SMD LED 25-21/BHC-AR1S2E/2A 블루 데이터시트 - 패키지 2.5x2.1mm - 전압 2.75-3.65V - 전력 75mW - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

25-21/BHC-AR1S2E/2A는 InGaN(인듐 갈륨 나이트라이드) 반도체 칩을 활용하여 청색광을 생성하는 표면 실장 장치(SMD) 발광 다이오드(LED)입니다. 이 부품은 고밀도 보드 조립을 위해 설계된 LED 클래스에 속하며, 소형화 및 자동화 생산 공정에서 상당한 이점을 제공합니다.

이 LED의 핵심 장점은 컴팩트한 크기입니다. 약 2.5mm x 2.1mm의 크기로 인해 더 작은 인쇄 회로 기판(PCB) 설계, 더 높은 부품 실장 밀도가 가능하며, 궁극적으로 더 작은 최종 사용자 장비 개발에 기여합니다. 가벼운 구조는 공간과 무게가 중요한 제약 조건인 응용 분야에 이상적입니다.

이 제품은 단색(청색) 타입 LED입니다. 무연(Pb-free) 재료로 제작되었으며, EU RoHS(유해물질 제한) 지침 및 REACH(화학물질 등록, 평가, 허가 및 제한)를 포함한 주요 환경 규정을 준수합니다. 또한 할로겐 프리로 분류되며, 브롬(Br)과 염소(Cl) 함량이 지정된 한도(Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm) 이하로 유지됩니다. 제품은 현대적 제조에 적합한 형태로 공급되며, 자동 피크 앤 플레이스 장비 사용에 적합한 7인치 직경 릴에 감긴 8mm 테이프에 포장됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

이 섹션은 데이터시트에 정의된 주요 전기적, 광학적 및 열적 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다. 이러한 한계값과 전형값을 이해하는 것은 신뢰할 수 있는 회로 설계에 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 정상 작동 조건이 아닙니다.

• 역방향 전압 (VR): 5V5V를 초과하는 역방향 바이어스 전압을 가하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 연속 순방향 전류 (IF): 20mA이는 장기 신뢰성을 보장하고 지정된 광학 성능을 유지하기 위해 연속 작동에 권장되는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (IFP): 100mA이 정격은 펄스 작동(1kHz에서 듀티 사이클 1/10)을 허용합니다. 더 높은 밝기의 짧은 버스트가 필요한 응용 분야에 유용하지만, 순간적으로도 초과해서는 안 됩니다.
• 전력 소산 (Pd): 75mW이는 주변 온도(Ta) 25°C에서 패키지가 열로 소산할 수 있는 최대 전력량입니다(순방향 전압 x 순방향 전류로 계산). 이 한계를 초과하면 과열 위험이 있습니다.
• 작동 및 보관 온도:장치는 주변 온도 -40°C에서 +85°C 범위에서 작동할 수 있으며, -40°C에서 +90°C 범위의 온도에서 보관할 수 있습니다.
• 정전기 방전 (ESD):인체 모델(HBM) 정격은 150V입니다. 이는 ESD에 대한 중간 정도의 민감도를 나타내며, 취급 시 표준 ESD 예방 조치가 필요함을 의미합니다.
• 납땜 온도:패키지는 최대 260°C의 피크 온도에서 최대 10초 동안 리플로우 납땜을 견딜 수 있으며, 단자당 350°C에서 최대 3초 동안 핸드 납땜을 견딜 수 있습니다.

2.2 전기-광학 특성

이러한 파라미터는 표준 테스트 조건(Ta=25°C, IF=20mA)에서 측정되며 장치의 성능을 정의합니다.

