SMD LED 12-21 深红光 1206 封装规格书 - 尺寸 3.2x1.6x1.1mm - 电压 1.75-2.35V - 功率 60mW - 中文技术文档

1. 产品概述

12-21 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。它采用AlGaInP芯片技术，发出典型主波长为650 nm的深红光。其主要优势在于，相比传统的引线式LED，其占板面积显著减小，有助于实现终端产品的小型化。该元件以8mm载带包装在7英寸卷盘上，完全兼容高速自动贴片和焊接设备。它是一种单色、无铅器件，符合RoHS、欧盟REACH及无卤标准（Br <900 ppm， Cl <900 ppm， Br+Cl < 1500 ppm）。

1.1 核心优势与目标市场

小型化的1206封装形式（约3.2mm x 1.6mm）允许更小的印刷电路板（PCB）设计、更高的元件组装密度，并降低存储和运输成本。其轻量化结构使其非常适合便携式和空间受限的应用。主要目标市场包括消费电子、工业控制和汽车内饰，特别是用于仪表盘、开关面板和薄膜键盘的背光功能。它也适用于通信设备（如电话、传真机）中的状态指示灯和通用指示应用。

2. 深入技术参数分析

本节对规格书中定义的关键电气、光学和热学参数提供详细、客观的解读。

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。不保证在此极限或超出此极限的条件下工作。

• 反向电压（V_R）：5V。在反向偏置下超过此电压可能导致结击穿。
• 连续正向电流（I_F）：25 mA。可连续施加的直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP）：60 mA（占空比1/10，1 kHz）。此额定值适用于脉冲操作，可降低平均功耗。
• 功耗（P_d）：在T_a=25°C时为60 mW。最大允许功率损耗，计算公式为V_F* I_F。此额定值会随环境温度升高而降额。
• 静电放电（ESD）：2000V（人体模型）。表明具有中等ESD敏感性；需要采取适当的处理程序。
• 工作与存储温度：-40°C 至 +85°C（工作），-40°C 至 +90°C（存储）。规定了可靠运行和非工作存储的环境范围。
• 焊接温度：回流焊：峰值温度260°C，最长10秒。手工焊接：每个端子最高350°C，最长3秒。这对组装工艺控制至关重要。

2.2 光电特性

在T_a=25°C和I_F=20 mA条件下测量，这些是典型的性能参数。

• 发光强度（I_v）：28.5 至 72.0 mcd（毫坎德拉）。LED的感知亮度。宽范围通过分档系统管理（见第3节）。
• 视角（2θ_1/2）：120度（典型值）。此宽视角提供了适合背光和漫射指示应用的宽广发射模式。
• 峰值波长（λ_p）：650 nm（典型值）。光谱功率分布达到最大值时的波长。
• 主波长（λ_d）：629.5 至 645.5 nm。这是人眼对LED颜色的单波长感知，同样通过分档管理。
• 光谱带宽（Δλ）：20 nm（典型值）。发射光谱在半最大强度（FWHM）处的宽度。
• 正向电压（V_F）：在I_F=20mA时为1.75至2.35 V。LED工作时的压降。较低的V_F可以提高系统效率。
• 反向电流（I_R）：在V_R=5V时最大10 μA。器件反向偏置时的小漏电流。

3. 分档系统说明

为确保生产中的颜色和亮度一致性，LED被分类到不同的档位。12-21 LED采用三个独立的分档标准。

3.1 发光强度分档

根据在20mA下测得的发光强度，LED被分为四个档位（N1， N2， P1， P2）。这使得设计者可以选择适合其应用的亮度等级，确保在多LED阵列中外观均匀。

• 档位 N1：28.5 - 36.0 mcd
• 档位 N2：36.0 - 45.0 mcd
• 档位 P1：45.0 - 57.0 mcd
• 档位 P2：57.0 - 72.0 mcd

3.2 主波长分档

通过将主波长分档为四个代码（E7， E8， E9， E10）来控制颜色一致性。这对于需要精确颜色匹配的应用至关重要。

• 档位 E7：629.5 - 633.5 nm
• 档位 E8：633.5 - 637.5 nm
• 档位 E9：637.5 - 641.5 nm
• 档位 E10：641.5 - 645.5 nm

3.3 正向电压分档

对正向电压进行分档有助于限流电阻计算和管理串联串中的功耗。定义了三个档位（0， 1， 2）。

• 档位 0：1.75 - 1.95 V
• 档位 1：1.95 - 2.15 V
• 档位 2：2.15 - 2.35 V

4. 性能曲线分析

虽然提供的文本未详述具体图表，但此类LED的典型性能曲线将包括以下对设计至关重要的关系：

• I-V（电流-电压）曲线：显示正向电压与电流之间的指数关系。拐点电压约为1.8V。必须使用限流电阻，因为电压略微超过V_F会导致电流大幅、可能具有破坏性的增加。
• 发光强度 vs. 正向电流：强度随电流近似线性增加，直至达到最大额定值。在高于I_F=20mA的条件下工作会增加亮度，但也会增加功耗和结温。
• 发光强度 vs. 环境温度：由于内部量子效率降低和其他热效应，强度通常随环境温度升高而降低。这是高温环境下的关键考量因素。
• 光谱分布：相对强度与波长的关系图，显示峰值在650nm附近，半高宽约20nm，确认了深红光色点。
• 正向电压 vs. 温度： V_F具有负温度系数，意味着它随结温升高而降低。这会影响恒流驱动的稳定性。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸与图纸

