SMD LED 16-216/T3D-AQ1R2TY/3T 規格書 - 純白光 - 2.6-3.0V - 25mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

16-216/T3D-AQ1R2TY/3T 是一款專為現代緊湊型電子應用設計的表面黏著元件 (SMD) LED。它屬於單色型，發射純白光，並採用無鉛材料製造，確保符合 RoHS 等環保法規。其主要優勢在於其微型尺寸，有助於實現更小的印刷電路板 (PCB) 設計、更高的元件裝配密度，最終促成更緊湊、更輕量的終端設備開發。

1.1 核心優勢與目標市場

此 LED 元件的關鍵優勢源自其 SMD 封裝。相較於傳統引線框架 LED，它在 PCB 上節省了顯著空間，減少了儲存需求，並且完全相容於自動化取放組裝設備，簡化了大量生產流程。它亦相容於標準紅外線與氣相迴流焊接技術。這些特性使其成為微型化、減重與自動化生產至關重要的應用之理想選擇。其目標市場包括消費性電子產品、汽車內裝、通訊設備以及一般指示燈/背光用途。

2. 技術規格：深入客觀分析

本節提供規格書中定義的 LED 電氣、光學與熱參數之詳細客觀解析。理解這些極限值與典型性能數據對於可靠的電路設計至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。

• 逆向電壓 (V_R):5 V。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):25 mA。這是可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):100 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用 (工作週期 1/10，頻率 1 kHz)。
• 功率消耗 (P_d):110 mW。這是封裝在環境溫度 (T_a) 為 25°C 時所能消耗的最大功率。
• 操作溫度 (T_opr):-40 至 +85 °C。可靠操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg):-40 至 +90 °C。
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM):150 V。這表示對靜電具有中等敏感度，在操作時需要採取標準的 ESD 預防措施。
• 焊接溫度:此元件可承受峰值溫度為 260°C、持續時間最長 10 秒的迴流焊接，或每個端子以 350°C 進行最長 3 秒的手工焊接。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試條件 T_a= 25°C 下量測，並代表典型性能。

• 發光強度 (I_v):當驅動電流 I_F= 5 mA 時，範圍從最小值 72 mcd 到最大值 180 mcd，典型值在此範圍內。適用 ±11% 的容差。
• 視角 (2θ_1/2):典型的寬視角為 130 度，表示其為適合區域照明與背光的擴散發射模式。
• 順向電壓 (V_F):在 I_F= 5 mA 時，範圍從 2.6 V (最小) 到 3.0 V (最大)。註明容差為 ±0.05V。此參數對於限流電阻的計算至關重要。
• 逆向電流 (I_R):當施加 5 V 逆向電壓時，最大值為 50 µA。

3. 分級系統說明

為確保大量生產的一致性，LED 會根據性能進行分級。這讓設計師能為其應用選擇符合特定亮度與電壓要求的元件。

3.1 發光強度分級

發光輸出分為四個分級代碼 (Q1, Q2, R1, R2)，每個代碼定義了在 I_F= 5 mA 下量測的特定毫燭光範圍。例如，Q1 級涵蓋強度從 72 到 90 mcd 的 LED，而 R2 級則涵蓋 140 到 180 mcd。

3.2 順向電壓分級

順向電壓分為四個代碼 (28, 29, 30, 31)，每個代表在 I_F= 5 mA 下從 2.6-2.7V 到 2.9-3.0V 的 0.1 V 範圍。這有助於設計電源供應器並預測電流消耗的變化。

3.3 色度座標分級

純白光定義於 CIE 1931 色度座標系統內。規格書在 "A" 組內指定了六個分級代碼 (1 至 6)，每個由 CIE x,y 圖上的一個四邊形區域定義。提供了每個分級角落的座標，容差為 ±0.01。這確保了發射的白光落在受控且一致的色彩空間內。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了 LED 在不同條件下行為的深入見解，這對於穩健的設計至關重要。

4.1 光譜分佈

相對發光強度對波長的曲線顯示了此白光 LED 的光譜輸出，其通常由藍光 LED 晶片結合黃色螢光粉產生。峰值與光譜寬度影響了感知的色彩品質與演色性指數 (CRI)。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線說明了電流與電壓之間的非線性關係。它顯示了導通電壓以及 V_F如何隨 I_F增加。此數據對於熱管理與驅動器設計至關重要，因為 LED 上過多的電壓降會轉化為熱量。

