反向贴装SMD蓝色LED数据手册 - EIA封装 - 5mA - 45mcd - 英文技术文档

1. 产品概述

本文档详述了一款采用氮化铟镓（InGaN）半导体材料发蓝光的反向安装、表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED）的规格。该器件采用透明透镜，并封装在符合EIA标准的规格中。其设计适用于自动化组装工艺，包括贴片设备和红外（IR）回流焊接，因此适合大批量生产。该LED被归类为绿色产品，符合RoHS（有害物质限制）指令。

1.1 核心优势

• 反向安装设计： 芯片以特定方向安装，该方向针对某些PCB布局和光提取进行了优化。
• 自动化兼容性： 以8毫米载带、7英寸卷盘形式提供，完全兼容标准自动化贴装和焊接设备。
• 高ESD耐受性： 采用人体模型（HBM）测试，静电放电（ESD）阈值高达8000V，具有良好的操作鲁棒性。
• IC兼容： 电气特性支持由标准逻辑电平集成电路输出直接驱动。
• 兼容无铅工艺： 可承受无铅组装所需的红外回流焊温度曲线。

2. 深入技术参数分析

以下部分详细阐述了该器件的绝对极限和工作特性。除非另有说明，所有参数均在环境温度（Ta）为25°C的条件下规定。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了应力极限，超出此极限可能导致器件永久性损坏。不保证在此极限或低于此极限下运行。

• 功耗 (Pd): 76 mW。器件能够以热量形式耗散的最大总功率。
• 峰值正向电流 (I_FP): 100 mA。允许在脉冲条件下工作（1/10占空比，0.1ms脉冲宽度）。
• 直流正向电流 (I_F): 20 mA。确保可靠运行的最大连续正向电流。
• 工作温度范围 (T_opr): -20°C 至 +80°C。
• 存储温度范围 (T_stg): -30°C 至 +100°C。
• 红外焊接条件： 可承受260°C峰值温度10秒，典型适用于无铅回流焊接工艺。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

这些是标准测试条件下的典型性能参数（I_F = 5 mA，Ta=25°C）。

• 发光强度（I_V): 范围从最小值11.2 mcd到最大值45.0 mcd。典型值取决于具体的分档（参见第3节）。测量时使用经过CIE明视觉响应曲线滤波的传感器。
• 视角（2θ_1/2): 130度。这一宽广的视角表明其发光模式为漫射、非聚焦型，适用于需要宽角度可见性的指示灯和背光应用。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 468 nm。这是光谱功率输出达到峰值时的特定波长。
• 主波长 (λ_d): 465.0 nm 至 475.0 nm。这是人眼感知的、用于定义颜色的单一波长。它源自 CIE 色度图。
• 谱线半宽 (Δλ): 25 nm。该参数表示出射光的光谱纯度或带宽。25nm 是标准蓝色 InGaN LED 的典型值。
• 正向电压 (V_F): 2.65 V 至 3.15 V。这是LED在5 mA驱动电流下的压降。在电路设计中计算限流电阻时必须考虑此范围。
• 反向电流 (I_R): 最大10 μA，当施加0.55V的反向电压 (V_R) 时。 重要提示： 该器件并非设计用于反向偏压工作；此测试条件仅用于漏电流特性表征。

3. 分档系统说明

为确保生产一致性，LED会根据关键参数进行分档。这使得设计人员能够选择满足特定应用对色彩和亮度均匀性要求的器件。

3.1 正向电压分档

分档确保了LED具有相似的压降，这可以简化并联阵列中的电源设计。每档的容差为±0.1V。

• 档位1：2.65V - 2.75V
• 档位2：2.75V - 2.85V
• Bin 3: 2.85V - 2.95V
• Bin 4: 2.95V - 3.05V
• Bin 5: 3.05V - 3.15V

3.2 发光强度分档

此分档根据LED在5 mA电流下的亮度输出进行分组。每档容差为±15%。

• L1: 11.2 mcd - 14.0 mcd
• L2: 14.0 mcd - 18.0 mcd
• M1: 18.0 mcd - 22.4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35.5 mcd - 45.0 mcd

