SMD LED 17-21/BHC-AP1Q2/3T 数据手册 - 蓝色 - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 75mW - 英文技术文档

1. 产品概述

本文档详述了一款专为现代电子应用设计的紧凑型表面贴装蓝色LED的规格。该器件采用InGaN（氮化铟镓）半导体芯片，可产生典型主波长为468 nm的蓝光。其主要优势源于其微型SMD（表面贴装器件）封装，这能显著减小PCB（印刷电路板）占用面积，允许更高的元件组装密度，并有助于实现设备的整体小型化。该封装的轻量化特性进一步使其适用于便携式和空间受限的应用场景。

1.1 核心特性与合规性

The LED is supplied on 8mm tape wound onto 7-inch diameter reels, making it fully compatible with automated pick-and-place assembly equipment. It is designed for use with standard infrared and vapor phase reflow soldering processes. The device is a mono-color (blue) type. From a materials and environmental compliance perspective, it is lead-free (Pb-free), conforms to the RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, is compliant with EU REACH regulations, and meets halogen-free standards with limits of Bromine (Br) < 900 ppm, Chlorine (Cl) < 900 ppm, and their sum (Br+Cl) < 1500 ppm.

1.2 目标应用

该LED的典型应用包括仪表盘、开关和符号的背光。在电信领域，它可用作电话、传真机等设备中的指示灯或背光。它也适合用作LCD的平面背光源，以及需要可靠、紧凑蓝色光源的通用指示灯。

2. 技术规格深度解析

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条件。它们不适用于连续工作。绝对最大额定值在环境温度（Ta）为25°C时指定。

• 反向电压（VR）： 5 V。在反向偏置下超过此电压可能导致结击穿。
• 连续正向电流（IF）： 20 mA。
• 峰值正向电流 (IFP): 40 mA，仅在占空比为1/10、频率为1 kHz的脉冲条件下允许。
• 功耗 (Pd): 75 mW。这是器件能够以热量形式耗散的最大功率。
• 静电放电 (ESD) 人体模型 (HBM): 150 V。必须遵循正确的ESD处理程序。
• 工作温度范围 (Topr)： -40°C 至 +85°C。
• 存储温度范围 (Tstg)： -40°C 至 +90°C。
• 焊接温度 (Tsol): 对于回流焊，规定峰值温度为260°C，最长持续10秒。对于手工焊接，烙铁头温度不应超过350°C，每个端子最长持续3秒。

2.2 光电特性

这些参数定义了器件在正常工作条件下的性能，除非另有说明，通常在环境温度Ta=25°C、正向电流(IF)=20 mA的条件下测得。

• Luminous Intensity (Iv): 范围从最小值45.0 mcd到最大值112.0 mcd。表中未指定典型值，它落在与此分级相关的范围内。
• 视角 (2θ1/2)： 半强度角通常为140度，表明其具有宽广的视角范围。
• 峰值波长 (λp): 通常为468 nm。这是光谱功率分布达到最大值时的波长。
• 主波长 (λd): 范围从464.5纳米到476.5纳米。这是感知到的颜色波长。
• 光谱带宽 (Δλ): 通常为25纳米，在半最大强度处测量 (FWHM)。
• 正向电压 (VF): 范围从 2.7 V (最小值) 到 3.7 V (最大值)，在 IF=20mA 时典型值为 3.3 V。
• 反向电流 (IR): 当施加 5V 反向电压 (VR) 时，最大值为 50 µA。该器件并非设计用于反向偏置工作。

重要说明： 光强容差为±11%，主波长为±1 nm，正向电压为±0.1V。反向电压额定值仅适用于IR测试条件。

3. 分档系统说明

为确保生产一致性，LED会根据关键性能参数进行分档。这使得设计人员能够选择满足特定亮度和颜色要求的器件。

3.1 光强分档

分档由代码P1、P2、Q1和Q2定义，每个代码涵盖在IF=20mA条件下以毫坎德拉（mcd）测量的特定光强范围。

• P1: 45.0 – 57.0 mcd
• P2: 57.0 – 72.0 毫坎德拉
• Q1: 72.0 – 90.0 毫坎德拉
• 第二季度： 90.0 – 112.0 毫坎德拉

