SMD LED 19-21/G6C-AL1M2LY/3T 规格书 - 尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 电压 1.7-2.3V - 亮黄绿色 - 中文技术文档

1. 产品概述

19-21/G6C-AL1M2LY/3T 是一款表面贴装器件（SMD）LED，专为需要紧凑尺寸、高可靠性和一致性能的现代电子应用而设计。该器件属于 19-21 封装系列，以其微型封装尺寸为特点，是空间受限设计的理想选择。

1.1 核心优势与产品定位

这款 LED 的主要优势在于其尺寸相比传统的引线框架型元件显著减小。这种微型化为设计者和制造商带来了多项关键益处：

• 更小的电路板尺寸：允许更紧凑的 PCB 布局。
• 更高的封装密度：可在单块电路板上放置更多元件，从而增加功能性。
• 减少存储空间：元件及其包装（7英寸卷盘上的8mm载带）的物理尺寸更小，优化了物流和库存管理。
• 轻量化设计：极轻的重量对于便携式和微型应用至关重要，因为每一克都需精打细算。
• 制造兼容性：该器件完全兼容标准自动贴装设备和主流焊接工艺，包括红外和汽相回流焊，便于大规模生产。

1.2 合规性与环保标准

本产品设计时充分考虑了现代环保和安全法规，确保获得广泛的市场认可：

• 无铅：不含铅制造，符合 RoHS（有害物质限制）指令。
• 无卤：符合无卤要求，溴（Br）和氯（Cl）含量均低于 900 ppm，且其总和低于 1500 ppm。
• REACH 合规：遵守欧盟关于化学品注册、评估、授权和限制的 REACH 法规。

2. 技术规格与客观解读

本节对规格书中定义的器件电气、光学和热学参数进行详细、客观的分析。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。在可靠设计中，不应保证在或超过这些极限的条件下工作，并应予以避免。

• 反向电压（V_R）：5V。在反向偏置下超过此电压可能导致结立即击穿。
• 连续正向电流（I_F）：25 mA。连续工作的最大直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP）：60 mA（占空比 1/10 @1kHz）。适用于短脉冲工作，但不适用于直流。
• 功耗（P_d）：60 mW。在 Ta=25°C 时封装可耗散的最大功率。在更高的环境温度下必须降额使用。
• 静电放电（ESD）HBM：2000V。衡量器件抗静电能力的指标，根据人体模型（HBM）分类为 2 级。
• 工作温度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。可靠工作的环境温度范围。
• 存储温度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接温度：规定了组装时的热曲线极限。
  • 回流焊：峰值温度 260°C，最长 10 秒。
  • 手工焊：烙铁头温度 350°C，每个焊端最长 3 秒。

2.2 光电特性 (Ta=25°C)

这些是在标准测试条件（I_F= 5mA）下测得的典型性能参数。

• 发光强度（I_v）：范围从 11.5 mcd（最小值）到 28.5 mcd（最大值），典型容差为 ±11%。这定义了感知亮度。
• 视角（2θ_1/2）：100 度（典型值）。这种宽视角使其适用于 LED 可能无法正面观看的应用。
• 峰值波长（λ_p）：575 nm（典型值）。光谱发射最强的波长。
• 主波长（λ_d）：569.5 nm 至 577.5 nm。此参数与感知颜色（亮黄绿色）更密切相关，并受分档影响。
• 光谱带宽（Δλ）：20 nm（典型值）。最大强度一半处（半高宽）的发射光谱宽度。
• 正向电压（V_F）：在 I_F=5mA 时为 1.70V 至 2.30V，典型容差为 ±0.05V。此范围对于限流电阻计算至关重要。
• 反向电流（I_R）：在 V_R=5V 时最大为 10 μA。规格书明确指出，该器件并非为反向工作而设计；此参数仅用于测试目的。

3. 分档系统说明

为确保生产中的颜色和亮度一致性，LED 会被分档。本器件使用三个独立的分档参数。

3.1 发光强度分档

LED 根据其在 I_F=5mA 下测得的发光强度进行分组。分档代码（L1, L2, M1, M2）代表从 11.5-14.5 mcd（L1）到 22.5-28.5 mcd（M2）的递增亮度等级。设计者可以选择特定分档以满足亮度要求。

3.2 主波长分档

此分档确保颜色一致性。主波长以 2nm 为步长进行分档，分档代码从 C16（569.5-571.5nm）到 C19（575.5-577.5nm）。选择更窄的分档可以使阵列中多个 LED 的颜色外观更加均匀。

3.3 正向电压分档

正向电压以 0.1V 为步长进行分档，从代码 19（1.70-1.80V）到代码 24（2.20-2.30V）。了解 V_F分档有助于优化限流电路设计以提高效率，并确保多个 LED 并联驱动时亮度一致。