3.3 主波长分档

此项控制蓝光的感知颜色（色调）。每个分档的容差为±1 nm。

• 分档AC：465.0纳米 - 470.0纳米（略带绿色的蓝光）
• 分档AD：470.0纳米 - 475.0纳米（略带纯净的蓝光）

4. 性能曲线分析

尽管数据手册中引用了特定的图形曲线（例如，图1、图6），但其含义对设计至关重要。

4.1 发光强度与正向电流的关系

光输出（I_V）在工作范围内近似与正向电流（I_F）成正比。在5 mA以上驱动LED会增加亮度，但同时也会增加功耗和结温，这可能影响其寿命和波长。20 mA的直流最大值相对于5 mA测试点提供了显著的亮度余量。

4.2 正向电压 vs. Forward Current & Temperature

二极管的正向电压V_F 具有负温度系数；它随着结温的升高而降低。这一特性对于恒流驱动设计非常重要，因为如果限流不当，固定电压源可能导致热失控。必须将25°C下规定的V_F 范围作为指导，并理解其会随工作温度而变化。

4.3 光谱分布

参考光谱图（图1）将显示一个以峰值波长468 nm为中心的高斯状分布，其半高全宽（FWHM）为25 nm。此光谱宽度对于特定波长敏感的应用（例如传感器或混色照明系统）具有重要意义。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封装尺寸与极性

该器件符合标准EIA封装外形。"反向安装"的标识对于PCB焊盘设计至关重要。阴极和阳极位于封装体的特定侧面。机械图纸提供了焊盘布局设计所需的精确尺寸（单位：mm），包括焊盘尺寸和间距，以确保正确的焊接和对位。大多数尺寸的公差为±0.10 mm。

5.2 推荐的焊盘布局

提供推荐的PCB焊盘图形（焊盘几何形状），以确保回流焊过程中形成可靠的焊点。遵循此图形有助于防止立碑现象（元件一端翘起），并确保良好的热连接和电气连接。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 红外回流焊接温度曲线

本文包含针对无铅工艺的推荐回流焊接温度曲线。关键参数包括：

• 预热： 150–200°C 范围。
• 预热时间： 最长120秒，以确保温度稳定和助焊剂活化。
• 峰值温度： 最高260°C。
• 液相线以上时间： 该器件可承受峰值温度最长10秒。回流焊最多应执行两次。

注意： 必须针对具体的PCB组件进行曲线表征，因为板厚、元件密度和焊膏都会影响热传递。

6.2 手工焊接

如需进行手工焊接：

• 烙铁温度： 最高300°C。
• 焊接时间： 每引脚最多3秒。
• 频率： 应仅执行一次，以避免热应力。

6.3 清洁

若需进行焊后清洁：

• 仅使用指定溶剂：常温下的乙醇或异丙醇。
• 浸泡时间应少于一分钟。
• 未指定的化学品可能会损坏LED封装材料（环氧树脂透镜）。

7. Storage & Handling

7.1 ESD 防护措施

尽管其人体模型（HBM）等级为8000V，仍建议采取标准静电防护措施：操作时请使用接地腕带、防静电垫以及正确接地的设备。

7.2 湿度敏感性

该器件的湿度敏感等级（MSL）为2a级。

• 密封袋： 储存条件为温度≤30°C且相对湿度≤90%。在带有干燥剂的原始防潮袋中储存时，保质期为一年。
• 开封后： 储存于≤30°C且≤60%相对湿度条件下。器件暴露于工厂环境后，应在672小时（28天）内进行IR回流焊。
• 长期储存（已开封）： 存放于带有干燥剂的密封容器或氮气干燥器中。
• 重新烘烤： 若暴露时间超过672小时，请在焊接前以约60°C烘烤至少20小时，以去除吸收的湿气，防止回流焊过程中发生“爆米花”现象。

8. Packaging & Ordering

8.1 卷带包装规格

• 载带宽度： 8毫米。
• 卷盘直径： 7英寸。
• 每卷数量： 3000件。
• 最小起订量（MOQ）： 剩余数量最小起订量为500件。
• 口袋覆盖： 空置的口袋用覆盖胶带密封。
• 缺件： 根据规范（ANSI/EIA 481），最多允许连续缺失两个LED。

9. Application Notes & 设计考量

9.1 典型应用场景

• 状态指示灯： 在消费电子产品、家用电器和工业控制面板上，得益于其宽广的视角。
• 背光： 适用于小型LCD显示屏、键盘或薄膜开关。
• 装饰照明： 用于低功率重点照明或标识。
• 传感器激活： 作为光学传感器（接近、物体检测）的光源。

