67-21系列頂視LED技術規格書 - P-LCC-2封裝 - 藍光468nm - 20mA 3.2V - 120°廣視角

1. 產品概述

67-21系列是一系列採用緊湊型P-LCC-2表面黏著封裝的頂視LED。此系列旨在為廣泛的電子應用提供可靠的光學指示功能。元件採用無色透明視窗與白色封裝本體，有助於提升光學效率與外觀設計的靈活性。

其核心設計理念在於提供廣闊的視角，這是透過優化的封裝幾何形狀與內部反射器實現的。此特性使LED特別適合採用導光管的應用，因為均勻的光線分佈至關重要。此外，元件在低電流下運作，使其成為對功耗敏感的應用（如便攜式與電池供電設備）的理想選擇。

本系列提供多種發光顏色，包括柔和的橙色、綠色、藍色與黃色，本文件詳述的特定型號為採用InGaN晶片的藍光LED。它完全相容於自動化取放設備與標準氣相迴焊製程，支援大量生產。產品為無鉛設計，並符合RoHS規範標準。

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應力極限。不保證在這些極限下或超出極限的運作，電路設計中應避免。

• 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）：30 mA。可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA。僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為1/10，頻率為1 kHz。
• 功率消耗（P_d）：110 mW。封裝可消耗的最大功率，計算方式為V_F* I_F.
• 靜電放電（ESD）HBM：1000 V。元件對靜電放電的敏感度；需要遵循適當的處理程序。
• 工作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。可靠運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：元件可承受峰值溫度260°C持續10秒的迴焊，或350°C持續3秒的手工焊接。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下測量的：環境溫度（T_a）為25°C，順向電流（I_F）為20 mA，除非另有說明。公差適用於註明之處。

• 發光強度（I_v）：範圍從最小值225 mcd到最大值565 mcd，典型公差為±11%。這定義了LED的感知亮度。
• 視角（2θ_1/2）：120度（典型值）。這是發光強度降至其峰值一半時的全角，表示非常寬廣的發射圖形。
• 峰值波長（λ_P）：468 nm（典型值）。光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：範圍從464.5 nm到476.5 nm，公差為±1 nm。此波長對應於光的感知顏色。
• 光譜頻寬（Δλ）：25 nm（典型值）。發射光譜在其最大功率一半處的寬度。
• 順向電壓（V_F）：在20 mA時，範圍從2.70 V到3.70 V，公差為±0.1 V。這是LED導通時兩端的電壓降。
• 逆向電流（I_R）：在逆向電壓5V時，最大值為50 μA。

3. 分級系統說明

為確保亮度、顏色與電氣特性的一致性，LED會進行分級。特定的元件代碼（例如 /B7C-AS2U1N/2T）包含了這些分級代碼。

3.1 發光強度分級（CAT代碼）

LED根據其在20 mA下測得的發光強度進行分組。

• S2：225 - 285 mcd
• T1：285 - 360 mcd
• T2：360 - 450 mcd
• U1：450 - 565 mcd

3.2 主波長分級（HUE代碼 - A組）

對於藍光LED，主波長分級如下：

• A9：464.5 - 467.5 nm
• A10：467.5 - 470.5 nm
• A11：470.5 - 473.5 nm
• A12：473.5 - 476.5 nm

3.3 順向電壓分級（REF代碼 - N組）

LED亦根據其在20 mA時的順向電壓降進行分級。

• 10：2.70 - 2.90 V
• 11：2.90 - 3.10 V
• 12：3.10 - 3.30 V
• 13：3.30 - 3.50 V
• 14：3.50 - 3.70 V

4. 性能曲線分析

典型特性圖表提供了LED在不同條件下行為的深入見解。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

圖表顯示了典型的二極體非線性關係。順向電壓隨電流增加而增加，在極低電流時約為2.6V，在20mA時約為3.4V。此曲線對於設計限流電路至關重要。

4.2 相對發光強度 vs. 順向電流

發光強度隨順向電流增加而增加，但並非線性。由於接面溫度升高與效率下降，曲線在較高電流時趨於平緩。這凸顯了在建議電流（20mA）或接近該電流驅動LED以獲得最佳效率的重要性。

