SMD LED 15-21/S3C-AP1Q2/2T 规格书 - 红橙色 - 2.0V - 60mW - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款紧凑型、高性能表面贴装器件（SMD）LED的规格。该元件专为现代电子组装工艺设计，在空间受限的应用中实现了光输出、可靠性和集成便利性的良好平衡。

1.1 核心优势与产品定位

此LED的主要优势在于其微型封装尺寸，这能显著减小印刷电路板（PCB）尺寸，并允许更高的元件组装密度，从而实现更紧凑的终端产品设计。该元件重量轻，特别适合便携式和微型电子设备。它采用8mm载带包装，卷绕在7英寸直径的卷盘上，确保与大批量制造中使用的标准自动化贴片设备兼容。

1.2 目标市场与应用

此LED用途广泛，面向多个关键应用领域。其主要用途是背光照明，特别是用于仪表盘、开关和符号。它也适用于电信设备，作为电话、传真机等设备中的状态指示灯和背光。此外，它还可用于小型LCD面板的平面背光以及需要红橙色信号的一般指示灯应用。

2. 技术参数详解

本节在标准测试条件（Ta=25°C）下，对LED的关键电气、光学和热学参数进行了详细、客观的分析。

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。这些值并非用于正常工作条件。

• 反向电压（V_R）：5 V。在反向偏置下超过此电压可能导致结击穿。
• 连续正向电流（I_F）：25 mA。这是保证长期可靠工作的最大直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP）：60 mA（占空比1/10 @ 1kHz）。此额定值允许短时的高电流脉冲，适用于多路复用或脉冲操作方案。
• 功耗（P_d）：60 mW。这是器件在不超出其热极限的情况下，能够以热量形式耗散的最大功率。
• 静电放电（ESD）人体模型（HBM）：2000 V。这表明其具有中等水平的ESD鲁棒性；但仍建议遵循正确的操作程序。
• 工作温度（T_opr）：-40°C 至 +85°C。这是器件规定可以正常工作的环境温度范围。
• 存储温度（T_stg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接温度：器件可承受峰值温度为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

这些参数定义了LED在典型工作条件（I_F=20mA，Ta=25°C）下的性能。

• 发光强度（I_v）：45.0 mcd（最小值），112.0 mcd（最大值）。典型值落在此较宽范围内，通过分档系统进行管理（见第3节）。视角（2θ_1/2）通常为130度，提供宽广、漫射的发射模式。
• 光谱特性：
  • 峰值波长（λ_p）：典型值 621 nm。
  • 主波长（λ_d）：605.5 nm（最小值），625.5 nm（最大值）。这是人眼感知到的波长，同样需要进行分档。
  • 光谱带宽（Δλ）：典型值 18 nm，定义了颜色的纯度。
• 电气特性：
  • 正向电压（V_F）：在 I_F=20mA 时，为 1.70 V（最小值），2.00 V（典型值），2.40 V（最大值）。此相对较低的电压是AlGaInP材料技术的特征。
  • 反向电流（I_R）：在 V_R=5V 时，最大为 10 μA。一项重要说明指出，该器件并非设计用于反向偏置工作；此测试参数仅用于漏电特性表征。

2.3 热学考量

LED性能高度依赖于温度。正向电流降额曲线对于设计至关重要。当环境温度（T_a）升高超过25°C时，必须线性降低最大允许连续正向电流，以防止过热和加速老化。降额曲线提供了具体的关系，确保结温保持在安全限值内。

3. 分档系统说明

为确保大规模生产的一致性，LED根据关键参数进行分类（分档）。这使得设计人员可以选择满足特定应用对亮度和颜色要求的元件。

3.1 发光强度分档

光输出分为四个档位（P1、P2、Q1、Q2），每个档位覆盖从45.0 mcd到112.0 mcd的特定范围。例如，Q2档包含发光强度在90.0至112.0 mcd之间的LED。每个档位内允许±11%的容差。

3.2 主波长分档

颜色（主波长）分为五个档位（E1至E5），范围从605.5 nm到625.5 nm，步长约为4nm。例如，E4档覆盖617.5至621.5 nm。每个波长档位内保持±1nm的更严格容差。

