反向安裝SMD藍光LED數據手冊 - EIA封裝 - 5mA - 45mcd - 英文技術文件

1. 產品概覽

本文件詳細說明一款採用反向安裝、表面貼裝器件（SMD）嘅發光二極管（LED）規格，該器件使用氮化銦鎵（InGaN）半導體材料發出藍光。器件配備水清透鏡，並以符合EIA標準嘅封裝格式製成。其設計適用於自動化組裝流程，包括貼片設備同紅外線（IR）回流焊接，因此適合大規模生產。此LED被歸類為環保產品，符合RoHS（有害物質限制）指令。

1.1 核心優勢

• 反向安裝設計： 晶片以特定方向安裝，此方向針對特定PCB佈局及光提取效果進行優化。
• 自動化兼容性： 以8毫米載帶及7吋捲盤供貨，完全兼容標準自動化貼片及焊接設備。
• 高抗靜電能力： 具備8000V靜電放電（ESD）閾值（採用人體模型（HBM）測試），提供良好的操作穩健性。
• 兼容集成電路： 電氣特性允許直接由標準邏輯級集成電路輸出驅動。
• 兼容無鉛製程： 可承受無鉛組裝所需的紅外回流焊接溫度曲線。

2. 深入技術參數分析

以下部分詳細闡述裝置的絕對極限及操作特性。除非另有說明，所有參數均以環境溫度 (Ta) 25°C 為準。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗壓力極限，超過呢個極限就可能對器件造成永久損壞。喺呢啲極限下或達到呢啲極限時操作並唔保證冇問題。

• Power Dissipation (Pd): 76 mW。器件能夠以熱嘅形式消散嘅最大總功率。
• 峰值正向電流 (I_FP): 100 mA。允許在脈衝條件下使用（1/10 佔空比，0.1ms 脈衝寬度）。
• 直流正向電流 (I_F): 20 mA。可靠運作嘅最大連續正向電流。
• 工作溫度範圍 (T_opr): -20°C 至 +80°C。
• 儲存溫度範圍 (T_stg): -30°C 至 +100°C。
• 紅外線焊接條件： 可承受260°C峰值溫度達10秒，適用於典型的無鉛迴流焊接製程。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

呢啲係標準測試條件下嘅典型性能參數（I_F = 5 mA, Ta=25°C）。

• 發光強度（I_V): 範圍由最低11.2 mcd到最高45.0 mcd。典型值取決於特定分級（見第3節）。使用經CIE明視覺響應曲線濾波嘅感測器量度。
• 視角（2θ_1/2): 130度。這個寬闊的視角表示其為一種漫射、非聚焦的光線發射模式，適合需要寬角度可見度的指示燈及背光應用。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 468 nm。光譜功率輸出達到最高值的特定波長。
• 主波長 (λ_d): 465.0 nm 至 475.0 nm。此為人眼用以定義顏色的單一波長，由 CIE 色度圖推導得出。
• 譜線半高寬 (Δλ): 25 nm。此參數表示發射光的光譜純度或頻寬，25nm 是標準藍光 InGaN LED 的典型數值。
• 正向電壓 (V_F): 2.65 V 至 3.15 V。此為LED在5 mA驅動電流下的壓降。電路設計中計算限流電阻時必須考慮此電壓範圍。
• 反向電流 (I_R): 當施加0.55V反向電壓 (V_R) 時，最大為10 μA。 重要提示： 此裝置並非設計用於反向偏壓下操作；此測試條件僅用於漏電特性分析。

3. 分級系統說明

為確保生產一致性，LED會根據關鍵參數進行分檔。這讓設計師能夠挑選符合特定應用對色彩與亮度均勻性要求的元件。

3.1 正向電壓分級

分檔確保LED具有相近的壓降，這可簡化並聯陣列中的電源設計。每檔公差為±0.1V。

• 檔位1：2.65V - 2.75V
• 檔位2：2.75V - 2.85V
• Bin 3: 2.85V - 2.95V
• Bin 4: 2.95V - 3.05V
• Bin 5: 3.05V - 3.15V

3.2 發光強度分選

此分檔根據LED在5 mA電流下的亮度輸出進行分類。每檔公差為±15%。

• L1: 11.2 mcd - 14.0 mcd
• L2: 14.0 mcd - 18.0 mcd
• M1: 18.0 mcd - 22.4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35.5 mcd - 45.0 mcd

