F）：3.5V（典型值），在 I_F=20mA 時最大值為 4.0V。公差為 ±0.1V。此參數對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時最大為 50 μA。必須注意，此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此測試條件僅用於特性描述。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 I_F=20mA 時量測的發光強度，分為四個等級（R1, R2, S1, S2）。

• 等級 R1：112.0 – 140.0 mcd
• 等級 R2：140.0 – 180.0 mcd
• 等級 S1：180.0 – 225.0 mcd
• 等級 S2：225.0 – 285.0 mcd

對於需要多顆 LED 亮度均勻的應用，選擇適當的等級至關重要。

3.2 主波長分級

LED 也根據其主波長進行分級以控制顏色變異。定義了三個等級（X, Y, Z）。

• 等級 X：520.0 – 525.0 nm
• 等級 Y：525.0 – 530.0 nm
• 等級 Z：530.0 – 535.0 nm

對於精確顏色匹配至關重要的應用（例如狀態指示燈、背光陣列），必須指定嚴格的波長等級。

4. 性能曲線分析

規格書提供了典型的特性曲線，說明 LED 性能如何隨操作條件變化。這些對於穩健的電路設計至關重要。

4.1 相對發光強度 vs. 環境溫度

此曲線顯示光輸出隨著環境溫度升高而降低。如同所有 LED，發光效率會隨著接面溫度上升而下降。設計者必須考慮此熱降額效應，特別是在高溫環境或大電流應用中，以確保維持所需的亮度。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

I-V 曲線展示了 LED 在順向偏壓狀態下電流與電壓的指數關係。在 20mA 下典型的順向電壓（V_F）3.5V 是一個關鍵設計點。電壓的微小增加可能導致電流大幅且具破壞性的上升，這強調了使用限流電阻或恆流驅動器的絕對必要性。

4.3 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出隨電流增加而增加，但在整個範圍內不一定呈線性關係。由於熱效應與效率影響，在較高電流下趨於飽和。在接近最大額定電流（25mA）下操作可能提供更高亮度，但也會產生更多熱量並降低長期可靠性。

4.4 輻射圖型

輻射圖直觀地確認了 120 度視角。強度通常在 0 度（垂直於 LED 表面）時最高，並隨著視角錐邊緣而遞減。此圖型對於設計導光板、透鏡或決定指示燈的最佳位置非常重要。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸

此 LED 採用標準 SMD 封裝。尺寸圖提供了 PCB 焊墊圖設計的關鍵尺寸，包括焊墊大小、間距與元件高度。所有未指定的公差為 ±0.1mm。在 PCB 佈局中準確遵循這些尺寸對於可靠的焊接與機械穩定性至關重要。

5.2 極性識別

陰極通常在元件上標記，常見方式有凹口、綠點或不同的焊墊尺寸。在放置時必須注意正確的極性，以確保電路正常運作。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理與焊接對於良率與長期可靠性至關重要。

6.1 迴焊溫度曲線

指定了無鉛迴焊曲線：

• 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，保持時間不超過 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的迴焊。

6.2 手動焊接

若無法避免手動焊接：

• 使用烙鐵頭溫度低於 350°C 的烙鐵。
• 每個端子的接觸時間限制在 3 秒內。
• 使用額定功率低於 25W 的烙鐵。
• 焊接每個端子之間至少間隔 2 秒。

手動焊接有較高的熱損壞風險。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED 包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。

• 請勿在準備使用前打開袋子。
• 開封後，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）。
• 若超過此時間，或乾燥劑顯示已飽和，在進行迴焊前需以 60±5°C 烘烤 24 小時，以防止 "爆米花效應"（因水分汽化導致封裝破裂）。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲盤與載帶規格

此元件以壓紋載帶供應：

• 載帶寬度： 8mm.
• 捲盤直徑：7 英吋。
• 每捲數量：3000 顆。

提供詳細的捲盤與載帶尺寸，以確保與自動送料器相容。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含數個關鍵識別碼：

• P/N：產品編號（例如，19-213/GHC-YR1S2/3T）。
• QTY：包裝數量。
• CAT：發光強度等級（分級代碼：R1, R2, S1, S2）。
• HUE：色度座標與主波長等級（分級代碼：X, Y, Z）。
• REF：順向電壓等級。
• LOT No：可追溯的生產批號。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

基於其亮綠色、寬視角及 SMD 外形，此 LED 非常適合用於：

• 背光：儀表板照明、開關背光，以及 LCD 與符號的平面背光。
• 狀態指示燈：通訊設備（電話、傳真機）、消費性電子產品與工業控制面板。
• 通用指示：任何需要緊湊、明亮綠色視覺信號的應用。

8.2 關鍵設計考量

• 必須限流：務必使用串聯電阻或恆流驅動器。順向電壓具有負溫度係數與生產公差，直接連接至電壓源是不安全的。
• 熱管理：雖然功率消耗低，但確保 PCB 上有足夠的銅箔面積或在散熱墊（若有）下方設置散熱孔，有助於維持較低的接面溫度，從而保持亮度與使用壽命。
• ESD 防護：若 LED 位於使用者可接觸的位置，請在信號線上實施 ESD 防護，並在組裝時遵循防靜電處理程序。
• 光學設計：120° 視角提供了廣泛的覆蓋範圍。如需聚焦光線，可能需要外部透鏡或導光板。

