SMD LED 15-21/B6C-ZQ1R1N/2T 数据手册 - 蓝色 - 2.0x1.25x0.8mm - 最大电压3.7V - 功率40mW - 英文技术文档

1. 产品概述

15-21/B6C-ZQ1R1N/2T是一款紧凑型表面贴装蓝色LED，专为需要高密度元件布局和可靠性能的现代电子应用而设计。该器件采用InGaN芯片技术，可产生典型峰值波长为468 nm的蓝色光。其微型封装和轻量化结构使其成为空间受限设计的理想选择。

1.1 核心优势

该LED的主要优势在于其尺寸相比传统的引线框架型元件显著减小。这使得印刷电路板（PCB）设计更小、封装密度更高、所需存储空间更少，并最终有助于开发出更紧凑的终端用户设备。其与标准自动化贴装和焊接工艺的兼容性，进一步增强了其在大批量制造中的适用性。

1.2 目标市场与应用

这款LED的目标市场涵盖广泛的消费电子、工业及电信应用。典型用例包括仪表盘、开关和符号的背光；电话和传真机等电信设备中的指示灯和背光功能；LCD的平面背光；以及通用指示灯应用。

2. 技术规格与深度解读

本节详细分析了该器件的电气、光学及热学特性。

2.1 Absolute Maximum Ratings

绝对最大额定值定义了器件的应力极限，超过此极限可能导致永久性损坏。这些值并非为正常工作条件而设定。

• 反向电压 (VR): 5 V。反向偏置时超过此电压可能导致结击穿。
• 正向电流 (IF): 20 mA。这是最大连续直流正向电流。
• 峰值正向电流 (IFP): 40 mA。此额定值适用于占空比为1/10、频率为1 kHz的脉冲条件。
• 功耗 (Pd): 40 mW。这是在环境温度为25°C时封装可耗散的最大功率。在更高温度下必须进行降额。
• 工作温度 (Topr): -40°C 至 +85°C。保证器件在此环境温度范围内正常工作。
• 存储温度 (Tstg): -40°C 至 +90°C。
• 焊接温度 (Tsol)： 对于回流焊，峰值温度规定为 260°C，最长持续 10 秒。对于手工焊接，烙铁头温度不应超过 350°C，每个端子最长持续 3 秒。

2.2 光电特性

这些参数是在正向电流（IF）为20 mA、环境温度（Ta）为25°C的条件下测得的，代表了典型的工作条件。

• 发光强度（Iv）： 范围从最小72.0 mcd到最大140.0 mcd，典型容差为±11%。实际值由分档代码（Q1, Q2, R1）决定。
• 视角（2θ1/2）： 通常为130度。这种宽广的视角使得该LED适用于需要宽范围照明的应用。
• 峰值波长（λp）： 通常为 468 nm。
• 主波长 (λd): 范围从 465.0 nm 到 475.0 nm，容差为 ±1 nm。具体分档编码为 X (465-470 nm) 或 Y (470-475 nm)。
• 光谱带宽 (Δλ): 通常为25 nm，以峰值强度一半处测量（半高全宽）。
• 正向电压 (VF): 在20 mA电流下，电压范围为2.70 V至3.70 V，容差为±0.1V。具体档位编码从10（2.7-2.9V）到14（3.5-3.7V）。
• 反向电流 (IR): 当施加5V反向电压 (VR) 时，最大值为50 μA。需注意，该器件并非设计用于反向偏置工作；此参数仅用于漏电流测试。

2.3 热特性

虽然未在单独的表格中明确列出，但热管理至关重要。40 mW的功耗额定值和工作温度范围定义了热限值。设计人员必须确保适当的PCB布局，并在必要时采用散热过孔或散热措施，以将结温维持在安全范围内，尤其是在高环境温度或接近最大电流下工作时。

3. Binning System Explanation

该产品根据关键性能参数进行分档，以确保同一生产批次内的一致性。这使得设计人员能够选择符合特定应用要求的LED。

3.1 光强分档

光强分为三个档位：
- Q1: 72.0 - 90.0 mcd
- Q2: 90.0 - 112.0 毫坎德拉
- R1: 112.0 - 140.0 毫坎德拉

3.2 主波长分档

颜色（主波长）被分为两个档位：
- X： 465.0 - 470.0 nm
- Y: 470.0 - 475.0 nm

3.3 正向电压分档

正向电压被分为五档，以辅助电流调节电路设计：
- 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. 性能曲线分析

数据手册包含多条典型特性曲线，用以说明器件在不同条件下的行为。

4.1 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

该曲线展示了正向电压与电流之间的指数关系。这对于选择合适的限流电阻至关重要。曲线通常表明，电压在超过开启点后微小的增加会导致电流大幅上升，这凸显了电流调节的必要性。

4.2 相对发光强度与正向电流关系

该图表展示了光输出如何随正向电流增加而增加。在一定范围内，这种关系通常是线性的，但在较高电流下，由于热效应和效率影响，会出现饱和现象。在接近最大额定电流下工作，可能不会带来成比例的亮度提升，并且会缩短器件寿命。

4.3 相对发光强度与环境温度的关系

该曲线显示了光输出随环境温度升高而降低的情况。发光强度通常随温度升高而下降。为确保可靠性能，必须在应用设计中考虑热管理。

4.4 Spectrum Distribution

光谱图显示了以峰值波长468 nm为中心的发射轮廓，其典型半高宽为25 nm。此信息对于颜色敏感的应用至关重要。

4.5 辐射模式

辐射图展示了光强的空间分布，证实了其典型的130度视角。对于此类封装，其辐射模式通常为朗伯型或近朗伯型。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

