SMD LED 15-13D/R6GHBHC-A01/2T 數據表 - 1.5x1.3x0.8mm - 2.0-3.7V - 20-25mA - 紅/綠/藍 - 英文技術文件

1. 產品概述

15-13D 是一款緊湊型表面貼裝器件 (SMD) LED，專為需要微型化及高可靠性的現代電子應用而設計。此系列基於不同的半導體材料提供三種獨特色光選擇：亮紅 (R6, AlGaInP)、亮綠 (GH, InGaN) 及藍色 (BH, InGaN)。產品以 8 毫米載帶包裝，捲繞於直徑 7 吋的捲盤上，完全兼容高速自動化貼片組裝設備。

相比傳統引線框架封裝，此LED嘅主要優勢在於其佔用面積顯著縮小。呢個特點令設計師能夠喺印刷電路板（PCB）上實現更高嘅元件裝配密度，從而縮小整體電路板尺寸，最終令終端產品更加緊湊。其輕量化結構進一步令佢成為便攜同微型應用嘅理想選擇，喺呢啲應用中重量同空間係關鍵限制因素。

The product is manufactured to be Pb-free (lead-free), compliant with the EU RoHS and REACH directives, and meets halogen-free requirements (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). It is also produced using ESD (Electrostatic Discharge) safe processes, enhancing its handling reliability.

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

此等額定值定義咗器件可能發生永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作並無保證。

• 反向電壓（VR）： 所有顏色代碼嘅最高電壓為5V。超過此值可能導致接面擊穿。
• 順向電流 (IF): R6 (紅) 同 GH (綠) 為 25 mA；BH (藍) 為 20 mA。此為最大連續直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP): Applicable under pulsed conditions (1/10 duty cycle @ 1kHz). R6: 60 mA; GH & BH: 100 mA.
• 功率損耗 (Pd): 封裝可承受嘅最大功率。R6: 60 mW；GH: 95 mW；BH: 75 mW。計算方式為 IF * VF。
• 靜電放電 (ESD) HBM: 所有型號均符合2000V人體模型評級，顯示其於標準處理下具備良好固有ESD耐受性。
• Operating & Storage Temperature: 操作溫度：-40°C 至 +85°C；儲存溫度：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度： 迴流焊接峰值溫度：260°C，最長10秒。手工焊接：每端子350°C，最長3秒。

2.2 電氣光學特性 (Ta=25°C)

此為標準測試條件下量測之典型性能參數（除非另有說明，IF=20mA）。

• 發光強度 (Iv)： 以毫坎德拉 (mcd) 為單位的光輸出。R6：90-140 mcd；GH：112-180 mcd；BH：45-70 mcd。適用公差為 ±11%。
• 視角 (2θ1/2)： 約為 120 度，提供寬廣的出光角度。
• 峰值波長 (λp)： 發射強度最高的波長。R6：632 nm (紅)；GH：518 nm (綠)；BH：468 nm (藍)。
• 主波長 (λd)： 人眼感知到的單一波長。R6：624 nm；GH：525 nm；BH：470 nm。
• 頻譜帶寬 (Δλ)： 發射光譜在半峰強度處的寬度。R6：20 nm；GH：35 nm；BH：25 nm。
• 正向電壓 (VF)： The voltage drop across the LED at the test current. R6: 1.70-2.40V (Typ. 2.00V); GH & BH: 2.70-3.70V (Typ. 3.30V). Tolerance is ±0.05V.
• 反向電流 (IR)： Leakage current at VR=5V. R6: Max 10 μA; GH & BH: Not Applicable (NA).

