目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢
- 1.2 目標應用
- 2. 技術參數詳解
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣與光學特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 發光強度分級
- 3.2 主波長分級
- 3.3 順向電壓分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
- 4.2 相對發光強度 vs. 順向電流
- 4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度
- 4.4 順向電流降額曲線
- 4.5 光譜分佈
- 4.6 輻射圖形
- 5. 機械與封裝資訊
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊製程曲線 (無鉛)
- 6.2 手工焊接
- 6.3 儲存與濕度敏感性
- 7. 包裝與訂購資訊
- 8. 應用設計考量
- 8.1 限流電阻是必需的
- 8.2 熱管理
- 8.3 靜電放電保護
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題 (FAQ)
- 10.1 為什麼我的 LED 需要電阻？
- 10.2 我可以用 5V 電源驅動這個 LED 嗎？
- 10.3 如果超過最大焊接溫度或時間會發生什麼？
- 10.4 如何解讀標籤上的分級代碼？
- 11. 設計與使用案例研究
- 12. 工作原理
1. 產品概述
19-217 是一款專為現代緊湊型電子組裝設計的表面黏著元件 (SMD) LED。它採用 AlGaInP (磷化鋁鎵銦) 晶片來產生紅橙色光輸出。其主要優勢在於與傳統引線框架 LED 相比，其佔板面積顯著縮小，從而提高了印刷電路板 (PCB) 上的元件密度、減少了儲存需求，並最終有助於終端設備的小型化。該元件重量輕，適合空間和重量是關鍵限制因素的應用。
1.1 核心優勢
- 小型化：SMD 封裝允許更小的電路板設計。
- 自動化相容性：以 7 吋捲盤上的 8mm 載帶供應，完全相容於高速自動貼片設備。
- 製程相容性：適用於紅外線和氣相迴焊製程。
- 環保合規性：產品為無鉛，符合 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準 (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm)。
1.2 目標應用
此 LED 用途廣泛，可用於各種照明和指示用途，包括：
- 儀表板、開關和符號的背光。
- 電話和傳真機等通訊設備中的狀態指示燈和鍵盤背光。
- 通用指示燈。
2. 技術參數詳解
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極限。不保證在此條件下操作。
- 逆向電壓 (VR)：5 V
- 連續順向電流 (IF)：25 mA
- 峰值順向電流 (IFP)：60 mA (在 1/10 工作週期，1 kHz 下)
- 功率消耗 (Pd)：60 mW
- 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM)：2000 V
- 操作溫度 (Topr)：-40°C 至 +85°C
- 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +90°C
- 焊接溫度 (Tsol)：迴焊：最高 260°C，最長 10 秒；手工：最高 350°C，最長 3 秒。
2.2 電氣與光學特性
在環境溫度 (Ta) 為 25°C 且標準測試電流 (IF) 為 5 mA 下量測，除非另有說明。
- 發光強度 (Iv)：14.5 mcd (最小)，36.0 mcd (最大)。適用 ±11% 容差。
- 視角 (2θ1/2)：120 度 (典型值)。此寬視角確保從不同角度都有良好的可見度。
- 峰值波長 (λp)：621 nm (典型值)。
- 主波長 (λd)：605.5 nm (最小)，625.5 nm (最大)。適用 ±1 nm 容差。此參數定義了感知的顏色。
- 光譜頻寬 (Δλ)：18 nm (典型值)。這表示發射光的光譜純度。
- 順向電壓 (VF)：1.7 V (最小)，2.2 V (最大) 於 IF=5mA。適用 ±0.05V 容差。這對於限流電阻的計算至關重要。
- 逆向電流 (IR)：10 μA (最大) 於 VR=5V。此元件並非設計用於逆向偏壓操作。