该LED符合标准的1206（3216公制）SMD封装尺寸。关键尺寸（单位：mm，除非另有说明，公差为±0.1mm）包括：总长（3.2）、宽度（1.6）和高度（1.1）。图纸规定了阴极识别标记，通常是封装上的绿色条纹或切角。PCB上推荐的焊盘尺寸对于可靠焊接至关重要，通常略大于器件端子以形成适当的焊角。

5.2 极性识别

正确的方向至关重要。阴极在器件上有标记。必须查阅规格书图表以识别此标记（例如，彩色条带、凹口）。极性错误将导致LED不亮，施加超过5V的反向电压可能会损坏它。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

该LED兼容红外和汽相回流焊。规定了无铅温度曲线：

• 预热：150-200°C，持续60-120秒。缓慢加热以最大限度地减少热冲击。
• 液相线以上时间（217°C）：60-150秒。
• 峰值温度：最高260°C，保持不超过10秒。
• 最大升温速率：3°C/秒。
• 最大降温速率：6°C/秒。

重要提示：回流焊不应超过两次，以避免对封装和键合线造成过度的热应力。

6.2 手工焊接说明

如需手动维修：

• 使用烙铁头温度 < 350°C的烙铁。
• 对每个端子加热 < 3秒。
• 使用额定功率 < 25W的烙铁。
• 焊接每个端子之间至少间隔2秒。
• 对于拆卸，建议使用双头烙铁同时加热两个端子，避免机械应力。

手工焊接存在较高的热损伤风险，生产中应避免。

6.3 存储与湿度敏感性

该器件包装在带有干燥剂的防潮袋中。

• 开封前：在≤30°C和≤90% RH条件下存储。
• 开封后（车间寿命）：在≤30°C和≤60% RH条件下为1年。未使用的器件必须重新密封在防潮袋中。
• 烘烤：如果干燥剂指示剂变色或超过存储时间，使用前应在60 ±5°C下烘烤24小时，以去除吸收的水分，防止回流焊时发生“爆米花”现象。

7. 包装与订购信息

7.1 包装规格

LED以压纹载带形式供应在7英寸直径的卷盘上。每卷包含2000片。载带尺寸（口袋尺寸、间距）有明确规定，以确保与自动送料器兼容。卷盘具有特定的轴心、法兰和外径尺寸，以便安装在贴片机上。

7.2 标签说明

卷盘标签包含用于可追溯性和正确应用的关键信息：

• P/N：完整产品编号（例如，12-21/R8C-AN1P2B/2D）。
• QTY：卷盘上的数量。
• CAT（或发光强度等级）：发光强度分档代码（例如，P1）。
• HUE（色度/波长等级）：主波长分档代码（例如，E9）。
• REF（正向电压等级）：电压分档代码（例如，1）。
• LOT No：用于质量追踪的生产批号。

8. 应用设计建议

8.1 典型应用电路

最常见的驱动方法是串联一个限流电阻。电阻值（R_s）使用欧姆定律计算：R_s= (V_电源- V_F) / I_F。使用分档中的最大V_F（例如，档位2为2.35V）可确保即使在最坏情况的LED差异下也有足够的电流。对于5V电源和I_F=20mA：R_s= (5 - 2.35) / 0.02 = 132.5Ω。标准的130Ω或150Ω电阻是合适的。电阻的额定功率应至少为(I_F²* R_s)。

8.2 设计考量与注意事项

• 必须限流：如“注意事项”中强调，绝对需要外部限流机制（电阻或恒流驱动器）。直接连接到电压源会损坏LED。
• 热管理：虽然单个LED仅消耗约60mW，但高密度阵列或在高温环境下的工作需要注意PCB布局以利于散热。避免靠近其他热源。
• ESD保护：在组装过程中实施防静电处理程序。在敏感环境中可能需要电路级的ESD保护。
• 光学设计：120度视角提供了宽广的覆盖范围。对于聚焦光，需要次级光学器件（透镜）。水透明树脂封装适用于可接受芯片颜色或与外部漫射器一起使用的应用。

