SMD LED 19-213 規格書 - 亮綠色 - 120° 視角 - 2.7-3.2V - 25mA - 水色透明樹脂 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-213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。它採用氮化銦鎵（InGaN）晶片技術，產生亮綠色的光輸出。此元件的首要優勢在於其微型尺寸，這能顯著減少印刷電路板（PCB）的佔用面積，允許更高的元件裝配密度，並有助於終端設備的整體小型化。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應用之理想選擇。

LED以8mm載帶包裝，捲繞在直徑7英吋的捲盤上，使其完全相容於高速自動化取放組裝設備。這種相容性簡化了大量生產的製造流程。

1.1 核心優勢與目標市場

19-213 SMD LED的核心優勢源於其SMD封裝形式與材料合規性。傳統引線框架的取消，使得與PCB的連接更為穩固，並在高振動環境中表現更佳。本產品被歸類為無鉛產品，符合歐盟的RoHS（有害物質限制）指令，並遵守REACH（化學品註冊、評估、授權和限制）法規。它也是無鹵素產品，溴（Br）和氯（Cl）含量均低於900 ppm，且其總和低於1500 ppm，適合注重環保的設計。

目標應用非常廣泛，主要聚焦於指示燈和背光功能。關鍵市場包括汽車內裝（例如：儀表板和開關背光）、通訊設備（例如：電話和傳真機上的指示燈），以及消費性電子產品（例如：LCD、開關和符號的平面背光）。其通用性質也使其適用於各種其他指示燈應用。

2. 深入技術參數分析

本節對規格書中定義的關鍵電氣、光學和熱參數提供詳細、客觀的解讀。理解這些極限值和典型值對於可靠的電路設計至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能對元件造成永久性損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。

• 逆向電壓（VR）：5V- 施加超過5V的反向偏壓可能導致接面立即崩潰。規格書明確指出，此元件並非為反向操作而設計；此額定值主要用於IR測試條件。
• 順向電流（IF）：25mA- 可流經LED的最大連續直流電流。超過此值將產生過多熱量，導致光通量加速衰減或災難性故障。
• 峰值順向電流（IFP）：100mA- 這是最大允許的脈衝電流，指定在1/10工作週期和1kHz頻率下。它允許短時間內達到更高亮度，但必須謹慎控制時序。
• 功率消耗（Pd）：95mW- 封裝能以熱形式消散的最大功率，計算方式為 VF * IF。在此極限附近操作時，需要對PCB進行仔細的熱管理。
• 靜電放電（ESD）：150V（HBM）- 此人體放電模型額定值表示中等程度的ESD敏感性。在組裝和處理過程中，必須遵循適當的ESD處理程序，以防止潛在或立即的故障。
• 操作溫度（Topr）：-40°C 至 +85°C- 保證元件在其公佈規格範圍內正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +90°C- 非操作狀態下的儲存溫度範圍。
• 焊接溫度（Tsol）：指定兩種溫度曲線：迴流焊（峰值260°C，持續時間最長10秒）和手動焊接（烙鐵頭溫度350°C，每個端子最長3秒）。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在Ta=25°C和IF=5mA的標準測試條件下測量，除非另有說明。它們定義了LED的光學性能。

• 發光強度（Iv）：45 - 112 mcd（最小值 - 最大值）- 以毫燭光測量的LED感知亮度。寬廣的範圍表示使用了分級系統（詳見第3節）。典型值未說明，落在這個範圍內的某處。
• 視角（2θ1/2）：120°（典型值）- 發光強度降至其峰值一半時的角度範圍。這是一個非常寬的視角，非常適合需要從軸外位置可見的應用。
• 峰值波長（λp）：518 nm（典型值）- 發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λd）：520 - 535 nm- 單一波長的單色光，其感知顏色與LED的輸出相同。這是顏色規格的關鍵參數，同樣經過分級。
• 頻譜帶寬（Δλ）：35 nm（典型值）- 發射頻譜的寬度，在半高全寬（FWHM）處測量。35nm的值是InGaN綠色LED的特徵。
• 順向電壓（VF）：2.70 - 3.20 V- 在5mA測試電流驅動下，LED兩端的電壓降。此範圍同樣經過分級。此參數的容差為分級值的±0.05V。
• 逆向電流（IR）：50 μA（最大值）- 施加指定逆向電壓（5V）時的最大漏電流。

3. 分級系統說明

為了確保生產中的顏色和亮度一致性，LED會根據性能進行分級。19-213使用三個獨立的分級參數。

3.1 發光強度分級

LED根據其在IF=5mA下測得的發光強度分為四個等級（P1, P2, Q1, Q2）。等級範圍如下：P1（45.0-57.0 mcd）、P2（57.0-72.0 mcd）、Q1（72.0-90.0 mcd）和Q2（90.0-112.0 mcd）。分級值的容差為±11%。設計師必須選擇合適的等級，以滿足其應用所需的亮度水平。