3.3 主波長分選

此項控制藍光嘅感知顏色（色調）。每個分檔嘅容差為 ±1 nm。

• Bin AC: 465.0 nm - 470.0 nm（略偏綠嘅藍色）
• Bin AD: 470.0 nm - 475.0 nm（略偏純正嘅藍色）

4. 性能曲線分析

雖然數據表中引用了特定的圖形曲線（例如，圖1、圖6），但其含義對設計至關重要。

4.1 發光強度與正向電流關係

光輸出 (I_V) 在工作範圍內大致與正向電流 (I_F) 成正比。將LED驅動至5 mA以上會增加亮度，但同時亦會增加功耗及接面溫度，從而可能影響其壽命及波長。20 mA的直流電最大值，相對於5 mA測試點提供了顯著的亮度餘量。

4.2 正向電壓 vs. Forward Current & Temperature

二極管嘅 V_F 具有負溫度係數；即係話，隨住結溫升高，佢會降低。呢個特性對於恆流驅動設計好重要，因為如果唔做好限流，固定電壓源可能會導致熱失控。必須以 25°C 時指定嘅 V_F 範圍作為指引，並理解佢會隨工作溫度而偏移。

4.3 光譜分佈

參考光譜圖（圖1）會顯示一個以峰值波長468 nm為中心的高斯分佈，半高全寬（FWHM）為25 nm。此光譜寬度對於對特定波長敏感的應用（例如傳感器或混色照明系統）具有重要意義。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸及極性

該器件符合標準EIA封裝外形。"反向安裝"的標示對於PCB焊盤設計至關重要。陰極與陽極位於封裝的特定側面。機械圖紙提供了焊盤圖案設計的準確尺寸（單位：毫米），包括焊盤尺寸與間距，以確保正確的焊接與對位。大多數尺寸的公差為±0.10毫米。

5.2 建議焊接焊盤佈局

提供建議的PCB焊盤圖案（焊接焊盤幾何形狀），以確保回流焊接期間形成可靠的焊點。遵循此圖案有助於防止墓碑效應（元件直立）並確保適當的熱連接和電氣連接。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 IR 迴流焊接溫度曲線

本文包含針對無鉛製程的建議回流焊接溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱： 150–200°C 範圍。
• 預熱時間： 最多120秒，以便溫度穩定及助焊劑活化。
• 峰值溫度： 最高260°C。
• 液相線以上時間： 該裝置最多可承受峰值溫度10秒。回流焊接最多應進行兩次。

注意： 必須針對特定PCB組件進行溫度曲線表徵，因為電路板厚度、元件密度和焊膏會影響熱傳遞。

6.2 手工焊接

如需進行手工焊接：

• 烙鐵溫度： 最高300°C。
• 焊接時間： 每引腳最多3秒。
• 頻率： 應只進行一次，以避免熱應力。

6.3 清潔

如需進行焊後清潔：

• 僅可使用指定溶劑：常溫下的乙醇或異丙醇。
• 浸泡時間應少於一分鐘。
• 未指明嘅化學品可能會損壞LED封裝材料（環氧樹脂透鏡）。

7. Storage & Handling

7.1 ESD 預防措施

儘管具有8000V HBM等級，仍建議採取標準靜電防護措施：操作時請使用接地手帶、防靜電墊及妥善接地的設備。

7.2 濕度敏感度

該裝置嘅濕度敏感等級（MSL）為2a級。

• 密封袋： 儲存於≤30°C及≤90%相對濕度環境。若存放於原有防潮袋連乾燥劑內，保質期為一年。
• 開封後： 儲存於≤30°C及≤60%相對濕度。器件在暴露於工廠環境條件後，應在672小時（28日）內進行IR回流焊。
• 延長儲存（已開封）： 存放於密封容器內並加入乾燥劑，或置於氮氣乾燥器中。
• 重新烘烤： 若暴露超過672小時，請在焊接前以約60°C烘烤至少20小時，以去除吸收的水分，防止迴流焊時出現「爆米花」現象。

8. Packaging & Ordering

8.1 Tape and Reel 規格

• 載帶寬度： 8毫米。
• 捲盤直徑： 7英寸。
• 每捲數量： 3000件。
• 最低訂購量（MOQ）： 剩餘數量最低訂購500件。
• 袋位覆蓋： 空置袋位已用封裝膠帶密封。
• 缺件： 根據規格（ANSI/EIA 481）要求，每組最多只容許連續缺失兩顆LED。

9. Application Notes & 設計考量

9.1 典型應用場景

• 狀態指示器： 於消費電子產品、家用電器及工業控制面板上，受益於其寬廣視角。
• 背光： 適用於小型LCD顯示屏、鍵盤或薄膜開關。
• 裝飾照明： 用於低功率重點照明或標誌。
• 感應器啟動： 作為光學感應器（接近感應、物件偵測）的光源。

