SMD LED 15-13D/R6GHBHC-A01/2T 데이터시트 - 1.5x1.3x0.8mm - 2.0-3.7V - 20-25mA - 적색/녹색/청색 - 영어 기술 문서

1. 제품 개요

15-13D는 소형화와 높은 신뢰성이 요구되는 현대 전자 응용 분야를 위해 설계된 컴팩트한 표면 실장 장치(SMD) LED입니다. 이 시리즈는 서로 다른 반도체 재료를 기반으로 한 세 가지 뚜렷한 색상 옵션을 제공합니다: Brilliant Red (R6, AlGaInP), Brilliant Green (GH, InGaN), Blue (BH, InGaN). 패키지는 직경 7인치 릴에 감겨진 8mm 테이프로 공급되어 고속 자동 픽 앤 플레이스 조립 장비와 완벽하게 호환됩니다.

이 LED의 주요 장점은 기존 리드 프레임 패키지에 비해 크게 줄어든 점유 면적입니다. 이를 통해 설계자는 인쇄 회로 기판(PCB)에서 더 높은 부품 실장 밀도를 달성할 수 있으며, 이는 전체 기판 크기의 축소와 궁극적으로 더 컴팩트한 최종 제품으로 이어집니다. 경량 구조는 무게와 공간이 중요한 제약 조건인 휴대용 및 초소형 애플리케이션에 이상적입니다.

The product is manufactured to be Pb-free (lead-free), compliant with the EU RoHS and REACH directives, and meets halogen-free requirements (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). It is also produced using ESD (Electrostatic Discharge) safe processes, enhancing its handling reliability.

2. 기술 사양 상세 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 역전압 (VR): 모든 색상 코드에 대해 최대 5V. 이를 초과할 경우 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 순방향 전류 (IF): R6(적색) 및 GH(녹색): 25 mA; BH(청색): 20 mA. 이는 최대 연속 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (IFP): Applicable under pulsed conditions (1/10 duty cycle @ 1kHz). R6: 60 mA; GH & BH: 100 mA.
• 소비 전력 (Pd): 패키지가 소산할 수 있는 최대 전력. R6: 60 mW; GH: 95 mW; BH: 75 mW. 이는 IF * VF로 계산됩니다.
• 정전기 방전 (ESD) HBM: 모든 변형 제품은 2000V Human Body Model 등급을 받아 표준 취급 시 우수한 내재적 ESD 강건성을 나타냅니다.
• Operating & Storage Temperature: 동작: -40°C ~ +85°C; 보관: -40°C ~ +90°C.
• 솔더링 온도: 리플로우 솔더링 피크 온도: 최대 10초간 260°C. 핸드 솔더링: 단자당 최대 3초간 350°C.

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이는 표준 테스트 조건(별도 명시되지 않는 한 IF=20mA)에서 측정한 일반적인 성능 파라미터입니다.

• Luminous Intensity (Iv): 광출력은 밀리칸델라(mcd) 단위로 표시됩니다. R6: 90-140 mcd; GH: 112-180 mcd; BH: 45-70 mcd. 허용 오차는 ±11%가 적용됩니다.
• 시야각 (2θ1/2): 약 120도로, 넓은 발광 각도를 제공합니다.
• 피크 파장 (λp): 발광 강도가 가장 높은 파장입니다. R6: 632 nm (적색); GH: 518 nm (녹색); BH: 468 nm (청색).
• 주 파장 (λd): 인간의 눈이 인지하는 단일 파장입니다. R6: 624 nm; GH: 525 nm; BH: 470 nm.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ): 최대 강도의 절반에서 측정된 방출 스펙트럼의 폭. R6: 20 nm; GH: 35 nm; BH: 25 nm.
• 순방향 전압 (VF): The voltage drop across the LED at the test current. R6: 1.70-2.40V (Typ. 2.00V); GH & BH: 2.70-3.70V (Typ. 3.30V). Tolerance is ±0.05V.
• 역방향 전류 (IR): Leakage current at VR=5V. R6: Max 10 μA; GH & BH: Not Applicable (NA).

