SMD LED 15-21/GHC-YR2U1/3T 数据手册 - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - 亮绿色 - 英文技术文档

1. 产品概述

15-21/GHC-YR2U1/3T是一款表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED），专为现代紧凑型电子应用而设计。该元件相较于传统的引线框架型LED取得了显著进步，在电路板空间利用和整体系统小型化方面提供了巨大优势。

这款LED的核心优势在于其微型封装尺寸。与通孔元件相比，其尺寸显著减小，使设计者能够在印刷电路板（PCB）上实现更高的元件密度。这直接转化为更小的电路板尺寸、更少的元件存储需求，并最终创造出更小、更轻的终端用户设备。SMD封装固有的轻量化特性，使其成为对重量和空间有严格限制的应用场景的理想选择。

This LED is a mono-color type, emitting a brilliant green light, and is constructed using environmentally friendly materials, being both Pb-free and compliant with RoHS, EU REACH, and halogen-free standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). It is supplied in industry-standard 8mm tape on 7-inch diameter reels, ensuring compatibility with high-speed automated pick-and-place assembly equipment. The device is also designed to withstand standard infrared and vapor phase reflow soldering processes.

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

理解绝对最大额定值对于确保长期可靠性并防止灾难性故障至关重要。这些额定值规定了超出后可能导致器件永久性损坏的极限。

• 正向电流 (IF): 25 mA。这是在正常工作条件下可施加于LED的最大连续直流电流。
• 峰值正向电流 (IFP): 50 mA。此额定值适用于占空比为1/10、频率为1 kHz的脉冲条件。仅在上述特定脉冲条件下，才允许超过连续电流额定值。
• 功耗 (Pd): 95 毫瓦。这是在环境温度 (Ta) 为 25°C 时，器件能够以热量形式耗散的最大功率。在更高的环境温度下，此额定值需降额使用。
• 静电放电 (ESD)： 150 伏（人体模型）。在组装和操作过程中必须遵循正确的 ESD 处理程序，以防止静电造成损坏。
• 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。设备在未通电时可在此温度范围内存储。
• 焊接温度 (Tsol)： 该器件可承受峰值温度为 260°C 的回流焊接，持续时间最长为 10 秒。对于手工焊接，烙铁头温度不得超过 350°C，且每个端子的接触时间应限制在 3 秒以内。

2.2 电光特性

光电特性定义了LED在特定测试条件下（除非另有说明，Ta=25°C，IF=20mA）的光输出和电气行为。这些是设计和性能验证的关键参数。

• 发光强度 (Iv): 光强范围从最小值140.0 mcd到最大值565.0 mcd，典型值取决于具体的分档。光强容差为±11%。
• 视角 (2θ1/2)： 130度（典型值）。此宽视角表明其为朗伯或近朗伯发射模式，适用于需要大面积照明的应用。
• 峰值波长 (λp)： 518 nm (典型值)。这是光谱功率分布达到最大值时的波长。
• 主波长 (λd): 范围从 520 nm 到 535 nm。这是人眼感知到的、与所发光颜色相匹配的单一波长。容差为 ±1 nm。
• 光谱带宽 (Δλ): 35 nm（典型值）。这是发射光谱的宽度，以最大强度一半处测量（半高全宽 - FWHM）。
• 正向电压 (VF): 范围从2.7V（最小值）到3.7V（最大值），在20mA电流下的典型值为3.3V。该参数对于设计限流电路至关重要。
• 反向电流 (IR): 当施加5V反向电压 (VR) 时，最大值为50 μA。必须注意，本器件并非设计用于反向偏置工作；此测试条件仅用于表征。

3. Binning System Explanation

为确保生产中的颜色与亮度一致性，LED会根据关键参数进行分档。15-21/GHC-YR2U1/3T采用二维分档系统。

3.1 光强分档

发光强度被分为六个不同的等级（R2、S1、S2、T1、T2、U1），每个等级定义了在IF=20mA条件下以毫坎德拉（mcd）为单位测量的最小和最大强度范围。例如，等级U1代表最高强度范围，为450.0至565.0 mcd，而等级R2代表最低范围，为140.0至180.0 mcd。产品代码“YR2U1”指明了主波长（Y）和发光强度（U1）的具体等级。

