67-21系列頂視LED技術資料表 - P-LCC-2封裝 2.0x1.25x1.1mm - 順向電壓1.75-2.35V - 亮紅色 - 60mW

1. 產品概述

67-21系列為採用緊湊型P-LCC-2封裝的表面黏著式頂視LED家族。此元件特點為白色封裝本體與無色透明視窗，使其成為高效能的光學指示器。其關鍵設計特色在於寬廣的視角，這是透過封裝幾何結構與整合式內部反射器所達成。此設計優化了光耦合效率，使LED特別適合搭配導光管使用的應用。元件工作於低電流，使其在對功耗敏感的應用（如可攜式電子產品）中更具吸引力。它符合無鉛（Pb-free）製造標準並遵循RoHS規範。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED系列的主要優勢包括其緊湊的外形尺寸、優異的視角以及與自動化組裝製程的相容性。寬達120度的視角確保了從多個方向的可視性。元件相容於標準的氣相迴焊、紅外線迴焊及波峰焊接製程，有利於大量生產。它以8mm載帶與捲盤形式供貨，符合自動化取放設備的需求。低順向電流需求使其成為電池供電裝置的理想選擇，在這些應用中節能至關重要。目標市場包括通訊設備（例如電話、傳真機）、消費性電子產品、工業控制面板以及需要可靠、低功耗狀態指示的通用指示器應用。

2. 深入技術參數分析

LED的性能是在特定的環境溫度條件下（Ta=25°C）定義的。理解這些參數對於電路設計和確保長期可靠性至關重要。

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。不建議在此極限之外操作。

• 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。
• 峰值順向電流（I_FP）：60 mA，僅在脈衝條件下允許（工作週期1/10，頻率1 kHz）。
• 功率耗散（P_d）：60 mW。這是允許的最大熱功率損耗。
• 靜電放電（ESD）人體放電模式：2000 V。此額定值表示元件對靜電的敏感度；必須遵循適當的ESD處理程序。
• 工作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：對於迴焊，建議峰值溫度為260°C，持續時間不超過10秒。對於手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過350°C，每支接腳最多3秒。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試電流I_F= 20 mA下量測的。

• 發光強度（I_v）：範圍從57 mcd（最小值）到140 mcd（最大值），典型值由分級系統定義。容差為±11%。
• 視角（2θ_1/2）：120度（典型值）。這是發光強度降至峰值一半時的全角。
• 峰值波長（λ_p）：632 nm（典型值）。這是光譜發射最強的波長。
• 主波長（λ_d）：介於617.5 nm與633.5 nm之間，定義了感知顏色（亮紅色）。容差為±1 nm。
• 頻譜頻寬（Δλ）：20 nm（典型值）。這表示發射光的光譜純度。
• 順向電壓（V_F）：在20 mA時介於1.75 V與2.35 V之間，容差為±0.1 V。此參數對於決定所需的限流電阻值至關重要。
• 逆向電流（I_R）：施加5 V逆向偏壓時，最大值為10 μA。

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。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20 mA下量測的發光強度分為四個等級（P2、Q1、Q2、R1）。例如，R1等級包含強度介於112 mcd至140 mcd之間的LED。

3.2 主波長分級

顏色（主波長）分為四個群組（E4、E5、E6、E7），每個群組涵蓋4 nm。例如，A群組的E7等級涵蓋波長從629.5 nm至633.5 nm。

3.3 順向電壓分級

順向電壓在B群組內分為三個等級（0、1、2）。等級0涵蓋1.75V至1.95V，等級1涵蓋1.95V至2.15V，等級2涵蓋2.15V至2.35V。這讓設計師可以為需要並聯串中電流均勻分佈的應用，選擇具有更嚴格電壓容差的LED。

4. 性能曲線分析

資料表提供了數條特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。

4.1 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出隨順向電流增加而增加，但並非線性關係。它強調了在額定電流或接近額定電流下驅動LED以獲得最佳效率的重要性。驅動電流顯著高於額定值會導致亮度增益遞減並產生過多熱量。

