SMD LED 91-21SUGC/S400-A4/TR7 資料手冊 - 2.0x1.25x1.1mm - 3.5V - 25mA - 亮綠色 - 英文技術文件

1. 產品概述

The 91-21SUGC/S400-A4/TR7 是一款表面黏著元件 (SMD) LED，專為緊湊、高密度的電子組裝而設計。它採用 InGaN 晶片技術，封裝於水透明樹脂中，能發出明亮的綠光。其微型封裝尺寸能顯著縮小 PCB 尺寸與設備體積，非常適合空間受限的應用。

1.1 主要功能與優勢

• 微型化： 該封裝尺寸顯著小於傳統有引腳元件，有助於實現更小的電路板設計、更高的元件組裝密度，並減少儲存需求。
• 自動化相容性： 產品以12毫米載帶供貨，捲裝於7吋捲盤，完全相容於自動化取放組裝設備，確保高置放精度與製造效率。
• 環境合規性： The product is Pb-free, compliant with RoHS, EU REACH, and halogen-free standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• 輕量化設計： 其極輕的重量對於便攜式和微型電子設備而言是一大優勢。
• 標準化封裝： 符合EIA標準包裝，確保廣泛的產業相容性。

2. 技術規格與深入解讀

2.1 Absolute Maximum Ratings

這些額定值定義了壓力極限，超過此極限可能導致設備永久損壞。不保證在低於或等於這些極限下操作。

• Reverse Voltage (V_R): 5V. 在反向偏壓中超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 順向電流 (I_F): 25mA DC。連續工作電流不應超過此值。
• 峰值順向電流 (I_FP): 在1/10佔空比和1kHz頻率下為100mA。適用於脈衝操作，但不適用於直流操作。
• 功率損耗 (P_d): 95mW。封裝可承受的最大功率，計算方式為V_F * I_F.
• Operating & Storage Temperature: -40°C 至 +85°C（操作），-40°C 至 +90°C（儲存）。確保在廣泛環境範圍內的可靠性。
• 靜電放電 (ESD)： 150V（人體放電模型）。組裝時需採取標準ESD防護措施。
• 焊接溫度： 可承受每個端子於260°C下進行10秒的回流焊接，或於350°C下進行3秒的手工焊接。

2.2 電光特性 @ T_a=25°C

這些是標準測試條件下的典型性能參數（I_F=20mA）。

• 發光強度（I_v): 2000-2300 mcd（典型值）。此高亮度適用於指示燈和背光應用。
• 視角（2θ_1/2): 25° (典型值)。相對較窄的視角，提供定向的光輸出。
• 峰值波長 (λ_p): 518 nm (典型值)。光譜輻射強度最強的波長。
• 主波長 (λ_d): 525 nm (典型值)。光線的感知顏色。
• 頻譜帶寬 (Δλ): 35 nm (典型值)。以峰值為中心所發射的波長範圍。
• 順向電壓 (V_F): 3.5V (典型值), 4.3V (最大值) @ 20mA。必須使用恆流驅動器或串聯電阻來限制電流，因為 V_F 具有負溫度係數。
• 逆向電流 (I_R): 50 µA (最大值) @ V_R=5V。本裝置並非設計用於反向操作；此參數僅供測試用途。

3. 分級系統說明

數據手冊指出關鍵參數採用分級系統，如標籤說明（CAT、HUE、REF）中所述。此系統確保顏色與亮度在定義範圍內的一致性。

• 發光強度等級（CAT）： 根據測量的發光輸出對LED進行分檔（例如，2000-2300 mcd可能為一個檔位）。
• 主波長等級 (HUE)： 根據LED的主波長（例如約525nm）進行分檔，以控制綠色的精確色調。
• 順向電壓等級 (REF): 根據LED在特定電流下的順向電壓降進行分檔，有助於電路設計以實現一致的電流驅動。