9. 技術比較與差異化

與舊式插件 LED 相比，此 SMD 元件提供明顯優勢：

• 尺寸與密度：尺寸大幅縮小，實現了現代微型化電子產品。
• 製造效率：捲帶包裝允許全自動、高速組裝。
• 性能：通常比許多徑向引腳同類產品提供更好的亮度一致性與更寬的視角。
• 可靠性：SMD 結構通常能提供更好的抗振動與機械衝擊能力。

其亮綠色（使用 InGaN 材料）、120° 視角與標準 SMD 封裝的特定組合，使其在廣泛的綠色 SMD LED 類別中脫穎而出。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 為何限流電阻絕對必要？

LED 的 I-V 特性是指數性的。供應電壓的微小增加或 LED 順向電壓的下降（由於溫度升高）可能導致電流大幅且不受控制的激增，迅速超過絕對最大額定值並損壞元件。電阻設定了明確、安全的工作電流。

10.2 我可以用 5V 電源驅動此 LED 嗎？

可以，但必須使用串聯電阻。在 20mA 下典型 V_F為 3.5V，電阻上的壓降為 1.5V（5V - 3.5V）。使用歐姆定律（R = V/I），所需電阻值為 1.5V / 0.020A = 75 歐姆。標準的 75Ω 或 82Ω 電阻是合適的，但也必須檢查電阻的額定功率（P = I²R）。

10.3 分級代碼（R1, S2, X, Y）對我的設計有何意義？

如果您的設計使用多顆 LED 且需要外觀一致，您必須為所有元件指定相同的強度與波長分級代碼。混合不同等級可能導致相鄰 LED 之間出現明顯不同的亮度或色調。對於單顆 LED 應用或可接受變異的場合，則可使用較寬的分級選擇。

10.4 溫度如何影響性能？

當環境溫度升高時：

• 發光強度降低：光輸出下降（見降額曲線）。
• 順向電壓降低：V_F具有負溫度係數（InGaN 約為 -2mV/°C）。若未考慮此點，在簡單的電阻限流電路中可能導致電流上升。
• 波長輕微偏移：主波長可能偏移，通常朝向較長波長（紅移）。

針對高溫環境的設計應使用恆流驅動器，並在亮度計算中考慮熱降額。

11. 實務設計與使用案例

情境：設計一個多 LED 狀態指示燈面板。

1. 需求：10 顆亮度均勻的綠色 LED，用於前面板上指示不同的系統狀態。
2. 選擇：指定 19-213 LED。為確保一致性，訂購所有元件時指定相同的發光強度等級（例如 S1）與相同的主波長等級（例如 Y）。
3. 電路設計：使用 5V 電源軌。計算串聯電阻：R = (5V - 3.5V) / 0.020A = 75Ω。電阻功率：P = (0.020A)² * 75Ω = 0.03W，因此標準的 1/10W (0.1W) 電阻已足夠。每顆 LED 使用一個電阻以實現獨立控制。
4. PCB 佈局：遵循封裝尺寸中建議的焊墊圖。確保 LED 之間有足夠的間距以達到期望的美觀效果。
5. 組裝：使用指定的迴焊曲線。將濕度敏感元件保持在密封袋中，直到在組裝線上使用的那一刻。
6. 結果：一個可靠、外觀一致的指示燈面板，具有受控的亮度與顏色。

12. 原理簡介

此 LED 基於半導體二極體結構。其主動區由氮化銦鎵（InGaN）組成，這是一種直接能隙半導體材料。當施加順向電壓時，電子與電洞被注入主動區並在此復合。在像 InGaN 這樣的直接能隙材料中，此復合事件主要以光子（光）的形式釋放能量，此過程稱為電致發光。InGaN 合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長（顏色）——在此例中為亮綠色（約 518-535 nm）。環氧樹脂封裝體保護半導體晶片，作為透鏡塑造光輸出（有助於形成 120° 視角），並且可能含有螢光粉或染料，但對於此單色類型，它是水清色。

13. 發展趨勢

像 19-213 這類 SMD LED 的演進遵循幾個明確的產業趨勢：

• 效率提升：持續的材料科學與晶片設計改進旨在產生每瓦更多的流明（更高光效），在給定的光輸出下降低功耗。
• 微型化：對更小封裝（例如 0402、0201 公制尺寸）的推動持續促成更緊湊的電子設備。
• 顏色一致性改善：磊晶生長與分級製程的進步導致波長與強度的公差更嚴格，在某些應用中減少了對嚴格分級選擇的需求。
• 更高可靠性與功率處理能力：封裝材料、熱路徑與焊點設計的增強，允許在類似尺寸的封裝中承受更高的最大驅動電流與功率消耗。
• 環境合規性擴展：朝向無鹵素、低 VOC（揮發性有機化合物）與完全可回收材料的趨勢，與全球永續發展倡議保持一致。

這些趨勢著重於從日益小型化且更具成本效益的元件中，提供更高的性能、可靠性與環保性。