• 광도 (Iv):최소 112 밀리칸델라(mcd)에서 최대 285 mcd까지 범위입니다. 넓은 범위는 빈닝 시스템(후술)을 통해 관리됩니다. 전형값은 지정되지 않으며, 이 빈 범위 내 어딘가에 속합니다.
• 시야각 (2θ1/2):광도가 피크 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도는 전형적으로 60도입니다. 이는 LED의 빔 확산을 정의합니다.
• 피크 파장 (λp):광 출력이 최대가 되는 파장은 전형적으로 468 나노미터(nm)로, 가시 스펙트럼의 청색 영역에 위치합니다.
• 주 파장 (λd):이는 인간의 눈이 인지하는 단일 파장으로, 464.5 nm에서 476.5 nm까지 범위입니다. 이 또한 빈닝 대상입니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):전형적으로 25 nm이며, 이는 피크 파장 주변에서 방출되는 파장의 확산을 나타냅니다.
• 순방향 전압 (VF):20mA로 구동 시 2.75V에서 3.65V까지 범위입니다. 이 변동은 전압 빈닝 시스템으로 관리됩니다. 특정 유닛의 실제 VF와 공급 전압에 따라 전류를 제어하기 위해 LED와 직렬로 전류 제한 저항을 사용해야 합니다.
• 역방향 전류 (IR):5V 역방향 바이어스가 인가될 때 최대 50 마이크로암페어(μA)입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

대량 생산에서 일관성을 보장하기 위해 LED는 주요 성능 파라미터를 기준으로 분류(빈닝)됩니다. 이를 통해 설계자는 밝기, 색상 및 전압에 대한 특정 요구사항을 충족하는 부품을 선택할 수 있습니다.

3.1 광도 빈닝

LED는 20mA에서 측정된 광도에 따라 네 개의 빈(R1, R2, S1, S2)으로 분류됩니다.

• 빈 R1:112 mcd ~ 140 mcd
• 빈 R2:140 mcd ~ 180 mcd
• 빈 S1:180 mcd ~ 225 mcd
• 빈 S2:225 mcd ~ 285 mcd

각 빈 코드 내 광도에는 ±11%의 허용 오차가 적용됩니다.

3.2 주 파장 빈닝

LED는 청색의 색조를 제어하기 위해 네 개의 빈(A9, A10, A11, A12)으로 분류됩니다.

• 빈 A9:464.5 nm ~ 467.5 nm
• 빈 A10:467.5 nm ~ 470.5 nm
• 빈 A11:470.5 nm ~ 473.5 nm
• 빈 A12:473.5 nm ~ 476.5 nm

각 빈 코드 내 주 파장에는 ±1nm의 허용 오차가 적용됩니다.

3.3 순방향 전압 빈닝

LED는 전류 조정 회로 설계를 돕기 위해 세 개의 전압 빈(5, 6, 7)으로 그룹화됩니다.

• 빈 5:2.75V ~ 3.05V
• 빈 6:3.05V ~ 3.35V
• 빈 7:3.35V ~ 3.65V

각 빈 코드 내 순방향 전압에는 ±0.1V의 허용 오차가 적용됩니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 전형적인 전기-광학 특성 곡선을 언급하지만, 제공된 텍스트에는 특정 그래프가 포함되어 있지 않습니다. 표준 LED 동작을 기반으로 할 때, 이러한 곡선은 일반적으로 설계에 중요한 다음 관계를 설명할 것입니다:

• I-V (전류-전압) 곡선:순방향 전압과 전류 사이의 지수 관계를 보여줍니다. 곡선의 무릎 전압은 VF 사양과 상관관계가 있습니다. 이 그래프는 적절한 전류 제한 저항 값을 선택하는 데 필수적입니다.
• 광도 대 순방향 전류:구동 전류에 따라 광 출력이 어떻게 증가하는지 보여주며, 일반적으로 어느 지점까지는 거의 선형 관계를 보이다가 효율이 떨어집니다.
• 광도 대 주변 온도:접합 온도가 상승함에 따라 광 출력이 감소하는 것을 보여줍니다. 이는 고온 환경에서 작동하는 응용 분야에 중요합니다.
• 스펙트럼 분포:상대 강도 대 파장의 그래프로, ~468nm에서 피크와 25nm 대역폭을 보여주어 청색 순도를 확인시켜 줍니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

LED는 플라스틱 표면 실장 패키지에 장착되어 있습니다. 데이터시트에는 상세한 치수 도면이 포함되어 있습니다. 주요 기계적 특징은 다음과 같습니다:

• 패키지 외형:주요 본체 치수는 길이 약 2.5mm, 너비 약 2.1mm입니다. 도면은 리드(단자) 크기, 간격, 패키지 높이를 포함한 모든 주요 치수를 지정하며, 별도로 명시되지 않는 한 표준 허용 오차는 ±0.1mm입니다.
• 극성 식별:캐소드 단자는 일반적으로 패키지 자체에 노치, 점 또는 녹색 표시 등으로 표시됩니다(도면에 표시된 대로). 올바른 극성은 작동에 필수적입니다.
• 패드 설계 (풋프린트):권장 PCB 랜드 패턴(패드 크기 및 모양)은 패키지 치수에서 파생되어 신뢰할 수 있는 납땜과 기계적 안정성을 보장합니다.

