SMD LED 27-21/GHC-YR1S2M/3C 数据手册 - 2.0x1.25x0.8mm - 最大3.95V - 95mW - 亮绿色 - 英文技术文档

1. 产品概述

27-21 SMD LED是一款紧凑型表面贴装器件，专为高密度电子组装而设计。其主要优势在于，与传统引线框架型LED相比，其占板面积显著减小，从而实现更小的印刷电路板（PCB）设计、更高的元件封装密度，并最终使终端用户设备更为紧凑。该器件重量轻，特别适用于微型化和空间受限的应用场景。

The core technology utilizes an InGaN (Indium Gallium Nitride) semiconductor chip encapsulated in a water-clear resin, which emits a brilliant green light. It is a mono-color type LED, supplied in a format compatible with standard automated pick-and-place assembly equipment. The product is compliant with major environmental and safety directives, being Pb-free, RoHS compliant, EU REACH compliant, and halogen-free (with Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, and Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 主要特性与优势

• 小型化： 可实现更小的电路板设计和更高的封装密度。
• 自动化友好： 采用8毫米载带包装，卷盘直径为7英寸，兼容自动贴装系统。
• 强大的工艺兼容性： 适用于红外回流焊和气相回流焊工艺。
• 环境合规性： 符合无铅、RoHS、REACH及无卤素标准。

2. 技术参数深度解析

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性损坏的极限。不保证在达到或超过这些极限的条件下工作。

• Reverse Voltage (V_R): 5 V - 可施加的最大反向电压。
• 正向电流 (I_F): 25 mA - 最大连续直流正向电流。
• 峰值正向电流 (I_FP): 100 mA - 在占空比为1/10、频率为1 kHz的条件下，允许的最大脉冲正向电流。
• Power Dissipation (P_d): 95 mW - 在环境温度（T_a25°C。
• 静电放电 (ESD) 人体模型 (HBM)： 150 V - 表示对ESD具有中等敏感度；需要采取适当的操作程序。
• 工作温度 (T_opr): -40°C 至 +85°C - 确保可靠运行的周围环境温度范围。
• Storage Temperature (T_stg): -40°C 至 +90°C。
• 焊接温度 (T_sol): 回流焊：峰值温度260°C，最长10秒。手工焊接：每个引脚最高350°C，最长3秒。

2.2 光电特性

这些参数是在标准测试条件 T_a=25°C 和 I_F除非另有说明，均为20 mA。它们定义了LED的光学和电气性能。

• 发光强度 (I_v): 112 至 285 mcd（毫坎德拉）。未指定典型值，表明其性能通过后文所述的分档系统进行管理。
• 视角 (2θ_1/2): 130度（典型值）。这种宽广的视角使其适用于指示灯和背光应用，在这些应用中，从不同角度的可见性非常重要。
• 峰值波长 (λ_p): 518 nm（典型值）。光谱发射最强的波长。
• 主波长 (λ_d): 520至535纳米。这是人眼对LED颜色的单波长感知。
• 光谱带宽（Δλ）： 35纳米（典型值）。这是发射光谱在其最大强度一半处的宽度（半高宽，FWHM）。
• 正向电压（V_F): 2.75至3.95伏特，电流为I_F=20 mA。该范围对电路设计至关重要，尤其对于限流电阻的计算而言。
• 反向电流 (I_R): 在V电压下最大50微安_R=5V。

重要说明： 数据手册规定了关键参数的容差：发光强度（±11%）、主波长（±1 nm）和正向电压（±0.1 V）。同时明确警告，反向电压条件仅用于测试目的，LED不应在反向偏压下工作。

3. 分档系统说明

为确保生产中的颜色和亮度一致性，LED会按性能等级进行分类。该设备采用三维分级系统。

3.1 光强分级

等级由代码R1、R2、S1和S2定义，其最小和最大光强值在I处测量。_F=20 mA。

• R1： 112 - 140 mcd
• R2： 140 - 180 毫坎德拉
• S1: 180 - 225 毫坎德拉
• S2: 225 - 285 毫坎德拉

3.2 主波长分档

分档由代码X、Y和Z定义，用于控制绿色的精确色调。

• X: 520 - 525 nm
• Y: 525 - 530 nm
• Z: 530 - 535 纳米

3.3 正向电压分档

分档由代码 5、6、7 和 8 定义，这对于设计均匀的电流驱动电路至关重要，尤其是在多个 LED 并联连接时。

• 5: 2.75 - 3.05 V
• 6: 3.05 - 3.35 V
• 7: 3.35 - 3.65 V
• 8: 3.65 - 3.95 V

4. 性能曲线分析

数据手册引用了典型的光电特性曲线，这对于理解器件在非标准条件下的行为至关重要。虽然提供的文本中未详述具体的图表，但它们通常包括：

• 相对发光强度与环境温度关系图： 展示了光输出如何随着结温升高而下降。这对于高功率或高环境温度应用中的热管理至关重要。
• 相对发光强度与正向电流关系图： 阐述了驱动电流与光输出之间的非线性关系。在超过推荐电流的条件下工作会导致效率降低并加速器件老化。
• 正向电压 vs. 正向电流（I-V 曲线）： 展示了指数关系，强调了限流电路的必要性。电压的微小增加可能导致电流的大幅、甚至具有破坏性的增长。
• 光谱分布： 相对强度与波长的关系图，显示峰值位于约518纳米处，带宽约为35纳米，证实了其亮绿色的色点。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

