SMD LED 15-21/B6C-ZQ1R1N/2T 데이터시트 - Blue - 2.0x1.25x0.8mm - 최대 3.7V - 40mW - English Technical Document

1. 제품 개요

15-21/B6C-ZQ1R1N/2T는 고밀도 부품 배치와 신뢰성 있는 성능을 요구하는 현대 전자 응용 분야를 위해 설계된 소형 표면 실장 블루 LED입니다. 이 소자는 InGaN 칩 기술을 활용하여 468 nm의 일반적인 피크 파장을 가진 청색 발광을 생성합니다. 그 미니어처 풋프린트와 경량 구조는 공간이 제한된 설계에 이상적인 선택입니다.

1.1 핵심 장점

이 LED의 주요 장점은 기존 리드 프레임 타입 부품에 비해 크기가 현저히 줄어들었다는 점입니다. 이를 통해 더 작은 인쇄 회로 기판(PCB) 설계, 더 높은 패킹 밀도, 감소된 저장 공간 요구 사항, 그리고 궁극적으로 더 컴팩트한 최종 사용자 장비의 개발이 가능해집니다. 표준 자동화 실장 및 솔더링 공정과의 호환성은 대량 생산에 대한 적합성을 더욱 향상시킵니다.

1.2 목표 시장 및 응용 분야

이 LED는 광범위한 소비자, 산업 및 통신 응용 분야를 대상으로 합니다. 대표적인 사용 사례로는 계기판, 스위치 및 심볼의 백라이트; 전화기 및 팩스 머신과 같은 통신 장치의 표시등 및 백라이트 기능; LCD용 평면 백라이트; 그리고 일반 목적의 표시등 응용이 포함됩니다.

2. 기술 사양 및 심층 해석

본 섹션에서는 장치의 전기적, 광학적 및 열적 특성에 대한 상세한 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 정상 작동을 위한 것이 아닙니다.

• 역전압 (VR): 5V. 역방향 바이어스에서 이 전압을 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 순방향 전류 (IF): 20 mA. 이것은 최대 연속 DC 순방향 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (IFP): 40 mA. 이 등급은 1 kHz에서 듀티 사이클이 1/10인 펄스 조건에서 적용됩니다.
• 전력 소산(Pd): 40 mW. 이는 주변 온도 25°C에서 패키지가 소산할 수 있는 최대 전력입니다. 더 높은 온도에서는 감액이 필요합니다.
• 동작 온도 (Topr): -40°C ~ +85°C. 본 장치는 이 주변 온도 범위 내에서 정상 동작함이 보장됩니다.
• 보관 온도 (Tstg): -40°C ~ +90°C.
• 솔더링 온도 (Tsol): 리플로우 솔더링의 경우, 최대 10초 동안 피크 온도 260°C가 규정됩니다. 핸드 솔더링의 경우, 터미널당 최대 3초 동안 솔더링 아이언 팁 온도가 350°C를 초과하지 않아야 합니다.

2.2 Electro-Optical Characteristics

이 파라미터들은 순방향 전류(IF) 20 mA, 주변 온도(Ta) 25°C의 일반적인 작동 조건에서 측정된 값입니다.

• 광도 (Iv): 최소 72.0 mcd에서 최대 140.0 mcd까지 범위를 가지며, 일반적인 허용 오차는 ±11%입니다. 실제 값은 빈 코드(Q1, Q2, R1)에 따라 결정됩니다.
• 시야각 (2θ1/2): 일반적으로 130도입니다. 이 넓은 시야각은 LED가 광범위한 조명이 필요한 응용 분야에 적합하도록 합니다.
• 피크 파장 (λp): 일반적으로 468 nm.
• 도미넌트 파장 (λd): 465.0 nm에서 475.0 nm까지 범위이며, 허용 오차는 ±1 nm입니다. 특정 빈은 X (465-470 nm) 또는 Y (470-475 nm)로 코드화됩니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ): 일반적으로 25 nm, 피크 강도의 절반에서 측정됨 (FWHM).
• 순방향 전압 (VF): 20 mA에서 2.70 V부터 3.70 V까지 범위를 가지며, 허용 오차는 ±0.1V입니다. 특정 빈은 10 (2.7-2.9V)부터 14 (3.5-3.7V)까지 코드화됩니다.
• 역전류 (IR): 역방향 전압(VR) 5V가 인가될 때 최대 50 μA입니다. 본 장치는 역방향 바이어스 동작을 위해 설계되지 않았으며, 이 매개변수는 누설 전류 테스트 전용임에 유의해야 합니다.