4.3 發光強度 vs. 順向電流

此圖顯示光輸出如何隨驅動電流增加。它通常是非線性的，在超過建議電流下操作可能導致效率收益遞減並加速光通量衰減。

4.4 發光強度 vs. 環境溫度

此曲線展示了熱淬滅效應：隨著接面溫度升高，發光輸出通常會降低。理解此降額對於在高溫環境下操作的應用至關重要。

4.5 順向電流降額曲線

此圖定義了最大允許連續順向電流作為環境溫度的函數。隨著 T_a升高，最大允許的 I_F必須降低，以防止超過元件的最大接面溫度與功率消耗額定值。

4.6 輻射圖

極座標輻射圖直觀地確認了 130 度視角，顯示了光強度的角度分佈。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書提供了 LED 封裝的詳細尺寸圖。關鍵尺寸包括總長、寬、高，以及電極焊墊尺寸與間距。除非另有說明，所有容差通常為 ±0.1 mm。提供了一個建議的 PCB 焊墊圖案 (焊墊佈局) 供參考，但建議設計師根據其特定的製造工藝與可靠性要求進行修改。

5.2 極性識別

陰極 (負極) 端子通常在封裝上標識，常見標記如凹口、圓點或綠色色調。組裝時正確的極性方向對於正常功能是強制性的。

6. 焊接與組裝指南

正確的操作與焊接對於維持元件可靠性與性能至關重要。

6.1 限流

外部限流電阻是強制性的。LED 的指數型 I-V 特性意味著電壓的微小增加可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加。電阻值必須根據電源電壓、LED 的順向電壓 (考慮分級) 以及期望的操作電流 (不得超過 25 mA 連續) 來計算。

6.2 儲存與濕度敏感性

LED 包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。在元件準備使用前不應打開袋子。如果袋子被打開，元件在受控條件下 (最高 30°C/60% RH) 具有 1 年的 "車間壽命"。若超過此期限或乾燥劑指示劑變色，則需要在迴流焊接前以 60 ± 5°C 烘烤 24 小時，以防止濕氣蒸發造成 "爆米花" 損壞。

6.3 迴流焊溫度曲線

提供了詳細的無鉛迴流焊溫度曲線：

• 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，保持時間不超過 10 秒。
• 加熱/冷卻速率:在 255°C 以上，最大加熱速率 6°C/秒，最大冷卻速率 3°C/秒。

迴流焊接不應執行超過兩次。在加熱與冷卻過程中避免對封裝施加機械應力。

6.4 手工焊接與返修

若必須進行手工焊接，請使用烙鐵頭溫度低於 350°C 的烙鐵，並對每個端子加熱不超過 3 秒。使用低功率烙鐵 (最大 25W)，並在端子之間至少間隔 2 秒冷卻時間。強烈不建議進行返修。若不可避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子以進行移除，並且必須事先評估對 LED 特性的影響。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件供應於 8mm 寬的凸版載帶上，捲繞在直徑 7 英吋 (178mm) 的捲盤上。每捲包含 3000 個元件。規格書中提供了載帶凹槽與捲盤的詳細尺寸。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含幾個關鍵識別碼：

• P/N:完整產品編號。
• QTY:捲盤上的元件數量。
• CAT:發光強度分級代碼 (例如 Q1, R2)。
• HUE:色度座標分級代碼 (例如 1, 4)。
• REF:順向電壓分級代碼 (例如 28, 30)。
• LOT No:可追溯性批號。

此資訊允許在生產中對分級元件進行精確追溯與選擇。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 汽車內裝:儀表板儀器、開關與控制面板的背光。
• 通訊設備:電話與傳真機中的狀態指示燈與鍵盤背光。
• 消費性電子產品:小型 LCD 顯示器的平面背光、開關照明與符號指示燈。
• 通用指示:各種電子設備中的電源狀態、模式指示燈與裝飾照明。

8.2 設計考量

• 熱管理:儘管體積小，LED 仍會產生熱量。確保足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔，特別是在接近最大電流驅動或高環境溫度下。遵守電流降額曲線。
• 光學設計:寬廣的 130 度視角提供了良好的離軸可見性。對於聚焦光線，可能需要外部透鏡或導光板。
• ESD 防護:在組裝區域實施標準的 ESD 控制。若應用環境易產生靜電，考慮在敏感線路上添加暫態電壓抑制器。
• 應用限制:規格書註明，此標準商用級元件若未經額外認證，可能不適用於高可靠性應用。這些應用包括軍事/航太、汽車安全/保全系統 (例如安全氣囊、煞車) 以及生命攸關的醫療設備。對於此類用途，請諮詢製造商以獲取為滿足相關嚴格標準而設計和測試的產品變體。