9. 技术对比与差异化

与较旧的通孔式（例如，3mm， 5mm）红色LED相比，12-21 SMD LED提供：

• 尺寸减小：占板面积和外形尺寸大幅缩小，实现了现代化的小型化设计。
• 自动化兼容性：专为大批量、低成本的表面贴装组装而设计。
• 可靠性提高：SMD封装通常具有更好的到PCB的热路径，并且没有可能导致应力的弯曲引脚。
• 与一些其他SMD红色LED（例如，使用InGaN制造红色的LED）相比，AlGaInP技术通常在红/琥珀色光谱中提供更高的效率和更饱和的颜色。

其主要权衡是，与通孔元件相比，需要更精确的PCB制造和组装工艺。

10. 常见问题解答 (FAQ)

10.1 使用3.3V电源时应选用多大电阻？

使用最大V_F2.35V和目标I_F20mA：R = (3.3 - 2.35) / 0.02 = 47.5Ω。使用标准47Ω电阻。验证电流：I = (3.3 - 2.0[典型值]) / 47 ≈ 27.7mA，这超过了25mA连续额定值。为安全起见，选择68Ω电阻：I = (3.3 - 2.0) / 68 ≈ 19.1mA，这在规格范围内。

10.2 能否使用PWM信号驱动此LED进行亮度控制？

可以。脉宽调制（PWM）是调暗LED的绝佳方法。确保每个脉冲中的峰值电流不超过绝对最大额定值（对于占空比10%的脉冲，I_FP= 60mA）。频率应足够高以避免可见闪烁（通常>100Hz）。

10.3 为什么存储和烘烤信息如此重要？

SMD塑料封装会从空气中吸收水分。在高温回流焊过程中，这些被困住的水分会迅速汽化，产生内部压力，可能导致封装分层或芯片开裂（“爆米花”现象）。存储条件和烘烤程序可防止这种失效模式。

10.4 订购时如何解读分档代码？

为确保产品外观一致，请指定所需的发光强度（CAT）、主波长（HUE）以及可选的正向电压（REF）分档。例如，要求“CAT=P1， HUE=E9”可确保所有LED具有相似的亮度和非常特定的深红色调。如果未指定，您可能会收到生产中的混合档位。

11. 实际应用示例

11.1 汽车仪表盘开关背光

在此应用中，多个12-21 LED被放置在仪表盘上半透明的开关帽或符号后面。120度的宽视角确保符号上的照明均匀。它们通常以并联串的形式驱动，每个串都有自己的限流电阻，来自车辆的12V系统（通过稳压器）。-40°C至+85°C的工作范围适合汽车内饰环境。波长（HUE分档）的一致性在这里至关重要，以匹配其他内饰照明的颜色。

11.2 网络路由器状态指示灯

单个LED可用于指示电源或网络活动。它由微控制器的GPIO引脚驱动。电路包括一个串联电阻（根据MCU的3.3V或5V输出计算），如果MCU引脚不能直接提供20mA电流，可能还需要一个晶体管。深红色非常醒目。SMD封装允许其非常靠近路由器外壳上的小型指示灯窗口放置。

12. 工作原理简介

12-21 LED是一种半导体光子器件。其核心是由AlGaInP（铝镓铟磷）材料制成的芯片。当施加超过二极管结电势（∼1.8V）的正向电压时，电子和空穴被注入到有源区，在那里它们复合。在这种材料体系中，这种复合能量的很大一部分以光子（光）的形式释放，而不是热量。AlGaInP层的特定成分决定了带隙能量，这直接定义了发射光的波长（颜色）——在本例中，是约650 nm的深红光。水透明环氧树脂封装保护芯片，提供机械保护，并作为初级透镜将光输出塑造成120度的模式。

13. 技术趋势与背景

1206 SMD LED代表了一种成熟且广泛采用的封装技术。当前LED封装趋势正朝着更小的占板面积（例如，0805， 0603， 0402）发展，以实现超小型化和更高密度的阵列。还有一个强劲的趋势是芯片级封装（CSP），它取消了传统的塑料封装，以实现最小尺寸和最佳热性能。对于红光发射，虽然AlGaInP仍然效率很高，但荧光粉转换LED和新型半导体材料的开发仍在继续。此外，对于高级照明应用，将控制电子器件（例如，恒流驱动器、PWM控制器）直接集成到LED封装中（“智能LED”）正变得越来越普遍。12-21 LED位于市场中一个成熟、成本优化的细分领域，因其可靠性、简单性和与标准SMT工艺的兼容性而备受推崇。

14. 应用限制免责声明

本产品设计用于一般商业和工业应用。未专门认证或保证可用于以下高可靠性或安全关键系统：

• 军事或航空航天设备
• 汽车安全系统（例如，刹车灯、安全气囊控制器）
• 医疗生命支持设备

在此类应用中，需要使用具有扩展温度范围、增强可靠性测试和不同认证流程的不同产品。本文档中的规格仅保证在所述极限内以及作为独立单元的组件的性能。系统级性能和可靠性是终端产品设计者的责任。