4.2 順向電壓 vs. 順向電流

此IV曲線展示了二極體的指數關係。順向電壓隨電流增加而增加。此曲線對於熱管理分析至關重要，因為耗散的功率（V_F* I_F）會產生熱量。

4.3 順向電流降額曲線

此圖表規定了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著環境溫度升高，必須降低最大允許電流，以防止超過接面溫度限制和60 mW的功率耗散額定值。例如，在85°C時，最大連續電流顯著低於25°C時的25 mA額定值。

4.4 相對發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出與溫度相關。此曲線通常顯示隨著環境（以及接面）溫度升高，發光強度會下降。在寬溫度範圍內運作的設計必須考慮此特性。

4.5 頻譜分佈

此光譜圖確認了AlGaInP晶片的單色性質，顯示在紅色區域（約632 nm）有一個明確的主峰，並具有定義的頻寬。

4.6 輻射圖案

此極座標圖直觀地呈現了120度的視角，顯示了光強度的空間分佈。對於此類封裝，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

P-LCC-2封裝具有緊湊的佔位面積。關鍵尺寸包括本體長度約2.0 mm、寬度約1.25 mm、高度約1.1 mm。陰極由封裝上的凹口或綠色標記識別。詳細圖紙為PCB設計指定了焊墊佈局建議，以確保正確焊接和機械穩定性。所有未指定的公差為±0.1 mm。

5.2 標籤說明

元件標籤包含其分級特性的代碼：CAT表示發光強度等級，HUE表示主波長等級，REF表示順向電壓等級。這允許精確的追溯性和選擇。

5.3 捲盤與載帶尺寸

LED以8mm載帶形式供應，捲繞在標準180 mm捲盤上。載帶尺寸（凹槽尺寸、間距）有明確規定，以確保與自動化組裝設備相容。每捲包含2000顆。

5.4 防潮包裝

為延長儲存時間並防止濕氣敏感元件問題，捲盤包裝在鋁箔防潮袋中，內含乾燥劑和濕度指示卡。

6. 焊接與組裝指南

此元件適用於標準SMD焊接製程。

• 迴焊：建議峰值溫度曲線為260°C ±5°C，持續時間不超過10秒。
• 手工焊接：如有必要，烙鐵頭溫度不應超過350°C，每支接腳最多焊接3秒。
• 儲存：密封防潮袋打開後，元件應在指定時間內使用（包裝雖未明確說明但隱含此意），或若暴露於超過安全限度的環境濕度下，應根據標準MSD處理程序進行烘烤。

7. 可靠性與認證

產品經過嚴格的可靠性測試，置信水準為90%，LTPD為10%。標準測試包括：

• 耐迴焊性：可承受260°C以驗證可焊性與封裝完整性。
• 溫度循環：-40°C至+100°C之間進行300次循環。
• 熱衝擊：-10°C至+100°C之間進行300次快速轉換循環。
• 高溫儲存：在100°C下儲存1000小時。
• 低溫儲存：在-40°C下儲存1000小時。

這些測試確保了元件在電子產品常見的嚴苛環境條件下的穩健性。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 狀態指示器：通訊設備、網路硬體和消費性電器中的電源、連線或模式指示燈。
• 背光：LCD面板、鍵盤開關和符號的側光式或直下式背光，通常搭配導光管使用。
• 導光管系統：其寬視角與優化的光耦合效率，使其成為塑膠或壓克力導光棒的理想光源。
• 可攜式/電池供電裝置：由於其低電流消耗，非常適合智慧型手機、平板電腦、遙控器和穿戴式技術。

8.2 設計考量

• 電流限制：務必使用串聯電阻將順向電流限制在所需值（例如，典型亮度為20 mA）。使用公式 R = (V_supply- V_F) / I_F計算電阻值。考慮最壞情況的V_F（最小值）以避免過電流。
• 熱管理：遵循電流降額曲線。對於高環境溫度應用或連續運作，確保足夠的PCB銅箔面積或散熱孔以散熱，特別是在接近最大額定值驅動時。
• ESD保護：在使用者可接觸的應用中，對連接到LED的信號線實施ESD保護。
• 光學設計：使用導光管時，考慮LED的輻射圖案和對準，以最大化耦合效率。