4. 性能曲線分析

資料手冊中提及「典型電光特性曲線」。雖然提供的文本中未顯示，但此類曲線通常包含：

• 相對發光強度 vs. 順向電流： 顯示光輸出如何隨電流增加，通常在飽和前呈現接近線性的關係。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度： 展示隨著接面溫度升高，光輸出會降額的現象。
• 順向電壓 vs. 順向電流： 二極體的 IV 特性曲線。
• 順向電壓與環境溫度關係： 顯示V的負溫度係數_F.
• 光譜分佈： 一張繪製強度對波長的圖表，顯示峰值約在518nm處，頻寬約為35nm。

5. 機械與封裝資訊

相對發光強度 vs. 順向電流：顯示光輸出如何隨電流增加而增加，通常在飽和前呈近線性關係。 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示隨著接面溫度升高，光輸出的降額情況。 順向電壓 vs. 順向電流：二極體的IV特性曲線。 順向電壓 vs. 環境溫度：顯示VF的負溫度係數。 光譜分佈圖：繪製強度對波長的圖表，顯示峰值約在518nm，頻寬約35nm。

91-21封裝的標稱尺寸為2.0毫米（長）x 1.25毫米（寬）x 1.1毫米（高）。除非另有說明，公差為±0.1毫米。該圖詳細標示了陰極識別標記、透鏡形狀以及端子位置。

主波長等級（HUE）：根據LED的主波長（例如，約525nm）進行分級，以控制綠色的精確色調。

封裝包含一個視覺標記（通常為陰極側的凹口或綠點），用以識別陰極端子，這對於正確的PCB方向至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線 (無鉛)

• 預熱： 150-200°C，持續60-120秒。最大升溫速率：3°C/秒。
• 液相線以上時間 (217°C)： 60-150秒。
• 峰值溫度： 最高260°C，持續時間最長10秒。
• 高於255°C的時間： 最長30秒。
• 冷卻速率： 最大 6°C/秒。
• 迴流焊次數： 最多兩次。

6.2 手工焊接

如果 necessary, use a soldering iron with a tip temperature <350°C, capacity <25W, and limit contact time to 3 seconds per terminal. Allow a 2-second interval between soldering each terminal.

6.3 儲存與濕度敏感性

此元件對濕度敏感 (MSL)。

• 開啟前： 儲存於 ≤30°C / ≤90% RH。
• 開封後（使用期限）： 72小時內，於 ≤30°C / ≤60% RH 條件下。
• 重新烘烤： 若乾燥劑指示劑變色或超過車間壽命，請於使用前以60±5°C烘烤24小時。

6.4 關鍵注意事項

• 限流： 外部串聯電阻是 mandatory 防止因V的負溫度係數而導致熱失控和燒毀_F.
• 應力避免： 焊接時避免對LED施加機械應力，組裝後請勿彎曲PCB。
• 修復： 不建議執行。若無法避免，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，並避免熱衝擊。維修後請驗證性能。

7. 封裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

• 載帶： 12毫米寬，7英吋直徑捲盤。
• 每捲數量： 1000件。
• 防潮袋： 與乾燥劑一同密封於鋁箔防潮袋中。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含以下資訊：客戶產品編號 (CPN)、產品編號 (P/N)、批號 (LOT No.)、包裝數量 (QTY)，以及發光強度 (CAT)、主波長 (HUE) 和順向電壓 (REF) 的分級代碼。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 消費性電子產品中的狀態指示器（音訊/視訊設備、電池供電裝置）。
• LCD面板、薄膜開關及儀器符號的背光照明。
• 辦公室自動化設備（印表機、掃描器）中的指示燈與背光。
• 汽車內裝中的儀表板與控制面板開關背光。
• 通訊設備（電話、傳真機）中的指示燈。

8.2 設計考量

• 驅動電路： 務必使用恆流源或串聯限流電阻來驅動LED。電阻值計算公式為 R = (V_supply - V_F) / I_F.
• 熱管理： 在低功耗運作時，若處於高環境溫度或最大電流條件下，請確保PCB具有足夠的銅箔面積或散熱孔，以將接面溫度維持在限值內。
• ESD防護： 若LED暴露於使用者介面，請在輸入線路上實施ESD防護。
• 光學設計： 25°視角可提供聚焦光束。若需要更寬的照明範圍，請考慮使用導光管或擴散器。