9. 技術比較與差異化

與較大的穿孔式 LED 相比，此 16-216 SMD LED 的主要差異在於其外形尺寸以及與自動化組裝的相容性。它實現了顯著的微型化。在 SMD LED 類別中，其關鍵參數——例如特定的發光強度分級、寬視角以及為純白光定義的色度分級——讓設計師能夠選擇具有可預測性能的元件，以確保終端產品品質的一致性。詳細的分級系統對於需要跨多個單元實現嚴格亮度與色彩匹配的應用來說是一個特別的優勢。

10. 常見問題 (基於技術參數)

10.1 我應該使用多大的電阻值？

電阻值 (R) 使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大 V_F(3.0V) 進行保守設計，以確保電流絕不超過您的目標 I_F(例如，為低於 25 mA 最大值的餘裕，使用 20 mA)。對於 5V 電源：R = (5V - 3.0V) / 0.020 A = 100 Ω。同時務必計算電阻的功率消耗：P = I_F²* R。

10.2 為什麼電路板變熱時，光輸出會降低？

這是由於 "熱淬滅"，這是 LED 半導體的基本特性。隨著接面溫度升高，內部量子效率降低，導致發光輸出降低。這在 "發光強度 vs. 環境溫度" 曲線中有圖形顯示。適當的熱設計可以減輕此效應。

10.3 我可以用 3.3V 電源不加電阻驅動它嗎？

No.即使電源電壓接近 LED 的典型 V_F，缺乏限流電阻是危險的。製造容差與溫度變化意味著實際的 V_F可能低於 3.3V，導致過量電流。為了可靠且安全的操作，始終需要一個電阻 (或一個恆流驅動器)。

10.4 標籤上的分級代碼 (CAT, HUE, REF) 是什麼意思？

這些代碼指定了該捲盤上 LED 的確切性能子群組。CAT是亮度 (發光強度) 分級。HUE是色彩 (色度) 分級。REF是順向電壓分級。按特定分級代碼訂購可確保在您的生產運行中，亮度、色彩與電氣行為的一致性。

11. 實務設計與使用案例

情境：為消費性路由器設計狀態指示燈面板。該面板有 5 個 LED，顯示電源、網際網路、Wi-Fi 以及兩個乙太網路埠的活動狀態。使用 16-216 純白光 LED 提供了簡潔、現代的外觀。設計師選擇 R1 級以獲得強度 (112-140 mcd)，確保良好的可見性，並選擇 29 級以獲得電壓 (2.7-2.8V)，以實現可預測的電流消耗。PCB 上有一個可用的 5V 電源軌。使用最大 V_F2.8V 與目標 I_F15 mA 以獲得長壽命與低熱量，電阻值為 (5V - 2.8V) / 0.015A = 147 Ω (選擇標準的 150 Ω 電阻)。PCB 佈局使用建議的焊墊尺寸，並透過散熱連接連接到接地層以利散熱。LED 在所有其他元件的高溫迴流焊接製程之後放置，以最小化熱暴露。

12. 工作原理簡介

發光二極體 (LED) 是一種透過電致發光發射光線的半導體元件。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子與電洞復合，以光子的形式釋放能量。光的顏色由半導體材料的能隙決定。此特定的 "純白光" LED 幾乎可以肯定是螢光粉轉換型白光 LED。它使用一個發射藍光的半導體晶片 (通常是 InGaN)。此藍光部分激發晶片上的黃色發光螢光粉塗層。剩餘的藍光與發射的黃光混合，產生被人眼感知為白光的光線。特定的比例與螢光粉成分決定了 CIE 圖上的確切色度座標 ("色點")。

13. 技術趨勢

像 16-216 這樣的 SMD LED 發展遵循了電子產品更廣泛的趨勢：微型化、提高效率與增強可製造性。LED 產業的持續趨勢包括：

• 提高效率 (lm/W):內部量子效率與光提取技術的持續改進，使得 LED 在相同或更低的驅動電流下更明亮。
• 改善色彩品質:螢光粉技術的進步使得 LED 具有更高的演色性指數 (CRI) 與更一致的色溫分級，為顯示器與照明提供更好的光品質。
• 更高的可靠性與壽命:封裝材料與熱管理結構的改進正在增加 LED 的操作壽命與穩定性，特別是在高溫與高電流條件下。
• 進一步微型化:對更小設備的追求持續進行，導致更小的封裝佔位面積與更低的剖面高度，同時維持或改善光學性能。
• 整合解決方案:一種趨勢是將限流電阻、保護二極體甚至驅動器 IC 整合到封裝內的 LED，為終端使用者簡化電路設計。

這些趨勢旨在為設計師提供能力更強、更可靠且更易於使用的元件，以應對日益廣泛的應用領域。