6. 납땜 및 조립 지침

조립 공정 중 손상을 방지하기 위해 이러한 지침을 준수하는 것이 중요합니다.

6.1 보관 및 취급

• LED는 건조제와 함께 방습 백에 포장되어 있습니다.
• 사용 준비가 될 때까지방습 백을 열지 마십시오.
• 개봉 후 사용하지 않은 LED는 ≤30°C 및 ≤60% 상대 습도에서 보관해야 합니다.
• 백 개봉 후플로어 라이프는 168시간(7일)입니다. 이 시간 내에 사용하지 않으면 재건조 및 재포장해야 합니다.
• 건조 조건:필요한 경우, 60 ±5°C에서 24시간 동안 건조하십시오.
• 취급 시 항상 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수하십시오.

6.2 리플로우 납땜 공정

무연(Pb-free) 리플로우 납땜을 위한 상세한 온도 프로파일이 제공됩니다:

• 예열:60-120초 동안 150°C에서 200°C로 상승합니다.
• 소킹/리플로우:217°C(액상선 온도) 이상에서의 시간은 60-150초여야 합니다. 피크 온도는 260°C를 초과해서는 안 되며, 255°C 이상에서의 시간은 최대 30초로 제한해야 합니다.
• 냉각 속도:최대 냉각 속도는 초당 6°C입니다.
• 중요:리플로우 납땜은두 번을 초과하여 수행해서는 안 됩니다. 가열 중 LED에 기계적 응력을 가하지 말고 납땜 후 PCB를 휘지 마십시오.

6.3 핸드 납땜 및 리워크

• 핸드 납땜이 필요한 경우, 팁 온도 ≤350°C의 납땜 인두를 사용하여 단자당 ≤3초 동안 작업하십시오.
• 인두 전력은 ≤25W여야 합니다. 각 단자 납땜 사이에 최소 2초의 냉각 간격을 두십시오.
• LED 납땜 후 수리/리워크는 강력히 권장하지 않습니다.불가피한 경우, 솔더 조인트에 응력을 가하지 않고 양쪽 단자를 동시에 가열하여 부품을 들어 올릴 수 있는 특수 이중 헤드 납땜 인두를 사용해야 합니다. LED 특성에 미치는 영향은 사전에 확인해야 합니다.

7. 포장 및 주문 정보

제품은 자동화 조립을 위해 공급됩니다.

• 캐리어 테이프:부품은 너비 8mm의 엠보싱 캐리어 테이프에 적재됩니다.
• 릴:테이프는 표준 7인치(178mm) 직경 릴에 감겨 있습니다.
• 수량:각 릴에는 2000개의 LED가 포함되어 있습니다.
• 방습 백:릴은 건조제와 습도 표시 카드와 함께 알루미늄 방습 백 내부에 밀봉됩니다.
• 라벨 정보:릴 라벨에는 제품 번호(P/N), 수량(QTY), 광도(CAT), 주 파장(HUE), 순방향 전압(REF)에 대한 특정 빈 코드 및 로트 번호(LOT No)가 포함됩니다.

8. 적용 노트 및 설계 고려사항

8.1 일반적인 적용 분야

사양에 기반하여, 이 블루 SMD LED는 다양한 저전력 표시기 및 백라이트 기능에 적합합니다. 예를 들어:

• 통신 장비:전화기 및 팩스기의 상태 표시기, 키 또는 디스플레이 백라이트.
• 소비자 가전:스위치 및 심볼 조명, 소형 액정 디스플레이(LCD)용 평면 백라이트.
• 일반 목적 표시:컴팩트하고 신뢰할 수 있는 청색 상태 표시등이 필요한 모든 응용 분야.

