SMD LED 25-21/BHC-AR1S2E/2A 蓝色LED规格书 - 2.5x2.1mm封装 - 电压2.75-3.65V - 功率75mW - 中文技术文档

1. 产品概述

25-21/BHC-AR1S2E/2A 是一款采用InGaN（氮化铟镓）半导体芯片产生蓝光的表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED）。该元件属于为高密度电路板组装而设计的LED类别，在小型化和自动化生产工艺方面具有显著优势。

这款LED的核心优势在于其紧凑的尺寸。其尺寸约为2.5mm x 2.1mm，这使得印刷电路板（PCB）设计可以更小，元件封装密度更高，最终有助于开发更小的终端用户设备。其轻量化结构也使其成为空间和重量是关键限制因素的应用的理想选择。

这是一款单色（蓝色）LED。该器件采用无铅材料制造，并符合包括欧盟RoHS（有害物质限制）指令和REACH（化学品注册、评估、授权和限制）在内的主要环保法规。它也被归类为无卤素产品，溴（Br）和氯（Cl）含量保持在规定限值以下（溴<900 ppm，氯<900 ppm，溴+氯<1500 ppm）。产品以适合现代制造的形式提供，包装在缠绕于7英寸直径卷盘上的8mm载带上，适用于自动贴片设备。

2. 技术参数详解

本节对规格书中定义的关键电气、光学和热参数进行详细、客观的分析。理解这些极限值和典型值对于可靠的电路设计至关重要。

2.1 绝对最大额定值

绝对最大额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。这些不是正常工作条件。

• 反向电压（VR）：5V施加超过5V的反向偏置电压可能导致结击穿。
• 连续正向电流（IF）：20mA这是为确保长期可靠性并维持规定光学性能而推荐的连续工作最大直流电流。
• 峰值正向电流（IFP）：100mA此额定值允许脉冲操作（占空比1/10，频率1kHz）。适用于需要短暂高亮度爆发的应用，但即使瞬间也不得超过此值。
• 功耗（Pd）：75mW这是在环境温度（Ta）为25°C时，封装能够以热量形式耗散的最大功率（计算为正向电压 x 正向电流）。超过此限制有过热风险。
• 工作与存储温度：器件可在-40°C至+85°C的环境温度下工作，并可在-40°C至+90°C的温度下存储。
• 静电放电（ESD）：人体模型（HBM）额定值为150V。这表明对ESD具有中等敏感性，需要在操作过程中采取标准的ESD预防措施。
• 焊接温度：封装可承受峰值温度为260°C、最长10秒的回流焊，或每个引脚在350°C下最长3秒的手工焊接。

2.2 光电特性

这些参数在标准测试条件下（Ta=25°C，IF=20mA）测量，定义了器件的性能。

• 发光强度（Iv）：范围从最小112毫坎德拉（mcd）到最大285 mcd。此宽范围通过分档系统（后文详述）进行管理。典型值未指定，位于此分档范围内。
• 视角（2θ1/2）：发光强度降至其峰值一半时的全角通常为60度。这定义了LED的光束扩散范围。
• 峰值波长（λp）：光功率输出最大的波长通常为468纳米（nm），位于可见光谱的蓝色区域。
• 主波长（λd）：这是人眼感知到的单一波长，范围从464.5 nm到476.5 nm。它也受分档管理。
• 光谱带宽（Δλ）：通常为25 nm，这表示围绕峰值波长发射的波长范围。
• 正向电压（VF）：在20mA驱动下，范围从2.75V到3.65V。此变化通过电压分档系统管理。必须使用一个限流电阻与LED串联，以根据特定单元的实际VF和电源电压来控制电流。
• 反向电流（IR）：施加5V反向偏置时，最大为50微安（μA）。

3. 分档系统说明

为确保大规模生产的一致性，LED根据关键性能参数进行分类（分档）。这使得设计人员可以选择满足特定亮度、颜色和电压要求的部件。

3.1 发光强度分档

根据在20mA下测得的发光强度，LED被分为四个档位（R1, R2, S1, S2）。

• 档位 R1：112 mcd 至 140 mcd
• 档位 R2：140 mcd 至 180 mcd
• 档位 S1：180 mcd 至 225 mcd
• 档位 S2：225 mcd 至 285 mcd

每个分档代码内的发光强度容差为±11%。

3.2 主波长分档

LED被分为四个档位（A9, A10, A11, A12）以控制蓝色的色调。

• 档位 A9：464.5 nm 至 467.5 nm
• 档位 A10：467.5 nm 至 470.5 nm
• 档位 A11：470.5 nm 至 473.5 nm
• 档位 A12：473.5 nm 至 476.5 nm

