SMD LED 19-218/T1D-CQ2R2TY/3T 白光LED規格書 - 純白光 - 5mA - 90-180mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-218/T1D-CQ2R2TY/3T是一款表面黏著元件發光二極體，專為需要緊湊、高效且可靠照明的現代電子應用而設計。此元件相較於傳統引線框架LED有顯著進步，能在終端用戶設備中實現大幅小型化與性能提升。

1.1 核心優勢與產品定位

此SMD LED的主要優勢在於其顯著減小的物理尺寸。透過消除笨重的引線框架，它允許更小的印刷電路板設計、更高的元件封裝密度，並減少整體設備尺寸。其輕量化結構使其更適合重量和空間為關鍵限制的便攜式和微型應用。元件以8mm載帶包裝，捲繞於7英吋直徑的捲盤上，確保與現代電子製造中標準的高速自動化取放組裝設備相容。

1.2 目標市場與應用領域

此LED針對廣泛的工業與消費性電子應用。其主要應用領域包括儀表板、開關和鍵盤的背光照明。在電信領域，它用作電話和傳真機等設備的狀態指示燈和背光。它也適用於為液晶顯示器提供平坦、均勻的背光，以及需要可靠、緊湊光源的通用指示燈用途。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣與光學參數對於可靠的電路設計和確保長期性能至關重要。

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應力極限。不保證在或接近這些極限下運作，為確保可靠性能應避免。

• 逆向電壓 (V_R):5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流 (I_F):25mA。這是建議用於連續運作的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):100mA。此脈衝電流額定值（在1/10工作週期，1kHz下）允許短暫的過電流狀況，例如開機浪湧期間。
• 功率耗散 (P_d):95mW。這是封裝在不超過其熱限值下所能耗散的最大功率，計算方式為順向電壓 (V_F) 乘以順向電流 (I_F)。
• 靜電放電人體模型 (ESD HBM):150V。這表示對靜電有中等敏感度，組裝時需要適當的ESD處理程序。
• 工作與儲存溫度:-40°C 至 +85°C (工作)，-40°C 至 +90°C (儲存)。寬廣的範圍確保在惡劣環境下的功能性。
• 焊接溫度:元件相容於回流焊（最高260°C，最長10秒）和手工焊接（最高350°C，最長3秒）製程，符合無鉛組裝要求。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在標準接面溫度25°C下量測，定義了元件在正常工作條件下的性能。

• 發光強度 (I_v):在測試電流5mA下為90.0 mcd (最小) 至 180 mcd (最大)。典型值落在這個分級範圍內。發光強度容差為±11%。
• 視角 (2θ_1/2):130度 (典型值)。此寬廣視角確保在廣闊區域內具有良好的可見度，適合指示燈應用。
• 順向電壓 (V_F):在5mA下為2.6V (最小) 至 3.0V (最大)。典型順向電壓約為2.8V。指定了±0.05V的嚴格容差。
• 逆向電流 (I_R):在逆向偏壓5V下最大為50 µA。此低漏電流表示良好的接面品質。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED根據關鍵參數被分類到不同的分級中。這讓設計師能選擇符合特定應用需求的元件。

3.1 發光強度分級

發光輸出被分類到不同的分級中，每個分級在I_F= 5mA下量測有定義的最小和最大值。

• 分級 Q2:90.0 mcd 至 112 mcd
• 分級 R1:112 mcd 至 140 mcd
• 分級 R2:140 mcd 至 180 mcd

此分級允許根據特定應用所需的亮度等級進行選擇。

3.2 順向電壓分級

順向電壓也進行分級，以輔助電路設計，特別是限流電阻計算和電源供應設計。

• 分級 28:2.6V 至 2.7V
• 分級 29:2.7V 至 2.8V
• 分級 30:2.8V 至 2.9V
• 分級 31:2.9V 至 3.0V

3.3 色度座標分級

發射白光的顏色透過在CIE 1931圖上的色度座標分級進行精確控制，容差為±0.01。規格書定義了四個分級 (1, 2, 3, 4)，每個分級在x,y色度座標圖上指定一個四邊形區域。這確保白色色點在嚴格的規格內保持一致，這對於顯示器背光等顏色均勻性至關重要的應用至關重要。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了在不同條件下元件行為的更深入見解。

4.1 光譜分佈

光譜分佈曲線顯示了在不同波長下發射光的相對強度。對於使用帶有黃色螢光粉的InGaN晶片的白光LED，光譜通常具有來自晶片的主要藍色峰值和來自螢光粉的更寬廣的黃色發射，結合產生白光。該曲線有助於評估演色性。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

此基本曲線說明了LED p-n接面上電流與電壓之間的指數關係。對於設計驅動電路至關重要。曲線顯示了導通電壓以及順向電壓如何隨電流增加。設計師使用此曲線計算給定電源電壓下的適當限流電阻值。

