67-21系列頂視LED規格書 - P-LCC-2封裝 - 1.75-2.35V - 25mA - 紅/橙/綠/藍/黃 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

67-21系列是一系列專為通用指示燈與背光應用所設計的頂視LED家族。這些元件採用緊湊的P-LCC-2（塑膠引腳晶片載體）封裝，具有白色本體與無色透明視窗。此設計旨在提供廣闊的視角，使LED特別適合需要從多個角度都能看見光源的應用，例如導光管。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，而本規格書所描述的特定型號為採用AlGaInP晶片材料的亮紅色變體。此系列的一個關鍵優勢是其低電流需求，這使其成為電池供電或對功耗敏感的便攜式設備的絕佳選擇。

1.1 核心特點與優勢

67-21系列LED的主要特點使其在現代電子製造中具有多功能性與易用性。P-LCC-2表面黏著封裝便於使用標準貼片設備進行自動化放置，顯著提高了組裝效率與一致性。封裝設計包含內部反射器，可優化光耦合與輸出，從而提升亮度與均勻度。此外，這些LED採用無鉛（Pb-free）成分製造，並符合RoHS（有害物質限制）指令，滿足當前的環保與法規標準。它們與多種焊接製程相容，包括氣相迴焊、紅外線迴焊與波峰焊，為生產線設置提供了靈活性。元件以8mm載帶與捲盤形式供應，這是自動化組裝線的標準包裝，確保了製造過程中的順暢處理與供料。

1.2 目標應用與市場

憑藉其可靠的性能與緊湊的外形，67-21系列LED在廣泛的應用領域中均有使用。一個主要市場是電信領域，在電話、傳真機等設備中，它們用作狀態指示燈以及按鍵或顯示器的背光。它們也常用於LCD的平面背光，以及照亮控制面板上的開關與符號。其廣闊的視角與高效的光耦合特性，使其成為導光管應用的理想選擇，這類應用需要將光線從LED引導至設備外部的可見點。最後，其通用性質使其適用於消費性電子產品、工業控制、汽車內飾與家電中無數的其他指示功能。

2. 技術參數分析

本節對規格書中指定的關鍵電氣、光學與熱參數提供詳細、客觀的解讀。理解這些數值對於正確的電路設計與確保長期可靠性至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致LED永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。最大反向電壓（V_R）為5V，表示LED可承受高達此水平的短暫反向偏壓。連續順向電流（I_F）額定值為25 mA。對於脈衝操作，在1 kHz頻率、1/10工作週期下，允許60 mA的峰值順向電流（I_FP）。最大功耗（P_d）為60 mW，由順向電壓與電流計算得出。該元件可承受依據人體模型（HBM）標準的2000V靜電放電（ESD），這是基本元件處理的標準等級。操作溫度範圍（T_opr）為-40°C至+85°C，儲存溫度（T_stg）則略寬，為-40°C至+90°C。

2.2 電氣光學特性

電氣光學特性是在25°C環境溫度與10 mA順向電流的標準測試條件下量測。對於亮紅色變體，發光強度（I_v）具有典型值，最小值為36 mcd，最大值為90 mcd。視角（2θ1/2）定義為強度降至峰值一半時的角度，為寬廣的120度。峰值波長（λ_p）典型值為632 nm，而主波長（λ_d）範圍為621 nm至631 nm。頻譜頻寬（Δλ）典型值為20 nm。在10 mA電流下，順向電壓（V_F）範圍從最小值1.75V到最大值2.35V，典型值隱含在此範圍內。當施加5V反向偏壓時，反向電流（I_R）保證為10 μA或更低。

2.3 熱特性與焊接特性

熱管理透過順向電流降額曲線間接處理，該曲線顯示當環境溫度超過25°C時，最大允許連續順向電流必須如何降低。規格書指定了焊接溫度曲線，以防止組裝過程中的熱損壞。對於迴焊，LED可承受最高260°C的峰值溫度長達10秒。對於手工焊接，烙鐵頭溫度350°C最多允許3秒。遵守這些準則對於保持塑膠封裝與內部打線的完整性至關重要。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。67-21系列針對發光強度、主波長與順向電壓採用分級系統。

3.1 發光強度分級

發光強度被分為數個等級，以N2、P1、P2、Q1等代碼標識。每個等級定義了在10 mA電流下量測的、以毫燭光（mcd）表示的特定最小與最大強度值範圍。例如，Q1等級涵蓋72 mcd至90 mcd的強度。設計師可以選擇特定的等級代碼，以確保其應用達到最低亮度水準。