27-21 SMD LED采用紧凑的矩形封装。关键尺寸（单位为毫米，除非另有说明，一般公差为±0.1mm）包括总长、总宽、总高，以及焊盘间距和尺寸。这些尺寸对于PCB焊盘图案设计至关重要，以确保正确的焊接和对准。极性由封装上的标记指示，该标记必须与PCB封装上的对应标记对齐。

5.2 极性识别

正确的极性对器件工作至关重要。数据手册的封装图会标明阴极（负极）端子，通常封装上会有缺口、圆点或斜边等视觉标记。PCB 封装设计必须包含此标记，以防装配错误。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

本器件兼容无铅回流焊工艺。为防止热冲击和损坏，推荐温度曲线至关重要：

• 预热： 150–200°C 下保持 60–120 秒。
• Time Above Liquidus (TAL)： 在 217°C 以上保持 60–150 秒。
• 峰值温度： 最高260°C，持续时间不超过10秒。
• 升温速率： 每秒最高6°C。
• 高于255°C的时间： 最长30秒。
• 冷却速率： 最大每秒3°C。

关键限制： 同一器件不应进行超过两次回流焊接。

6.2 手工焊接

若必须进行手工焊接，则务必极其小心：

• 使用烙铁头温度低于350°C的烙铁。
• 每个端子接触时间限制在3秒或以内。
• 使用额定功率为25W或更低的烙铁。
• 焊接每个端子之间至少间隔2秒，以便冷却。

6.3 存储与湿度敏感性

LED封装在带有干燥剂的防潮阻隔袋中。

• 开启前： 储存条件：温度≤30°C，相对湿度≤60%。
• 车间寿命： 打开防潮袋后，必须在168小时（7天）内使用元器件。
• 重新烘烤： 若超过车间寿命或干燥剂指示剂变色，需在回流焊接前以60±5°C烘烤24小时。

6.4 维修与返工

强烈不建议在焊接后进行维修。如不可避免，必须使用专用的双头烙铁同时加热两个引脚，以防止焊点受到机械应力。维修过程中损坏LED的可能性很高，应事先进行评估。

7. 包装与订购信息

7.1 封装规格

本器件以卷带包装形式供货，适用于自动化组装。

• 载带宽度： 8 mm。
• 卷盘直径： 7英寸。
• 每卷数量： 3000件。
• Moisture-Sensitive Level (MSL): 由7天车间寿命和烘烤要求所暗示，通常对应MSL 3。

7.2 标签说明

卷盘标签包含用于追溯和正确应用的关键信息：

• P/N: Product Number (e.g., 27-21/GHC-YR1S2M/3C).
• CAT: 发光强度等级（例如，S2）。
• HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., Y).
• 参考： 正向电压等级（例如：6）。
• 批号： 用于追溯的生产批号。

8. 应用建议与设计考量

8.1 典型应用场景

• 背光照明： 因其宽广的视角和一致的颜色，非常适合仪表盘指示灯、开关照明以及LCD和符号的平面背光。
• 电信设备： 电话、传真机等设备中的状态指示灯和键盘背光。
• 通用指示： 任何需要紧凑、可靠、高亮度绿色指示器的应用。

8.2 关键设计考量

1. 电流限制是强制要求： LED是电流驱动器件。必须始终使用一个外部限流电阻与LED串联。电阻值根据欧姆定律计算：R = (V_supply - V_F) / I_F. 使用最大V_F 从容器或数据手册中获取，以确保在最坏情况下电流不超过25 mA。
2. 热管理： 尽管功耗较低，但维持较低的结温是确保长期可靠性和稳定光输出的关键。若在高温环境或接近最大电流下工作，需确保PCB具有足够的铜箔面积或散热过孔。
3. ESD保护： 在操作和组装过程中实施标准静电放电防护措施。若应用环境易产生静电放电，可考虑在敏感线路上添加瞬态电压抑制二极管或电阻。
4. 一致性分档： 对于要求外观均匀的应用（例如多LED阵列），应指定严格的光强和主波长分档范围。使用同一生产批次的LED可进一步提升一致性。

