67-21系列頂視LED規格書 - 封裝尺寸3.2x2.8x1.9mm - 順向電壓1.75-2.35V - 亮黃色 - 100mW功率 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

67-21系列代表了一款專為指示燈與背光應用設計的表面黏著頂視LED家族。此特定型號，以其亮黃色發光之料號後綴標識，採用緊湊且符合業界標準的P-LCC-2封裝，旨在提供可靠的性能。該元件採用白色封裝本體與無色透明視窗，這有助於實現其廣視角特性，並使其特別適合與導光管搭配使用，將光線引導至面板或顯示器上的特定區域。

此LED的核心優勢在於其優化的光學設計。封裝內的內部反射器提升了光耦合效率，確保了明亮且均勻的光輸出。此外，其低順向電流需求使其成為電池供電或對功耗敏感的攜帶式設備的理想選擇，在這些應用中，最小化能耗至關重要。該元件完全符合無鉛製造要求並遵循RoHS指令，適用於具有嚴格環保法規的全球市場。

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條件，並非正常操作範圍。

• 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):50 mA。可持續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):120 mA。此為最大允許的脈衝電流，在1 kHz頻率、1/10工作週期下定義。對於涉及短暫、高強度閃光的應用至關重要。
• 功率消耗 (P_d):100 mW。這是封裝能以熱形式消耗的最大功率，計算方式為順向電壓 (V_F) 乘以順向電流 (I_F)。
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM):2000 V。此額定值表示LED對靜電的敏感度。組裝過程中需遵循適當的ESD處理程序。
• 操作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。保證元件能符合其電氣與光學規格的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度:此元件可承受峰值溫度為260°C、持續時間最長10秒的迴焊，或350°C、持續時間最長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量測：環境溫度25°C，順向電流 (I_F) 為20 mA，此為典型工作點。

• 發光強度 (I_V):範圍從最小值140 mcd到最大值360 mcd。典型值落在此範圍內，具體亮度由分級流程決定。
• 視角 (2θ_1/2):120度 (典型值)。這是發光強度降至其最大值（軸向）一半時的全角。廣視角是需要在離軸位置也能清晰可見的應用的關鍵特性。
• 峰值波長 (λ_p):591 nm (典型值)。光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d):588.5 nm 至 594.5 nm。這是人眼對LED顏色的單一波長感知，是顏色分級的主要參數。
• 頻譜頻寬 (Δλ):15 nm (典型值)。發射光譜在其最大功率一半處的寬度 (半高全寬 - FWHM)。
• 順向電壓 (V_F):在 I_F=20mA 時為 1.75 V 至 2.35 V。LED導通時兩端的電壓降。此範圍對於設計限流電路很重要。
• 逆向電流 (I_R):在 V_R=5V 時最大為 10 μA。LED處於逆向偏壓時的極低漏電流。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。67-21系列採用三維分級系統。

3.1 主波長分級 (色調)

這決定了黃色的精確色調。分級以群組"B"及代碼D4和D5標示。

• 分級 D4:主波長從 588.5 nm 至 591.5 nm。
• 分級 D5:主波長從 591.5 nm 至 594.5 nm。

這些分級界限的容差為 ±1nm。

3.2 發光強度分級 (亮度)

這決定了亮度等級。分級由代碼 R2、S1、S2 和 T1 定義。

• 分級 R2:140 mcd 至 180 mcd。
• 分級 S1:180 mcd 至 225 mcd。
• 分級 S2:225 mcd 至 285 mcd。
• 分級 T1:285 mcd 至 360 mcd。

發光強度的容差為 ±11%。

3.3 順向電壓分級 (電壓)

這將具有相似電氣特性的LED分組，可簡化電源設計。分級以群組"B"及代碼0、1和2標示。

• 分級 0: V_F從 1.75 V 至 1.95 V。
• 分級 1: V_F從 1.95 V 至 2.15 V。
• 分級 2: V_F從 2.15 V 至 2.35 V。

順向電壓的容差為 ±0.1V。

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條特性曲線，對於理解LED在不同條件下的行為至關重要。

4.1 相對發光強度 vs. 環境溫度

此曲線顯示LED的光輸出隨著環境溫度升高而降低。在最高操作溫度+85°C時，相對發光強度顯著低於25°C時。在預期會有高環境溫度的設計中，例如汽車應用或靠近發熱元件處，必須考慮此熱降額效應。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