4.3 發光強度 vs. 順向電流

此曲線展示了光輸出如何隨順向電流增加。它在一定範圍內通常是線性的，但在較高電流下會因熱效應和效率影響而飽和。建議在線性區域內運作，以透過電流調變實現可預測的亮度控制。

4.4 發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出與溫度相關。此曲線顯示相對發光強度隨著環境溫度升高而降低。理解此降額對於在高溫環境下運作的應用至關重要，以確保維持足夠的亮度。

4.5 順向電流降額曲線

為防止過熱，最大允許連續順向電流必須隨著環境溫度升高而降低。此降額曲線提供了安全工作區域，指定了在任何給定環境溫度下直至最大額定溫度的最大I_F。

4.6 輻射圖

描繪了輻射圖或光的空間分佈。130度視角表示一個朗伯或近朗伯發射圖案，其中強度在0度（垂直於發射表面）最高，並向邊緣遞減。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書提供了LED封裝的詳細機械圖。關鍵尺寸包括總長度、寬度和高度，以及可焊接端子的尺寸和位置。除非另有說明，所有公差通常為±0.1mm。此圖對於創建PCB焊墊圖形至關重要。

5.2 建議焊墊設計

提供建議的焊墊佈局作為PCB設計的參考。此建議旨在確保回流焊期間可靠的焊點和正確對齊。規格書明確指出這僅供參考，設計師應根據其特定的製造工藝、PCB材料和可靠性要求修改焊墊尺寸。

5.3 極性識別

陰極（負極端子）通常在封裝上標識，通常是通過陰極側的標記，例如凹口、圓點、綠色色調或不同的形狀。組裝時必須注意正確的極性以確保正常功能。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理和焊接對於維持元件可靠性和性能至關重要。

6.1 回流焊溫度曲線

指定了詳細的無鉛回流焊溫度曲線：

• 預熱:150–200°C，持續60–120秒，以逐漸加熱電路板和元件，最小化熱衝擊。
• 液相線以上時間 (TAL):溫度高於217°C的時間應為60–150秒。
• 峰值溫度:最高260°C，保持最長10秒。
• 加熱/冷卻速率:最高加熱速率為3°C/秒，直至255°C；最高冷卻速率為6°C/秒。

規格書強烈建議回流焊不應執行超過兩次，以避免對封裝和焊線造成過度的熱應力。

6.2 手工焊接說明

若必須進行手工焊接，必須採取特定預防措施：

• 使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵。
• 對每個端子加熱不超過3秒。
• 使用額定功率低於25W的烙鐵。
• 焊接每個端子之間至少間隔2秒。
• 文件警告損壞通常發生在手工焊接期間，因此必須格外小心。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中，以防止吸收大氣中的濕氣，這可能在回流焊期間導致\"爆米花效應\"（封裝開裂）。

• 開封前:儲存在≤30°C和≤90%相對濕度下。
• 開封後:在≤30°C和≤60%相對濕度下，\"車間壽命\"為1年。未使用的元件應重新密封在防潮包裝中。
• 烘烤:如果乾燥劑指示劑變色或超過儲存時間，在回流焊前需要在60 ±5°C下烘烤24小時以驅除濕氣。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

元件以壓紋載帶形式供應，用於自動化組裝。

• 載帶寬度: 8mm.
• 捲盤直徑:7英吋。
• 每捲數量:3000個。

提供載帶凹槽和捲盤的詳細尺寸圖，以確保與自動化設備送料器的相容性。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含用於追溯性和正確應用的關鍵資訊：

• P/N:產品編號（完整料號，例如 19-218/T1D-CQ2R2TY/3T）。
• CAT:發光強度等級（例如 R1, R2）。
• HUE:色度座標與主波長等級。
• REF:順向電壓等級（例如 29, 30）。
• LOT No:用於製造追溯的批號。
• QTY:捲盤上的包裝數量。

8. 應用設計考量

8.1 限流與保護

關鍵設計規則:必須使用一個外部限流電阻與LED串聯。LED的順向電壓具有負溫度係數和嚴格的製造公差。如果沒有電阻限制，電源電壓的輕微增加或V_F因溫度而降低，可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加。電阻值 (R) 使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。為確保在最壞情況下I_F不超過最大額定值，進行保守設計時應始終使用規格書中的最大V_F值。

8.2 熱管理

雖然SMD LED效率高，但一部分輸入電能會轉換為熱量。為實現最佳壽命和穩定的光輸出：

• 遵守功率耗散 (95mW) 和電流降額規格。
• 在PCB上提供足夠的銅面積，連接到LED的散熱焊墊（如有）或端子，以作為散熱片。
• 確保終端產品外殼內有良好的通風，特別是在高環境溫度環境中。

8.3 靜電放電保護

此元件的ESD HBM額定值為150V，具有中等敏感度。在處理、組裝和測試期間實施標準ESD預防措施：

• 使用接地的工作站和腕帶。
• 在導電或防靜電包裝中儲存和運輸元件。
• 如果LED連接到容易發生ESD事件的外部介面，考慮在PCB上添加瞬態電壓抑制二極體或其他保護電路。

