SMD LED 19-21 蓝色发光二极管规格书 - 尺寸 2.0x1.25x0.8mm - 电压 2.7-3.7V - 功率 75mW - 中文技术文档

1. 产品概述

19-21 SMD LED 是一款紧凑型表面贴装器件，专为需要可靠指示灯或背光解决方案的现代电子应用而设计。其主要优势在于，相比传统的引线框架LED，其占板面积显著减小，从而能在印刷电路板上实现更高的元件组装密度。这种小型化直接有助于实现更小的终端产品设计、减少元件存储需求并减轻整体重量，使其成为空间受限和便携设备的理想选择。

该器件采用 InGaN（氮化铟镓）半导体芯片制造，可发出蓝光。封装采用水清树脂，以实现最大的光输出。它是一种单色类型，安装在8mm载带上，并卷绕在7英寸直径的卷盘上，以便与高速自动贴片组装设备兼容。该产品完全兼容无铅焊接工艺，包括红外和汽相回流焊。此外，它符合关键的环境和安全标准：属于符合 RoHS（有害物质限制）指令的版本，符合欧盟 REACH 法规，并且是无卤的（溴含量 <900 ppm，氯含量 <900 ppm，总和 <1500 ppm）。

2. 技术参数详解

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损坏的极限。不保证在此条件下或超过此条件运行。

• 反向电压 (V_R):5V。在反向偏压下超过此电压可能导致结击穿。
• 正向电流 (I_F):20mA（连续）。这是保证长期可靠运行的建议最大电流。
• 峰值正向电流 (I_FP):40mA，仅在脉冲条件下允许（占空比 1/10，频率 1kHz）。
• 功耗 (P_d):75mW。这是封装在不超出其热限值的情况下所能耗散的最大功率。
• 静电放电 (ESD):人体模型 (HBM) 等级为 150V。组装过程中必须采取适当的 ESD 防护措施。
• 工作温度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。器件在此环境温度范围内可正常工作。
• 存储温度 (T_stg):-40°C 至 +90°C。
• 焊接温度 (T_sol):回流焊峰值温度 260°C，最长 10 秒。手工焊接烙铁头温度不应超过 350°C，时间不超过 3 秒。

2.2 光电特性

这些参数是在环境温度 (T_a) 为 25°C、正向电流 (I_F) 为 20mA 的标准测试条件下测量的（除非另有说明）。它们定义了核心的光输出和电气性能。

• 发光强度 (I_v):范围从最小 72.0 mcd 到最大 180.0 mcd。典型值在此分档范围内（见第 3 节）。
• 视角 (2θ_1/2):约 100 度。这是发光强度为其峰值一半时的全角。
• 峰值波长 (λ_p):典型值为 468 纳米 (nm)。这是光谱发射最强的波长。
• 主波长 (λ_d):范围从 465.0 nm 到 475.0 nm。这是人眼感知到的单一波长，定义了颜色。
• 光谱带宽 (Δλ):典型值为 25 nm。这测量的是发射光谱在其最大强度一半处的宽度。
• 正向电压 (V_F):在 20mA 时，范围从 2.70V 到 3.70V。这是 LED 工作时两端的电压降。
• 反向电流 (I_R):施加 5V 反向电压时，最大为 50 μA。该器件并非设计用于反向偏压工作。

重要说明:公差规定为：发光强度 ±11%，主波长 ±1nm，正向电压 ±0.1V。5V 反向电压条件用于测试 I_R only.

3. 分档系统说明

为确保生产应用中颜色和亮度的一致性，LED 根据关键参数被分类到不同的档位中。这使得设计人员能够选择满足特定应用要求的部件。

3.1 发光强度分档

在 I_F= 20mA 时分档。代码表示亮度等级递增。

• Q1:72.0 – 90.0 mcd
• Q2:90.0 – 112.0 mcd
• R1:112.0 – 140.0 mcd
• R2:140.0 – 180.0 mcd