3. Binning System 說明

數據表指出，產品採用分檔系統，根據關鍵參數對LED進行分類，以確保同一批次內的一致性。包裝上的標籤說明提及特定等級：

• CAT（光強等級）： 根據測量到的光強輸出對LED進行分組。
• HUE (Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank): 按照LED的色點或主波長進行排序，以減少陣列中的顏色差異。
• REF（正向電壓等級）： 根據LED的正向電壓降進行分類，這對於串聯或並聯電路中的電流匹配非常重要。

當應用中顏色或亮度匹配至關重要時，設計師應參考製造商的具體分檔圖表進行詳細選擇。

4. 性能曲線分析

數據表提供每種LED類型（R6、GH、BH）的典型特性曲線。這些圖表對於理解器件在非標準條件下的行為至關重要。

4.1 正向電流與正向電壓關係 (I-V曲線)

此曲線顯示電流與電壓之間的指數關係。「膝點」電壓是LED開始顯著發光的位置。提供的典型VF值是在20mA下測量的。設計人員使用此曲線來選擇合適的限流電阻。

4.2 發光強度與正向電流關係

此圖表顯示光輸出通常與正向電流成正比，但在極高電流下，由於熱效應和效率影響，可能會變得次線性。它對於確定達到所需亮度所需的驅動電流至關重要。

4.3 發光強度與環境溫度關係

LED 的光輸出會隨接面溫度上升而下降。這條降額曲線對於在高溫環境下運作的應用至關重要。它顯示了隨著環境溫度升高，相對發光強度所剩的百分比。

4.4 正向電流降額曲線

為防止過熱，最大允許連續順向電流必須隨著環境溫度升高而降低。此曲線提供了器件在其整個溫度範圍內的安全工作區 (SOA)。

4.5 光譜分佈

此圖顯示了在整個波長光譜範圍內發射光的相對強度。它確認了峰值波長和主波長，並說明了發射顏色的光譜純度（狹窄度）。

4.6 輻射圖（視角圖案）

一幅顯示光強度空間分佈嘅極座標圖。15-13D 具有典型嘅朗伯或廣角圖案，強度隨住偏離中心軸嘅角度增加而減弱，大約喺 ±60 度（總視角 120 度）時強度減半。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸

15-13D 封裝嘅標稱尺寸為 1.5 毫米（長）x 1.3 毫米（闊）x 0.8 毫米（高）。除非另有說明，公差通常為 ±0.1 毫米。元件頂部設有陽極標記（通常係凹口、綠點或其他標示）以供極性識別。文件提供建議嘅 PCB 焊盤圖形（焊盤佈局），但建議設計師根據其特定 PCB 製造工藝同熱力/機械要求進行修改。

5.2 極性識別

正確極性對 LED 運作至關重要。封裝包含一個標示陽極 (+) 端子嘅視覺標記。喺 PCB 設計同組裝期間，必須將此標記同電路板佈局上相應嘅陽極焊盤對齊，以確保正確方向。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 濕敏度與儲存

LED以防潮屏障袋包裝，內附乾燥劑，防止吸濕導致迴流焊接時出現「爆米花」現象（封裝開裂）。

• 未準備使用前請勿打開包裝袋。
• 開封後，未使用的元件應儲存於≤30°C及≤60%相對濕度的環境中。
• 包裝袋開封後的「車間壽命」為168小時（7天）。
• 若超出此期限，或乾燥劑指示劑已變色，則需在焊接前以60±5°C烘烤24小時。

6.2 回流焊接溫度曲線 (無鉛)

以下為無鉛焊料（例如SAC305）建議嘅溫度曲線：

• 預熱： 150-200°C，持續60-120秒。
• 液相線以上時間（TAL）： >217°C for 60-150 seconds.
• 峰值溫度： 最高 260°C，持續時間不超過 10 秒。
• 升溫速率： 升至 255°C 時最高 3°C/秒，之後升至峰值最高 6°C/秒。
• 降溫速率： 需受控以避免熱衝擊。

重要注意事項： 同一LED組件不應進行超過兩次回流焊接。

6.3 手動焊接注意事項

如必須進行手動焊接，務必極度小心：

• Use a soldering iron with a tip temperature <350°C.
• 每個端子的接觸時間限制在≤3秒。
• 使用功率≤25W的烙鐵。
• 焊接每個端子之間至少間隔2秒，以防止熱量積聚。
• 焊接期間，避免對LED本體施加機械應力。