3.2 主波长分档

决定感知颜色的主波长被分为三个等级（X、Y、Z）。等级X覆盖520.0-525.0 nm，等级Y覆盖525.0-530.0 nm，等级Z覆盖530.0-535.0 nm。这确保了来自同一波长等级的LED在视觉上具有一致的颜色。

4. 性能曲线分析

数据手册提供了多条特性曲线，用以说明器件在不同条件下的行为。这些曲线对于高级热学和光学设计至关重要。

• 正向电流与正向电压关系曲线（I-V曲线）： 该曲线展示了电流与电压之间的指数关系，常用于确定工作点以及设计合适的限流电阻或驱动器。
• 相对发光强度与正向电流关系曲线： 该图表展示了光输出如何随驱动电流增加而提升。通常呈现亚线性关系，即在极高电流下效率可能降低。
• 相对发光强度与环境温度关系图： 这条关键曲线显示了光输出随结温升高而衰减的情况。发光强度通常随温度上升而下降，在设计高环境温度下工作的系统时必须考虑此因素。
• 正向电流降额曲线： 该图表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，必须降低最大电流以保持在器件的功耗限制范围内。
• 光谱分布： 该图显示了相对光功率与波长的函数关系，以峰值波长518 nm为中心，典型带宽为35 nm。
• 辐射方向图： 该极坐标图展示了光强的空间分布，证实了130度的视角。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

该LED采用紧凑的SMD封装。关键尺寸包括主体长度约2.0毫米，宽度约1.25毫米，高度为0.8毫米。数据手册提供了详细的尺寸图，包括焊盘布局、整体尺寸以及阴极标记位置。除非另有说明，公差通常为±0.1毫米。阴极标记清晰，以确保正确的PCB方向。

5.2 包装规格

该器件采用防潮包装，以防止在储存期间因环境湿度造成损坏。元件被装载在载带中，载带凹槽尺寸适用于15-21封装。此载带卷绕在标准的7英寸直径卷盘上。每盘包含3000件。包装内包含干燥剂，并密封在铝箔防潮袋中。袋上标签包含关键信息，如产品编号（P/N）、数量（QTY）、发光强度等级（CAT）、色度/波长等级（HUE）、正向电压等级（REF）和批号（LOT No）。

6. 焊接与组装指南

正确的处理和焊接对可靠性至关重要。关键注意事项包括：

• 电流限制： 必须使用外部限流电阻。LED的指数型I-V特性意味着微小的电压变化可能导致巨大的电流浪涌，从而引发立即失效。
• 湿度敏感性： 本器件采用防潮袋包装。一旦打开，若存储环境为≤30°C且≤60%相对湿度，LED必须在168小时（7天）内使用。未使用的部件应重新装入放有干燥剂的袋中。若暴露时间超过规定或干燥剂指示剂已变色，则需在回流焊接前进行60±5°C、24小时的烘烤。
• 回流焊接温度曲线： 指定了无铅回流焊温度曲线。关键参数包括：预热阶段温度为150-200°C，持续60-120秒；液相线以上（217°C）时间为60-150秒；峰值温度不超过260°C，最长持续10秒。最大升温速率为6°C/秒，最大降温速率为3°C/秒。回流焊操作不应超过两次。
• 手工焊接： 如需进行手动维修，请使用烙铁头温度低于350°C的烙铁。每个端子的接触时间必须少于3秒，建议使用双头烙铁进行拆卸以避免机械应力。烙铁功率应为25W或更低。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

其亮丽的绿色和紧凑的尺寸使得这款LED适用于多种应用：

• 背光照明： 非常适合用于汽车仪表盘、消费电子产品和工业控制面板中符号、开关及指示器的背光照明。
• 电信设备： 用作电话、传真机和网络硬件中的状态指示灯和键盘背光。
• LCD平面背光： 可用于阵列中，为小型单色或彩色LCD显示器提供侧光式或直下式背光。
• 通用指示： 任何需要明亮、可靠且紧凑状态指示器的应用。

