SMD LED 16-213/GHC-YR1S1/3T 規格書 - 亮綠色 - 2.7-3.7V - 25mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

16-213/GHC-YR1S1/3T是一款表面黏著元件（SMD）LED，專為需要小巧尺寸、高可靠性及卓越光學性能的現代電子應用而設計。此元件採用InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片，產生亮綠色光輸出。其主要優勢包括相較於傳統引腳框架LED顯著減小的佔位面積，從而實現印刷電路板（PCB）上更高的元件密度、降低儲存需求，並最終有助於終端設備的小型化。該元件重量輕，特別適合空間受限及可攜式應用。

關鍵產品定位包括作為高效能指示燈及背光源。它包裝在8mm載帶上，並捲繞於7英吋直徑的捲盤，確保與標準自動化取放組裝設備相容。LED採用水清樹脂封裝，可最大化光輸出並提供乾淨明亮的外觀。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

元件的操作限制定義於Ta=25°C條件下。超過這些額定值可能導致永久性損壞。

• 逆向電壓（V_R）：5V。施加高於此值的逆向電壓可能擊穿LED的PN接面。
• 連續順向電流（I_F）：25mA。這是建議用於連續操作的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：100mA。此額定值適用於脈衝條件，佔空比為1/10，頻率1kHz，允許短時間的高亮度操作。
• 功率消耗（P_d）：110mW。這是封裝在不超過其熱限制下可作為熱量消散的最大功率。
• 靜電放電（ESD）：可承受150V（人體放電模型）。組裝過程中必須遵循正確的ESD處理程序。
• 操作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。此LED適用於廣泛的環境條件下操作。
• 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為260°C、持續時間不超過10秒的迴流焊接，或每個端子於350°C下手工焊接不超過3秒。

2.2 電氣與光學特性

典型性能測量於Ta=25°C、I_F=20mA條件下，除非另有說明。

• 發光強度（I_v）：範圍從最小112 mcd到最大225 mcd，典型值在此分級範圍內。適用±11%的容差。
• 視角（2θ_1/2）：120度。此廣視角確保從不同角度均有良好的可見度。
• 峰值波長（λ_p）：典型值為518 nm，表示發光強度最高的波長。
• 主波長（λ_d）：範圍從520 nm到535 nm，定義了感知的顏色（綠色）。適用±1 nm的容差。
• 頻譜頻寬（Δλ）：典型值為35 nm，於最大強度一半處（FWHM）測量。
• 順向電壓（V_F）：範圍從2.7V（最小）到3.7V（最大），在20mA下典型值為3.3V。適用±0.05V的容差。
• 逆向電流（I_R）：當施加5V逆向電壓時，最大為50 μA。

3. 分級系統說明

產品根據關鍵光學與電氣參數進行分級，以確保應用設計的一致性。

3.1 發光強度分級

針對I_v在I_F=20mA時定義分級：

• R1：112 mcd 至 140 mcd
• R2：140 mcd 至 180 mcd
• S1：180 mcd 至 225 mcd

特定的分級代碼（例如，GHC-YR1S1的一部分）表示該特定單元保證的強度範圍。

3.2 主波長分級

針對λ_d在I_F=20mA時定義分級：

• X：520 nm 至 525 nm
• Y：525 nm 至 530 nm
• Z：530 nm 至 535 nm

這允許設計師為色彩匹配應用選擇具有非常特定綠色色調的LED。

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條對設計至關重要的特性曲線。

4.1 相對發光強度 vs. 環境溫度

曲線顯示，從-40°C到大約25°C，發光強度相對穩定。超過25°C後，隨著溫度升高，強度逐漸降低，這是LED由於非輻射復合增加及其他熱效應導致的常見特性。在最高操作溫度85°C時，輸出可能相較於室溫顯著降低。在預期會有高環境溫度的設計中，必須將此因素納入考量。

4.2 順向電流降額曲線

此圖表定義了最大允許順向電流與環境溫度的函數關係。在25°C時，允許完整的25mA。隨著環境溫度升高，最大允許電流必須線性降低，以防止超過元件的110mW功率消耗限制，並確保長期可靠性。這對於防止熱失控和過早失效至關重要。