6.4 返工與維修

極不建議在初次焊接後進行維修。如無法避免，應使用專用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以盡量減少對LED晶片及焊線的熱應力。必須事先評估可能對LED特性造成的損害。

7. Packaging & Ordering Information

7.1 捲帶及捲盤規格

元件以浮雕式載帶包裝供應，尺寸專為15-13D封裝而設。載帶捲繞於標準7吋（178毫米）直徑的捲盤上。每捲盤裝有2000件。詳細的捲盤、載帶及凹槽尺寸載於數據表，標準公差為±0.1毫米。

7.2 標籤及防潮袋

外層防潮袋附有標籤，載有關鍵資料：客戶零件編號（CPN）、製造商零件編號（P/N）、數量（QTY），以及光強度（CAT）、色度（HUE）和正向電壓（REF）的分級代碼。另附有批次編號（LOT No.）以供追溯。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光： 儀表板指示燈、開關照明、鍵盤背光。
• 電訊設備： 電話、傳真機、路由器及數據機上的狀態指示燈。
• LCD平面背光： 用於小型單色或彩色LCD顯示屏的側光式背光。
• 通用指示燈用途： 消費電子產品、電器及工業控制裝置中的電源狀態、模式指示及警報信號。

8.2 關鍵設計考量

• 電流限制： 必須使用外部串聯電阻以限制正向電流。LED的指數型I-V特性意味著微小的電壓增加可能導致巨大且具破壞性的電流突波。電阻值計算公式為 R = (電源電壓 - 正向電壓) / 正向電流。
• 熱管理： 雖然封裝細小，但必須考慮功率耗散，特別是在高環境溫度或高驅動電流的情況下。若在接近最大額定值下操作，須確保有足夠的PCB銅箔面積或散熱孔。
• ESD防護： 儘管其額定值為2000V HBM，在敏感的輸入線路上實施ESD防護，或在生產過程中採用防靜電處理程序，仍被視為良好做法。
• 波峰焊接： 數據手冊僅指定適用於回流焊接及手工焊接。由於會承受過高熱量，此類SMD LED通常不建議進行波峰焊接。
• 電路板彎曲： 焊接LED後，請避免彎曲或扭曲PCB，因為這會對焊點和LED封裝本身造成壓力。

9. Technical Comparison & Differentiation

15-13D系列以其極小的1.5x1.3mm封裝尺寸，結合相對其尺寸而言較高的發光強度（尤其是綠色和紅色型號）而與眾不同。其120度的寬廣視角適合需要廣泛可見度的應用。它與標準SMD組裝和無鉛回流焊製程的兼容性，使其符合現代環保製造要求。與較大的SMD LED（例如0603、0805）相比，它節省了空間，但可能需要更精確的貼裝設備。與晶片級封裝相比，它提供了更堅固的封裝結構，更易於處理和可靠焊接。

10. 常見問題 (FAQs)

10.1 使用5V電源時，綠色LED應配用多大阻值的電阻？

使用典型值：Vsupply = 5V，VF (GH, typ) = 3.3V，IF = 20mA。R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 歐姆。最接近的標準值為82或91歐姆。務必使用數據表中的最小/最大VF值重新計算，以確保在所有條件下電流均保持在限值內。

10.2 使用恆壓電源時，我可以不接限流電阻來驅動這顆LED嗎？

不能。 這樣做幾乎必定會損壞LED。LED是電流驅動器件。恆壓電源無法調節流經LED高度非線性接面的電流。必須串聯一個電阻，或者為了獲得更好性能，需要使用恆流驅動電路。

10.3 為何藍色 (BH) LED 的最大正向電流有所不同？

其最大連續電流較低（藍色為20mA，紅/綠色為25mA），原因可能在於內部半導體結構的差異（藍/綠色使用InGaN，紅色使用AlGaInP）及其相關的熱特性與在高電流密度下的效率，這導致藍色型號的功率耗散 (Pd) 額定值較低。