3. Binning System 설명

데이터시트에 따르면, 이 제품은 핵심 파라미터에 따라 LED를 분류하여 동일 배치 내 일관성을 보장하기 위한 Binning System을 사용합니다. 포장 라벨 설명에는 특정 등급이 명시되어 있습니다:

• CAT (광도 등급): 측정된 광도 출력에 따라 LED를 그룹화합니다.
• HUE (Chromaticity Coordinates & 주 파장 Rank): 어레이 내 색상 편차를 최소화하기 위해 색점 또는 주 파장에 따라 LED를 분류합니다.
• REF (순방향 전압 등급): 직렬 또는 병렬 회로에서 전류 매칭에 중요한 순방향 전압 강하에 따라 LED를 분류합니다.

응용 분야에서 색상 또는 광도 매칭이 중요한 경우, 설계자는 상세한 선택을 위해 제조업체의 특정 바이닝 차트를 참조해야 합니다.

4. Performance Curve 분석

데이터시트는 각 LED 타입(R6, GH, BH)에 대한 대표적인 특성 곡선을 제공합니다. 이 그래프들은 비표준 조건에서의 소자 동작을 이해하는 데 필수적입니다.

4.1 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V Curve)

이 곡선은 전류와 전압 사이의 지수적 관계를 보여줍니다. "무릎(knee)" 전압은 LED가 현저하게 빛을 발하기 시작하는 지점입니다. 제공된 일반적인 VF 값은 20mA에서 측정된 것입니다. 설계자는 이 곡선을 사용하여 적절한 전류 제한 저항을 선택합니다.

4.2 발광 세기 대 순방향 전류

이 그래프는 광 출력이 일반적으로 순방향 전류에 비례하지만, 열적 및 효율 효과로 인해 매우 높은 전류에서 비선형적이 될 수 있음을 보여줍니다. 원하는 밝기를 달성하는 데 필요한 구동 전류를 결정하는 데 중요합니다.

4.3 발광 세기 대 주변 온도

접합 온도가 상승함에 따라 LED의 광 출력이 감소합니다. 이 디레이팅 곡선은 고온 환경에서 작동하는 애플리케이션에 매우 중요합니다. 이는 주변 온도 상승에 따른 상대 광도의 잔존 백분율을 나타냅니다.

4.4 순방향 전류 디레이팅 곡선

과열을 방지하기 위해, 주변 온도가 상승함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류를 감소시켜야 합니다. 이 곡선은 장치의 온도 범위에 걸친 안전 작동 영역(SOA)을 제공합니다.

4.5 스펙트럼 분포

이 그래프는 파장 스펙트럼에 걸쳐 방출되는 빛의 상대 강도를 보여줍니다. 이는 피크 파장과 주 파장을 확인하고 방출 색상의 스펙트럼 순도(좁음)를 설명합니다.

4.6 방사 패턴 (시야각 패턴)

광도의 공간적 분포를 나타내는 극좌표 그래프입니다. 15-13D는 전형적인 램버시안 또는 광각 패턴을 가지며, 중심축에서 각도가 증가함에 따라 광도가 감소하여 약 ±60도(총 시야각 120도)에서 절반의 광도에 도달합니다.

5. Mechanical & Package Information

5.1 패키지 치수

15-13D 패키지의 표준 치수는 1.5mm(길이) x 1.3mm(너비) x 0.8mm(높이)입니다. 별도로 명시되지 않는 한 공차는 일반적으로 ±0.1mm입니다. 부품 상단에는 극성 식별을 위한 애노드 표시(일반적으로 노치, 녹색 점 또는 기타 표시자)가 있습니다. 권장 PCB 랜드 패턴(패드 레이아웃)이 제공되지만, 설계자는 특정 PCB 제조 공정 및 열/기계적 요구 사항에 따라 이를 수정할 것을 권장합니다.

5.2 극성 식별

올바른 극성은 LED 동작에 필수적입니다. 패키지에는 애노드(+) 단자를 나타내는 시각적 표시자가 포함되어 있습니다. PCB 설계 및 조립 시, 이 표시자는 올바른 방향을 보장하기 위해 보드 레이아웃의 해당 애노드 패드와 정렬되어야 합니다.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 습기 민감도 및 보관 방법

LED는 리플로우 솔더링 중 습기 흡수로 인한 "팝코닝"(패키지 균열) 현상을 방지하기 위해 건조제가 포함된 방습 베리어 백에 포장되어 있습니다.