3. 分級系統說明
為確保生產中的顏色和亮度一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。
3.1 發光強度分級
在 IF= 5 mA 下分級。
- L2：14.5 – 18.0 mcd
- M1：18.0 – 22.5 mcd
- M2：22.5 – 28.5 mcd
- N1：28.5 – 36.0 mcd
3.2 主波長分級
在 IF= 5 mA 下分級。這直接關係到紅橙色的色調。
- E1：605.5 – 609.5 nm
- E2：609.5 – 613.5 nm
- E3：613.5 – 617.5 nm
- E4：617.5 – 621.5 nm
- E5：621.5 – 625.5 nm
3.3 順向電壓分級
在 IF= 5 mA 下分級。對於設計跨越多個 LED 的均勻電流驅動電路很重要。
- 19：1.7 – 1.8 V
- 20：1.8 – 1.9 V
- 21：1.9 – 2.0 V
- 22：2.0 – 2.1 V
- 23：2.1 – 2.2 V
4. 性能曲線分析
規格書提供了幾條特性曲線，對於理解 LED 在不同操作條件下的行為至關重要。
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
這種非線性關係顯示，電壓稍微超過典型 VF 會導致電流大幅且可能具破壞性的增加。這強調了必須與 LED 串聯使用限流電阻或恆流驅動器的絕對必要性。
4.2 相對發光強度 vs. 順向電流
光輸出隨順向電流增加而增加，但並非線性。操作超過建議的連續電流 (25mA) 可能會增加亮度，但會因接面溫度升高而降低壽命和可靠性。
4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度
發光強度隨著環境溫度升高而降低。這種熱降額是高溫環境下運作的應用需要考量的關鍵因素。曲線顯示了從 -40°C 到 +100°C 的性能。
4.4 順向電流降額曲線
此曲線定義了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。為防止過熱，當操作溫度超過某個值（通常為 25°C）時，必須降低最大電流。
4.5 光譜分佈
此圖顯示了圍繞峰值波長 621 nm 在不同波長下發射光的相對強度。此曲線的形狀和寬度 (18 nm) 決定了顏色純度。
4.6 輻射圖形
一個極座標圖，說明了光強度的角度分佈，確認了強度降至最大值一半時的 120 度視角。
5. 機械與封裝資訊
LED 採用標準 SMD 封裝。確切的尺寸（長、寬、高）和焊墊佈局在規格書內的封裝圖中定義。該圖包括關鍵尺寸，如引腳間距和建議的 PCB 焊墊圖形，以確保正確的焊接和機械穩定性。元件具有透明的樹脂透鏡。極性由封裝上的標記或非對稱焊墊設計（通常陰極焊墊可能有標記或形狀不同）指示。設計師必須查閱具體的尺寸圖以創建準確的元件佈局。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴焊製程曲線 (無鉛)
這是實現可靠組裝的關鍵製程。
- 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。
- 峰值時間：最長 10 秒。
- 加熱速率：最高 6°C/秒。
- 冷卻速率：最高 3°C/秒。
重要：同一顆 LED 上不應執行超過兩次的迴焊。
6.2 手工焊接
如果無法避免手工焊接：
- 使用烙鐵頭溫度 < 350°C 的烙鐵。
- 每個端子限制接觸時間為 3 秒。
- 使用額定功率 25W 或更低的烙鐵。
- 焊接每個端子之間至少間隔 2 秒，以防止熱衝擊。
6.3 儲存與濕度敏感性
LED 包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。
- 請勿打開袋子，直到準備使用。
- 打開後，未使用的 LED 應儲存在 ≤30°C 且 ≤60% 相對濕度的環境中。
- 打開後的 "車間壽命" 為 168 小時 (7 天)。
- 如果超過車間壽命或乾燥劑顯示已吸濕，則需要進行烘烤處理：使用前在 60 ±5°C 下烘烤 24 小時。
7. 包裝與訂購資訊
標準包裝為每捲 3000 顆。規定了捲盤、載帶和蓋帶的尺寸，以確保與自動化設備的相容性。捲盤上的標籤提供了可追溯性和正確應用的關鍵資訊：產品編號 (P/N)、數量 (QTY)，以及發光強度 (CAT)、主波長 (HUE) 和順向電壓 (REF) 的特定分級代碼。
8. 應用設計考量
8.1 限流電阻是必需的