8.2 주요 설계 고려사항

• 전류 제한은 필수입니다:LED는 전류 구동 장치입니다.순방향 전류를 20mA 이하로 제한하기 위해 직렬 저항(또는 정전류 드라이버)을 사용해야 합니다. 저항 값은 R = (V_공급 - VF_LED) / I_원하는 으로 계산됩니다. 최대 VF(3.65V)를 사용하여 계산하면 낮은 공급 전압 유닛에서도 전류가 한계를 초과하지 않도록 보장합니다.
• 열 관리:전력이 낮지만(최대 75mW), LED 패드 주변에 적절한 PCB 구리 면적 또는 열 비아를 확보하면 열을 분산시키는 데 도움이 되며, 특히 고주변 온도 조건에서 광 출력과 수명을 유지하는 데 중요합니다.
• 광학 설계:60도의 시야각은 상당히 넓은 빔을 제공합니다. 더 집중된 빛을 원한다면 외부 렌즈나 반사판이 필요할 수 있습니다.

8.3 적용 제한사항

데이터시트는 이 제품이 고장이 심각한 결과를 초래할 수 있는 고신뢰성 응용 분야를 위해 설계되거나 적격화되지 않았다고 명시적으로 언급합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 군사 및 항공우주 시스템
• 자동차 안전 및 보안 시스템(예: 에어백, 제동)
• 의료 생명 유지 또는 중요 진단 장비

이러한 응용 분야에는 다른 사양, 적격성 및 신뢰성 보증을 갖춘 부품이 필요합니다.

9. 기술 비교 및 포지셔닝

25-21 패키지는 0402/0603과 같은 더 작은 칩과 더 큰 파워 LED 사이에 위치합니다. 주요 차별점은 다음과 같습니다:

• 더 작은 패키지(예: 0402) 대비:더 높은 광 출력을 제공하며, 필요한 경우 일반적으로 수동 취급 및 납땜이 더 쉽고 여전히 매우 컴팩트합니다.
• 리드형 LED 대비:완전 자동화 조립을 가능하게 하며, 보드 공간을 줄이고 리드 굽힘 및 스루홀 드릴링 필요성을 제거합니다.
• 고출력 LED 대비:표시기 수준의 전류(20mA) 및 전력(75mW)을 위해 설계되었으며, 조명용이 아닙니다. 고출력 LED에 필요한 복잡한 정전류 드라이버에 비해 간단한 구동 회로(저항)만 필요합니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

10.1 올바른 전류 제한 저항은 어떻게 선택하나요?

공식 사용: R = (V_공급 - VF) / I_원하는. 5V 공급, 원하는 전류 20mA, 최악의 경우(가장 높은) VF 3.65V 가정: R = (5V - 3.65V) / 0.020A = 67.5 옴. 다음으로 높은 표준 값(예: 68 옴 또는 75 옴)을 사용하십시오. 이렇게 하면 모든 유닛에 대해 전류가 20mA 미만으로 유지됩니다. 항상 저항의 전력 소산을 계산하십시오: P_저항 = I^2 * R.

10.2 정전압원을 사용하여 저항 없이 이 LED를 구동할 수 있나요?

No.LED의 순방향 전압은 음의 온도 계수를 가지며 유닛마다 다릅니다. VF보다 약간 높은 전압원에 직접 연결하면 전류가 통제 불가능하게 상승하여 절대 최대 정격을 초과하고 거의 즉시 LED를 파괴할 수 있습니다.

10.3 방습 백 개땅 후 7일 제한이 있는 이유는 무엇인가요?

SMD 플라스틱 패키지는 공기 중 수분을 흡수할 수 있습니다. 고온 리플로우 납땜 공정 중에 갇힌 수분이 빠르게 팽창하여 내부 박리 또는 "팝콘" 현상을 일으켜 패키지를 균열시키거나 다이를 손상시킬 수 있습니다. 7일 플로어 라이프와 건조 절차는 납땜 전에 이 흡수된 수분을 제거하도록 설계되었습니다.

10.4 빈 코드(예: S2/A11/6)가 제 설계에 어떤 의미가 있나요?

이는 특정 LED의 성능 그룹을 지정합니다. 설계에 최소 밝기가 필요한 경우 S1 또는 S2와 같은 빈을 지정해야 합니다. 여러 LED 간 색상 일관성이 중요한 경우, 좁은 파장 빈(예: A10만)을 지정해야 합니다. 전압 빈(예: 5)을 지정하면 간단한 저항 구동을 사용할 때 유닛 간 전류(및 따라서 밝기)를 더 일관되게 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

11. 실용적인 설계 예시

시나리오:3.3V 레일에서 작동하는 장치용 간단한 청색 전원 표시기를 설계합니다. 적절한 밝기를 위해 약 15mA의 전류를 원하면서 보수적으로 접근합니다.