3.3 正向电压分档

规格书注明正向电压容差为±0.1V，但节选中未提供V_F的具体分档表。此严格容差有助于设计一致的电流驱动电路。

4. 性能曲线分析

图形数据提供了LED在不同条件下行为的更深入洞察。

4.1 光谱分布

光谱曲线显示一个定义清晰、中心约在621 nm的单峰，证实了AlGaInP芯片材料发出的红橙色光。窄带宽表明良好的色彩饱和度。

4.2 辐射模式

极坐标图说明了光的空间分布。确认了典型的130度视角，显示出接近朗伯（余弦）的发射模式，其中强度在0度（垂直于芯片）最高，并向两侧逐渐降低。

4.3 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

此曲线显示了典型的二极管指数关系。在极低电流下电压急剧上升，然后在正常工作范围（20mA时约2.0V）内更线性地增加。

4.4 相对发光强度与正向电流关系

此图表明，在工作范围内，光输出大致与正向电流成正比，尽管在极高电流下由于热量增加，效率可能略有下降。

4.5 相对发光强度与环境温度关系

这是一条显示热淬灭的关键曲线。随着环境温度升高，发光强度降低。当温度接近最大工作限值时，输出可能显著下降，这是高温环境设计的关键因素。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

该LED符合"15-21" SMD封装外形。详细的尺寸图规定了长度、宽度、高度和引脚位置，除非另有说明，标准公差为±0.1mm。此信息对于PCB焊盘设计和间隙检查至关重要。

5.2 极性标识

封装上标有清晰的阴极标记，这对于组装时的正确方向至关重要。反向安装LED将导致其不发光，并可能使其承受反向电压应力。

6. 焊接与组装指南

正确的操作对于可靠性至关重要。

6.1 电流限制

必须使用外部限流电阻。LED的指数型I-V特性意味着电压的微小增加会导致电流的大幅、可能具有破坏性的增加。电阻设定了工作点。

6.2 湿度敏感性与存储

元件包装在带有干燥剂的防潮屏障袋中。在准备使用部件之前不应打开袋子。开袋后，未使用的LED必须在30°C/60%RH或更低的条件下存储，并在168小时（7天）内使用。如果超过此期限，在回流焊前需要在60±5°C下烘烤24小时，以防止焊接过程中发生"爆米花"损坏。

6.3 回流焊温度曲线

提供了详细的无铅回流焊温度曲线：

• 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。
• 加热/冷却速率：分别最大为6°C/秒和3°C/秒。

6.4 手工焊接与返修

如果必须进行手工焊接，烙铁头温度必须低于350°C，每个引脚施加时间不超过3秒，使用低功率烙铁（<25W）。引脚之间需要>2秒的冷却间隔。强烈不建议进行返修。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，以防止焊点承受机械应力。必须事先评估返修过程中可能造成的热损伤。

7. 包装与订购信息

7.1 包装规格

LED以压纹载带形式提供，载带口袋和链轮孔的尺寸均有规定。载带卷绕在标准的7英寸（178mm）直径卷盘上。每卷包含2000片。

7.2 卷盘与标签详情

提供了空卷盘的尺寸。卷盘标签包含关键信息：

• 客户零件号（CPN）
• 制造商零件号（P/N）：15-21/S3C-AP1Q2/2T
• 包装数量（QTY）
• 发光强度等级（CAT）
• 色度/主波长等级（HUE）
• 正向电压等级（REF）
• 批号（LOT No.）

8. 应用说明与设计考量

8.1 电路设计

务必使用串联电阻来设定正向电流。使用公式 R = (V_电源- V_F) / I_F 计算电阻值，其中 V_F应取规格书中的最大值（2.4V），以确保在最坏情况下电流不超过限值。考虑电阻的额定功率（P = I_F²* R）。

8.2 热管理

虽然封装小巧，但通过PCB进行有效的散热对于维持亮度和寿命非常重要，尤其是在高环境温度下或驱动电流接近最大值时。使用降额曲线来确定您的应用预期最高环境温度下的安全工作电流。确保PCB上LED焊盘周围有足够的铜箔面积作为散热片。