3.3 發光強度 vs. 順向電流

在較低電流下，關係大致呈線性，但在較高電流（接近最大額定值）時可能顯示飽和或效率下降的跡象。此曲線允許設計師預測給定驅動電流下的亮度。

4.4 光譜分佈

光譜圖顯示一個單一的主峰，中心約在518 nm（綠色），具有典型的35 nm FWHM。在可見光譜的其他部分發射極少，證實了純正的綠色。

4.5 順向電流 vs. 順向電壓

此IV曲線展示了二極體典型的指數關係。順向電壓隨電流增加而增加。指定的V_F範圍（20mA時2.7V-3.7V）在此曲線上可見。設計師使用此曲線計算給定電源電壓下所需的限流電阻值。

4.6 輻射圖形

極座標圖說明了120度的視角。強度在中心錐形區域內幾乎均勻，並向邊緣遞減。此圖形對於需要特定照明角度的應用非常重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED具有緊湊的SMD佔位面積。關鍵尺寸包括本體尺寸、引腳間距和總高度。規格書中提供了詳細的尺寸圖，除非另有說明，標準公差為±0.1mm。同時也顯示了PCB上建議的焊墊佈局，該佈局旨在實現可靠的焊接和機械穩定性。建議設計師根據其特定的PCB製造工藝和熱要求修改焊墊尺寸。

5.2 極性辨識

元件具有陽極和陰極。規格書圖示標明了極性，通常以凹口、圓點或不同的引腳形狀標記。在PCB佈局和組裝過程中必須注意正確的極性，以確保正常功能。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊溫度曲線

提供了無鉛迴流焊接的詳細溫度曲線：

• 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，保持不超過10秒。
• 升溫速率：最大6°C/秒。
• 降溫速率：最大3°C/秒。

建議不要讓LED經歷超過兩次的迴流焊循環。應避免加熱過程中對LED本體的應力以及焊接後PCB的翹曲。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，烙鐵頭溫度應低於350°C，每個端子的接觸時間不應超過3秒。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。在焊接兩個端子之間應至少留出2秒的冷卻間隔，以防止熱衝擊。

6.3 返工與維修

不建議在焊接後進行維修。若不可避免，應使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以最小化對LED的應力。必須事先評估返工對LED特性的潛在影響。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

LED以壓紋載帶供應，尺寸在規格書中指定。每捲包含3000個元件。提供了捲盤尺寸（7英吋直徑）以供自動化處理設備設定。

7.2 濕度敏感性與儲存

產品包裝在防潮鋁箔袋中，內含乾燥劑和濕度指示卡。為防止迴流焊過程中因濕氣引起的損壞（"爆米花效應"）：

• 開封前：儲存於≤30°C且≤90% RH的環境。
• 開封後：在≤30°C且≤60% RH條件下，"車間壽命"為1年。未使用的零件應重新密封。
• 烘烤：如果乾燥劑顯示飽和或超過儲存時間，請在使用前於60±5°C下烘烤24小時。

7.3 標籤說明

捲盤標籤包含以下代碼：

• 客戶料號（CPN）
• 產品料號（P/N）
• 包裝數量（QTY）
• 發光強度等級（CAT）
• 色度/主波長等級（HUE）
• 順向電壓等級（REF）
• 批號（LOT No.）

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光：適用於儀表板指示燈、開關照明，以及LCD面板和符號的平面背光。
• 通訊設備：電話和傳真機中的狀態指示燈及鍵盤背光。
• 一般指示：廣泛應用於消費性、工業及汽車電子產品中的電源狀態、模式選擇及其他使用者介面指示燈。

8.2 關鍵設計考量

• 電流限制：外部串聯電阻是絕對必要的，用以限制順向電流。LED的指數型V-I特性意味著電壓的微小增加可能導致巨大且具破壞性的電流突波。
• 熱管理：遵守順向電流降額曲線。若在高環境溫度或接近最大電流下操作，請確保足夠的PCB銅箔面積或其他散熱措施。
• ESD防護：在敏感線路上實施ESD保護電路，並在組裝過程中遵循正確的處理程序。
• 光學設計：設計導光板、透鏡或擴散片時，需考慮120度視角及輻射圖形，以達到預期的照明效果。