每个分档代码内的主波长容差为±1nm。

3.3 正向电压分档

LED被分为三个电压档位（5, 6, 7），以辅助电流调节电路设计。

• 档位 5：2.75V 至 3.05V
• 档位 6：3.05V 至 3.35V
• 档位 7：3.35V 至 3.65V

每个分档代码内的正向电压容差为±0.1V。

4. 性能曲线分析

虽然规格书引用了典型的光电特性曲线，但提供的文本未包含具体图表。基于标准LED行为，这些曲线通常说明以下对设计至关重要的关系：

• I-V（电流-电压）曲线：显示正向电压与电流之间的指数关系。曲线的拐点电压与VF规格相关。此图对于选择合适的限流电阻值至关重要。
• 发光强度 vs. 正向电流：展示光输出如何随驱动电流增加，通常在达到某点之前呈近似线性关系，之后效率下降。
• 发光强度 vs. 环境温度：显示光输出随结温升高而降低。这对于在高温环境下运行的应用至关重要。
• 光谱分布：相对强度与波长的关系图，显示峰值在~468nm和25nm带宽，确认了蓝色的纯度。

5. 机械与封装信息

LED封装在塑料表面贴装封装内。规格书包含详细的尺寸图。关键机械特性包括：

• 封装外形：主体主要尺寸约为长2.5mm，宽2.1mm。图纸规定了所有关键尺寸，包括引脚（端子）尺寸、间距和封装高度，除非另有说明，标准公差为±0.1mm。
• 极性识别：阴极引脚通常有标记，例如封装上的凹口、圆点或绿色标记，如图纸所示。正确的极性对于工作至关重要。
• 焊盘设计（封装尺寸）：推荐的PCB焊盘图形（焊盘尺寸和形状）源自封装尺寸，以确保可靠的焊接和机械稳定性。

6. 焊接与组装指南

遵守这些指南对于防止组装过程中的损坏至关重要。

6.1 存储与操作

• LED包装在带有干燥剂的防潮袋中。
• 在准备使用元件之前，请勿打开防潮袋。
• 打开后，未使用的LED必须在≤30°C和≤60%相对湿度的条件下存储。
• 打开袋子后的车间寿命为168小时（7天）。如果在此时间内未使用，必须重新烘烤并重新装袋。
• 烘烤条件：如果需要，在60 ±5°C下烘烤24小时。
• 操作过程中始终遵守ESD（静电放电）预防措施。

6.2 回流焊工艺

提供了无铅回流焊的详细温度曲线：

• 预热：在60-120秒内从150°C升温至200°C。
• 浸润/回流：温度高于217°C（液相线温度）的时间应为60-150秒。峰值温度不得超过260°C，且温度在或高于255°C的时间必须限制在最长30秒。
• 冷却速率：最大冷却速率为每秒6°C。
• 重要提示：回流焊不应进行超过两次。加热过程中避免对LED施加机械应力，焊接后不要弯曲PCB。

6.3 手工焊接与返修

• 如果必须进行手工焊接，请使用烙铁头温度≤350°C的烙铁，每个引脚焊接时间≤3秒。
• 烙铁功率应≤25W。焊接每个引脚之间至少间隔2秒冷却。
• 强烈不建议在LED焊接后进行维修/返修。如果不可避免，必须使用专用的双头烙铁同时加热两个引脚并取下元件，以避免对焊点施加应力。必须事先验证对LED特性的影响。

7. 包装与订购信息

产品以适合自动化组装的形式提供。

• 载带：元件装载在宽度为8mm的压纹载带中。
• 卷盘：载带缠绕在标准的7英寸（178mm）直径卷盘上。
• 数量：每卷包含2000个LED。
• 防潮袋：卷盘密封在带有干燥剂和湿度指示卡的铝制防潮袋内。
• 标签信息：卷盘标签包含产品编号（P/N）、数量（QTY）、以及发光强度（CAT）、主波长（HUE）和正向电压（REF）的具体分档代码，以及批号（LOT No）。

8. 应用说明与设计考量

8.1 典型应用

根据其规格，这款蓝色SMD LED适用于各种低功耗指示灯和背光功能，包括：

• 通信设备：电话和传真机中的状态指示灯、按键或显示屏背光。
• 消费电子产品：开关和符号照明、小型液晶显示器（LCD）的平面背光。
• 通用指示：任何需要紧凑、可靠的蓝色状态指示灯的应用。

8.2 关键设计考量

• 必须限流：LED是电流驱动器件。您必须使用一个串联电阻（或恒流驱动器）将正向电流限制在20mA或更低。电阻值计算公式为 R = (电源电压 - LED正向电压) / 期望电流。使用最大VF（3.65V）进行计算可确保即使对于低正向电压的单元，电流也永远不会超过限制。
• 热管理：虽然功率较低（最大75mW），但确保LED焊盘周围有足够的PCB铜面积或散热过孔有助于散热，尤其是在高环境温度条件下，从而维持光输出和寿命。
• 光学设计：60度的视角提供了相当宽的光束。对于更聚焦的光线，可能需要外部透镜或反射器。