9. 技術比較與差異化

相較於舊式穿孔LED或較大的SMD封裝，91-21提供了：

• 尺寸優勢： 最小的標準化SMD LED封裝之一，可實現超小型化。
• 亮度效率： 得益於InGaN技術，其尺寸與功耗可實現高發光強度。
• 自動化就緒度： 針對高速組裝優化的捲帶包裝，相較於手動插件，可降低製造成本。
• 合規負責人： 完全符合現代環保法規（RoHS、REACH、無鹵素）是標準要求，但相較於不合規的舊型元件，這仍是關鍵的差異化優勢。

10. 常見問題 (FAQs)

Q1: 為什麼串聯電阻絕對必要？
A1: 隨著LED的接面溫度升高，其順向電壓（V_F）會下降。若沒有電流限制元件，供應電壓的微小上升或V_F 的微小下降，都可能導致電流大幅且不受控制地增加，從而引發快速過熱和故障。

Q2: 我能否直接用5V電源驅動這個LED？
A2: 不行。在典型的V_F 為3.5V的情況下，直接連接到5V會試圖通過極大電流，立即將其燒毀。必須串聯一個電阻。例如，目標I_F=20mA：R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75Ω（選用最接近的標準值，例如75Ω或82Ω）。

Q3: 「Floor Life」的72小時是什麼意思？
A3: 防潮袋開封後，元件在必須進行焊接前，可暴露於工廠環境條件（≤30°C/60% RH）下最長72小時。超過此時限，因吸收的濕氣在迴焊時蒸發，可能導致爆米花效應裂痕。未使用的零件必須重新烘乾（再烘烤）。

Q4: 如何辨識正確的極性？
A4：請參閱封裝外型圖。陰極通常由頂部的綠色圓點或封裝一側的凹口/倒角標示。PCB 封裝絲印應反映此標記。

11. 實務設計與使用案例

情境：為便攜式裝置設計低電量指示器。
LED 需要亮度高、體積小且功耗低。91-21SUGC 是一個絕佳的選擇。
實作： 使用微控制器GPIO引腳驅動LED。該引腳可接收/提供最高20mA電流。將LED陽極透過限流電阻連接至GPIO引腳。將陰極連接至接地。根據MCU的V_OH (例如，3.3V)。R = (3.3V - 3.5V) / 0.02A = -10Ω。此負值表示3.3V不足以使LED順向偏壓達到20mA。解決方案：要麼以較低電流驅動LED（例如，10mA：R = (3.3V-3.5V)/0.01A，仍有問題），要麼使用GPIO控制連接至更高電壓軌（例如，電池電壓）的電晶體開關，並搭配適當的串聯電阻。此案例突顯了驅動電壓與LED Vf匹配的重要性。_F.

12. 運作原理介紹

此LED基於氮化銦鎵（InGaN）半導體晶片。當施加超過二極體接面電位的順向電壓時，電子和電洞被注入到活性區域並在其中復合。在此材料系統中，復合過程中釋放的能量以光子（光）的形式發射。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）——在此案例中為亮綠色（~525 nm）。水清環氧樹脂作為保護性封裝材料和主透鏡，塑造了光輸出光束。

13. 技術趨勢

諸如91-21封裝等SMD LED的發展遵循以下幾項關鍵產業趨勢： 微型化 在維持或提升光學輸出的同時，持續推動封裝尺寸縮小。 提升效率 透過磊晶生長與晶片設計的進步，實現更高的每瓦流明值。 增強可靠性 藉由改良的封裝材料與熱管理設計來達成。 更廣闊的色域 在顯示器背光應用中，正推動著對具有更窄光譜頻寬及更精確波長控制的LED之需求。 Integration 是另一個趨勢，將多晶片封裝（RGB、白光）與LED驅動器結合為單一模組。91-21代表了單色指示燈類別SMD LED演進中一個成熟且高度優化的節點。