目錄
1. 產品概述
17-21 SMD LED 是一款專為高密度電子組裝設計的緊湊型表面黏著元件。其主要優勢在於相較於傳統引線框架元件，其佔用面積顯著縮小，從而實現更小的印刷電路板設計、更高的元件裝配密度，並最終有助於終端設備的小型化。此元件重量輕，特別適合空間和重量為關鍵限制因素的應用。
此 LED 為單色型，發射純白光，並採用黃色擴散樹脂封裝。它符合關鍵的環境與安全標準，包括無鉛、符合 RoHS、符合歐盟 REACH 以及無鹵素（溴 <900 ppm，氯 <900 ppm，溴+氯 < 1500 ppm）。產品以業界標準的 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑捲盤上供應，確保與自動化貼片組裝設備以及標準紅外線或氣相迴焊製程相容。
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導致元件永久損壞的極限。不保證在此條件下或超出此條件操作。
- 反向電壓 (VR): 5V. 關鍵注意事項:此參數僅針對紅外線測試條件定義。此 LED 並非設計用於反向偏壓下操作。
- 順向電流 (IF):10 mA (連續)。
- 峰值順向電流 (IFP):100 mA，僅允許在脈衝條件下，佔空比為 1/10，頻率 1 kHz。
- 功率耗散 (Pd):40 mW。這是封裝能夠以熱能形式散發的最大允許功率。
- 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM):150V。操作時必須採取防靜電措施。
- 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：峰值 260°C 持續 10 秒。手工焊接：最高 350°C 持續最多 3 秒。
2.2 電光特性
這些參數在環境溫度 (Ta) 為 25°C 下量測，定義了元件的典型性能。
- 發光強度 (Iv):在順向電流 (IF) 為 5 mA 時，範圍從最小值 57.0 mcd 到最大值 140.0 mcd。典型視角 (2θ1/2) 為 150 度。
- 順向電壓 (VF):在 IF= 5 mA 時，範圍從 2.6V 到 3.0V。
- 反向電流 (IR):當施加反向電壓 (VR) 5V 時，最大值為 50 μA (僅為測試條件)。
重要公差:發光強度具有 ±11% 的公差，順向電壓相對於分級中心值具有 ±0.05V 的公差。
3. 分級系統說明
為確保生產中的性能一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。
3.1 發光強度分級
LED 根據其在 IF= 5 mA 時量測的發光強度，分為四個等級 (P2, Q1, Q2, R1)。
- P2:57.0 - 72.0 mcd
- Q1:72.0 - 90.0 mcd
- Q2:90.0 - 112.0 mcd
- R1:112.0 - 140.0 mcd
3.2 順向電壓分級
LED 亦根據其在 IF= 5 mA 時的順向電壓，分為四個代碼 (28, 29, 30, 31)。
- 28:2.6 - 2.7V
- 29:2.7 - 2.8V
- 30:2.8 - 2.9V
- 31:2.9 - 3.0V
3.3 色度座標分級
顏色一致性透過基於 CIE 1931 色度座標 (x, y) 的分級來控制，公差為 ±0.01。規格書定義了四個特定等級 (1, 2, 3, 4)，每個等級在 CIE 圖上指定一個四邊形區域，以確保發出的白光落在嚴格控制的色域內。
4. 性能曲線分析
規格書包含數個特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。這些對於電路設計和熱管理至關重要。