1. 최악의 경우 VF 결정:데이터시트에서 최대 VF(빈 7)는 3.65V입니다.
2. 최소 저항 값 계산:R_최소 = (V_공급 - VF_최대) / I_원하는 = (3.3V - 3.65V) / 0.015A = -23.3 옴. 이는 음수입니다. 즉, 3.3V 공급 및 VF=3.65V 유닛의 경우 전류가 흐르지 않습니다. 이는 허용 가능합니다. 이 낮은 공급 전압에서 특정 고-VF 유닛에 대해 LED가 켜지지 않을 뿐입니다.
3. 전형적/낮은 VF에 대한 계산:전형적인 VF 3.2V를 사용해 보겠습니다. R = (3.3V - 3.2V) / 0.015A ≈ 6.7 옴. 10 옴 표준 저항 사용: I_실제 = (3.3V - 3.2V) / 10 = 10mA (안전). 낮은 VF 유닛 2.8V의 경우: I = (3.3V - 2.8V) / 10 = 50mA. 이는 20mA 연속 정격을 초과합니다!
4. 결론:3.3V 공급은 단순 직렬 저항으로 신뢰할 수 있고 안전한 작동을 위해 LED의 순방향 전압 범위에 너무 가깝습니다. 개별 LED의 VF에 따라 전류가 크게 변동합니다(0mA에서 50mA 이상까지). 더 나은 해결책은 더 높은 공급 전압(예: 5V)을 사용하거나 저전압 작동을 위해 설계된 전용 저드롭아웃 정전류 드라이버 IC를 사용하는 것입니다.

12. 동작 원리

이 LED는 반도체 p-n 접합에서의 전계발광 원리로 작동합니다. 활성 영역은 InGaN(인듐 갈륨 나이트라이드) 화합물 반도체를 사용합니다. 접합의 내재 전위를 초과하는 순방향 바이어스 전압이 인가되면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 활성 영역으로 주입됩니다. 거기서 그들은 재결합하여 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. InGaN 합금의 특정 구성은 밴드갭 에너지를 결정하며, 이는 직접 방출되는 빛의 파장(색상)에 해당합니다. 이 경우 청색(~468 nm)입니다. 에폭시 수지 캡슐은 반도체 칩을 보호하고, 광 출력을 형성하는 렌즈 역할을 하며, 광 투과를 최대화하기 위해 투명하게 제조됩니다.

13. 기술 동향

25-21과 같은 패키지의 SMD LED는 성숙하고 널리 채택된 기술을 나타냅니다. 이 부문의 현재 동향은 몇 가지 주요 영역에 초점을 맞추고 있습니다:

• 효율 증가:지속적인 재료 과학 및 에피택셜 성장 개선은 단위 전기 입력 전력(mA)당 더 많은 빛(더 높은 발광 효율)을 생성하는 것을 목표로 하여, 동일한 전류에서 더 낮은 전력 소비 또는 더 높은 밝기를 가능하게 합니다.
• 색상 일관성 개선:제조 제어 및 빈닝 알고리즘의 발전으로 주 파장 및 광도 분포가 더 좁아져, 광범위한 빈닝 필요성을 줄이고 다중 LED 응용 분야에서 더 균일한 외관을 제공합니다.
• 신뢰성 향상:보다 강력한 패키지 재료, 더 나은 다이 부착 방법 및 개선된 형광체(백색 LED용)에 대한 연구는 다양한 환경 스트레스 하에서 작동 수명과 안정성을 계속해서 연장하고 있습니다.
• 소형화 지속:25-21은 작지만, 초소형 장치를 위한 더 작은 폼 팩터(예: 칩 스케일 패키지)에 대한 추진은 계속되고 있으며, 종종 취급 용이성 및 열 성능과의 트레이드오프가 있습니다.
• 통합:더 넓은 동향은 제어 전자 장치(정전류 드라이버 또는 펄스 폭 변조 회로와 같은)를 LED 다이와 직접 단일 패키지로 통합하여 최종 사용자 회로 설계를 단순화하는 것을 포함합니다.