3.2 主波长分档

波长区间由代码A9至A12定义，每个区间覆盖3纳米范围，确保严格的颜色控制。

• A9： 464.5 – 467.5 nm
• A10: 467.5 – 470.5 nm
• A11: 470.5 – 473.5 纳米
• A12: 473.5 – 476.5 纳米

4. 性能曲线分析

数据手册提供了几条对电路设计和热管理至关重要的特性曲线。

4.1 正向电流与正向电压关系曲线（I-V曲线）

该曲线展示了流经LED的电流与其两端电压之间的非线性关系。正向电压（VF）随电流增加而升高。设计人员利用此曲线，在给定电源电压下确定所需的限流电阻值，以实现目标工作电流（例如20 mA）。典型的3.3V正向电压是一个关键的设计参数。

4.2 相对发光强度与正向电流的关系

此图说明了光输出如何随驱动电流变化。虽然增加电流能提升亮度，但二者并非线性关系，且受最大额定电流和热效应限制。超过绝对最大额定值运行会缩短使用寿命，并可能导致故障。

4.3 相对发光强度与环境温度的关系

LED的光输出与温度相关。该曲线通常表明，随着结温升高，发光强度会下降。理解这种降额特性对于在高温环境下运行的应用至关重要，以确保维持足够的亮度。

4.4 正向电流降额曲线

这是一幅对可靠性至关重要的图表。它显示了最大允许连续正向电流随环境温度变化的函数关系。随着温度升高，最大安全工作电流会相应降低，以防止过热并确保长期性能。设计人员必须确保其工作点位于此降额区域内。

4.5 光谱分布

光谱图绘制了相对辐射功率与波长的关系。它证实了蓝色光发射，峰值波长约为468 nm，典型光谱带宽（Δλ）为25 nm，表明了其色纯度。

4.6 辐射方向图

该极坐标图直观展示了光强的空间分布，证实了其140度的宽广视角。光强已归一化至其最大值（通常位于0度方向，即垂直于发光表面）。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

该LED采用紧凑型表面贴装封装。关键尺寸（单位：毫米，除非另有说明，典型公差为±0.1毫米）包括本体长度2.0毫米、宽度1.25毫米和高度0.8毫米。数据手册提供了一张详细图纸，显示了焊盘布局、端子间距以及阴极标识标记的位置，这对于组装过程中PCB的正确方向至关重要。

5.2 极性识别

必须确保极性正确。封装上带有明显的阴极标记。反向偏置连接可能损坏器件，因为其最大反向电压仅为5V。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

规定了无铅回流焊接温度曲线。关键参数包括：预热阶段温度为150°C至200°C，持续60-120秒；液相线（217°C）以上时间为60-150秒；峰值温度不超过260°C，最长保持10秒；以及可控的升温与降温速率（例如，最大升温速率3°C/秒，最大降温速率6°C/秒）。回流焊接次数不应超过两次。

6.2 手工焊接注意事项

若必须进行手工焊接，需格外谨慎。烙铁头温度必须低于350°C，每个端子的接触时间不得超过3秒。建议使用低功率烙铁（<25W）。为防止热冲击，每个端子焊接后应至少间隔2秒冷却时间。

6.3 存储与潮湿敏感度

LED封装在含有干燥剂的防潮袋中。在准备使用组件前，请勿打开包装袋。开封后，未使用的LED应在温度≤30°C、相对湿度≤60%的条件下储存。开封后的“车间寿命”为168小时（7天）。若超过此时限或干燥剂指示剂已变色，使用前需在60±5°C下烘烤24小时，以去除吸收的湿气，防止回流焊时发生“爆米花”现象。

7. 包装与订购信息

7.1 卷盘与载带规格

元件以压纹载带形式供应，卷盘直径为7英寸。载带宽度为8毫米。每卷盘包含3000件。提供了卷盘、载带凹槽和覆盖带的详细尺寸，以确保与自动送料器兼容。

7.2 标签说明

包装标签包含多个代码：CPN（客户产品编号）、P/N（产品编号）、QTY（包装数量）、CAT（光强分档代码）、HUE（色度/主波长分档代码）、REF（正向电压等级）以及LOT No（用于追溯的批号）。