3.2 主波長分級

與感知顏色相關的主波長也進行分級。等級如FF1和FF2，定義了以奈米（nm）為單位的緊密範圍。例如，FF1等級涵蓋621 nm至626 nm的波長，FF2則涵蓋626 nm至631 nm。這允許在單一產品中跨越多個LED進行精確的色彩匹配，對於要求外觀均勻的應用至關重要。

3.3 順向電壓分級

順向電壓在主群組B下分為標記為0、1、2的群組。群組0涵蓋1.75V至1.95V，群組1涵蓋1.95V至2.15V，群組2涵蓋2.15V至2.35V。了解電壓等級對於設計高效的限流電路可能很重要，特別是在電池供電設備中，每一毫伏都至關重要。

4. 性能曲線分析

規格書包含數條典型特性曲線，可更深入地了解LED在不同條件下的行為。

4.1 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出與電流並非線性比例關係。它在較低電流時快速增加，但在較高電流時趨於飽和。這種非線性對於PWM（脈衝寬度調變）調光設計很重要，其中平均電流控制亮度。

4.2 順向電壓 vs. 順向電流 & 順向電流降額

V-I曲線展示了二極體的指數關係。降額曲線對可靠性至關重要；它規定當環境溫度超過25°C時，必須降低最大允許連續順向電流，以防止過熱與加速劣化。

4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度 & 頻譜分佈

強度 vs. 溫度曲線顯示，光輸出通常隨著溫度升高而降低，這是大多數LED的特性。頻譜分佈圖確認了光的單色性質，以峰值波長為中心，並具有指定的頻寬。

4.4 輻射圖

此極座標圖直觀地確認了寬廣的120度視角，顯示了光強度在空間中的分佈方式。對於此類封裝，其圖案通常是朗伯型或接近朗伯型。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸與公差

LED封裝具有特定尺寸，包括本體尺寸、引腳間距與總高度。圖示顯示了典型的P-LCC-2佔位面積。除非另有說明，尺寸公差為±0.1 mm，這是模製塑膠元件的標準公差。陰極通常由封裝上的標記或特定的引腳形狀來識別。

5.2 載帶與捲盤規格

為便於自動化組裝，LED以8mm寬的載帶纏繞在捲盤上供應。規格書提供了載帶凹槽、間距與捲盤軸心的詳細尺寸。每捲包含2000個元件。正確的捲盤尺寸對於與貼片機上的自動化供料器系統相容是必要的。

5.3 防潮包裝

元件包裝在防潮鋁箔袋中，內部附有乾燥劑。包含一張濕度指示卡（HIC），用以顯示袋內濕度是否已超過安全水平。此包裝對於防止在高溫迴焊過程中發生爆米花現象或分層至關重要，若塑膠封裝吸收了濕氣，就可能發生此類問題。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理與焊接對於良率與可靠性至關重要。這些LED與氣相、紅外線迴焊及波峰焊製程相容。必須遵循指定的迴焊曲線，峰值溫度260°C持續10秒。對於手工焊接，溫度控制在350°C的烙鐵接觸引腳時間不得超過3秒。元件應儲存在其原始防潮袋中直至使用。一旦打開袋子，若濕度指示卡顯示警告，則應在焊接前按照標準IPC/JEDEC指南對零件進行烘烤。

7. 可靠性測試

規格書列出了一系列全面的可靠性測試，這些測試在特定條件下進行，置信水準為90%，批允許不良率（LTPD）為10%。測試包括迴焊耐受性、溫度循環（-40°C至+100°C）、熱衝擊、高低溫儲存、高電流（20mA）下的直流操作壽命，以及高溫/高濕（85°C/85% RH）測試。每項測試均在22個樣品上進行指定時長（例如1000小時），且不允許任何失效（Ac/Re = 0/1）。通過這些測試表明產品堅固耐用，適合要求嚴苛的應用。

8. 應用設計考量

8.1 電路設計

當從電壓源驅動LED時，必須使用限流電阻。電阻值（R）計算公式為 R = (V_supply - V_F) / I_F，其中 V_F 是LED的順向電壓（為安全設計請使用最大值），I_F 是所需的順向電流（不得超過25 mA DC）。例如，使用5V電源，在20 mA下V_F為2.35V，則 R = (5 - 2.35) / 0.02 = 132.5 Ω（可使用130 Ω或150 Ω標準值）。對於反向電壓保護，特別是在交流耦合或穩壓不良的電路中，可以考慮使用並聯保護二極體，儘管LED本身可承受高達5V的反向電壓。