• 사용할 준비가 되기 전까지는 백을 개봉하지 마십시오.
• 개봉 후 사용하지 않은 부품은 ≤30°C 및 ≤60% RH 조건에서 보관해야 합니다.
• 백 개봉 후의 "floor life"는 168시간(7일)입니다.
• 초과하거나 건조제 표시기가 변색된 경우, 솔더링 전 60±5°C에서 24시간 베이크아웃이 필요합니다.

6.2 리플로우 솔더링 프로파일 (무연)

무연 솔더(예: SAC305)에 대한 권장 온도 프로파일이 제공됩니다:

• 예비 가열: 150-200°C에서 60-120초.
• 액상선 온도 이상 유지 시간 (TAL): >217°C for 60-150 seconds.
• 피크 온도: 최대 260°C, 10초 이하로 유지.
• 상승 속도: 255°C까지 최대 3°C/초, 이후 피크까지 최대 6°C/초.
• 하강 속도: 열 충격을 피하도록 제어.

중요 참고: 동일 LED 어셈블리에 대해 리플로우 솔더링은 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.

6.3 핸드 솔더링 시 주의사항

수동 솔더링이 필요한 경우, 각별한 주의를 기울여야 합니다:

• Use a soldering iron with a tip temperature <350°C.
• 단자당 접촉 시간을 ≤3초로 제한하십시오.
• 정격 전력 ≤25W의 아이언을 사용하십시오.
• 열 축적을 방지하기 위해 각 단자 솔더링 사이에 최소 2초 간격을 두십시오.
• 납땜 중 LED 본체에 기계적 스트레스를 가하지 마십시오.

6.4 재작업 및 수리

초기 납땜 후 수리는 강력히 권장하지 않습니다. 불가피한 경우, LED 다이와 와이어 본드에 가해지는 열 스트레스를 최소화하기 위해 양쪽 단자를 동시에 가열하는 전문 이중 헤드 납땜 인두를 사용해야 합니다. LED 특성에 손상이 발생할 가능성을 사전에 평가해야 합니다.

7. Packaging & Ordering Information

7.1 테이프 및 릴 사양

부품은 15-13D 패키지에 맞춤 제작된 치수의 엠보싱 캐리어 테이프로 공급됩니다. 테이프는 표준 7인치(178mm) 직경 릴에 감겨 있습니다. 각 릴에는 2000개가 들어 있습니다. 상세한 릴, 캐리어 테이프 및 포켓 치수는 데이터시트에 제공되며, 표준 공차는 ±0.1mm입니다.

7.2 라벨 및 방습 배리어 백

외부 방습 백에는 고객 부품 번호(CPN), 제조사 부품 번호(P/N), 수량(QTY) 및 광도(CAT), 색도(HUE), 순방향 전압(REF)에 대한 빈닝 코드 등 중요한 정보가 포함된 라벨이 있습니다. 추적 가능성을 위해 로트 번호(LOT No.)도 포함되어 있습니다.

8. 응용 권장사항

8.1 대표적인 응용 시나리오

• 백라이트: 계기판 표시등, 스위치 조명, 키패드 백라이트.
• 통신 장비: 전화기, 팩스기, 라우터 및 모뎀의 상태 표시기.
• LCD 평면 백라이트: 소형 단색 또는 컬러 LCD 디스플레이용 에지 조명.
• 일반 표시기 사용: 가전제품, 가전 기기 및 산업용 제어 장치의 전원 상태, 모드 표시, 경고 신호.

8.2 핵심 설계 고려사항

• 전류 제한: 순방향 전류를 제한하기 위해 외부 직렬 저항이 필수적입니다. LED의 지수적 I-V 특성은 작은 전압 증가가 파괴적인 큰 전류 서지를 유발할 수 있음을 의미합니다. 저항 값은 R = (공급 전압 - 순방향 전압) / 순방향 전류로 계산됩니다.
• 열 관리: 패키지가 작지만, 특히 높은 주변 온도나 구동 전류에서 소비 전력을 고려해야 합니다. 최대 정격 근처에서 동작할 경우 충분한 PCB 구리 면적 또는 써멀 비아를 확보하십시오.
• ESD 보호: 2000V HBM 정격이지만, 민감한 입력 라인에 ESD 보호 회로를 구현하거나 생산 과정에서 ESD 안전 처리 절차를 사용하는 것이 좋은 관행으로 간주됩니다.
• 웨이브 솔더링: 데이터시트는 리플로우 및 핸드 솔더링만을 명시하고 있습니다. 과도한 열 노출로 인해 이러한 유형의 SMD LED에는 일반적으로 웨이브 솔더링을 권장하지 않습니다.
• 보드 휨: LED가 납땜된 후 PCB를 휘거나 구부리지 마십시오. 이는 솔더 조인트와 LED 패키지 자체에 스트레스를 가할 수 있습니다.

9. Technical Comparison & Differentiation

15-13D 시리즈는 매우 작은 1.5x1.3mm 크기에 비해 상대적으로 높은 발광 강도를 결합하여 차별화됩니다. 특히 녹색과 적색 변종에서 두드러집니다. 넓은 120도 시야각은 광범위한 가시성이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 표준 SMD 어셈블리 및 무연 리플로우 공정과의 호환성은 현대적이고 환경 규정을 준수하는 제조 방식과 일치합니다. 더 큰 SMD LED(예: 0603, 0805)와 비교하여 공간 절약 효과가 있지만, 더 정밀한 배치 장비가 필요할 수 있습니다. 칩 스케일 패키지와 비교하면 더 견고하고 캡슐화된 구조로, 취급 및 신뢰성 있는 납땜이 더 용이합니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQs)

10.1 녹색 LED에 5V 전원을 사용할 때 어떤 저항값을 사용해야 하나요?

일반적인 값을 사용할 경우: Vsupply = 5V, VF (GH, typ) = 3.3V, IF = 20mA. R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 Ohms. 가장 가까운 표준 값은 82 또는 91 Ohms입니다. 모든 조건에서 전류가 한계 내에 머물도록 보장하기 위해 데이터시트의 최소/최대 VF를 사용하여 항상 재계산하십시오.

10.2 정전압원을 사용하여 전류 제한 저항 없이 이 LED를 구동할 수 있습니까?

아니오. 이는 거의 확실하게 LED를 파손시킬 것입니다. LED는 전류 구동형 소자입니다. 정전압원은 LED의 고도로 비선형적인 접합부를 통과하는 전류를 제어할 수 없습니다. 직렬 저항 또는, 더 나은 성능을 위해 정전류 구동 회로가 필요합니다.

10.3 Blue (BH) LED의 최대 순방향 전류가 다른 이유는 무엇입니까?

더 낮은 최대 연속 전류(적색/녹색의 25mA 대비 20mA)는 내부 반도체 구조(청색/녹색의 InGaN 대 적색의 AlGaInP)의 차이와 이와 관련된 열적 특성 및 높은 전류 밀도에서의 효율 때문일 가능성이 높으며, 이로 인해 청색 변종의 소비 전력(Pd) 등급이 더 낮습니다.

10.4 광도 허용 오차 ±11%를 어떻게 해석해야 합니까?

이는 생산 배치에서 나온 개별 LED의 실제 측정 광도가 데이터시트에 명시된 전형값 또는 명목값에서 ±11%까지 변동할 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 전형적 Iv가 180 mcd인 녹색 LED는 약 160 mcd에서 200 mcd 사이의 값을 가질 수 있습니다. 균일한 밝기가 필요한 응용 분야에서는 tight bin(CAT 코드)에서 LED를 선별하는 것이 필요합니다.

10.5 이 LED는 자동차 실내 조명에 적합합니까?

일부 비중요 자동차 실내 응용 분야(예: 스위치 백라이트)에는 사용될 수 있지만, 데이터시트에는 "군사/항공우주, 자동차 안전/보안 시스템, 의료 장비와 같은 고신뢰성 응용 분야"에서의 사용을 권장하지 않는 특정 응용 제한 노트가 포함되어 있습니다. 모든 자동차 응용 분야, 특히 안전 관련 분야에는 자동차 등급 표준(예: AEC-Q102)에 특별히 적합한 부품을 사용해야 합니다.

11. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 소비자용 라우터용 다중 상태 표시 패널 설계.

설계자는 전원(녹색), 인터넷 활동(점멸 녹색) 및 이더넷 링크(황색/적색)를 표시해야 합니다. 공간이 제한적입니다. 그들은 전원용으로 15-13D/GH(녹색) 하나, 인터넷용(MCU에 의해 점멸)으로 하나, 이더넷 표시등용으로 15-13D/R6(적색) 하나를 선택합니다(황색은 낮은 전류로 적색 LED를 구동하거나 확산판을 사용하여 근사할 수 있습니다).

구현: MCU GPIO 핀은 3.3V입니다. 녹색 LED(VF 전형 3.3V)의 경우, 전압 강하가 공급 전압과 거의 동일하여 저항용 여유 전압이 거의 없습니다. 설계자는 충분한 밝기를 확보하면서도 안정적인 점등을 보장하기 위해 더 낮은 전류(예: 10mA)를 사용할 수 있으며, 이 경우 R = (3.3V - 3.3V)/0.01A = 0Ω으로 계산됩니다. 이는 문제가 있습니다. 대신, 트랜지스터나 LED 캐소드에 연결된 전류 싱크 모드로 구성된 GPIO 핀을 사용하고, 애노드는 적절한 저항을 통해 더 높은 전압 레일(예: 5V)에 연결할 것입니다. 이 사례는 구동 회로 전압과 LED의 VF를 맞추는 것의 중요성을 강조합니다.

12. 동작 원리

발광 다이오드(LED)는 전기발광이라는 과정을 통해 빛을 방출하는 반도체 p-n 접합 소자입니다. 순방향 전압이 인가되면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 접합부를 가로질러 주입됩니다. 이들 전하 캐리어는 접합부 근처의 활성 영역에서 재결합합니다. 효율적인 LED의 경우, 이 재결합은 직접 밴드갭 반도체 물질에서 발생합니다. 재결합 동안 방출된 에너지는 광자(빛 입자)로 방출됩니다. 방출된 빛의 파장(색상)은 반도체 물질의 밴드갭 에너지(Eg)에 의해 결정됩니다: E = hc/λ, 여기서 h는 플랑크 상수, c는 빛의 속도, λ는 파장입니다. 15-13D는 적색광에는 AlGaInP(더 낮은 에너지/더 긴 파장을 위한 더 큰 밴드갭), 녹색 및 청색광에는 InGaN(더 높은 에너지/더 짧은 파장을 위한 더 작은 밴드갭)을 사용합니다. 에폭시 수지 렌즈는 빛 출력을 형성하고 환경 보호 기능을 제공합니다.

13. 기술 동향

15-13D는 성숙된 SMD LED 기술을 대표합니다. 지시등 LED 시장의 일반적인 동향은 다음과 같은 방향으로 지속적으로 나아가고 있습니다:

• 추가 소형화: 광 출력을 유지하거나 향상시키면서 더 작은 패키지(예: 1.0x0.5mm, 칩 스케일)로 제작.
• 더 높은 효율: 개선된 루멘/와트(lm/W) 또는 밀리칸델라/밀리암페어(mcd/mA)로, 동일 밝기에서 전력 소비 감소.
• 향상된 신뢰성과 내구성: 더 높은 최대 접합 온도, 향상된 내습성, 고온 수명(HTOL) 테스트에서 더 나은 성능.
• 통합 솔루션: 내장형 전류 제한 저항, 보호 다이오드(ESD, 역극성) 또는 단일 패키지 내 구동 IC를 포함한 LED.
• 확장된 색 영역과 일관성: 색상과 광도에 대한 더 엄격한 빈닝으로, 시각적 균일성이 중요한 풀컬러 디스플레이와 표시기 어레이의 요구 사항을 충족합니다.

새로운 패키지가 존재하지만, 15-13D는 크기, 성능 및 비용의 균형이 최적인 범용 표시기 애플리케이션을 위한 신뢰할 수 있고 널리 사용되는 주력 부품으로 남아 있습니다.