3.2 主波長分級

顏色一致性通過將主波長分為三組來管理：X（520-525 nm）、Y（525-530 nm）和Z（530-535 nm）。容差為±1nm。這確保了特定批次中的所有LED產生非常相似的綠色色調。

3.3 順向電壓分級

順向電壓分為五組，每組間隔0.1V：29（2.70-2.80V）、30（2.80-2.90V）、31（2.90-3.00V）、32（3.00-3.10V）和33（3.10-3.20V）。容差為±0.05V。了解VF等級有助於設計更精確的限流電路，特別是在驅動多個串聯LED時。

4. 性能曲線分析

規格書包含數個典型特性曲線，對於理解LED在非標準條件下的行為至關重要。

4.1 相對發光強度 vs. 環境溫度

此曲線顯示光輸出如何隨著環境溫度（Ta）升高而降低。與所有LED一樣，19-213會隨著溫度升高而出現光通量衰減。在LED或其環境可能變熱的應用中，設計師必須考慮這種熱降額，以確保在最高操作溫度下仍能維持足夠的亮度。

4.2 相對發光強度 vs. 順向電流

此圖表說明了驅動電流與光輸出之間的非線性關係。雖然增加電流會提高亮度，但由於熱量產生增加，效率（每瓦流明）通常在較高電流下會降低。它也顯示當電流接近最大額定值時，光輸出會趨於飽和。

4.3 順向電壓 vs. 順向電流 (IV曲線)

IV曲線是電路設計的基礎。它顯示了二極體中電壓與電流之間的指數關係。曲線的膝點大約在典型順向電壓附近，是LED開始顯著發光的地方。此曲線對於選擇適當的限流方法（例如，電阻值或恆流驅動器設定）至關重要。

4.4 輻射圖形

極座標圖描繪了光強度的空間分佈。19-213的120°視角產生了寬廣、類似朗伯分佈的發射圖形。這證實了其適用於需要從各種角度觀看的廣域照明和指示燈。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書提供了LED封裝的詳細2D圖紙，包含關鍵尺寸。主要測量包括總長度、寬度和高度、焊盤的尺寸和位置，以及陰極識別標記的位置（通常是一個缺口或一個角落上的綠色標記）。所有未指定的公差為±0.1mm。此圖紙對於在CAD軟體中創建PCB焊盤圖案（封裝腳位）至關重要。

5.2 極性識別

正確的極性對於操作至關重要。封裝包含一個視覺標記來識別陰極（-）端子。設計師和組裝技術人員必須參考尺寸圖，以正確地在PCB上定位元件。

6. 焊接與組裝指南

遵守這些指南對於實現可靠的焊點而不損壞LED至關重要。

6.1 迴流焊溫度曲線

提供了建議的無鉛迴流焊溫度曲線。關鍵參數包括：150-200°C之間的預熱區，持續60-120秒；液相線以上（217°C）時間為60-150秒；峰值溫度不超過260°C；峰值溫度下最長時間為10秒。最大升溫速率為6°C/秒，最大冷卻速率為3°C/秒。迴流焊不應執行超過兩次。

6.2 手動焊接注意事項

如果需要手動焊接，則需要極度小心。烙鐵頭溫度必須低於350°C，且與每個端子的接觸時間不得超過3秒。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。焊接每個端子之間應至少間隔2秒，以利散熱。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED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。打開後，未使用的LED應儲存在≤30°C和≤60%相對濕度的環境中，並在168小時（7天）內使用。如果超過儲存時間或乾燥劑顯示已吸濕，則在使用前需要在60±5°C下烘烤24小時，以防止在迴流焊過程中發生爆米花現象。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與捲盤規格

元件以壓紋載帶供應，尺寸在規格書中指定。載帶捲繞在標準7英吋（178mm）直徑的捲盤上。每捲包含3000個元件。提供了捲盤尺寸（軸心直徑、凸緣直徑、寬度），以確保與自動化組裝設備相容。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含幾個關鍵代碼：P/N（產品編號）、QTY（包裝數量）、CAT（發光強度等級/分級）、HUE（色度/主波長等級）、REF（順向電壓等級）和LOT No（可追溯批號）。理解此標籤對於庫存控制和確保在生產中使用正確的性能等級非常重要。

8. 應用設計考量

8.1 限流是強制要求

規格書強調指出，必須使用外部限流電阻（或恆流驅動器）。當電壓略微超過其順向電壓時，LED的電流會呈指數級急劇上升。如果沒有電流限制，即使是微小的電源電壓波動也可能導致電流超過最大額定值，從而立即導致故障。必須使用。LED在電壓略微超過其順向電壓時，電流會呈指數級急劇上升。如果沒有電流限制，即使是微小的電源電壓波動也可能導致電流超過最大額定值，從而立即導致故障。