重要免责声明： 此LED适用于普通电子设备。对于故障可能危及生命或健康的安全关键型应用（例如，航空、医疗生命支持、交通控制），其未经评级或不推荐使用。

9.2 电路设计注意事项

1. 电流限制： 务必使用串联电阻或恒流驱动器。使用最大 V_F 从分档值（例如3.15V）和最小电源电压出发，确保即使在最恶劣条件下，电流也绝不会超过绝对最大额定值。
2. 热管理： 虽然功耗较低，但如果工作电流接近最大值或在环境温度较高时，应确保PCB铜层或散热设计充足，以将结温维持在限值以内。
3. 反向电压保护： 由于该器件并非为反向偏置设计，若LED在电路中可能遭受反向电压瞬变，请考虑并联一个保护二极管（阴极对阳极）。

10. 常见问题解答 (FAQs)

10.1 “reverse mount”是什么意思？

反向安装指的是LED半导体芯片在封装内的物理方向。在标准LED中，光线主要从顶部发出。在反向安装设计中，芯片的方向经过优化，以使光线主要从侧面或透过PCB发出，通常用于LED安装在凹槽内或需要特定光路的情况。其PCB焊盘图案将与标准顶视型LED不同。

10.2 我可以持续以20 mA的电流驱动这个LED吗？

是的，20 mA 是绝对最大连续直流正向电流额定值。为了获得最佳寿命和稳定性能，通常的做法是以低于绝对最大值的电流驱动LED，通常在10-15 mA。在高环境温度下工作时，请务必参考降额曲线（如果有）。

10.3 如何解读光强值？

光强（mcd）是衡量特定方向（沿轴线）感知亮度的指标。130度的视角意味着这种亮度在一个非常宽的锥形范围内得以保持。对于需要聚焦光束的应用，则需要次级光学元件（透镜）。分档系统（L1到N2）允许您为设计选择最低亮度。

10.4 为何存储条件如此重要？

SMD元件会吸收空气中的湿气。在高温回流焊接过程中，这些被截留的湿气会迅速汽化，导致内部分层、开裂或“爆米花”现象，从而损坏元件。MSL等级和烘烤说明对于组装良率和可靠性至关重要。

11. 实际设计示例

场景： 为5V电路设计一个简单的上电指示灯。

1. 选择分档： 为计算选择一个光强分档（例如，M1对应18-22.4 mcd）和一个电压分档（例如，分档3对应约2.9V）。
2. 计算串联电阻： 目标 I_F = 10 mA，以平衡亮度和使用寿命。
   R = (V_supply - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω。
   选用标准 220 Ω 电阻。验证额定功率：P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022W，因此使用1/10W或1/8W的电阻即可。
3. PCB布局： 请使用数据手册中建议的焊盘尺寸。根据封装标记图确保极性正确。
4. 装配： 遵循推荐的IR回流焊温度曲线。如果电路板在潮湿环境中组装且未立即使用，若LED从密封包装袋中取出超过28天，请考虑在组装前对其进行烘烤。

12. 技术介绍

该LED基于在衬底（通常是蓝宝石或碳化硅）上生长的InGaN（氮化镓铟）半导体技术。当施加正向电压时，电子和空穴在有源量子阱区域复合，以光子形式释放能量。合金中铟与镓的特定比例决定了带隙能量，从而决定了发射光的峰值波长，本例中位于蓝色光谱范围（约468纳米）。水晶透明环氧树脂透镜封装芯片，提供机械保护，塑造光输出（130度视角），并提升光提取效率。

13. 行业趋势

蓝光LED的发展（其成果荣获2014年诺贝尔物理学奖）是一项基础性突破，它使得白光LED（通过荧光粉转换）和全彩显示成为可能。此类SMD LED的当前趋势聚焦于：

• 提升能效： 更高的发光效率（每瓦特电能输入产生更多的光输出）。
• 小型化： 更小的封装尺寸（例如0201、01005），以实现更高密度的电子元件布局。
• 色彩一致性提升： 对主波长和光强度的分档容差要求更严格，这对于显示背光等应用至关重要。
• 增强的可靠性： 更高的最高工作温度和更强的防潮性能，适用于汽车和工业应用。
• 先进封装： 将多个LED芯片（RGB、白光）集成到单个封装中，或集成内置限流电阻或控制IC（“智能LED”）的封装。