9. Technical Comparison and Differentiation

27-21 SMD LED 主要通过其在尺寸、性能和可靠性特性之间的平衡实现差异化。

• 对比更大的引线框架LED： 大幅减小了封装尺寸和重量，有助于实现现代微型化设计。SMD封装形式支持更快速、更可靠的自动化组装。
• 与其他SMD绿色LED对比： 130度视角、InGaN芯片带来的亮绿色发光特性，以及全面的环保合规性（无卤、符合REACH法规）这三者的独特结合，使其非常适合那些优先考虑这些因素的各种消费类和工业类应用。
• 集成合规性： 预先符合全球主要法规（RoHS、REACH、无卤素）的要求，降低了集成商的认证负担，为在受监管市场中运营提供了显著优势。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1: 为什么限流电阻是绝对必需的？
A1: LED的I-V特性是指数型的。正向电压略微超过典型值就会导致电流急剧增加，可能瞬间超过25 mA的绝对最大额定值并损坏器件。电阻提供线性、可预测的压降以稳定电流。

Q2: 我能否使用3.3V电源不接电阻驱动此LED？
A2: 不能。即使3.3V在V_F 范围（2.75-3.95V），实际V_F 未经分选，特定LED的具体值未知。3.3V电源可能将3.3V电压直接施加到V_F 为3.0V的LED上，导致电流过大。务必使用串联电阻。

Q3: 如果拆封后超出7天车间寿命会怎样？
A3：塑料封装会吸收湿气。在回流焊接过程中，这些湿气会迅速膨胀，导致内部分层或“爆米花”现象，从而使封装开裂并引发故障。在60°C下烘烤24小时可去除这些吸收的湿气。

Q4：为什么回流焊接限制在两次循环？
A4：每次回流循环都会使器件承受显著的热应力。多次循环可能会降低内部引线键合的强度、削弱焊点或损坏半导体芯片本身，从而降低可靠性。

11. 实际应用案例分析

场景：为消费电子设备设计一个多指标状态面板。

1. 需求： 10个统一的亮绿色LED，用于“电源开启”和“模式激活”指示灯。
2. 设计步骤：
   • 电路设计： 现有5V电源。使用最大V_F 为3.95V，目标I_F 为20 mA，计算R = (5V - 3.95V) / 0.02A = 52.5Ω。选择最接近的标准值（例如56Ω）。重新计算实际电流：I_F = (5V - 3.2V_典型值) / 56Ω ≈ 32 mA (过高)。使用更实际的典型 V_F 为 3.2V 重新计算：R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω。这样可得到在 V_F=3.95V 时的 17.8 mA 和 V_F=3.2V)。选用91Ω或100Ω的电阻较为合适。
   • PCB布局： 放置LED时需注意极性对齐。若指示灯需从一定角度观察，应为130度视角锥体预留足够间距。
   • 采购： 向分销商明确指定严格的筛选条件：例如，CAT=S2 (225-285 mcd) 和 HUE=Y (525-530 nm)，以确保所有10个指示灯的亮度和颜色一致性。建议要求提供同一 LOT No. 的元器件。
   • 组装： 严格遵循回流焊温度曲线。开封密封袋后，请在7天内使用LED。

12. 工作原理介绍

发光二极管（LED）是一种通过电致发光过程将电能直接转换为光的半导体器件。27-21 LED的核心是由InGaN（氮化铟镓）半导体材料制成的芯片。当正向电压施加于该半导体的P-N结时，来自N型材料的电子与来自P型材料的空穴在活性区内复合。这种复合以光子（光粒子）的形式释放能量。发射光的特定波长（颜色）由半导体材料的带隙能量决定。InGaN的带隙对应于蓝绿光谱范围的光。在此器件中，通过调整材料成分，可产生峰值波长约为518 nm的亮绿色光。水透明环氧树脂封装材料用于保护芯片，同时也充当透镜，将光输出塑造成指定的130度视角。

13. 技术趋势与背景

在固态照明更广泛的发展进程中，27-21 LED代表了一项成熟且被广泛采用的技术。影响该产品领域的关键趋势包括：

• 持续微型化： 对更小、更薄、功能更丰富的电子设备的追求，推动了LED封装尺寸的持续缩小（例如0201、01005规格），同时保持或提升光学性能。
• 提升效率与亮度： 外延生长和芯片设计的持续改进带来了更高的发光效率（单位电输入产生更多光输出），使得在相同封装尺寸下可实现更低功耗或更高亮度。
• 色彩一致性与先进分档： 显示和汽车应用的需求正推动更严格的分档容差，以及采用更复杂的多参数分档（例如将光通量、波长和正向电压组合为单一代码），以实现大型阵列的完美均匀性。
• 功能集成： 将控制电路（如恒流驱动器）或多色芯片（RGB）集成到单个封装中的趋势，以简化系统设计并减少PCB占用面积。
• 可靠性与严苛环境适用性： 开发在高温和高湿度环境下性能更优的LED，将其应用扩展至汽车、工业和户外领域。本数据手册中强调的环保合规性（无卤、REACH）是对全球监管趋势的直接响应。

虽然27-21是一个标准组件，但其设计体现了行业对可靠性、合规性以及性能的要求，并以紧凑、可自动化的形式呈现。