I-V曲線是非線性的，這是二極體的典型特性。它顯示了流經LED的電流與其兩端電壓之間的關係。此曲線對於選擇合適的限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。對於此元件，曲線開始導通的"膝點"約在1.6V至1.8V之間。

4.3 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出隨順向電流增加而增加，但並非完全線性，特別是在較高電流時。它也突顯了在絕對最大額定值內操作的重要性；以超出其指定規格的電流驅動LED，不會帶來成比例的亮度增加，反而會產生過多熱量，縮短使用壽命。

4.4 光譜分佈圖

光譜圖顯示一個以約591 nm為中心的單一主峰，確認了亮黃色。窄頻寬表示良好的色純度。在深紅或綠色區域的發射極少，這對於純黃色指示燈是理想的。

4.5 輻射模式圖

極座標圖直觀地確認了120°的廣視角。強度分佈大致為朗伯分佈（類似餘弦），意味著正面觀看時最亮，並隨著視角錐邊緣逐漸減弱。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED封裝於P-LCC-2（塑膠有引線晶片載體）封裝中。關鍵尺寸包括本體尺寸約為3.2mm x 2.8mm，高度為1.9mm。封裝具有兩個用於表面黏著的翼形引腳。陰極通常由封裝上的凹口或綠色標記識別。規格書中提供了容差為±0.1mm的詳細尺寸圖，供PCB焊盤設計使用。

5.2 極性辨識

正確的極性對於操作至關重要。封裝包含視覺標記。陰極 (-) 引腳通常由封裝本體上的綠點或小凹口指示。設計師必須將封裝圖與建議的PCB焊盤圖進行交叉比對，以確保陽極和陰極焊盤方向正確。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊製程參數

此元件相容於氣相迴焊和紅外線迴焊製程。建議的溫度曲線峰值溫度為260°C，超過此溫度的時間不應超過10秒。這是無鉛（SnAgCu）錫膏的標準曲線。應控制預熱和冷卻速率，以最小化封裝上的熱應力。

6.2 手工焊接

若需手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過350°C，且與每個引腳的接觸時間應限制在最多3秒。可在焊點與封裝本體之間的引腳上使用散熱器，以保護LED晶片免受過熱影響。

6.3 儲存條件

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"現象（封裝開裂）。一旦密封袋被打開，元件應在指定時間內（通常在工廠條件下為168小時）使用，或根據濕度敏感等級（MSL）規範重新烘烤，該規範應向製造商索取。

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。每捲包含2000個元件。提供了載帶凹槽和捲盤的詳細尺寸，以確保與自動貼片設備的相容性。

7.2 標籤說明與料號編碼

捲盤標籤包含用於追溯性和正確組裝的關鍵資訊：

• CAT:發光強度分級代碼（例如：S1, T1）。
• HUE:主波長分級代碼（例如：D4, D5）。
• REF:順向電壓分級代碼（例如：0, 1, 2）。
• 料號（PN）、客戶料號（CPN）、數量（QTY）以及用於追蹤的批號。

完整料號（例如：67-21/Y2C-BR2T1B/2T）編碼了系列、顏色、亮度分級以及製造商系統特定的其他屬性。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 汽車電子:儀表板儀器、開關和控制面板的背光。廣視角和在寬廣溫度範圍內的可靠性使其適合此嚴苛環境。
• 通訊設備:電話、傳真機和網路硬體中的狀態指示燈和鍵盤背光。
• 消費性電子產品:攜帶式設備、家電和影音設備中的電源指示燈、按鍵照明和狀態燈。
• 通用面板指示燈:任何需要明亮、可靠且緊湊的狀態指示燈的應用。

8.2 設計考量

• 電流限制:務必使用串聯電阻或恆流驅動器來設定順向電流。使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F 計算電阻值。使用規格書中的最大 V_F值，以確保即使在元件間存在差異時，電流也不會超過限制。
• 熱管理:雖然功率消耗低，但仍需確保PCB上有足夠的銅箔面積或散熱孔（如果存在散熱焊盤），以導走熱量，特別是在高環境溫度應用或以較高電流驅動時。
• 導光管耦合:對於導光管應用，應將LED盡可能靠近導光管的入口放置。廣視角有助於捕捉更多光線，但精確對準仍然是最大化效率和在輸出端實現均勻照明的關鍵。
• ESD保護:如果LED可直接被用戶接觸（例如在前面板上），應在輸入線路上實施ESD保護。在處理和組裝過程中，請遵循標準的ESD預防措施。