8.2 熱管理

雖然LED本身功耗低，但適當的PCB佈局有助於散熱。確保連接到LED散熱墊（如有）或引腳的焊盤具有足夠的銅箔面積以作為散熱片。避免同時在絕對最大電流與溫度下操作；請參考降額曲線。

8.3 光學整合

對於導光管應用，LED應精確定位在導光管輸入表面下方。廣闊的視角有助於將更多光線捕捉到導光管中。考慮潛在的光泄漏，必要時使用不透明屏障以防止相鄰指示燈之間的串擾。透明無色的視窗確保了最小的色彩失真。

9. 比較與區別

與更簡單的徑向引腳LED相比，67-21系列提供了表面黏著技術（SMT）的顯著優勢，實現了更小、更輕且更自動化的組裝。其寬廣的120度視角優於許多窄視角的SMT LED，使其特別適合導光管與廣區域指示。與某些具有較高V_F的藍色或白色LED相比，其低順向電壓（特別是在較低等級中）有利於低電壓電池操作。全面的分級系統提供了比未分級或分級寬鬆的通用LED更好的色彩與亮度一致性。

10. 常見問題解答（FAQ）

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長（λ_p）是頻譜功率分佈達到最大值時的波長。主波長（λ_d）是與LED感知顏色相匹配的單色光波長。對於像此紅色LED這樣的窄頻譜LED，兩者通常非常接近，但λ_d對於色彩規格更為相關。

10.2 我可以在沒有限流電阻的情況下驅動此LED嗎？

不可以。LED是電流驅動元件。將其直接連接到電壓源將導致過量電流流過，迅速超過最大額定值（25 mA）並損壞元件。始終需要串聯電阻或恆流驅動器。

10.3 如何解讀捲盤或袋子上的標籤？

標籤包含CAT（發光強度等級）、HUE（主波長等級）和REF（順向電壓等級）的代碼。這些直接對應於第3.1、3.2和3.3節中概述的分級代碼。例如，標籤顯示CAT: Q1, HUE: FF2, REF: 1，則指定了一個來自最高亮度等級（72-90 mcd）、較高波長等級（626-631 nm）與中間電壓等級（1.95-2.15V）的LED。

10.4 此LED適合戶外使用嗎？

-40°C至+85°C的操作溫度範圍涵蓋了大多數戶外條件。然而，該封裝並未特別針對防水或高抗紫外線能力進行評級。對於直接戶外暴露，需要額外的環境保護（如披覆塗層、密封外殼）以防潮、防塵與防止陽光劣化。

11. 實際應用案例

情境：為網路路由器設計狀態指示燈面板。面板有多個需要點亮的圖示（電源、網際網路、Wi-Fi）。PCB上空間有限。67-21系列LED是理想的選擇。其SMT P-LCC-2封裝相較於穿孔式LED節省了空間。寬廣的120度視角確保了房間內從各個角度都能清楚看到圖示。為每個圖示設計了導光管，將安裝在主PCB上的LED光線引導至前面板。設計師選擇來自相同強度（例如P2）與波長（例如FF2）等級的LED，以確保所有指示燈的亮度與顏色均勻。每個LED使用帶有限流電阻的簡單驅動電路，連接到路由器微控制器的GPIO引腳進行個別控制。低電流消耗（例如每個LED 10 mA）最大限度地減輕了系統電源供應的負載。

12. 技術原理介紹

發光二極體（LED）是透過電致發光發光的半導體元件。當順向電壓施加於p-n接面時，來自n型區域的電子與來自p型區域的電洞在主動層中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由所用半導體材料的能隙能量決定。67-21系列紅色LED使用AlGaInP（磷化鋁鎵銦）晶片，這是生產高效率紅、橙、黃光的常見材料系統。塑膠封裝用於保護脆弱的半導體晶粒，為引腳提供機械結構，並包含一個透鏡或圓頂來塑造光輸出光束，從而形成廣視角的特性。

13. 產業趨勢與發展

LED產業持續朝著更高效率、更小封裝與更高整合度的方向發展。雖然67-21系列代表了一項成熟可靠的技術，但指示燈LED的趨勢包括開發更小的外形尺寸（例如晶片級封裝）、在更低電流下實現更高亮度，以及在單一封裝中更廣泛地採用多色（RGB）LED以實現動態色彩指示。業界也越來越重視改善色彩一致性，並由製造商直接進行更嚴格的分級，以減少終端使用者的校準需求。此外，對永續性的追求推動了在元件整個生命週期中進一步減少材料使用與能源消耗。67-21系列中所體現的廣視角、可靠性能與自動化組裝相容性等原則，仍然是這些進步的基礎。