4. 性能曲线分析

规格书提供了几条特性曲线，对于理解器件在非标准条件下的行为至关重要。

4.1 相对发光强度 vs. 正向电流

该曲线显示光输出与电流不成线性比例。它随电流增加而增加，但在较高电流下可能饱和或效率降低。在接近最大额定电流（25mA）下工作可能不会带来成比例的亮度增益，反而会增加热量。

4.2 相对发光强度 vs. 环境温度

LED 效率随结温升高而降低。该曲线通常显示，随着环境温度从 25°C 向最高工作温度（+85°C）升高，光输出会下降。这在高温环境下的设计中必须加以考虑。

4.3 正向电流降额曲线

这是热管理的关键图表。它显示了最大允许连续正向电流与环境温度的函数关系。随着 Ta 升高，最大 I_F必须降低，以防止结温超过安全限值并保持长期可靠性。

4.4 光谱分布与辐射模式

光谱分布图确认了以 575nm 为中心的单色黄绿光输出。辐射图（极坐标图）直观地展示了 100 度视角，显示了光强的角度分布。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

19-21 封装的标称尺寸为长 2.0mm、宽 1.25mm、高 0.8mm（除非另有说明，公差为 ±0.1mm）。规格书包含详细的尺寸图，显示了焊盘布局、元件轮廓和阴极标识标记。基于此图进行准确的焊盘设计对于正确焊接和对齐至关重要。

5.2 极性标识

如封装图所示，阴极在器件上有明确标记。贴装时必须确保极性正确，以保证电路正常工作。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

提供了详细的无铅回流焊温度曲线：

• 预热：150-200°C，持续 60-120 秒。
• 液相线以上时间（217°C）：60-150 秒。
• 峰值温度：最高 260°C。
• 峰值时间：最长 10 秒。
• 加热/冷却速率：加热最大 6°C/秒，冷却最大 3°C/秒。

6.2 关键注意事项

• 限流：必须使用外部限流电阻。LED 是电流驱动器件；正向电压的微小变化会导致电流的巨大变化，从而导致快速失效（烧毁）。
• 回流次数：回流焊不应超过两次，以防止过度的热应力。
• 机械应力：在加热过程中或焊接后弯曲 PCB 时，避免对 LED 本体施加应力。
• 手工焊接：如有必要，使用烙铁头温度 ≤350°C、功率 ≤25W 的烙铁，每个焊端焊接时间 ≤3 秒。焊端之间需有 ≥2 秒的冷却间隔。手工焊接损坏风险较高。
• 返修：焊接后尽量避免返工。如果绝对必要，请使用双头烙铁同时加热两个焊端，并均匀抬起元件，以防止焊盘损坏。

7. 存储与潮湿敏感度

此元件对潮湿敏感。处理不当会导致回流焊过程中因吸收的水分快速汽化而引起“爆米花”现象（封装开裂）。

• 未开封包装袋：在准备使用前，请勿打开防潮屏障袋。
• 车间寿命：开封后，如果在 ≤30°C 和 ≤60% 相对湿度下存储，LED 必须在 168 小时（7 天）内使用。
• 重新烘烤：如果超过存储时间或干燥剂指示剂显示饱和，则在使用前需要在 60±5°C 下烘烤 24 小时。
• 重新包装：未使用的 LED 应重新密封在防潮袋中，并放入新的干燥剂。

8. 包装与订购信息

8.1 标准包装

器件以防潮包装提供：

• 载带：8mm 宽载带。
• 卷盘：7 英寸直径卷盘。
• 数量：每卷盘 3000 片。
• 包装：包含干燥剂，并密封在带有适当标签的铝箔防潮袋中。

8.2 标签说明

卷盘标签包含用于追溯和识别的关键信息：

• CPN：客户产品编号。
• P/N：制造商产品编号（例如，19-21/G6C-AL1M2LY/3T）。
• QTY：包装数量。
• CAT：发光强度分档代码（例如，L1, M2）。
• HUE：色度/主波长分档代码（例如，C17, C19）。
• REF：正向电压分档代码（例如，20, 23）。
• LOT No：生产批号，用于追溯。

9. 应用建议

9.1 典型应用场景

• 背光：由于其宽视角和一致的颜色，非常适合仪表盘指示灯、开关背光以及 LCD 和符号的平面背光。
• 通信设备：电话、传真机和其他通信设备中的状态指示灯和键盘背光。
• 通用指示：消费电子、家电和工业控制中的电源状态、模式指示和其他通用视觉反馈。