9. 技術比較與差異化

與舊式穿孔LED封裝相比，此SMD LED提供明顯優勢：

• 尺寸與密度:尺寸大幅縮小，實現了帶引腳元件無法實現的高密度PCB佈局。
• 組裝成本與速度:完全相容於自動化表面黏著技術生產線，與手動插入和焊接相比，減少了組裝時間和成本。
• 性能:通常提供比環氧樹脂封裝的穿孔LED更好的到PCB的熱路徑（透過焊點），在相似的驅動電流下可能提供稍好的壽命。
• 無鉛與RoHS:使用符合RoHS的材料製造，滿足全球環保法規。

主要的權衡是需要更精確的PCB製造和組裝製程。

10. 基於技術參數的常見問題

10.1 使用5V電源時應選用多大的電阻？

使用規格書中的最大V_F值3.0V和目標I_F值20mA（低於25mA最大值以留餘量），計算如下：R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100歐姆。電阻上消耗的功率為 P = I²R = (0.02)²* 100 = 0.04W，因此標準的1/8W (0.125W) 或1/4W電阻是合適的。始終使用實際收到的LED分級來驗證亮度。

10.2 我能否使用恆流源驅動此LED而無需限流電阻？

可以，恆流驅動器是一種優秀且通常更受青睞的方法，特別是在溫度和電壓變化下保持一致的亮度。將恆流源設定為所需的I_F（例如20mA）。驅動器將自動調整LED兩端的電壓以維持該電流。此方法比使用串聯電阻更高效和精確。

10.3 為何發光強度是在5mA而非最大25mA下指定？

5mA測試條件是標準的業界參考點，便於比較不同製造商的各種LED型號。它代表了一個常見、適中的工作點。設計師可以使用性能曲線（發光強度 vs. 順向電流）來推斷在他們預期的工作電流（例如20mA）下的預期亮度。

10.4 如何解讀色度座標分級？

每個分級編號 (1, 2, 3, 4) 對應於規格書中提供的CIE 1931 (x,y) 色度圖上的特定四邊形區域。座標定義了白光的色點。對於需要顏色匹配的應用（例如多LED背光），指定和使用來自相同色度分級的LED對於避免相鄰LED之間可見的顏色差異至關重要。

11. 實務設計與使用範例

11.1 儀表板開關背光

在汽車儀表板中，多個開關需要均勻、可靠的背光。可以將多個19-218 LED放置在透明開關帽後面。透過從相同的恆流電路驅動所有LED，並確保它們來自相同的發光強度 (CAT) 和色度 (HUE) 分級，可以實現所有開關之間一致的亮度和顏色。寬廣的130度視角確保從駕駛員的角度可以看到光線。

11.2 網路設備狀態指示燈

對於路由器上的電源或鏈路狀態指示燈，單個LED在10-15mA驅動下提供充足的亮度。SMD封裝允許其非常靠近設備外殼上的小型導光管或擴散透鏡。限流電阻可以根據設備的內部邏輯電壓（例如3.3V）計算。無鉛合規性確保設備符合全球銷售的環保標準。

12. 工作原理簡介

此LED基於使用氮化銦鎵材料製造的半導體p-n接面。當施加超過接面導通電壓（約2.6-3.0V）的順向電壓時，電子和電洞被注入跨越接面。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。InGaN晶片本身發射藍色光譜的光。為了產生白光，元件包含一層黃色螢光粉塗層（樹脂顏色為黃色擴散）。來自晶片的部分藍光激發此螢光粉，使其發射黃光。剩餘的藍光和產生的黃光組合被人眼感知為白色。此方法稱為螢光粉轉換白光LED技術。

13. 技術趨勢與背景

19-218 LED代表了一種成熟且廣泛採用的SMD封裝技術。LED發展的總體趨勢持續朝向幾個關鍵領域：

• 提高效率（每瓦流明）:磊晶生長、晶片設計和螢光粉技術的持續改進，在相同的電能輸入下產生更多的光輸出，減少能耗和熱負載。
• 更高的演色性指數 (CRI):對於準確顏色感知很重要的應用（例如零售照明、攝影），開發了具有多螢光粉混合物或新穎結構的LED，以發射更完整的光譜，提高CRI值。
• 微型化:提供更小的封裝尺寸（例如0402、0201公制尺寸），用於極度空間受限的應用，儘管通常在總光輸出和熱處理能力上有所權衡。
• 整合解決方案:市場上內建限流電阻、保護二極體甚至完整驅動IC的LED不斷增長，簡化了終端用戶的電路設計。
• 智慧與可控LED:與脈衝寬度調變調光電路和數位可定址介面（如WS2812）的整合很常見，允許動態顏色和亮度控制。

雖然此特定元件是一個標準、單色、不可定址的裝置，但其可靠的性能和與自動化製程的相容性，確保了其在廣大指示燈和背光應用中的持續相關性，這些應用以簡單性、成本效益和穩健性為主要設計目標。