4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

光輸出隨著環境溫度升高而降低。圖表顯示，在最高工作溫度+85°C時，輸出可能顯著低於25°C時。在具有高環境溫度的應用中，必須考慮此熱降額效應。

4.4 光譜分佈

光譜圖確認了藍光發射，峰值約在468nm，典型頻寬為25nm。如基於InGaN的藍光LED所預期，光譜是單色的。

4.5 輻射圖形

極座標圖直觀地確認了120°的廣視角，顯示出類似朗伯分佈的發射圖形，在角度變寬時強度相當均勻，然後才開始下降。

4.6 順向電流降額曲線

此曲線規定了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著溫度升高，最大安全電流會降低，以防止超過110mW的功率消耗限制，並確保長期可靠性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸（P-LCC-2）

LED採用表面黏著封裝。關鍵尺寸包括本體尺寸、引腳間距與總高度。所有未指定的公差為±0.1mm。封裝設計旨在確保迴焊過程中的穩定性，並與標準8mm載帶相容。

5.2 極性辨識

陰極通常由封裝上的視覺標記識別，例如缺口、圓點或晶片腔陰極側的綠色色調。組裝時必須注意正確的極性，以防止逆向偏壓損壞。

5.3 建議PCB焊墊圖形

建議使用能容納封裝尺寸並允許形成適當焊錫圓角的焊墊圖形設計。焊墊應與封裝的散熱墊（如有）和電氣焊墊對齊，以確保可靠的機械與電氣連接。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

本元件適用於氣相與紅外線迴焊。規定了標準無鉛溫度曲線，峰值溫度不超過260°C，持續時間10秒。應控制高於液相線（例如217°C）的時間，以最小化元件上的熱應力。

6.2 手工焊接

若需手工焊接，烙鐵頭溫度應限制在350°C，每個引腳的接觸時間不應超過3秒。請使用低功率烙鐵，並避免對封裝施加機械應力。

6.3 濕度敏感性與儲存

LED包裝在帶有乾燥劑的防潮阻隔袋中，以防止吸濕，吸濕可能在迴焊過程中導致"爆米花效應"。一旦密封袋被打開，元件應在指定時間內（例如在<30°C/60%RH下168小時）使用，或根據標準IPC/JEDEC指南重新烘烤。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件以8mm寬的凸版載帶供應。捲盤尺寸與口袋間距已標準化，以相容於自動送料器。標準裝載數量為每捲2000顆，最小訂購數量可為250、500、1000或2000顆。

7.2 標籤資訊

捲盤標籤包含用於追溯與識別的關鍵資訊，包括：料號（PN）、客戶料號（CPN）、數量（QTY）、批號，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. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 汽車電子：儀表板儀器、開關與控制面板的背光。
• 通訊設備：電話、傳真機與網路硬體中的狀態指示燈與鍵盤背光。
• 消費性電子：家電、影音設備與電腦周邊中的電源/狀態指示燈、LCD顯示器背光、符號與薄膜開關背光。
• 通用指示：任何需要明亮、可靠、低功耗狀態指示燈的應用。

8.2 導光管設計考量

120°的廣視角是導光管應用的關鍵優勢。為獲得最佳耦合效率：

• 將LED盡可能靠近導光管的入口放置。
• 確保導光管材料具有高透光率，並設計成能有效引導與分散光線。
• 設計導光管輸入表面幾何形狀時，請考慮LED的輻射圖形。

8.3 電路設計注意事項

• 務必使用串聯限流電阻。根據電源電壓（V_CC）、LED的順向電壓（V_F - 為可靠性起見使用最大值）與所需的順向電流（I_F）計算其值。公式：R = (V_CC- V_F) / I_F.
• 若要在一定範圍的電源電壓或溫度下保持恆定亮度，請考慮使用恆流驅動器，而非簡單的電阻。
• 遵守絕對最大額定值，特別是逆向電壓。如果電路容易出現電壓突波或反向連接，請加入保護措施（例如並聯一個反向極性的二極體）。

9. 技術比較與差異化

67-21系列透過以下幾個關鍵特點，在SMD指示燈LED市場中脫穎而出：

• 優越的視角：120°的視角明顯比許多標準SMD LED（可能為60-80°）更寬廣，從離軸角度提供更均勻的可視性，這對於面板指示燈至關重要。
• 針對導光管優化：帶有內部反射器的封裝設計專門調校，能有效地將光耦合到導光管中，這是現代工業與消費產品設計中的常見需求。
• 低電流運作：其在20mA下的規格（具有良好的亮度）使其比需要更高驅動電流才能達到類似輸出的LED更節能，有利於電池壽命。
• 穩健的分級系統：針對強度、波長與電壓的詳細分級系統，讓設計師能夠選擇具有嚴格性能公差的元件，確保最終產品的一致性，特別是在多顆LED陣列中。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 使用5V電源時應選用多大的電阻？

