SMD LED 19-213/GHC-XS1T1N/3T 規格書 - 亮綠色 - 120° 視角 - 透明樹脂 - 2.7-3.7V - 25mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-213/GHC-XS1T1N/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。相較於傳統引腳框架 LED，它代表著顯著的進步，在電路板空間利用、組裝效率以及最終產品小型化方面提供了實質性的優勢。

1.1 核心優勢與產品定位

此 LED 的主要優勢在於其微型佔位面積，這直接促成了更小的印刷電路板 (PCB) 設計、更高的元件佈局密度以及更低的儲存空間需求。其輕量化結構進一步使其成為重量為關鍵因素的應用的理想選擇。它被定位為適用於自動化大量生產的可靠、通用型指示燈與背光解決方案。

1.2 目標市場與應用

本元件針對廣泛需要緊湊、高效照明的產業。主要應用領域包括：

• 汽車內裝：儀表板儀器、開關和控制面板的背光。
• 通訊設備：電話、傳真機和其他通訊設備中的狀態指示燈和鍵盤背光。
• 消費性電子產品：液晶顯示器 (LCD) 的平面背光、開關照明和符號指示燈。
• 通用型：任何需要小型、明亮綠色指示燈的應用。

2. 技術規格與客觀解讀

本節根據規格書，對 LED 的電氣、光學和熱特性提供詳細、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。不保證在這些極限下或超過這些極限的操作。

• 逆向電壓 (V_R)：5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面立即崩潰。
• 連續順向電流 (I_F)：25mA。這是確保長期可靠運作的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP)：100mA (在 1/10 工作週期，1kHz 下)。適用於脈衝操作，但不適用於直流。
• 功率消耗 (P_d)：95mW。這是封裝在不超過其熱極限的情況下所能散發的最大功率。
• 靜電放電 (ESD)：150V (人體放電模型)。表示具有中等敏感度；需要採取標準的 ESD 處理預防措施。
• 工作與儲存溫度：-40°C 至 +85°C (工作)，-40°C 至 +90°C (儲存)。適用於工業和擴展溫度範圍的應用。
• 焊接溫度：迴流焊：最高 260°C，持續時間最長 10 秒。手工焊接：每個端子最高 350°C，持續時間最長 3 秒。

2.2 電氣與光學特性 (T_a=25°C)

這些是標準測試條件下的典型性能參數。

• 發光強度 (I_v)：180-360 mcd (在 I_F=20mA 下)。這定義了感知亮度。寬範圍表示使用了分級系統 (見第 3 節)。
• 視角 (2θ_1/2)：120 度 (典型值)。此寬視角提供了寬廣、均勻的照明模式，適合從各種角度觀看的背光和指示燈。
• 峰值波長 (λ_p)：518 nm (典型值)。發射光的光譜峰值，位於亮綠色區域。
• 主波長 (λ_d)：515-530 nm。定義了感知的色調。此範圍也受分級影響。
• 光譜頻寬 (Δλ)：35 nm (典型值)。在峰值強度一半處的發射光譜寬度。
• 順向電壓 (V_F)：2.70-3.70 V (在 I_F=20mA 下)。對於驅動電路設計和功耗計算很重要。此參數已分級。
• 逆向電流 (I_R)：< 50 µA (在 V_R=5V 下)。一個低漏電流規格。

關鍵注意：規格書明確指出，此元件並非設計用於逆向操作。逆向電壓額定值僅用於漏電流測試。

3. 分級系統說明

為確保大量生產的一致性，LED 會根據關鍵參數進行分類 (分級)。19-213 採用三維分級系統。

3.1 發光強度分級

分級：S1 (180-225 mcd)、S2 (225-285 mcd)、T1 (285-360 mcd)。設計師必須選擇適當的分級，以滿足其應用中所需的亮度，並考慮每個分級內 ±11% 的容差。

3.2 主波長分級

分級：W (515-520 nm)、X (520-525 nm)、Y (525-530 nm)。這確保了陣列中多個 LED 的顏色一致性。分級內的容差為 ±1 nm。

3.3 順向電壓分級

分級：10 (2.70-2.90V)、11 (2.90-3.10V)、12 (3.10-3.30V)、13 (3.30-3.50V)、14 (3.50-3.70V)。從相同 V_F分級中選擇 LED，有助於在並聯連接時實現均勻的電流分配，並預測電源需求。分級內的容差為 ±0.1V。

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條對於理解元件在不同條件下行為至關重要的特性曲線。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線顯示了電流與電壓之間的指數關係。對於典型的 LED，電壓超過導通點後的小幅增加會導致電流大幅增加。這強調了使用限流電阻或恆流驅動器以防止熱失控的必要性。