7.2 设计考量

• 热管理： 尽管功耗较低，但保持较低的结温是最大化光输出和延长使用寿命的关键。如果在高环境温度或高驱动电流下工作，请确保足够的PCB铜箔面积或散热过孔。
• 电流驱动电路： 务必使用恒流源或带有串联限流电阻的电压源。根据电源电压（Vs）、LED的正向电压（VF，为安全起见使用最大值）和所需的正向电流（IF）计算电阻值：R = (Vs - VF) / IF。
• 光学设计： 130度宽视角提供广阔的照明范围。如需聚焦光线，可能需要外部透镜或导光件。

8. 技术对比与差异化

15-21 SMD LED的主要差异化优势在于其结合了极小的外形尺寸（2.0x1.25mm）与相对较高的发光强度（U1档位最高可达565 mcd）。与较大的SMD LED（例如3528、5050）相比，它能显著节省电路板空间。与更小的芯片级封装相比，其具有明确的可焊接引脚封装，因此更易于处理和焊接。采用InGaN技术实现亮绿色，与旧技术相比，能提供更高的效率和更好的色彩饱和度。其符合严格的环境标准（RoHS、REACH、无卤），使其适用于法规要求严格的全球市场。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

Q: 使用5V电源时，我应选用多大阻值的电阻？
答：使用最大正向电压VF为3.7V，目标正向电流IF为20mA进行计算：R = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65欧姆。应选用下一个更高的标准阻值，例如68欧姆，以确保电流不超过20mA。

问：我可以用30mA驱动这个LED以获得更高亮度吗？
答：不可以。该器件的连续正向电流绝对最大额定值为25 mA。超过此额定值可能导致器件立即或长期损坏。如需更高亮度，请选择更高光强等级（例如T2或U1）的LED。

问：这袋LED已经开封10天了。我还能使用吗？
答：不能直接用于回流焊接。你必须先在60±5°C下烘烤24小时，以去除吸收的湿气，防止在回流焊过程中发生“爆米花”现象损坏器件。

问：如何识别阴极？
A: 该封装具有明显的阴极标记，如尺寸图所示。在PCB封装上，阴极焊盘通常在丝印层上标示。

10. 实用设计与使用案例

案例：设计一个多指示灯状态面板
一位设计师正在创建一个包含12个状态指示灯的紧凑型控制面板。空间极其有限。通过选用15-21 LED，他们可以将指示灯布置在0.1英寸（2.54毫米）的网格上。他们选择了U1亮度等级以确保高可见性。他们采用共用的5V电源轨设计PCB。对于每个LED，他们串联了一个68欧姆的0603封装电阻。他们在阴极焊盘上设计了散热连接以辅助焊接，同时确保有坚固的接地层连接以利于散热。在组装过程中，他们遵循湿敏元件处理程序并使用指定的回流焊温度曲线。最终成果是一个明亮、可靠且布局密集的指示灯面板，完全满足所有尺寸和性能要求。

11. 技术原理介绍

这款LED基于InGaN（氮化铟镓）半导体技术。当在p-n结上施加正向电压时，电子和空穴被注入有源区。它们的复合以光子（光）的形式释放能量。有源层中InGaN合金的具体成分决定了带隙能量，这直接定义了发射光的波长（颜色）——在本例中，是约518纳米的亮绿色。透明树脂封装材料保护半导体芯片并充当主透镜，有助于形成130度的发射光型。SMD封装提供了机械保护、电气连接以及从芯片到PCB的热传导路径。

12. 技术趋势与发展

像15-21这类SMD LED的趋势持续朝着更高效率（每瓦更多流明）、通过更严格的分档提高颜色一致性以及增强可靠性的方向发展。同时，在保持或提升光学性能的前提下，封装尺寸也在向更小化（例如芯片级封装）推进。InGaN技术的广泛采用使得高亮度绿色和蓝色LED成为可能，而历史上这些颜色比红色LED更难制造。未来的发展可能包括封装内集成驱动器或控制电路，以及在材料方面的进步，以进一步提高高温下的效率并延长工作寿命。全行业对环保合规和可持续制造工艺的重视也是一个持续且日益增长的趋势。