2.3 열적 특성

별도의 표에 명시되지는 않았지만, 열 관리가 매우 중요합니다. 40 mW의 전력 소산 등급과 동작 온도 범위가 열적 한계를 정의합니다. 설계자는 적절한 PCB 레이아웃을 보장하고, 필요한 경우 열 비아(thermal vias)나 방열판(heatsinking)을 통해 접합 온도를 안전한 한계 내로 유지해야 합니다. 특히 고온 환경에서 또는 최대 전류 근처에서 동작할 때 더욱 중요합니다.

3. Binning System 설명

제품은 생산 로트 내 일관성을 보장하기 위해 주요 성능 파라미터에 따라 빈으로 분류됩니다. 이를 통해 설계자는 특정 애플리케이션 요구사항을 충족하는 LED를 선택할 수 있습니다.

3.1 광도(Luminous Intensity) 빈닝

광도는 세 가지 빈으로 분류됩니다:
- Q1: 72.0 - 90.0 mcd
- Q2: 90.0 - 112.0 mcd
- R1: 112.0 - 140.0 mcd

3.2 주 파장 빈닝

색상(주도 파장)은 두 개의 빈으로 분류됩니다:
- X: 465.0 - 470.0 nm
- Y: 470.0 - 475.0 nm

3.3 순방향 전압 빈닝

순방향 전압은 전류 조절 회로 설계를 돕기 위해 다섯 개의 빈으로 분류됩니다:
- 10: 2.7 - 2.9 V
- 11: 2.9 - 3.1 V
- 12: 3.1 - 3.3 V
- 13: 3.3 - 3.5 V
- 14: 3.5 - 3.7 V

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 조건에서의 소자 동작을 보여주는 여러 가지 대표적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다.

4.1 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

이 곡선은 순방향 전압과 전류 사이의 지수적 관계를 보여줍니다. 적절한 전류 제한 저항을 선택하는 데 매우 중요합니다. 일반적으로 이 곡선은 턴-온 포인트를 넘어선 작은 전압 증가가 큰 전류 증가를 초래함을 보여주며, 이는 전류 조절의 필요성을 강조합니다.

4.2 상대 발광 강도 대 순방향 전류

이 그래프는 발광 출력이 순방향 전류에 따라 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 일반적으로 일정 범위 내에서는 선형적이지만, 열적 영향과 효율 저하로 인해 더 높은 전류에서는 포화 상태에 이릅니다. 최대 정격 전류 근처에서 동작하는 경우 밝기가 비례하여 증가하지 않을 수 있으며, 소자의 수명을 단축시킬 수 있습니다.

4.3 상대 발광 세도 대 주변 온도

이 곡선은 주변 온도가 상승함에 따른 광 출력의 디레이팅을 보여줍니다. 광도는 일반적으로 온도 상승에 따라 감소합니다. 신뢰할 수 있는 성능을 위해서는 애플리케이션 설계 시 열 관리가 고려되어야 합니다.

4.4 Spectrum Distribution

스펙트럼 플롯은 피크 파장 468 nm를 중심으로 하며 전형적인 FWHM이 25 nm인 방출 프로파일을 보여줍니다. 이 정보는 색상에 민감한 애플리케이션에 매우 중요합니다.

4.5 Radiation Pattern

방사 패턴 다이어그램은 광 강도의 공간적 분포를 보여주며, 일반적인 130도 시야각을 확인시켜 줍니다. 이러한 패키지 유형의 패턴은 일반적으로 람베르시안 또는 준-람베르시안 특성을 가집니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

15-21 SMD LED는 컴팩트한 설치 면적을 가집니다. 주요 치수(mm, 별도 명시 없는 한 공차 ±0.1mm)는 본체 길이 2.0 mm, 너비 1.25 mm, 높이 0.8 mm를 포함합니다. 상세 도면은 PCB 랜드 패턴 설계를 위한 패드 간격 및 전체 외곽선을 명시합니다.