重要免責聲明： 此發光二極管適用於普通電子設備，並不評級或建議用於安全關鍵應用（例如航空、醫療生命維持、交通控制），此類應用中若發生故障可能危及生命或健康。

9.2 電路設計注意事項

1. 電流限制： 務必使用串聯電阻或恆流驅動器。使用最大 V_F 由電壓檔位（例如3.15V）及最低供電電壓，確保即使在最惡劣情況下，電流亦絕不超過絕對最大額定值。
2. 熱管理： 雖然功耗較低，但若在接近最大電流或高環境溫度下操作，應確保有足夠的PCB銅箔或散熱設計，以將接面溫度維持在限值內。
3. 反向電壓保護： 由於本裝置並非為反向偏壓而設計，若LED在電路中可能承受反向電壓瞬變，請考慮並聯一個保護二極管（陰極對陽極）。

10. 常見問題 (FAQs)

10.1 「reverse mount」係咩意思？

反向安裝係指LED半導體晶片喺封裝內嘅物理方向。標準LED主要從頂部發光。喺反向安裝設計中，晶片嘅方向會優化從側面或透過PCB發光，通常用於LED安裝喺凹槽或需要特定光路嘅情況。其PCB佔位會同標準頂視LED唔同。

10.2 我可以持續以20 mA驅動這顆LED嗎？

係，20 mA 係絕對最大連續直流正向電流額定值。為咗達到最佳壽命同穩定性能，通常會以低於絕對最大值嘅電流驅動LED，通常係10-15 mA。喺高環境溫度下操作時，務必參考降額曲線（如有提供）。

10.3 我應如何理解光強度值？

發光強度 (mcd) 係衡量特定方向（沿軸線）上感知亮度嘅指標。130度視角表示呢個亮度喺一個非常闊嘅錐形範圍內得以保持。對於需要聚焦光束嘅應用，就需要使用二次光學元件（透鏡）。分檔系統 (L1 至 N2) 讓你可以為你嘅設計選擇一個最低亮度。

10.4 為何儲存條件如此重要？

SMD元件會吸收空氣中嘅濕氣。喺高溫回流焊接過程中，呢啲被困住嘅濕氣會迅速蒸發，導致內部層狀分離、破裂或「爆米花」現象，從而損壞元件。MSL等級同烘烤指引對於組裝良率同可靠性至關重要。

11. 實用設計範例

場景： 為一個5V電路設計一個簡單的通電指示燈。

1. 選擇Bin： 選擇一個強度Bin（例如：M1代表18-22.4 mcd）和一個電壓Bin（例如：Bin 3代表~2.9V）進行計算。
2. 計算串聯電阻： 目標 I_F = 10 mA，以平衡亮度與使用壽命。
   R = (V_supply - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   選用標準 220 Ω 電阻。驗算額定功率：P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022W，所以用1/10W或1/8W嘅電阻就夠。
3. PCB佈局： 使用datasheet建議嘅焊盤尺寸。根據封裝標記圖確保極性正確。
4. 裝配： 請遵循建議的紅外回流焊溫度曲線。若電路板在潮濕環境中組裝且非立即使用，且LED從密封包裝袋中取出超過28天，可考慮在組裝前對其進行烘烤。

12. 技術簡介

呢款LED係基於喺基板（通常係藍寶石或者碳化矽）上生長嘅InGaN（氮化銦鎵）半導體技術。當施加正向電壓時，電子同電洞會喺主動量子井區域復合，以光子形式釋放能量。合金中銦同鎵嘅特定比例決定咗能隙能量，從而決定咗發光嘅峰值波長，喺呢個例子中係屬於藍光譜（約468 nm）。水晶透明環氧樹脂透鏡封裝住粒芯片，提供機械保護、塑造光輸出（130度視角），同提升取光效率。

13. 行業趨勢

藍光LED嘅發展（憑此成就獲得2014年諾貝爾物理學獎）係一項基礎性突破，令白光LED（透過熒光粉轉換）同全彩顯示器成為可能。好似呢款咁嘅SMD LED，目前嘅行業趨勢集中喺：

• 提升效率： 更高嘅發光效能（每輸入一瓦電力輸出更多光）。
• 微型化： 更細小嘅封裝尺寸（例如0201、01005），令電子產品更密集。
• 色彩一致性提升： 對主波長同光強度實施更嚴格嘅分檔公差，對顯示器背光等應用至關重要。
• 增強可靠性： 適用於汽車及工業應用，具備更高最高工作溫度及更佳防潮性能。
• 先進封裝： 將多種LED晶片（RGB、白光）整合至單一封裝內，或採用內置限流電阻或控制IC（「智能LED」）的封裝。