9. 技術比較與差異化

67-21系列透過幾個關鍵特性在SMD指示燈LED市場中脫穎而出。相較於較舊、較小的封裝（如0402或0603），由於其更大的晶片和優化的內部反射器，它提供了顯著更高的光輸出和更寬的視角。與其他P-LCC-2封裝相比，其亮黃色（基於高效率的AlGaInP材料）、明確的分級結構以確保一致性，以及適用於迴焊的穩健規格，使其成為量產的可靠選擇。其低順向電壓需求在電池供電設計中也是一個明顯優勢，因為它減少了電源所需的電壓餘裕，可能延長電池壽命。

10. 常見問題解答 (基於技術參數)

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長 (λ_p) 是LED發射最多光功率的物理波長。主波長 (λ_d) 是一個計算值，代表在人眼看來具有相同顏色的單色光波長。主波長與顏色感知更相關，並用於分級。

10.2 我可以在沒有電阻的情況下，直接用3.3V電源驅動這顆LED嗎？

不，不建議這樣做，這很可能會損壞LED。LED是電流驅動元件。若沒有電流限制機制（電阻或主動驅動器），將其直接連接到像3.3V這樣的電壓源，將導致過量電流流過，遠遠超過50mA的最大額定值，從而立即導致過熱和故障。

10.3 為什麼在高溫下發光強度會降低？

這是半導體光源的基本特性。隨著溫度升高，半導體材料內的非輻射復合過程變得更加主導，降低了內部量子效率（每個電子產生的光子數量）。這導致在相同驅動電流下光輸出降低。

10.4 如何為我的應用選擇合適的分級？

選擇取決於您的需求：

• 若需產品中多個LED的顏色一致性，請指定嚴格的HUE分級（例如：僅D4）。
• 若需亮度一致性，請指定嚴格的CAT分級（例如：僅T1以獲得最高亮度）。
• 若需在恆壓系統中簡化電源設計，指定嚴格的REF分級（例如：僅分級1）可確保更可預測的電流消耗。

請與元件供應商諮詢特定分級組合的供應情況和成本影響。

11. 實務設計案例研究

情境:為一款攜帶式醫療設備設計狀態指示燈。指示燈必須在各種照明條件下清晰可見，消耗最小功率以最大化電池壽命，並能承受偶爾使用消毒劑清潔。

實作:選擇67-21亮黃色LED。設計一個導光管，將安裝在主PCB上的LED光線引導至設備密封前面板上的一個小視窗。這保護了LED免受物理接觸和液體影響。驅動電路使用微控制器的GPIO引腳、一個連接到3.3V電源的100Ω限流電阻，產生的順向電流約為 (3.3V - 2.0V)/100Ω = 13mA，完全在安全工作區內。這提供了充足的亮度，同時最小化了功耗。LED的廣視角確保導光管被有效填充，在面板上呈現均勻的光暈。

12. 工作原理簡介

此LED基於磷化鋁鎵銦（AlGaInP）半導體晶片。當施加超過二極體導通閾值的順向電壓時，電子從n型區域注入，電洞從p型區域注入到主動區域。這些電荷載子復合，以光子（光）的形式釋放能量。AlGaInP合金的特定成分決定了半導體的能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）。對於亮黃色，能隙對應於能量約為2.1 eV（波長~590 nm）的光子。產生的光線然後從晶片頂部提取出來，並由P-LCC-2封裝的內部反射器和透明環氧樹脂透鏡進行塑形和導向。

13. 技術趨勢與發展

像67-21系列這樣的SMD指示燈LED的總體趨勢是朝向更高效率（每毫安培電流產生更多光輸出），這允許實現更亮的指示燈或更低的功耗。同時也致力於改善顏色一致性，並從晶圓到晶圓實現更嚴格的分級。封裝技術持續演進，未來的潛在發展包括針對空間受限應用的更薄外形，以及具有更高熱導率的材料，以更好地管理高驅動電流下的熱量。此外，與板上控制整合，例如在同一封裝內整合用於PWM調光或顏色序列的微型IC，是更廣泛LED市場中一個日益增長的趨勢，儘管這可能更適用於多色或可定址LED，而非標準單色指示燈。