9. 技術比較與差異化

與其他SMD指示器LED相比，67-21系列的主要差異在於其特定的P-LCC-2封裝幾何結構，可產生非常寬廣的120度視角，以及其使用AlGaInP半導體材料來產生亮紅色。與GaAsP等舊技術相比，AlGaInP通常為紅色和琥珀色提供更高的發光效率和更好的溫度穩定性。透明視窗（相對於擴散型）與內部反射器設計的結合提供了更高的軸向發光強度，這對於需要將光高效注入小孔徑的導光管應用非常有益。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

問：使用5V電源時，我應該使用多大的電阻值？

答：在保守設計下，使用最大V_F值2.35V，目標電流20mA：R = (5V - 2.35V) / 0.02A = 132.5Ω。標準的130Ω或150Ω電阻是合適的。務必使用您所選分級元件的實際V_F值來驗證電流。

問：我可以將此LED驅動在30 mA以獲得更高亮度嗎？

答：不行。絕對最大連續順向電流為25 mA。超過此額定值違反規格，會因加速流明衰減而縮短壽命，並有熱損壞的風險。峰值電流（60 mA脈衝）僅適用於短時間的閃爍。

問：溫度如何影響性能？

答：隨著溫度升高，發光強度會下降（參見性能曲線），而順向電壓通常會略微下降。更重要的是，必須根據降額曲線降低最大允許連續電流，以避免過熱。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長（λ_p=632nm）是光譜功率最大的物理波長。主波長（λ_d=617.5-633.5nm）是與LED感知顏色相匹配的單色光波長。主波長對於顏色規格更為相關。

11. 實際應用範例

情境：為路由器設計狀態指示燈面板。

面板有五個LED（電源、網際網路、Wi-Fi、LAN1、LAN2），位於帶有成型導光管的深色壓克力面板後方。選擇67-21亮紅色LED作為電源指示燈。

設計步驟：

1. 電氣：路由器的內部邏輯電源為3.3V。假設典型V_F為2.0V，目標電流15 mA以獲得足夠亮度並降低功耗：R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A ≈ 86.7Ω。選擇82Ω或100Ω電阻。

2. 光學：LED的寬視角確保即使取放設備有輕微的放置誤差，光線也能被導光管的入口面有效捕捉。

3. 熱學：15 mA的工作電流遠低於25 mA的最大值，且路由器機殼內的環境溫度估計為50°C。參考降額曲線，50°C下的允許電流仍高於20 mA，因此設計是安全的。

4. 分級：為確保面板上所有五個指示燈亮度均勻，建議在採購時指定嚴格的發光強度等級（例如Q2或R1）和一致的主波長等級。

12. 工作原理

LED是一種基於磷化鋁鎵銦（AlGaInP）材料的半導體二極體。當施加超過二極體接面電位（對於紅色AlGaInP約為1.8-2.2V）的順向電壓時，電子和電洞分別從n型和p型材料注入主動區。這些電荷載子進行輻射性復合，以光子的形式釋放能量。AlGaInP合金的特定能隙決定了發射光的波長（顏色），在本例中為亮紅色光譜。封裝保護晶片，提供機械保護，容納內部反射器以塑造光輸出，並結合透鏡（透明視窗）來控制光束圖案。

13. 技術趨勢

像P-LCC-2格式這類SMD指示器LED的總體趨勢是追求更高的發光效率（每單位電輸入功率產生更多光輸出），從而在相同感知亮度下實現更低的工作電流，這對於節能設計至關重要。同時，在保持或改善光學性能的基礎上，持續推動小型化。製造製程被優化以提高良率和更嚴格的分級容差，為設計師提供跨生產批次更一致的顏色和亮度。此外，在更高溫度的迴焊曲線下（例如無鉛焊接）增強可靠性以及改進ESD穩健性，已成為現代元件的標準期望。用於紅/橙/琥珀色LED的基礎AlGaInP技術已成熟，但在效率和壽命方面仍持續看到漸進式的改進。