8. 应用说明与设计考量

8.1 必须进行电流限制

LED是电流驱动器件。在电路设计中，串联限流电阻至关重要。若无此电阻，由于二极管呈指数型的I-V特性，即使电源电压的微小增加也可能导致正向电流大幅、甚至可能造成破坏性增长。

8.2 热管理

尽管封装小巧，但必须考虑其功耗（高达75 mW）以及光输出的负温度系数。为确保最佳性能和长久寿命，尤其是在高环境温度或接近最大电流下工作时，应确保使用足够的PCB铜箔面积或散热过孔来散热。

8.3 光学设计

140度的宽广视角使这款LED适用于需要广角照明或多角度可见的应用。如需聚焦光线，则需要使用次级光学元件（透镜）。其透明树脂封装有助于实现良好的光提取效率。

9. 技术对比与定位

相较于传统的直插式LED，此款SMD类型在组装速度（兼容贴片机）、节省电路板空间以及设计灵活性方面具有显著优势。在SMD蓝光LED类别中，其主要差异点在于其特定的封装尺寸（2.0x1.25mm）、典型的3.3V正向电压、宽视角，以及为亮度和颜色一致性设定的明确分档结构。InGaN芯片技术提供了高效的蓝光发射。

10. 常见问题（基于技术参数）

问：使用5V电源时应选用多大阻值的电阻？
答：根据欧姆定律（R = (Vsupply - Vf) / If）及典型值计算：R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85欧姆。建议选用最接近的标准阻值（如82或91欧姆），并考虑Vf的最小/最大值以确保电流处于限定范围内。

问：能否以30mA驱动此LED以获得更高亮度？
答：不能。其绝对最大持续正向电流为20毫安。超过此额定值会损害可靠性，并可能导致立即或过早失效。如果在高温下工作，请参考降额曲线。

问：LED非常暗。可能是什么问题？
A> First, check polarity. Second, verify the forward current using the voltage drop across the current-limiting resistor. Third, ensure the ambient temperature is not excessively high, as light output decreases with temperature.

问：焊接前是否需要烘烤LED？
A> Only if the moisture-proof bag has been opened for more than 168 hours (7 days) or if the desiccant indicator shows moisture exposure. Follow the specified baking procedure (60°C for 24 hours).

11. 设计与使用案例研究

场景：设计一个带有多个蓝色LED的状态指示面板。
一位设计师需要在控制面板上布置10个均匀的蓝色指示灯。他需要：
1. 从相同的光强等级（例如Q1）和主波长等级（例如A10）中挑选LED，以确保视觉一致性。
2. 在PCB上为每个LED设计一个限流电阻（根据3.3V的典型正向电压Vf计算），以防止电流不均。
3. 布局电路板时，在LED焊盘周围铺设铜箔区域以辅助散热。
4. 指定组装厂使用提供的无铅回流焊温度曲线，并按照指南处理湿敏器件（存储在密封袋中，在车间寿命期内使用）。
这种方法确保了可靠运行、外观一致以及长期性能。

12. 工作原理

该LED基于半导体p-n结的电致发光原理工作。其有源区由InGaN材料构成。当施加超过结内建电势的正向电压时，电子和空穴被注入有源区并在此复合。该复合过程以光子（光）的形式释放能量。InGaN材料的特定带隙能量决定了发射光子的波长，在本例中位于可见光谱的蓝色区域（约468 nm）。水清环氧树脂封装材料用于保护芯片并有助于塑造出光光束。

13. 技术趋势

基于InGaN技术的蓝光LED是固态照明领域一项成熟且基础的技术。它们不仅是蓝色指示灯的关键组件，也是主导通用照明市场的荧光粉转换型白光LED中产生白光的泵浦源。该领域的持续发展聚焦于提升发光效率（每瓦电力输出更多光）、改善使用周期内的颜色一致性和稳定性、增强高温高电流工作条件下的可靠性，以及实现更小封装尺寸以满足超微型应用需求。追求更高效率和更低每流明成本仍然是行业的关键趋势。