4.2 相對發光強度 vs. 環境溫度

光輸出隨著環境溫度升高而降低。此曲線對於在高溫環境 (例如汽車儀表板內部) 中運作的應用至關重要。設計師必須根據工作溫度對預期亮度進行降額。

4.3 相對發光強度 vs. 順向電流

光輸出通常與順向電流成正比，但關係並非完全線性，特別是在較高電流下。由於熱效應增加，在極高電流下效率可能會下降。

4.4 順向電流降額曲線

此圖表定義了最大允許連續順向電流作為環境溫度的函數。隨著溫度升高，最大安全電流會降低，以防止超過接面溫度極限並確保長期可靠性。

4.5 光譜分佈

曲線顯示一個以 518 nm 為中心的單一峰值，確認了單色綠光輸出。35 nm 的頻寬表示相對純淨的綠色。

4.6 輻射圖

說明了光強度的空間分佈，確認了 120 度視角，具有典型的朗伯或近朗伯發射模式。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書包含詳細的尺寸圖。關鍵特徵包括總長度、寬度和高度、焊墊佈局以及極性指示器 (通常是凹口或標記的陰極)。除非另有說明，所有尺寸的標準容差為 ±0.1mm。嚴格遵守建議的焊墊佈局對於迴流焊期間的可靠焊接和正確對準至關重要。

5.2 極性辨識

必須正確連接極性。封裝包含一個視覺標記 (例如綠點、切角或陰極標記) 來識別陰極端子。將 LED 反向偏壓連接可能會損壞它。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理和焊接對於良率和可靠性至關重要。

6.1 迴流焊溫度曲線

指定了無鉛 (Pb-free) 迴流焊曲線：

• 預熱：150-200°C，持續 60-120 秒。
• 液相線以上時間 (TAL)：>217°C，持續 60-150 秒。
• 峰值溫度：最高 260°C，保持時間最長 10 秒。
• 升/降溫速率：加熱：最高 3°C/秒。冷卻：最高 6°C/秒。

重要：迴流焊不應執行超過兩次。

6.2 手工焊接說明

如果無法避免手工焊接：

• 使用烙鐵頭溫度 < 350°C 的烙鐵。
• 每個端子的焊接時間限制在 3 秒內。使用額定功率 < 25W 的烙鐵。焊接每個端子之間至少間隔 2 秒。規格書警告，損壞通常發生在手工焊接過程中。

6.3 儲存與濕度敏感性

此元件對濕度敏感。

• 使用前：在準備使用前，請勿打開防潮屏障袋。
• 開封後：請在 168 小時 (7 天) 內使用。將未使用的零件儲存在 ≤30°C 和 ≤60% RH 的環境中。
• 重新烘烤：如果超過暴露時間或乾燥劑指示受潮，請在 60±5°C 下烘烤 24 小時。

6.4 關鍵注意事項

• 過電流保護：外部限流電阻是強制性的。電壓的微小變化可能導致電流大幅變化，從而導致立即故障。
• 機械應力：在焊接或最終應用中，避免對 LED 本體施加應力。組裝後請勿彎曲 PCB。
• 維修：不建議。如果絕對必要，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子以避免熱應力。維修後請驗證元件功能。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 標準包裝

本元件以 8mm 載帶包裝在 7 英吋直徑的捲盤上，與標準自動化取放設備相容。每捲包含 3000 個。

7.2 防潮包裝

為延長保存期限，捲盤包裝在帶有乾燥劑和濕度指示卡的鋁製防潮袋中。

7.3 標籤說明

捲盤標籤包含關鍵資訊：

• CPN：客戶零件編號。
• P/N：製造商零件編號 (例如 19-213/GHC-XS1T1N/3T)。
• QTY：捲盤上的數量。
• CAT：發光強度分級代碼 (例如 S1, T1)。
• HUE：色度/主波長分級代碼 (例如 W, X, Y)。
• REF：順向電壓分級代碼 (例如 10, 11, 12)。
• LOT No.：可追溯批號。

8. 應用建議與設計考量

8.1 驅動電路設計

始終使用恆流驅動此 LED，或使用基於最壞情況順向電壓 (最大 V_F分級) 和電源電壓計算的串聯電阻，以確保電流永不超過 25mA DC。例如，使用 5V 電源和 3.7V 的 V_F，則需要至少 (5V - 3.7V) / 0.025A = 52 歐姆的串聯電阻。為安全起見，請使用更高的數值。

8.2 熱管理

雖然封裝很小，但 PCB 上有效的熱管理對於使用壽命和保持亮度非常重要。使用足夠的銅面積連接到散熱焊墊 (如果有) 或陽極/陰極走線以散熱，特別是在接近最大電流或高環境溫度下運作時。

8.3 光學設計

120 度視角和透明樹脂使此 LED 適合廣角指示燈。對於聚焦光或特定光束模式，將需要二次光學元件 (透鏡、導光板)。透明樹脂提供最高的光輸出，但可能導致可見的 "亮點"；擴散樹脂替代品 (非此元件) 更適合均勻照明。