- 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線):顯示指數關係。電壓超過膝點後的微小增加會導致電流大幅增加，凸顯了限流電路的必要性。
- 相對發光強度 vs. 順向電流:展示光輸出如何隨電流增加，通常在操作範圍內呈近線性關係，之後可能出現飽和或效率下降。
- 相對發光強度 vs. 環境溫度:顯示光輸出的負溫度係數。發光強度隨著接面溫度升高而降低，這是高可靠性或高溫應用的關鍵考量。
- 順向電流降額曲線:規定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，必須降低最大電流以保持在功率耗散限制內並防止過熱。
- 輻射圖:顯示光強度角度分佈的極座標圖，確認了寬廣的 150 度視角。
- 光譜分佈:繪製相對強度對波長的圖表，表徵所發射純白光的光譜成分。
5. 機械與包裝資訊
5.1 封裝尺寸
此 LED 具有緊湊的 SMD 佔位面積。圖紙指定了關鍵尺寸，包括本體長度、寬度和高度，以及焊盤佈局和間距。封裝上清楚標示了陰極標記，以便在組裝時正確辨識極性方向。所有未指定的公差為 ±0.1 mm。
5.2 捲盤、載帶與防潮包裝
此元件以防潮包裝形式供應。關鍵要素包括:
- 載帶:容納元件。提供了口袋尺寸、間距和載帶寬度的尺寸。每捲包含 3000 個元件。
- 捲盤尺寸:7 英吋直徑捲盤的規格，包括軸心直徑、凸緣直徑和寬度。
- 防潮袋 (MBB):捲盤與乾燥劑和濕度指示卡一同密封在鋁製防潮袋內，以保護對環境濕度敏感的 LED。
- 標籤說明:包裝標籤包含零件編號 (P/N)、數量 (QTY) 以及發光強度 (CAT)、色度 (HUE) 和順向電壓 (REF) 的特定分級代碼。
6. 焊接與組裝指南
6.1 關鍵注意事項
- 過電流保護:外部限流電阻是必需的。LED 的指數型 I-V 特性意味著電壓的輕微增加可能導致破壞性的電流突波。
- 儲存:此包裝對濕度敏感 (MSL)。請勿在準備使用前打開。開封後，請在 ≤30°C 且 ≤60% RH 的環境中於 168 小時 (7 天) 內使用。未使用的零件必須重新密封。若超過暴露時間或乾燥劑顯示受潮，則需要在迴焊前以 60 ±5°C 烘烤 24 小時。
- 焊接:遵循無鉛迴焊曲線 (峰值 260°C)。迴焊次數不應超過兩次。加熱期間避免對 LED 施加機械應力，焊接後請勿彎曲 PCB。
7. 應用建議
7.1 典型應用場景
17-21 SMD LED 用途廣泛，適用於各種低功率指示燈和背光功能。
- 汽車內裝:儀表板儀器、開關和控制面板的背光。
- 通訊設備:電話和傳真機中的狀態指示燈和鍵盤背光。
- 消費性電子產品:小型 LCD 顯示器的平面背光、開關照明和符號照明。
- 通用指示:任何需要緊湊、可靠且明亮的白色指示燈的應用。
7.2 設計考量
- 電流驅動:始終使用串聯電阻或設定為 ≤10 mA 連續電流的恆流驅動器。根據電源電壓 (Vcc)、LED 的順向電壓分級 (VF) 和所需電流 (IF) 計算電阻值: R = (Vcc- VF) / IF.
- 熱管理:儘管功率低，若在接近最大額定值或高環境溫度下操作，請確保 PCB 銅箔或散熱設計足夠。請參考降額曲線。
- 光學設計:寬廣的 150 度視角提供了良好的離軸可見性。如需聚焦光線，可能需要二次光學元件 (透鏡)。
- ESD 防護:在組裝過程中實施標準的 ESD 處理程序，因為此元件對靜電放電敏感。
8. 技術比較與差異化
17-21 LED 在其類別中提供顯著優勢:
- 尺寸 vs. 引線型元件:其主要優勢是相較於穿孔式 LED (例如 3mm 或 5mm LED)，大幅減少了電路板空間，實現了現代化、小型化的設計。
- 相容性:與自動化 SMT 組裝線完全相容，相較於手動插件，降低了製造成本並提高了可靠性。
- 環境合規性:無鉛、無鹵素且符合 RoHS/REACH，滿足嚴格的全球法規要求，這並非所有舊型或通用 LED 元件都能做到。