8.3 光学集成

130度的宽视角使该LED适用于需要宽广、均匀照明而无需二次光学器件的应用。对于更定向的光线，可能需要外部透镜或导光板。水清树脂确保封装本身的光吸收最小。

9. 合规性与材料信息

该产品符合多项关键的环境和安全指令，这对于现代电子制造是一个显著优势。它被确认为无铅，符合有害物质限制（RoHS）指令。它还符合欧盟关于化学物质的REACH法规。此外，它满足无卤要求，溴（Br）和氯（Cl）含量均低于900 ppm，且总和低于1500 ppm，减少了处置过程中的环境影响。

10. 技术对比与差异化

与传统的通孔或更大的SMD LED相比，这款15-21封装的关键差异化在于其卓越的小型化，能够实现新一代紧凑设计。使用AlGaInP半导体材料可提供高效的红橙色光，并在温度和寿命期间具有良好的颜色稳定性，通常优于GaAsP等旧技术。宽视角、强大的SMT兼容性以及全面的环保合规性相结合，使其成为在电路板空间宝贵、成本敏感、大批量应用中的现代、可靠选择。

11. 常见问题解答（基于技术参数）

11.1 使用5V电源时，应选用多大阻值的电阻？

使用最大 V_F值 2.4V 和目标 I_F值 20mA：R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 欧姆。最接近的标准值130Ω或150Ω都适用。电阻功耗为 P = (0.020)²* 130 = 0.052W，因此标准的1/8W（0.125W）电阻足够。

11.2 如果我的电源电压与VF匹配，是否可以不加限流电阻驱动此LED？_F?

No.强烈不建议这样做。正向电压存在容差（1.7V至2.4V）并随温度变化。将电源电压固定为例如2.0V，可能会导致一个低V_F的LED电流过大，从而导致快速失效。串联电阻对于稳定、安全的操作至关重要。

11.3 为什么开袋后的存储时间限制为7天？

SMD封装会从空气中吸收湿气。在高温回流焊过程中，这些被截留的湿气会迅速汽化，产生内部压力，可能导致封装分层或芯片开裂（"爆米花"效应）。7天的限制和烘烤程序是防止这种失效模式的关键质量控制措施。

11.4 如何解读标签上的分档代码（例如Q2、E4）？

分档代码告诉您该卷盘上LED的性能组别。"Q2"表示高亮度LED（90-112 mcd）。"E4"表示主波长在617.5-621.5 nm范围内。使用同一档位的部件可确保您的产品在亮度和颜色上的一致性。

12. 实际设计与使用示例

12.1 仪表盘开关背光

在汽车仪表盘中，多个开关需要均匀、可靠的背光。可以将数个此类LED放置在透明开关帽后面。其宽视角确保了开关表面的均匀照明。低工作电压允许它们通过简单的电阻网络直接从车辆的稳压5V或3.3V系统驱动。高工作温度范围（-40°C至+85°C）适合汽车环境。

12.2 网络设备状态指示灯

对于路由器或调制解调器上的"链路活动"或"电源"指示灯，单个LED可提供清晰的视觉信号。红橙色非常醒目。该元件可由微控制器的GPIO引脚驱动。在GPIO和LED阳极之间连接一个串联电阻，阴极接地。微控制器固件可以切换引脚以产生稳定或闪烁的模式。SMD格式允许前面板PCB实现非常低矮的设计。

13. 工作原理

此LED基于由磷化铝镓铟（AlGaInP）制成的半导体芯片。当施加正向电压时，电子和空穴被注入半导体结的有源区。当这些载流子复合时，它们以光子（光）的形式释放能量。AlGaInP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（颜色）——在本例中为红橙色光谱（605-625 nm）。芯片内产生的光通过顶面提取，并由封装的水清环氧树脂透镜塑形。

14. 技术趋势

指示灯和背光LED技术的总体趋势继续朝着更高效率（每单位电功率产生更多光输出）、超越15-21等封装的进一步小型化以及更广色域发展。同时，人们也高度关注在恶劣条件（如更高温度和湿度）下增强可靠性和寿命。将控制电子器件（如恒流驱动器或脉宽调制（PWM）控制器）直接集成到LED封装中是另一个发展趋势，这简化了最终用户的电路设计。此外，对可持续性的追求不断推动材料进步，以满足超越RoHS和REACH的日益严格的环境法规。