使用最大V_F值3.7V進行保守設計，目標I_F為20mA：R = (5V - 3.7V) / 0.02A = 65歐姆。最接近的標準值為68歐姆。重新計算：I_F= (5V - 3.7V) / 68Ω ≈ 19.1 mA，此值安全且在規格範圍內。務必驗證電路中的實際電流。

10.2 我可以用3.3V電源驅動這顆LED嗎？

可以，但需要仔細計算。使用典型V_F值3.2V：R = (3.3V - 3.2V) / 0.02A = 5歐姆。這個非常低的電阻值使得電流對V_F和V_CC的變化高度敏感。V_CC的輕微下降或V_F的增加都可能使LED熄滅。強烈建議在電壓餘裕較低的情況下使用恆流驅動器。

10.3 為何發光強度的範圍如此寬廣（225-565 mcd）？

這是整個產品系列和所有分級的總可能範圍。個別LED會被分級到特定的組別（S2、T1、T2、U1）。訂購時，您可以指定所需的強度分級（例如U1代表最高亮度），以獲得範圍更窄（450-565 mcd）的產品。這允許進行成本優化與性能匹配。

10.4 溫度如何影響性能？

如性能曲線所示，環境溫度升高會降低光輸出（效率下降），並略微增加順向電壓。在高溫下，最大允許連續電流也會降低。對於在高環境溫度下運作的應用（例如汽車儀表板內部），設計應基於預期工作溫度下的性能數據，而不僅僅是25°C下的數據。

11. 實務設計與使用案例

11.1 設計多顆LED狀態指示燈面板

情境：一個控制面板需要10顆藍色狀態指示燈。均勻的亮度與顏色對使用者體驗至關重要。

實作：

1. 分級選擇：為所有10顆LED指定相同的強度分級（例如T2：360-450 mcd）與主波長分級（例如A10：467.5-470.5 nm），以確保視覺一致性。
2. 電路設計：使用12V電源。以個別電阻並聯驅動10顆LED：計算最大V_F=3.7V，I_F=20mA時的電阻。R = (12V - 3.7V) / 0.02A = 415歐姆。使用430歐姆（標準值）。每個電阻的功率：P = I²R = (0.02)²* 430 = 0.172W。使用1/4W電阻。電源總電流：10 * 20mA = 200mA。
3. PCB佈局：以一致的方向放置LED。確保PCB絲印上的陰極標記與LED封裝相符。為承載200mA的共用電源走線提供足夠的銅箔。
4. 導光管：若使用導光管，請模擬導光管入口以捕捉LED的120°發射錐角。使用光學級PC或壓克力材料。

12. 工作原理簡介

67-21系列LED是一種基於半導體p-n接面的固態光源。其主動區採用氮化銦鎵（InGaN）化合物半導體材料，該材料在基板上磊晶生長。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，電子與電洞被注入主動區並在此復合。在像InGaN這樣的直接能隙半導體中，此復合事件會以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色），在本例中為藍光（~468 nm），由InGaN材料的能隙能量決定，該能量可透過在晶體生長過程中改變銦含量來調整。產生的光隨後透過封裝的無色透明環氧樹脂圓頂提取，該圓頂也充當透鏡，內部反射器則有助於將光引導成寬廣的發射圖形。

13. 技術趨勢與背景

採用P-LCC及類似表面黏著封裝的LED代表了指示燈應用的主流，由於其與自動化組裝的相容性及更小的佔位面積，已在現代電子產品中很大程度上取代了插件式LED。此領域內的趨勢朝向：

• 更高效率：提高每瓦流明輸出，允許在更低的驅動電流下獲得足夠的亮度，進一步降低功耗。
• 微型化：持續縮小封裝尺寸（例如從0603到0402公制），同時保持或改善光學性能。
• 增強的光學控制：更精密的封裝設計，整合透鏡、反射器與擴散器，直接從封裝產生特定的光束圖形（超廣角、側視、聚焦），減少對二次光學元件的需求。
• 更廣的色域與穩定性：更嚴格的分級公差與改進的螢光粉技術（用於白光LED），確保跨生產批次與元件使用壽命期間一致的色點。
• 改善的可靠性與穩健性：增強的材料與封裝技術，以承受更高的焊接溫度、更嚴苛的環境條件，並提供更好的ESD保護。

67-21系列專注於廣視角與導光管相容性，與將獨立指示燈整合到時尚且現代產品設計中的趨勢非常契合，在這種設計中，光源本身通常隱藏於直接視線之外。