- 分級:針對強度、電壓和色度的詳細分級，使得在需要多個 LED 一致性的應用中，能夠實現更緊密的顏色和亮度匹配，這是相對於未分級或寬鬆分級元件的一個關鍵差異點。
9. 常見問題 (基於技術參數)
問: 我可以直接用 3.3V 或 5V 邏輯電源驅動此 LED 嗎？
答: 不行。您必須使用串聯限流電阻。沒有電阻時，順向電壓僅約 2.8V，因此直接連接 3.3V 會導致過大電流，可能立即損壞 LED。
問: 為什麼反向電壓額定值只有 5V，而僅供 IR 測試是什麼意思？
答: 與大多數 LED 一樣，此 LED 是一個反向崩潰電壓較小的二極體。5V 額定值是在品質控制測試中它能承受而不損壞的最大值。它並非設計用於在電路中以反向偏壓操作。請務必確保極性正確。
問: 我該如何解讀發光強度分級 (P2, Q1 等)？
答: 這些代碼讓您可以為設計選擇具有保證最低亮度的 LED。例如，指定 R1 等級可確保每個 LED 在 5mA 時介於 112 至 140 mcd 之間，提供可預測的性能。
問: 儲存說明似乎很嚴格。如果我超過 7 天的車間壽命會怎樣？
答: SMD LED 會從空氣中吸收濕氣。在迴焊過程中，這些被困住的濕氣會迅速汽化，導致內部分層或爆米花效應，從而開裂封裝並損壞元件。烘烤可以驅除這些濕氣，恢復到適合迴焊的安全狀態。
10. 實用設計案例
情境:設計一個由 5V 電源供電、包含 10 個白光 LED 的狀態指示燈面板。亮度均勻性很重要。
設計步驟:
- 選擇分級:選擇來自相同發光強度等級 (例如 Q2: 90-112 mcd) 和色度等級的 LED，以確保視覺一致性。
- 計算限流電阻:使用分級中最差的 VF。對於等級 30 (2.8-2.9V)，為保守設計使用 VF(max)= 2.9V。目標 IF= 8 mA (低於 10 mA 最大值以留餘裕)。
R = (5V - 2.9V) / 0.008A = 262.5 Ω。選擇最接近的標準值，270 Ω。
重新計算實際電流: IF= (5V - 2.8V) / 270 Ω ≈ 8.15 mA (使用 VF(min))。這是安全的，並且在分級測試條件 5mA 之內。 - 佈局:將 LED 以正確極性 (陰極標記) 放置在 PCB 上。確保 PCB 焊盤與尺寸圖中推薦的焊盤圖案匹配，以避免墓碑效應或不良焊點。
- 組裝:遵循濕度處理程序。將迴焊爐設定為建議的無鉛曲線，峰值 260°C。
- 結果:一個可靠、亮度均勻的指示燈面板，具有受控的電流和適當的熱/機械組裝。
11. 工作原理
17-21 LED 是一種基於半導體晶片的固態光源。核心材料是氮化銦鎵 (InGaN)，能夠發射藍光/紫外光譜的光。為了產生白光，晶片塗覆了一層黃色螢光粉層 (包含在黃色擴散樹脂封裝內)。當晶片發出藍光時，一部分被螢光粉吸收並重新發射為黃光。剩餘的藍光與轉換後的黃光組合，被人眼感知為白光。此技術稱為螢光粉轉換白光 LED。
12. 技術趨勢
17-21 外形尺寸代表了 SMD LED 發展的成熟階段。與此類元件相關的當前產業趨勢包括:
- 效率提升:InGaN 晶片技術和螢光粉配方的持續改進，帶來更高的發光效率 (每電瓦產生更多光輸出)，允許更低的驅動電流或從相同封裝獲得更亮的輸出。
- 色彩品質:進步重點在於提高顯色指數 (CRI)，並為高品質顯示和照明應用實現更精確和一致的色點 (更小的色度分級)。
- 小型化:儘管 17-21 已經很小，但對更小型消費性電子產品的追求持續推動著更緊湊的 LED 封裝 (例如 0402, 0201 公制尺寸)，同時保持或提升性能。
- 整合化:將多個 LED 晶片、限流電阻甚至控制 IC 整合到單一封裝模組中的趨勢，以簡化電路設計並節省電路板空間。
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。 |