必須始終使用一個外部限流電阻與 LED 串聯。電阻值 (R) 可以使用歐姆定律計算：R = (Vsupply- VF) / IF，其中 VF 是 LED 在所需電流 IF 下的順向電壓。為保守設計以防止過電流，請始終使用規格書中的最大 VF 值。
8.2 熱管理
雖然封裝很小，但功率消耗（高達 60mW）會產生熱量。確保 LED 焊墊周圍有足夠的 PCB 銅箔面積（散熱焊墊）以幫助散熱，特別是在高電流或溫暖環境中操作時。請遵守順向電流降額曲線。
8.3 靜電放電保護
儘管額定為 2000V HBM，但在組裝和處理過程中仍應遵守標準的 ESD 處理預防措施，以防止潛在損壞。
9. 技術比較與差異化
19-217 LED 基於 AlGaInP 技術，與其他技術（如 AllnGaP 或濾光 LED）相比，在紅橙色應用中提供了明顯的優勢。對於紅色到琥珀色光譜的顏色，AlGaInP 通常提供更高的發光效率，以及在溫度和電流變化下更好的顏色穩定性。其 120 度視角比許多 "頂視" LED 更寬，適合需要寬廣可見度的應用。與通孔元件相比，SMD 格式提供了更低的輪廓和更適合自動化組裝的特性。
10. 常見問題 (FAQ)
10.1 為什麼我的 LED 需要電阻？
LED 是電流驅動元件。其 I-V 特性是指數性的，意味著電壓的微小增加會導致電流大幅增加，這可能立即損壞 LED。電阻將電流限制在安全、指定的值。
10.2 我可以用 5V 電源驅動這個 LED 嗎？
可以，但您必須使用串聯電阻。例如，要在 VFsupply=5V 且典型 V=2.0V 下實現 IF=5mA，電阻值將為 R = (5V - 2.0V) / 0.005A = 600 歐姆。使用標準值如 620 歐姆。
10.3 如果超過最大焊接溫度或時間會發生什麼？
過多的熱量可能會損壞內部半導體晶粒、接合線或環氧樹脂透鏡，導致立即故障或降低長期可靠性（發光輸出降低、顏色偏移）。請務必遵循建議的製程曲線。
10.4 如何解讀標籤上的分級代碼？
分級代碼（例如，CAT: N1, HUE: E4, REF: 21）告訴您該捲盤上 LED 的特定性能組別。"N1" 表示發光強度在 28.5-36.0 mcd 之間，"E4" 表示主波長在 617.5-621.5 nm 之間，"21" 表示順向電壓在 1.9-2.0V 之間。這確保了您產品中性能的一致性。
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。該面板需要多個紅橙色指示燈，這些指示燈必須亮度均勻且顏色色調相同，並能讓操作員從寬廣的角度看到。
實施：
- 元件選擇：選擇 19-217 LED 是因為其 SMD 格式（便於自動化組裝）、寬廣的 120° 視角，以及可用的分級以確保一致性。
- 電路設計：有 5V 電源可用。目標設定 IF= 5mA 以獲得長壽命和適中亮度。為保守設計使用最大 VF 值 2.2V：R = (5V - 2.2V) / 0.005A = 560 歐姆。每個 LED 串聯一個 560Ω, 1/8W 的電阻。
- PCB 佈局：LED 放置時留有足夠的間距。PCB 元件佈局遵循規格書中建議的焊墊圖形。將額外的銅箔連接到陰極焊墊以略微改善散熱。
- 採購：訂購 LED 時指定嚴格的分級要求（例如，CAT: M2 或 N1, HUE: E3 或 E4），以確保面板上所有指示燈的視覺一致性。
- 組裝：使用標準無鉛迴焊製程曲線組裝元件，嚴格遵守時間和溫度限制。
這種方法產生了可靠、一致且外觀專業的指示燈面板。
12. 工作原理
光是通過稱為電致發光的過程產生的。當施加超過二極體內建電位的順向電壓時，來自 n 型半導體的電子和來自 p 型半導體的電洞被注入到主動區域（AlGaInP 層中的量子阱）。當這些電子和電洞復合時，能量以光子（光）的形式釋放。AlGaInP 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）——在本例中為紅橙色 (~621 nm)。透明的環氧樹脂封裝充當透鏡，將光輸出塑造成所需的輻射圖形。
13. 技術趨勢
像 19-217 這樣的指示燈 LED 的總體趨勢是追求更高的效率（每單位電能輸入產生更多的光輸出），從而降低功耗和熱量產生。同時，小型化的持續推動導致了更小的封裝尺寸（例如，0402, 0201 公制），同時保持或改善光學性能。螢光粉和半導體材料的進步不斷提高顯色性、穩定性和壽命。此外，將控制電子元件（如恆流驅動器）直接整合到 LED 封裝中變得越來越普遍，以簡化設計。由於其效率和穩定性，基礎的 AlGaInP 技術仍然是紅色、橙色和琥珀色 LED 的高性能標準。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |