反向贴装SMD蓝光LED规格书 - EIA封装 - 电压2.8-3.8V - 发光强度28-180mcd - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款高亮度、反向贴装的表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED）的规格。该器件采用氮化铟镓（InGaN）半导体芯片产生蓝光，并封装于符合电子工业联盟（EIA）标准的透明透镜内。专为自动化组装工艺设计，兼容红外回流焊接。关键产品特性包括符合RoHS指令、归类为绿色产品，以及具有较高的静电放电（ESD）阈值。

2. 深入技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

器件的操作极限定义在环境温度（Ta）为25°C的条件下。超出这些额定值可能导致永久性损坏。

• 功耗（Pd）：76 mW。这是封装能够以热量形式持续耗散的最大功率。
• 峰值正向电流（I_FP）：100 mA。此电流仅在占空比为1/10、脉冲宽度为0.1ms的脉冲条件下允许，以防止过热。
• 连续正向电流（I_F）：20 mA。这是为确保长期可靠性能而推荐的最大直流工作电流。
• 静电放电（ESD）阈值：8000 V（人体模型）。此高额定值表明器件在处理过程中对静电具有强大的防护能力。
• 工作温度范围（T_opr）：-20°C 至 +80°C。器件在此环境温度范围内可正常工作。
• 储存温度范围（T_stg）：-30°C 至 +100°C。
• 红外回流焊接条件：可承受260°C峰值温度达10秒，适用于无铅（Pb-free）组装工艺。

2.2 电气与光学特性

典型性能在Ta=25°C且I_F=20 mA条件下测量，除非另有说明。

• 发光强度（I_V）：28.0 - 180.0 mcd（毫坎德拉）。使用经过CIE明视觉响应曲线滤波的传感器测量。此宽范围通过分档管理。
• 视角（2θ_1/2）：130度。这是发光强度降至其轴向（中心）值一半时的全角，表明其具有宽广的发光模式。
• 峰值发射波长（λ_P）：468 nm。这是光谱输出最强的特定波长。
• 主波长（λ_d）：465.0 - 475.0 nm。这是人眼感知到的、用于定义颜色的单一波长，源自CIE色度图。
• 光谱线半宽（Δλ）：25 nm。这是发射光谱在其最大强度一半处的带宽（半高全宽 - FWHM）。
• 正向电压（V_F）：2.80 - 3.80 V（在I_F=20 mA时）。LED导通电流时两端的电压降。
• 反向电压（V_R）：0.6 - 1.2 V（在I_R=20 mA时）。这仅为测试条件；器件并非设计用于反向偏压工作。

3. 分档系统说明

为确保生产中的颜色和亮度一致性，器件根据关键参数被分选到不同的档位。部件编号通常包含指定其档位的代码。

3.1 正向电压分档

单位为伏特（V），在20 mA下测量。每档容差为±0.1V。
档位 D7：2.80 - 3.00V
档位 D8：3.00 - 3.20V
档位 D9：3.20 - 3.40V
档位 D10：3.40 - 3.60V
档位 D11：3.60 - 3.80V

3.2 发光强度分档

单位为毫坎德拉（mcd），在20 mA下测量。每档容差为±15%。
档位 N：28.0 - 45.0 mcd
档位 P：45.0 - 71.0 mcd
档位 Q：71.0 - 112.0 mcd
档位 R：112.0 - 180.0 mcd

3.3 主波长分档

单位为纳米（nm），在20 mA下测量。每档容差为±1nm。
档位 AC：465.0 - 470.0 nm
档位 AD：470.0 - 475.0 nm

4. 性能曲线分析

规格书引用了对设计至关重要的典型性能曲线。虽然具体图表未在文本中重现，但它们通常包括：

• 相对发光强度 vs. 正向电流（I_V/ I_F曲线）：显示光输出如何随电流增加，通常呈非线性关系，在较高电流下趋于饱和。
• 正向电压 vs. 正向电流（V_F/ I_F曲线）：展示二极管的I-V特性，对于设计限流电路至关重要。
• 相对发光强度 vs. 环境温度：演示光输出如何随结温升高而下降，这是热管理的关键因素。
• 光谱分布：显示在不同波长上相对功率分布的图表，以468 nm峰值波长为中心，半高全宽为25 nm。

5. 机械与封装信息

5.1 器件尺寸

该LED符合标准EIA封装外形。所有尺寸单位为毫米，标准公差为±0.10 mm，除非另有说明。封装采用反向贴装设计，意味着主要光线从贴装于PCB的基板侧发出，这会影响PCB焊盘布局和光学设计。

5.2 推荐焊接焊盘布局

提供了PCB的建议焊盘图形（封装尺寸），以确保正确的焊接、机械稳定性和散热。遵循此图形对于在回流焊过程中获得可靠的焊点至关重要。

5.3 极性标识

与所有二极管一样，LED具有阳极（+）和阴极（-）。组装时必须注意正确的极性。规格书的封装图纸指明了器件上的极性标记，必须与PCB焊盘图形上的相应标记对齐。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊接曲线

提供了针对无铅工艺的建议红外（IR）回流曲线。关键参数包括：
- 预热：150-200°C。
- 预热时间：最长120秒，以逐渐加热电路板和元件，激活助焊剂并最小化热冲击。
- 峰值温度：最高260°C。
- 液相线以上时间：曲线应确保焊膏正确熔化。元件可承受峰值温度最长10秒，且回流焊最多应进行两次。

注意：最佳曲线取决于具体的PCB设计、焊膏和炉子。建议针对具体应用进行特性分析。

6.2 手工焊接

如果必须进行手工焊接（例如返修），请使用温度不超过300°C的电烙铁。每个焊点的焊接时间应限制在最长3秒，且仅应进行一次，以防止封装损坏。

6.3 储存条件

正确的储存对于防止吸湿至关重要，吸湿可能导致回流焊过程中出现“爆米花”现象（封装开裂）。
- 密封包装：储存在≤30°C且≤90%相对湿度（RH）下。一年内使用。
- 已开封包装：对于从防潮袋中取出的元件，储存环境不应超过30°C或60% RH。建议在672小时（28天，MSL 2a）内完成红外回流焊。
- 长期储存（已开封）：储存在带有干燥剂的密封容器或氮气干燥器中。
- 重新烘烤：如果元件暴露时间超过672小时，在焊接前需在约60°C下烘烤至少20小时。

6.4 清洗

请勿使用未指定的化学品。如果焊接后需要清洗，请将LED在室温下浸入乙醇或异丙醇中不超过一分钟。强效溶剂可能会损坏封装材料或透镜。

7. 包装与订购信息

7.1 编带与卷盘规格

该器件以8mm宽压纹载带包装，卷绕在7英寸（178mm）直径的卷盘上。这是自动化贴片机的标准格式。
- 每卷数量： 3000.
- 最小包装数量：剩余数量最少500片。
- 盖带：载带上的空位用顶部盖带密封。
- 缺件：根据卷盘规格，允许最多连续两个缺失的LED（空位）。
- 标准：包装符合ANSI/EIA-481规范。

8. 应用说明与设计考量

8.1 预期用途

此LED设计用于普通电子设备应用，包括办公设备、通信设备和家用电器。未经事先咨询和认证，不适用于故障可能危及生命或健康的安全关键应用（例如航空、医疗生命支持、交通安全系统）。

8.2 电路设计

必须使用外部限流电阻或恒流驱动电路。正向电压存在范围（2.8-3.8V），因此设计不应假设固定的V_F。电路必须设计成在所有工作条件下（考虑电源变化和温度影响）将I_F限制在20 mA直流或更低。

8.3 热管理

虽然封装可耗散76 mW，但通过PCB焊盘进行有效散热对于维持低结温至关重要。高结温会降低光输出（光衰）并缩短工作寿命。确保PCB布局提供足够的热过孔和铜面积，尤其是在高环境温度或接近最大电流下工作时。

8.4 ESD预防措施

尽管具有8000V HBM的高额定值，但处理这些器件时，应始终遵循标准的ESD处理预防措施。使用接地腕带、防静电垫和正确接地的设备。

9. 技术对比与差异化

该器件在其类别中具有多项显著优势：
1. 反向贴装设计：允许独特的光学集成，光线从贴装于PCB的侧面发出，可实现更纤薄的产品设计或特定的导光耦合。
2. 高亮度（高达180 mcd）：从小型封装中提供高发光强度，适用于需要高可见度的指示灯应用。
3. 宽视角（130°）：提供宽广、均匀的照明，非常适合从多个角度观看的背光面板或状态指示灯。
4. 强大的ESD保护：8000V HBM额定值超过典型的行业水平，提供更强的处理和应用稳健性。
5. 无铅回流兼容性：通过260°C峰值温度额定值认证，适用于标准无铅组装工艺。

10. 常见问题解答（FAQ）

问：峰值波长和主波长有什么区别？
答：峰值波长（λ_P=468 nm）是光谱发射最高的物理点。主波长（λ_d=465-475 nm）是基于人眼颜色感知（CIE图表）的计算值，它定义了您看到的“蓝色”。

问：我可以用3.3V电源不加电阻驱动这个LED吗？
答：不可以。正向电压在2.8V到3.8V之间变化。如果V_F低于3.3V，直接连接到3.3V可能导致电流过大，可能损坏LED。务必使用限流机制。

问：储存部分中的“MSL 2a”是什么意思？
答：湿度敏感等级（MSL）2a表示该元件在需要进行回流焊前烘烤之前，可以在工厂车间条件（≤30°C/60% RH）下暴露4周（672小时）。

问：这个LED适合在20 mA下连续工作吗？
答：是的，20 mA是额定的连续直流正向电流。然而，通过PCB进行热管理对于将结温维持在安全限值内以确保长期可靠性至关重要。

11. 设计与使用案例研究

场景：薄膜开关面板背光
设计师需要为一个大型曲面薄膜开关面板提供均匀的蓝色背光。此LED的反向贴装设计非常理想。LED被放置在柔性PCB（软板）上，发光面朝下朝向导光层。130度的视角确保光线在导光层中均匀扩散。设计师从较高的发光强度范围（例如Q档或R档）中选择档位以实现所需亮度，并指定严格的主波长档位（例如AC或AD）以确保整个面板的颜色一致性。自动化的编带卷盘包装便于贴片机快速、可靠地放置。高ESD额定值在柔性电路处理过程中提供了保护。

12. 技术原理介绍

此LED基于InGaN半导体技术。在发光二极管中，光是通过称为电致发光的过程产生的。当在半导体（InGaN）的p-n结上施加正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入到有源区。当这些电子和空穴复合时，它们以光子（光）的形式释放能量。光的特定波长（颜色）由半导体材料的带隙能量决定。InGaN的带隙适合产生光谱中蓝色和绿色区域的光。“透明”透镜通常由环氧树脂或硅胶制成，旨在有效地提取半导体芯片内部产生的光。

13. 行业趋势与发展

SMD LED市场持续向更高效率、更小封装和更高集成度发展。与此类器件相关的趋势包括：
1. 效率提升（lm/W）：外延生长和芯片设计的持续改进使得每单位电功率产生更多的光输出，从而降低能耗和热负荷。
2. 小型化：对更小终端产品的需求推动着LED封装尺寸不断缩小，同时保持或增加光输出。
3. 颜色一致性改善：制造控制的进步和更精细的分档策略使得生产批次中的颜色公差更小，这对于多LED阵列非常重要。
4. 可靠性增强：封装材料（例如高温硅胶）和芯片贴装技术的改进带来了更长的工作寿命和在恶劣环境条件下更好的性能。
5. 智能集成：虽然这是一个分立元件，但更广泛的趋势是向集成模块发展，将LED与驱动器、控制器和传感器结合在单个封装中。