8.2 熱管理

雖然封裝本身會散熱，但主要的散熱路徑是通過焊盤進入PCB銅箔。對於在高環境溫度或接近最大電流下運行的應用，請考慮使用具有足夠散熱設計的PCB、更寬的銅箔走線，甚至連接到接地層的專用散熱焊盤，以幫助散熱。

8.3 靜電放電保護

考慮到150V HBM的ESD額定值，在容易發生靜電放電的環境中，特別是在LED可被用戶接觸的情況下，建議在連接到LED的線路上加入基本的ESD保護（例如，使用瞬態電壓抑制二極體或串聯電阻）。

9. 技術比較與差異化

19-213的主要差異化優勢在於其結合了非常寬的120°視角和水色透明樹脂。許多指示燈LED使用擴散樹脂來加寬視角，但這會降低軸向上的峰值強度。19-213使用透明樹脂實現了寬視角，這可以在保持良好軸外可見度的同時，直接在軸向上提供更高的感知亮度。其完全符合現代環保法規（RoHS、REACH、無鹵素）也是大多數新設計的標準但必不可少的要求。

10. 常見問題 (基於技術參數)

10.1 使用5V電源時應選用多大的電阻？

電阻值（R）取決於所需的順向電流（IF）和特定LED等級的順向電壓（VF）。使用歐姆定律：R = (電源電壓 - VF) / IF。例如，使用5V電源，VF為3.0V（等級31），目標IF為20mA：R = (5 - 3.0) / 0.020 = 100 歐姆。始終計算電阻的功率消耗：P_電阻 = (電源電壓 - VF) * IF。在此例中，P = 2V * 0.02A = 0.04W，因此標準的1/8W（0.125W）電阻就足夠了。

10.2 我可以用PWM信號驅動此LED進行調光嗎？

可以，脈衝寬度調變（PWM）是一種極佳的LED調光方法。它通過快速開關LED來工作。感知亮度與工作週期（LED點亮的時間百分比）成正比。與類比調光（降低電流）不同，PWM調光能保持LED的顏色一致性，而類比調光可能導致顏色偏移。確保PWM頻率足夠高（通常>100Hz），以避免可見的閃爍。

10.3 為什麼儲存和烘烤程序如此重要？

SMD封裝會從大氣中吸收濕氣。在高溫迴流焊過程中，這些被困住的濕氣會迅速蒸發，在封裝內部產生蒸汽壓力。這可能導致內部分層、樹脂開裂或焊線失效——這種現象稱為爆米花效應。濕度敏感性包裝和烘烤程序正是為了防止這種故障模式而設計的。

11. 實用設計與使用範例

11.1 用於面板背光的多LED陣列

為了背光小型LCD或開關面板，可以將多個19-213 LED排列成陣列。由於順向電壓分級，通常更可靠的做法是將LED並聯連接，每個LED都有自己的限流電阻，而不是串聯。這種配置確保了各個LED之間VF的差異不會導致電流分佈不均和亮度不一致。對於較大的陣列，專為多個並聯LED通道設計的恆流驅動器IC將提供最均勻且高效的解決方案。

11.2 搭配微控制器的狀態指示燈

當直接由微控制器GPIO引腳驅動時，必須檢查引腳的電流輸出/吸入能力。許多MCU引腳的限制為20-25mA，這與此LED的最大值相符。電路由LED和一個串聯電阻組成，連接在MCU引腳和地之間（用於電流吸入配置）或VCC之間（用於電流輸出配置）。電阻值使用MCU的輸出電壓（例如，3.3V）和LED的VF計算。

12. 工作原理簡介

19-213 LED基於由氮化銦鎵（InGaN）製成的半導體二極體結構。當施加超過二極體接面電位（約2.7-3.2V）的順向電壓時，電子和電洞被注入半導體的主動區域。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定成分決定了半導體的能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）。在此情況下，合金被調整以產生綠色光譜（520-535 nm）的光子。水色透明環氧樹脂封裝體保護半導體晶片，提供機械穩定性，並作為透鏡將發射光塑造成120°的視角。

13. 技術趨勢與背景

19-213代表了SMD LED市場中一項成熟且廣泛採用的技術。該領域的趨勢持續朝著幾個關鍵發展方向前進。首先，不斷追求提高發光效率（每瓦電能輸入產生更多光輸出），以改善能源效率。其次，追求更高的色純度和飽和度，特別是在綠色光譜中，仍然非常活躍。第三，封裝小型化持續進行，比19-213更小的封裝形式在超緊湊設備中變得普遍。最後，整合是一個日益增長的趨勢，多色LED（RGB）或帶有整合控制電路的LED（如I2C可定址LED）將多種功能結合在單一封裝中，簡化了設計和組裝。19-213以其可靠性、廣泛可用性和合規性為重點，在龐大的指示燈和照明應用生態系統中扮演著基礎構件的角色。