8.3 应用限制

规格书明确指出，本产品并非为或认证用于故障可能导致严重后果的高可靠性应用。这包括：

• 军事和航空航天系统
• 汽车安全与安保系统（例如，安全气囊、制动系统）
• 医疗生命支持或关键诊断设备

对于此类应用，需要具有不同规格、认证和可靠性保证的元件。

9. 技术对比与定位

25-21封装介于0402/0603等更小的芯片和更大的功率LED之间。其主要区别在于：

• 对比更小封装（例如0402）：提供更高的光输出，并且在需要时通常更容易手动操作和焊接，同时仍然非常紧凑。
• 对比引线式LED：实现完全自动化组装，减少电路板空间，并无需引脚弯曲和通孔钻孔。
• 对比高功率LED：专为指示灯级电流（20mA）和功率（75mW）设计，而非用于照明。与高功率LED所需的复杂恒流驱动器相比，它只需要简单的驱动电路（一个电阻）。

10. 常见问题解答 (FAQ)

10.1 如何选择正确的限流电阻？

使用公式：R = (电源电压 - 正向电压) / 期望电流。对于5V电源和20mA的期望电流，并假设最坏情况（最高）正向电压为3.65V：R = (5V - 3.65V) / 0.020A = 67.5 欧姆。使用下一个更高的标准值（例如，68欧姆或75欧姆）。这确保所有单元的电流都保持在20mA以下。始终计算电阻的功耗：P_电阻 = I^2 * R。

10.2 我能否使用恒压源而不加电阻来驱动此LED？

No.LED的正向电压具有负温度系数，并且因单元而异。将其直接连接到即使略高于其正向电压的电压源，也会导致电流不受控制地上升，可能超过绝对最大额定值并几乎立即损坏LED。

10.3 为什么打开防潮袋后有7天的限制？

SMD塑料封装会从空气中吸收湿气。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"效应，从而裂开封装或损坏芯片。7天的车间寿命和烘烤程序旨在焊接前去除这些吸收的湿气。

10.4 分档代码（例如 S2/A11/6）对我的设计意味着什么？

它们指定了您特定LED的性能组。如果您的设计需要最低亮度，您应指定如S1或S2的档位。如果多个LED之间的颜色一致性至关重要，您应指定一个严格的波长档位（例如，仅A10）。指定电压档位（例如，5）在使用简单电阻驱动时，有助于使不同单元之间的电流（以及亮度）更加一致。

11. 实际设计示例

场景：为运行在3.3V电源轨上的设备设计一个简单的蓝色电源指示灯。我们希望电流约为15mA以获得足够的亮度，同时保持保守。

1. 确定最坏情况正向电压：根据规格书，最大正向电压（档位7）为3.65V。
2. 计算最小电阻值：R_min = (电源电压 - 最大正向电压) / 期望电流 = (3.3V - 3.65V) / 0.015A = -23.3 欧姆。这是负值，意味着对于正向电压为3.65V的单元，在3.3V电源下不会有电流流过。这是可以接受的；对于这个特定的高正向电压单元，在此低电源电压下LED根本不会点亮。
3. 为典型/低正向电压计算：让我们使用典型正向电压3.2V。R = (3.3V - 3.2V) / 0.015A ≈ 6.7 欧姆。使用10欧姆标准电阻：实际电流 = (3.3V - 3.2V) / 10 = 10mA（安全）。对于正向电压为2.8V的低压单元：电流 = (3.3V - 2.8V) / 10 = 50mA。这超过了20mA的连续额定值！
4. 结论：3.3V电源太接近LED的正向电压范围，仅使用串联电阻无法实现可靠、安全的操作。电流将根据单个LED的正向电压剧烈变化（从0mA到超过50mA）。更好的解决方案是使用更高的电源电压（例如，5V）或专为低压操作设计的专用低压差恒流驱动IC。

12. 工作原理

这款LED基于半导体p-n结中的电致发光原理工作。有源区使用InGaN（氮化铟镓）化合物半导体。当施加超过结内建电势的正向偏置电压时，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。在那里，它们复合，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（颜色）——在本例中为蓝色（~468 nm）。环氧树脂封装保护半导体芯片，充当透镜以塑造光输出，并配制成水白色以最大化透光率。

13. 技术趋势

采用25-21等封装的SMD LED代表了一项成熟且广泛采用的技术。该领域当前的趋势集中在几个关键领域：

• 效率提升：持续的材料科学和外延生长改进旨在每单位电输入功率（mA）产生更多的光（更高的发光效率），从而允许在相同电流下实现更低的功耗或更高的亮度。
• 颜色一致性改善：制造控制和分档算法的进步导致主波长和发光强度的分布更紧密，减少了对广泛分档的需求，并在多LED应用中提供更均匀的外观。
• 可靠性增强：对更坚固的封装材料、更好的芯片贴装方法和改进的荧光粉（用于白光LED）的研究，继续延长在各种环境应力下的工作寿命和稳定性。
• 小型化持续：虽然25-21很小，但对更小外形尺寸（例如，芯片级封装）的追求仍在继续，以满足超紧凑设备的需求，尽管通常在易操作性和热性能方面需要权衡。
• 集成化：一个更广泛的趋势是将控制电子器件（如恒流驱动器或脉宽调制电路）直接与LED芯片集成到单个封装中，从而简化最终用户的电路设计。