5.2 극성 식별

패키지에 캐소드가 명확하게 표시되어 있습니다. 소자 손상을 방지하기 위해 조립 시 올바른 극성을 준수해야 합니다.

6. 납땜 및 조립 가이드라인

6.1 리플로우 납땜 프로파일

본 장치는 적외선 및 기상 리플로우 공정과 호환됩니다. 무연 납땜 프로파일을 권장합니다:
- 예열: 150-200°C에서 60-120초.
- 액상선(217°C) 이상 유지 시간: 60-150초.
- 최고 온도: 최대 260°C, 10초 이하 유지.
- 최대 가열 속도: 6°C/초, 최대 냉각 속도: 3°C/초.
리플로우 솔더링은 2회를 초과하여 수행해서는 안 됩니다.

6.2 핸드 솔더링

핸드 솔더링이 필요한 경우, 팁 온도가 350°C 미만인 솔더링 아이언을 사용하십시오. 단자당 접촉 시간은 3초를 초과하지 않아야 하며, 각 단자를 솔더링할 때마다 최소 2초의 간격을 두어야 합니다. 열 충격을 피하기 위해 솔더링 아이언의 출력은 25W 이하여야 합니다.

6.3 저장 및 Moisture Sensitivity

LED는 건조제가 들어있는 방습 베리어 백에 포장되어 있습니다.
- 사용 준비가 될 때까지 백을 개봉하지 마십시오.
- 개봉 후 사용하지 않은 LED는 ≤30°C 및 ≤60% RH 조건에서 보관해야 합니다.
- 백 개봉 후 "Floor Life"는 168시간(7일)입니다.
유효기간이 경과되었거나 건조제가 수분 침투를 나타낼 경우, 사용 전 60±5°C에서 24시간 동안 베이크아웃(bake-out)이 필요합니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 포장 사양

LED는 8mm 폭의 엠보싱 캐리어 테이프에 공급되며, 7인치 직경 릴에 감겨 있습니다. 각 릴에는 2000개가 들어 있습니다. 자동화 피더 설정을 위한 상세한 릴 및 캐리어 테이프 치수가 제공됩니다.

7.2 라벨 정보

릴 라벨에는 추적성과 식별을 위한 중요한 정보인 Customer Product Number (CPN), Product Number (P/N), Packing Quantity (QTY), 그리고 Luminous Intensity (CAT), Dominant Wavelength (HUE), Forward Voltage (REF)에 대한 특정 빈 코드와 Lot Number가 포함되어 있습니다.

8. 응용 노트 및 설계 고려사항

8.1 전류 제한

Critical: LED에는 항상 외부 전류 제한 저항을 직렬로 연결해야 합니다. 순방향 전압은 음의 온도 계수와 생산 공차를 가지고 있습니다. 전압원에 직접 연결하면, 전형적인 VF보다 약간 높은 경우에도 제어되지 않는 큰 전류 서지가 발생하여 즉시 고장을 일으킬 수 있습니다.

8.2 PCB 레이아웃

PCB 랜드 패턴이 권장 풋프린트와 일치하는지 확인하십시오. 특히 고전류 또는 고주변 온도에서 작동할 때 적절한 구리 면적을 확보하여 방열을 용이하게 하십시오. 솔더링 중 및 솔더링 후 LED 본체에 기계적 스트레스를 가하지 마십시오.

8.3 ESD 주의사항

본 장치는 150V(Human Body Model)의 ESD 민감도 등급을 가집니다. 조립 및 취급 시 표준 ESD 처리 주의사항을 준수해야 합니다.

9. 규정 준수 및 환경 정보

본 제품은 주요 환경 규정을 준수합니다:
- RoHS: 본 제품은 무연 제품이며 유해물질 사용 제한 지침을 준수합니다.
- REACH: EU의 화학물질 등록, 평가, 허가 및 제한 규정을 준수합니다.
- 할로겐 프리: Compliant with halogen-free requirements (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

10.1 전원을 켜자마자 LED가 고장난 이유는 무엇인가요?