9. 技術比較與差異化

與舊式穿孔LED技術相比，此SMD LED提供了顯著優勢：

• 尺寸與密度：大幅減小的佔位面積實現了小型化。
• 自動化：完全相容於高速SMT組裝，降低了製造成本。
• 性能：相較於舊材料，InGaN技術提供了更高的效率和更亮的綠色輸出。
• 可靠性：當正確焊接時，SMD結構通常帶來更好的熱性能和機械穩固性。
• 合規性：此元件為無鉛，符合RoHS及歐盟REACH法規，並滿足無鹵素標準（Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm），使其適合環保意識設計及全球市場。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 使用5V電源時應搭配多大的電阻？

使用歐姆定律（R = (V_電源- V_F) / I_F），並假設在20mA下典型V_F為3.3V：R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85歐姆。標準的82或100歐姆電阻是合適的。務必以最小V_F（2.7V）進行計算，以確保電流不超過最大額定值。

10.2 我可以用30mA驅動此LED以獲得更高亮度嗎？

不行。連續順向電流的絕對最大額定值為25mA。超過此額定值會損害可靠性，並可能導致立即或漸進式的故障。如需更高亮度，請選擇發光強度分級更高的LED（例如S1級），或選擇額定電流更高的產品。

10.3 溫度如何影響光輸出？

如性能曲線所示，發光強度隨環境溫度升高而降低。在85°C時，輸出可能僅為其25°C值的60-70%。這必須在系統的光學設計中考慮進去。

10.4 是否需要散熱片？

對於在20mA及中等環境溫度（<50°C）下的連續操作，熱量通常能透過LED的引腳充分散逸到PCB銅箔中。遵循建議的焊墊佈局可改善此效果。對於高環境溫度或驅動電流接近最大值的情況，增加連接到LED焊墊的PCB銅箔面積可作為有效的散熱片。

11. 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。

1. 需求：多個亮綠色LED用於指示"系統就緒"狀態。面板操作環境最高達60°C。
2. 選擇：選擇16-213/GHC-YR1S1/3T的S1級（180-225 mcd）以獲得高可見度。
3. 電路設計：使用3.3V系統電源。假設V_F= 3.3V，計算串聯電阻：R = (3.3V - 3.3V) / 0.02A = 0歐姆。此為無效值。因此，以較低電流驅動LED，例如15mA。R = (3.3V - 3.0V*) / 0.015A = 20歐姆。（*根據IV曲線，15mA下的V_F估計較低）。
4. 熱檢查：在60°C環境溫度下，降額曲線要求降低最大電流。以15mA操作提供了低於降額限制的良好安全邊際，確保了長期可靠性。
5. 佈局：PCB焊墊設計遵循規格書建議，並將額外的銅箔鋪設連接到陰極焊墊以利散熱。
6. 結果：一個可靠、亮度一致的指示燈系統，適合該操作環境。

12. 工作原理簡介

此LED基於半導體PN接面中的電致發光原理運作。主動區由InGaN組成。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，電子和電洞分別從N型和P型層注入主動區。這些電荷載子復合，以光子的形式釋放能量。InGaN合金的特定成分決定了能隙能量，這直接對應於發射光的波長（顏色）——在此例中為綠色（約518 nm）。水清環氧樹脂封裝體保護半導體晶片，提供機械穩定性，並作為透鏡來塑造光輸出光束。

13. 技術趨勢

此類SMD LED的發展是光電領域更廣泛趨勢的一部分：

• 小型化：封裝尺寸持續縮小（例如從0603到0402再到0201公制尺寸），以實現更小的設備。
• 效率提升：磊晶生長和晶片設計的持續改進帶來更高的發光效率（每瓦電輸入產生更多光輸出）。
• 色彩一致性：更嚴格的分級規格和先進的製造工藝確保了生產批次間非常均勻的色彩和亮度，這對於多LED陣列和顯示器至關重要。
• 可靠性增強：改進的封裝材料和熱管理設計正在延長操作壽命，並允許在更惡劣的環境（更高溫度、濕度）中使用。
• 整合化：趨勢包括將控制IC、限流電阻，甚至多色晶片（RGB）整合到單一封裝中，簡化終端使用者的電路設計。

這些趨勢推動元件朝著功能更強大、更可靠且更便於應用的解決方案演進。