3.2 主波长分档

在 I_F= 20mA 时分档。定义了精确的蓝色色调。

• X:465.0 – 470.0 nm
• Y:470.0 – 475.0 nm

3.3 正向电压分档

在 I_F= 20mA 时分档。对于设计限流电路和确保并联串中亮度均匀非常重要。

• 10:2.70 – 2.90 V
• 11:2.90 – 3.10 V
• 12:3.10 – 3.30 V
• 13:3.30 – 3.50 V
• 14:3.50 – 3.70 V

4. 性能曲线分析

规格书提供了几条特性曲线，对于理解 LED 在不同工作条件下的行为至关重要。

4.1 相对发光强度 vs. 正向电流

该曲线显示光输出随正向电流增加而增加，但并非线性。在较高电流下趋于饱和。显著超过建议的 20mA 运行可能带来亮度提升的收益递减，同时增加热量并加速性能衰减。

4.2 相对发光强度 vs. 环境温度

LED 效率随结温升高而降低。该曲线通常显示，随着环境温度从 -40°C 升至 +85°C，光输出逐渐下降。应用中需要适当的热管理以保持亮度稳定。

4.3 正向电流降额曲线

此图定义了最大允许连续正向电流与环境温度的函数关系。随着温度升高，必须降低最大允许电流，以保持在器件的功耗限制内并防止过热。

4.4 正向电压 vs. 正向电流

这种 IV（电流-电压）特性本质上是指数型的。正向电压的微小变化会导致电流的巨大变化，这突显了使用恒流驱动器或精确计算的串联电阻的极端重要性。

4.5 光谱分布

光谱图显示一个以 468 nm 为中心的单峰，证实了单色蓝光输出。典型的 25nm 带宽表明了发射光的光谱纯度。

4.6 辐射图

此极坐标图直观地表示了视角，显示了从 LED 中心轴不同角度处的相对发光强度，证实了大约 100 度的视角。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

19-21 SMD LED 具有紧凑的矩形占位面积。关键尺寸（以毫米计）约为：长度 2.0mm，宽度 1.25mm，高度 0.8mm。除非另有说明，公差通常为 ±0.1mm。封装具有阴极识别标记，这对于 PCB 组装时的正确方向至关重要。

5.2 极性识别

正确极性是运行的必要条件。封装包含一个明显的阴极标记。请始终参考封装图纸，在实物元件上识别此标记，并将其与 PCB 焊盘上的相应标记对齐。

6. 焊接与组装指南

6.1 限流要求

关键:必须使用外部限流电阻或恒流驱动电路与 LED 串联。其指数型 IV 特性意味着电源电压的微小增加可能导致正向电流出现巨大且可能具有破坏性的浪涌。

6.2 回流焊温度曲线

该器件适用于无铅回流焊。推荐温度曲线如下：

• 预热:150–200°C，持续 60–120 秒。
• 液相线以上时间 (217°C):60–150 秒。
• 峰值温度:最高 260°C。
• 峰值温度 ±5°C 内时间:最长 10 秒。
• 升温速率:至 217°C 时最大 3°C/秒，然后至峰值温度最大 6°C/秒。
• 冷却速率:建议进行受控冷却。

注意:同一器件不应进行超过两次回流焊。

6.3 手工焊接

如果必须进行手工焊接，需要极其小心：

• 使用烙铁头温度不超过 350°C 的烙铁。
• 每个焊端接触时间限制在最长 3 秒。
• 使用额定功率为 25W 或更低的烙铁。
• 焊接每个焊端之间至少间隔 2 秒，以避免热应力。

6.4 存储与防潮要求

元件包装在带有干燥剂的防潮屏蔽袋中。

• 请勿打开袋子，直到准备使用时。
• 开封后，未使用的 LED 应存储在温度 ≤30°C、相对湿度 ≤60% 的环境中。
• 袋子开封后的 "车间寿命" 为 168 小时（7 天）。
• 如果元件超过此时间或干燥剂指示剂变色，则需要进行烘烤：在回流焊前，于 60°C ±5°C 下烘烤 24 小时。

6.5 返修与修复

强烈不建议在焊接后进行返修。如果绝对不可避免，请使用双头烙铁同时加热两个焊端，并均匀抬起元件，以防止焊点或 LED 封装受到机械应力。任何返修后，务必验证器件功能。

7. 包装与订购信息

7.1 标准包装

LED 以凸点载带形式供应在 7 英寸直径的卷盘上。每卷包含 3000 片。载带宽度为 8mm。

7.2 卷盘与载带尺寸

规格书中提供了卷盘轴心、凸缘和载带凹槽的详细机械图纸，标准公差为 ±0.1mm。

7.3 标签信息

卷盘标签包含用于可追溯性和正确应用的关键信息：

• CPN:客户部件号（如已分配）。
• P/N:制造商产品编号（例如，19-21/BHC-ZQ1R2N/3T）。
• QTY:每卷包装数量。
• CAT:发光强度分档代码（例如，R1）。
• HUE:主波长/色度分档代码（例如，X）。
• REF:正向电压分档代码（例如，12）。
• LOT No:生产批号，用于追溯。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

• 背光照明:由于其尺寸小、视角均匀，非常适合仪表盘指示灯、薄膜开关、键盘和符号照明。
• 通信设备:电话、传真机和网络硬件的状态指示灯和背光。
• LCD 平面背光:可用于阵列，为小型 LCD 显示器提供侧光照明。
• 通用指示灯:广泛应用于消费类和工业电子产品中的电源状态、模式选择和警报指示灯。

8.2 设计注意事项

• 电路设计:始终实施适当的电流调节。对于简单的电阻限流设计，使用分档中的最大正向电压 (V_F) 计算电阻值，以确保在最坏情况下电流永远不会超过 20mA。
• PCB 布局:确保焊盘图案与推荐的封装尺寸匹配。如果 LED 将在其最大额定值或接近最大额定值下驱动，请提供足够的热释放。
• 光学设计:水清透镜提供宽视角。对于聚焦光或漫射光，可能需要外部透镜或导光件。
• ESD 保护:如果 LED 位于用户可接触的位置，由于 150V HBM 等级相对较低，应在敏感线路上加入 ESD 保护二极管。