15-21 SMD LED 封装尺寸紧凑。关键尺寸（单位：mm，公差±0.1mm，除非另有说明）包括：本体长度2.0 mm，宽度1.25 mm，高度0.8 mm。详细图纸规定了用于PCB焊盘图案设计的焊盘间距与整体轮廓。

5.2 极性识别

阴极在封装上有明确标识。组装时必须注意正确的极性，以防损坏器件。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

本器件兼容红外回流焊和气相回流焊工艺。推荐采用无铅焊接温度曲线：
- 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，保持不超过10秒。
- 最大升温速率：6°C/秒，最大降温速率：3°C/秒。
回流焊接操作不应超过两次。

6.2 手工焊接

若必须进行手工焊接，请使用烙铁头温度低于350°C的烙铁。每个端子的接触时间不应超过3秒，且焊接每个端子之间至少间隔2秒。烙铁功率应为25W或更低，以避免热冲击。

6.3 存储与潮湿敏感度

LED采用带干燥剂的防潮阻隔袋包装。
- 请在使用前再打开包装袋。
- 开封后，未使用的LED应在温度≤30°C、相对湿度≤60%的条件下储存。
- 包装袋开封后的"车间寿命"为168小时（7天）。
若超出车间寿命或干燥剂显示湿气侵入，使用前需在60±5°C下烘烤24小时。

7. 包装与订购信息

7.1 包装规格

LED采用8毫米宽压纹载带包装，卷绕在7英寸直径的卷盘上。每卷包含2000颗。提供详细的卷盘和载带尺寸，以便自动送料器设置。

7.2 标签信息

卷盘标签包含用于追溯和识别的关键信息：客户产品编号（CPN）、产品编号（P/N）、包装数量（QTY），以及光强（CAT）、主波长（HUE）和正向电压（REF）的具体分档代码，连同批号。

8. 应用说明与设计考量

8.1 电流限制

关键： 必须始终使用一个外部限流电阻与LED串联。正向电压具有负温度系数和生产容差。直接连接到电压源，即使电压略高于典型VF值，也可能导致不受控制的大电流浪涌，从而立即造成损坏。

8.2 PCB布局

确保PCB焊盘图案与推荐的封装尺寸相匹配。提供足够的铜箔面积以利于散热，尤其是在高电流或高环境温度下工作时。焊接过程中及焊接后，避免对LED本体施加机械应力。

8.3 ESD预防措施

该器件的ESD敏感度等级为150V（人体模型）。在组装和操作过程中应遵循标准的ESD处理预防措施。

9. 合规性与环境信息

本产品符合主要环境法规要求：
- RoHS: 本产品为无铅产品，符合《有害物质限制指令》的要求。
- REACH: 符合欧盟《化学品注册、评估、授权和限制法规》。
- 无卤： Compliant with halogen-free requirements (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

10. 常见问题 (FAQ)

10.1 为什么我的LED一上电就立即失效？

最常见的原因是缺少串联的限流电阻。LED是电流驱动器件。将其直接连接到电压源会导致电流过大。务必使用一个根据电源电压、LED正向压降（为安全起见，请使用最大档位值）以及所需工作电流计算得出的电阻。

10.2 我可以在户外使用这款LED吗？

其工作温度范围为-40°C至+85°C，涵盖了许多户外条件。然而，户外使用的主要限制通常在于封装对湿气和紫外线辐射的耐受性，而这款标准商用级组件的规格中并未对此进行说明。对于恶劣环境，请考虑专门为户外或汽车应用评级的器件。

10.3 如何解读标签上的分档代码？

分档代码（例如 ZQ1R1N）对应特定的性能分选。"Q1" 表示发光强度档位（72-90 mcd），"R1" 是内部产品代码的一部分，"N" 可能与其他特性相关。标签字段 CAT、HUE 和 REF 分别明确标明了发光强度、主波长和正向电压的分档信息。

10.4 焊接后是否允许维修/返工？

不建议进行维修。如果绝对必要，请使用双头烙铁同时加热两个引脚，以避免对焊点或 LED 本体造成机械应力。任何返工后，务必验证 LED 的特性是否已发生劣化。

11. 设计与使用案例研究

11.1 设计状态指示面板

考虑一个需要多个蓝色状态指示灯的控制面板。使用15-21 LED，设计人员可以实现高密度布局。对于5V系统，需计算串联电阻值。使用分档14的最大正向电压（3.7V）和目标电流15 mA（低于20 mA最大值以延长寿命），电阻值 R = (5V - 3.7V) / 0.015A ≈ 87 欧姆。标准的91欧姆或100欧姆电阻是合适的。130度的宽视角确保了从各个角度都能清晰可见。如果PCB在打开包装袋后没有立即焊接，在组装过程中必须遵循湿气敏感度处理程序。

12. 技术原理介绍

该LED基于氮化铟镓（InGaN）半导体芯片。当施加正向电压时，电子和空穴在半导体有源区内复合，以光子的形式释放能量。InGaN合金的具体成分决定了带隙能量，进而定义了发射光的波长——在本例中为蓝光。芯片被封装在透明树脂透镜中，以保护晶粒、提供机械稳定性并塑造光输出光束。

13. 行业趋势与背景

15-21封装是SMD LED市场中一种成熟的封装形式。当前的行业趋势正推动向更小封装（例如0402、0201公制尺寸）发展，以实现超小型化、更高效率（每瓦更多流明）和更好的颜色一致性（更严格的分档）。同时，行业也高度关注在更高温度和湿度条件下（针对汽车和工业应用）的增强可靠性。该器件非常适合那些需要经过验证、成本效益高且易于获取的蓝光源的应用场景，并在尺寸、性能和制造便利性之间取得了平衡。