가장 일반적인 원인은 직렬 전류 제한 저항이 없기 때문입니다. LED는 전류 구동 소자입니다. 이를 전압원에 직접 연결하면 과도한 전류가 흐릅니다. 항상 공급 전압, LED의 순방향 전압(안전을 위해 최대 빈 값을 사용), 그리고 원하는 동작 전류를 기준으로 계산된 저항을 사용하십시오.

10.2 이 LED를 야외에서 사용할 수 있나요?

동작 온도 범위는 -40°C ~ +85°C로 많은 야외 조건을 포함합니다. 그러나 야외 사용의 주요 제한 요소는 종종 패키지의 습기 및 자외선 저항성인데, 이 표준 상용 등급 부품에 대해서는 명시되어 있지 않습니다. 가혹한 환경의 경우 야외 또는 자동차용으로 특별히 등급이 지정된 장치를 고려하십시오.

10.3 라벨의 빈 코드를 어떻게 해석하나요?

빈 코드(예: ZQ1R1N)는 특정 성능 분류에 대응합니다. "Q1"은 광도 빈(72-90 mcd)을 나타내며, "R1"은 내부 제품 코드의 일부이고, "N"은 다른 특성과 관련될 수 있습니다. 라벨의 CAT, HUE, REF 필드는 각각 광도, 주파장, 순방향 전압 빈을 명시적으로 표기합니다.

10.4 납땜 후 수리/재작업이 허용됩니까?

수리는 권장되지 않습니다. 만약 반드시 필요하다면, 양쪽 단자를 동시에 가열할 수 있는 듀얼 헤드 납땜 인을 사용하여 솔더 조인트나 LED 본체에 기계적 스트레스를 피해야 합니다. 어떠한 재작업 후에도 LED의 특성이 저하되지 않았는지 항상 확인하십시오.

11. 설계 및 사용 사례 연구

11.1 상태 표시기 패널 설계

다수의 청색 상태 표시등이 필요한 제어판을 고려해 보십시오. 15-21 LED를 사용하면 설계자는 고밀도 레이아웃을 구현할 수 있습니다. 5V 시스템의 경우 직렬 저항값을 계산합니다. Bin 14의 최대 VF(3.7V)와 목표 전류 15 mA(수명 연장을 위해 최대 20 mA 미만)를 사용하면 저항값은 R = (5V - 3.7V) / 0.015A ≈ 87옴입니다. 표준 91옴 또는 100옴 저항이 적합할 것입니다. 130도의 넓은 시야각은 다양한 각도에서의 가시성을 보장합니다. PCB를 백 개봉 후 즉시 납땜하지 않을 경우, 조립 과정에서 Moisture Sensitivity 절차를 반드시 따라야 합니다.

12. Technical Principle Introduction

이 LED는 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN) 반도체 칩을 기반으로 합니다. 순방향 전압이 인가되면, 전자와 정공이 반도체의 활성 영역에서 재결합하며 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. InGaN 합금의 특정 구성은 밴드갭 에너지를 결정하며, 이는 다시 방출되는 빛의 파장—이 경우 청색—을 정의합니다. 칩은 투명한 수지 렌즈로 캡슐화되어 다이를 보호하고 기계적 안정성을 제공하며 출력 빔의 형상을 조절합니다.

13. 산업 동향과 배경

15-21 패키지는 SMD LED 시장에서 성숙된 폼 팩터를 나타냅니다. 현재의 산업 동향은 초소형화(예: 0402, 0201 미터법 사이즈), 더 높은 효율(와트당 더 많은 루멘), 향상된 색상 일관성(더 엄격한 빈닝)을 위해 더 작은 패키지로 나아가고 있습니다. 또한 자동차 및 산업용 애플리케이션을 위한 고온 및 고습 조건에서의 향상된 신뢰성에도 큰 초점이 맞춰져 있습니다. 이 소자는 검증되고 비용 효율적이며 쉽게 구할 수 있는 청색 광원이 요구되는 애플리케이션에 적합하며, 크기, 성능 및 제조 용이성 사이의 균형을 잘 맞춥니다.