9. 技术对比与差异化

与较大的通孔 LED 相比，19-21 SMD 封装为现代电子产品提供了决定性优势：

• 尺寸与重量:显著更小更轻，有助于实现小型化。
• 组装成本:支持全自动、高速 PCB 组装，降低人工成本。
• 可靠性:表面贴装结构通常比带引线的器件具有更好的抗振动和机械冲击能力。
• 热路径:SMD 封装到 PCB 可以有更直接的热路径，如果设计得当，有助于散热。
• 在 SMD 蓝光 LED 细分市场中，此部件的关键差异化因素在于其亮度（高达 180mcd）、精确的波长分档以及符合严格的无卤和 REACH 标准的特定组合，这对于某些市场和注重环保的设计可能至关重要。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 使用5V电源时应选用多大阻值的电阻？

使用欧姆定律 (R = (V_电源- V_F) / I_F)，并假设最坏情况（最低）V_F为 2.7V 以确保电流永远不会超过 20mA：R = (5V - 2.7V) / 0.020A = 115 欧姆。应使用最接近的标准更高阻值（例如，120 欧姆）。务必根据您具体分档的实际 V_F验证电流。

10.2 我可以用30mA驱动此LED以获得更高亮度吗？

不建议这样做。连续正向电流的绝对最大额定值为 20mA。超过此额定值会降低长期可靠性，增加结温，加速光通量衰减，并可能导致过早失效。

10.3 为什么存储和烘烤过程如此重要？

SMD 塑料封装会从大气中吸收湿气。在高温回流焊过程中，这些被困住的湿气会迅速膨胀，导致内部分层或 "爆米花" 现象，从而裂开封装或损坏芯片。防潮标签和烘烤程序可防止这种失效模式。

10.4 如何解读卷盘上的分档代码（例如 Q1, X, 12）？

这些代码指定了您 LED 的性能组别。例如，"Q1" 表示发光强度在 72-90 mcd 之间，"X" 表示主波长在 465-470 nm 之间，"12" 表示正向电压在 3.10-3.30V 之间。使用同一档位的部件可确保产品亮度和颜色的一致性。

11. 实际设计与使用案例

场景：设计一个多 LED 状态面板。一位设计师正在创建一个带有十个蓝色指示灯 LED 的控制面板。为确保亮度均匀，他们指定使用来自同一发光强度档位（例如 R1）的 LED。他们使用 3.3V 电源轨为 LED 供电。在电阻计算中使用 14 档的最大 V_F（3.7V）会导致负电阻，因此他们必须使用较低的档位或较高的电源电压。他们选择 12 档（最大 V_F3.3V）。使用典型 V_F3.2V 计算得出 R = (3.3V - 3.2V) / 0.020A = 5 欧姆。需要一个很小的电阻，并且实际电流对 V_F的变化非常敏感。在这种情况下，对于多个 LED，使用恒流驱动 IC 将是比单个电阻更稳健的解决方案，无论各单元之间 V_F存在微小差异，都能提供稳定的亮度。

12. 工作原理

19-21 LED 基于半导体 p-n 结中的电致发光原理工作。有源区由 InGaN 构成。当施加超过二极管开启阈值的前向电压时，来自 n 型区域的电子和来自 p 型区域的空穴被注入有源区。当这些载流子复合时，它们以光子（光）的形式释放能量。InGaN 合金的具体成分决定了带隙能量，这直接对应于发射光的波长——在本例中，是大约 468 nm 的蓝光。水清环氧树脂封装料保护半导体芯片，提供机械稳定性，并作为透镜来塑造光输出模式。

13. 技术趋势

像 19-21 封装这样的 SMD LED 的发展，是由电子产品制造中持续的小型化、提高效率和更高可靠性的趋势所推动的。该领域的关键趋势包括：

• 效率提升:持续的材料科学研究旨在提高 InGaN 芯片的内量子效率，从而在相同输入电流 (mA) 下产生更高的发光强度 (mcd)，或在相同输出下降低功耗。
• 热管理改进:封装材料和芯片贴装技术的进步允许芯片更好地散热，从而支持更高的驱动电流或在标准电流下延长寿命。
• 颜色一致性增强:更严格的分档公差和更先进的晶圆级制造工艺导致主波长和发光强度的变化减小，这对于要求外观一致的应用至关重要。
• 更广泛的环境合规性:正如本组件所示，向无卤化和更严格的 RoHS/REACH 合规性迈进正成为标准，反映了行业对环境可持续性和材料安全的关注。
• 集成化:一个更广泛的趋势是将控制电子器件（如恒流驱动器或 PWM 控制器）直接与 LED 芯片集成到更先进的封装类型中，从而简化最终用户的电路设计。