9.2 设计考量

• 电流驱动：始终使用串联电阻或恒流驱动器。使用公式 R = (V_电源- V_F) / I_F 计算电阻值，使用分档或规格书中的最大 V_F，以确保在最坏情况下电流不超过限值。
• 热管理：对于在高环境温度或接近最大电流下连续工作的应用，需考虑 PCB 布局以利于散热。避免将 LED 放置在其他热源附近。
• ESD 防护：在组装过程中实施标准的 ESD 处理程序。虽然器件具有 2kV HBM 防护，但在高 ESD 风险环境中可能需要额外的电路级保护。
• 光学设计：如果需要更聚焦的光束，宽视角可能需要导光板或扩散片。透明树脂透镜提供了良好的光提取效果。

10. 技术对比与差异化

与老式的通孔 LED 或更大的 SMD 封装相比，19-21 提供了微型化与性能的引人注目的组合。其主要差异化在于其在低功耗指示灯 LED 类别中非常小的 2.0x1.25mm 封装尺寸，以及其使用的 AlGaInP 半导体材料，该材料在黄绿光谱范围内提供了高效率和饱和的色彩。与某些其他微型化封装相比，它保持了相对标准的焊盘布局和稳健的潮湿敏感度等级，使其成为自动化组装的可靠选择。

11. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以直接用 3.3V 或 5V 逻辑电源驱动这个 LED 吗？

答：不行。您必须始终使用限流电阻。例如，使用 3.3V 电源，在 5mA 下典型 V_F为 2.0V，则需要电阻为 (3.3V - 2.0V) / 0.005A = 260Ω。为保守设计，应始终使用规格书中的最大 V_F（2.3V）计算：(3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200Ω。

问：为什么存储和烘烤程序如此重要？

答：SMD 元件会吸收空气中的水分。在高温回流焊过程中，这些水分会迅速变成蒸汽，产生足够的内压使环氧树脂封装开裂（“爆米花”现象），导致立即或潜在的失效。

问：分档代码对我的设计意味着什么？

答：如果您的应用需要统一的外观（例如，LED 阵列），您应该为主波长（HUE）和发光强度（CAT）指定窄分档。对于单个指示灯，标准分档通常就足够了。如果您要并联驱动多个 LED 以确保电流均匀分布，正向电压（REF）分档会有所帮助。

12. 实际设计与使用案例

场景：为便携式设备设计一个多指示灯状态面板。

设计师需要 5 个相同的黄绿色 LED，在一个小型电池供电设备上显示电池、连接和模式状态。

1. 元件选择：选择 19-21 LED 是因为其尺寸小、功耗低且颜色合适。
2. 分档规格：为确保所有 5 个 LED 看起来完全一致，设计师在采购订单上为 CAT（例如，仅 M1）和 HUE（例如，仅 C18）指定了单一的窄分档。
3. 电路设计：设备由 3.0V 纽扣电池供电。使用最大 V_F 2.3V 和目标 I_F 5mA（以获得足够的亮度和较长的电池寿命），计算限流电阻：R = (3.0V - 2.3V) / 0.005A = 140Ω。选择标准的 150Ω 电阻。
4. PCB 布局：紧凑的 19-21 封装尺寸允许 5 个 LED 紧密放置在一起。丝印上的阴极标记确保了正确的方向。
5. 组装：工厂收到卷盘，在生产线准备就绪前将其存储在密封袋中。PCB 使用指定的温度曲线进行一次回流焊。
6. 结果：得益于正确的分档选择和电路设计，最终产品拥有一个干净、专业的外观指示灯面板，LED 亮度均匀、颜色一致。

13. 工作原理简介

这款 LED 基于铝镓铟磷（AlGaInP）半导体技术。当施加超过二极管结电势的正向电压时，电子和空穴分别从 n 型和 p 型材料注入有源区。这些载流子复合，以光子的形式释放能量。AlGaInP 合金的具体成分决定了带隙能量，进而定义了发射光的波长（颜色）——在本例中为亮黄绿色（约 575nm）。透明环氧树脂封装料保护半导体芯片，充当透镜以塑造光输出，并增强芯片的光提取效率。

14. 技术趋势与背景

19-21 封装代表了电子行业向微型化和表面贴装技术发展的持续趋势。从有引线封装转向此类 SMD，实现了自动化、高速的拾放组装，通过消除手工焊接步骤，显著降低了制造成本并提高了可靠性。AlGaInP 材料的使用代表了相对于 GaAsP 等旧技术的进步，提供了更高的发光效率和更鲜艳、饱和的色彩。此外，符合无铅、无卤和 REACH 标准反映了整个行业向环境可持续制造工艺和材料的转变，这已成为进入全球市场的关键要求。