9. 法規符合性與環境規範

本產品符合多項關鍵國際標準，簡化了其在全球市場的使用：

• 符合 RoHS：不含鉛、汞、鎘等限制有害物質。
• 符合歐盟 REACH：符合化學品註冊、評估、授權和限制法規。
• 無鹵素：符合嚴格限制：溴 (Br) < 900 ppm、氯 (Cl) < 900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm。這對於減少火災時的有毒排放物很重要。
• 無鉛：焊接表面處理和材料均為無鉛。

10. 技術比較與差異化

與舊式穿孔 LED 技術相比，此 SMD LED 提供：

• 尺寸縮小：尺寸大幅縮小，實現小型化。
• 製造效率：與全自動 SMT 組裝線相容，降低勞動成本並提高放置速度和精度。
• 性能：通常比許多穿孔設計提供更好的 PCB 熱路徑，可能提高高電流下的使用壽命。

與其他 SMD 綠光 LED 相比，其 120° 視角、透明透鏡以及針對強度、波長和電壓定義的分級結構的特定組合，對於需要可預測性能的設計師來說是其關鍵的差異化因素。

11. 常見問題 (FAQ)

問：我可以直接從 3.3V 或 5V 微控制器引腳驅動此 LED 嗎？答：不行。您必須使用串聯限流電阻。順向電壓約為 3V，而 GPIO 引腳在控制電壓降的同時無法安全地提供/吸收 20mA 電流。請使用電晶體或專用 LED 驅動器。

問：為什麼發光強度範圍這麼寬 (180-360 mcd)？答：這是總生產範圍。元件被分類到特定的分級 (S1, S2, T1)。訂購時您必須指定所需的分級以確保亮度一致性。

問：規格書說 "使用前請勿開袋"。如果我開了會怎樣？答：濕氣可能被吸收到塑膠封裝中。在迴流焊期間，這些被困住的濕氣會迅速膨脹 ("爆米花效應")，導致內部分層和破裂，從而引發立即或潛在的故障。

問：我可以將其用於戶外應用嗎？答：工作溫度範圍 (-40°C 至 +85°C) 支援許多戶外環境。然而，長期暴露於紫外線和天氣可能會使樹脂劣化。對於嚴苛的戶外使用，建議使用具有專門配製的耐紫外線封裝材料的 LED。

12. 設計與使用案例研究

情境：為工業控制器設計狀態指示燈面板。 需求：多個綠光 LED 用於指示 "系統就緒"、"通訊活動中" 等。均勻的亮度和顏色對於用戶感知至關重要。

設計步驟：

1. 分級選擇：為確保一致性，為所有 LED 指定單一、嚴格的分級：例如，發光強度分級 T1 (285-360 mcd)、主波長分級 X (520-525 nm) 和順向電壓分級 12 (3.10-3.30V)。這保證了所有 LED 的行為將非常相似。
2. 電路設計：使用能夠驅動多個通道的恆流 LED 驅動器 IC。這為每個 LED 提供相同的電流，無論 V_F的小幅變化如何，確保完美的亮度匹配。或者，如果每個 LED 使用一個電阻，請根據分級中的最高 V_F(3.30V) 計算電阻值，以確保沒有 LED 被過度驅動。
3. PCB 佈局：以一致的方向放置 LED。包含連接到陰極焊墊的充足銅箔以幫助散熱，因為面板可能持續開啟。
4. 組裝：嚴格遵循指定的迴流焊曲線。在將捲盤裝入取放機送料器之前保持密封，以符合濕度敏感性等級 (MSL) 要求。

這種方法可產生具有一致、可靠指示燈的專業外觀面板。

13. 工作原理簡介

此 LED 基於氮化銦鎵 (InGaN) 半導體晶片。當施加超過二極體導通閾值 (V_F) 的順向電壓時，電子和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。InGaN 材料的特定成分決定了發射光的波長 (顏色)；在本例中，調整為產生峰值在 518 nm 的亮綠光。透明環氧樹脂封裝保護精密的半導體晶粒，提供機械穩定性，並作為主透鏡，塑造初始的光輸出模式。

14. 技術趨勢與背景

19-213 LED 代表了一種成熟且廣泛採用的 SMD LED 技術。與此類元件相關的 LED 發展當前趨勢包括：

• 效率提升：磊晶生長和晶片設計的持續改進導致更高的發光效率 (每瓦電輸入產生更多光輸出)，從而允許更亮的指示燈或更低的功耗。
• 小型化：對更小元件的追求持續進行，甚至更小的封裝佔位面積 (例如 0402、0201 公制) 在空間受限的應用中變得普遍，儘管通常在光輸出和熱性能方面有所權衡。
• 可靠性增強：封裝材料和晶粒貼裝技術的改進持續延長了操作壽命以及對熱循環和濕度的抵抗力。
• 整合解決方案：一個更廣泛的趨勢是將控制電子元件 (電流驅動器、PWM 控制器) 直接與 LED 晶粒整合到更複雜的模組中，從而簡化終端用戶的電路設計。

雖然此特定元件可能未包含最新的超微型或智慧 LED 功能，但其性能明確、封裝穩健且分級全面，使其成為眾多標準指示燈和背光應用的可靠且具成本效益的選擇。