10.4 我應如何理解 ±11% 的光強度容差？

這表示同一生產批次中，任何單顆LED的實際測量光強度，可能與數據表中列出的典型值或標稱值有 ±11% 的偏差。例如，一顆典型光強 (Iv) 為 180 mcd 的綠色 LED，其實際測量值可能介乎約 160 mcd 至 200 mcd 之間。對於要求亮度均勻的應用，必須選用來自嚴格分檔（CAT 代碼）的 LED。

10.5 這款LED是否適用於汽車內飾照明？

雖然它或可用於一些非關鍵的汽車內飾應用（如開關背光），但數據表包含一項特定的應用限制說明，建議不要將其用於「高可靠性應用，例如軍事/航空航天、汽車安全/保安系統以及醫療設備」。對於任何汽車應用，尤其是與安全相關的，必須使用專門符合汽車級標準（例如AEC-Q102）的元件。

11. 設計與應用案例分析

場景：為一款消費級路由器設計一個多狀態指示燈面板。

設計師需要指示電源（綠色）、網絡活動（閃爍綠色）和以太網連接（琥珀色/紅色）。空間有限。他們選擇一個15-13D/GH（綠色）用於電源指示，一個用於網絡指示（由MCU控制閃爍），以及一個15-13D/R6（紅色）用於以太網指示（琥珀色可通過以較低電流驅動紅色LED或使用漫射器來模擬）。

實施： MCU的GPIO引腳電壓為3.3V。對於綠色LED（典型正向電壓VF為3.3V），其壓降幾乎等於供電電壓，導致電阻幾乎沒有電壓餘量。設計者可能會採用較低電流（例如10mA）來實現足夠亮度，同時確保可靠導通，計算得出 R = (3.3V - 3.3V)/0.01A = 0 歐姆。這是有問題的。取而代之，他們會使用晶體管或將GPIO引腳配置為電流吸收模式連接至LED陰極，並將LED陽極通過合適的電阻連接至更高電壓軌（例如5V）。此案例突顯了驅動電路電壓與LED正向電壓匹配的重要性。

12. 工作原理

發光二極管（LED）是一種半導體p-n結器件，通過稱為電致發光的過程發光。當施加正向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入跨越結區。這些電荷載流子在結附近的有源區複合。對於高效LED，這種複合發生在直接帶隙半導體材料中。複合過程中釋放的能量以光子（光粒子）形式發射出來。發射光的波長（顏色）由半導體材料的帶隙能量（Eg）決定：E = hc/λ，其中h是普朗克常數，c是光速，λ是波長。15-13D使用AlGaInP材料產生紅光（較大帶隙對應較低能量/較長波長），並使用InGaN材料產生綠光和藍光（較小帶隙對應較高能量/較短波長）。環氧樹脂透鏡用於塑造光輸出並提供環境保護。

13. 技術趨勢

15-13D代表了一種成熟的SMD LED技術。指示燈LED市場的總體趨勢持續朝著以下方向發展：

• 進一步微型化： 即使封裝尺寸更細（例如1.0x0.5毫米、晶片級封裝），仍能維持或提升光輸出。
• 更高效率： 提升每瓦流明（lm/W）或每毫安毫坎德拉（mcd/mA），在指定亮度下降低功耗。
• 增強可靠性與穩健性： 更高最高接面溫度、更佳防潮能力，以及在高溫操作壽命（HTOL）測試中表現更優。
• 集成解決方案： 單一封裝內置限流電阻、保護二極管（ESD、反極性）甚至驅動IC的LED。
• 擴闊色域與提升一致性： 更嚴格的色彩與亮度分檔，以滿足全彩顯示屏及指示燈陣列對視覺均勻度的嚴格要求。

儘管已有更新的封裝技術，15-13D 在通用指示燈應用中，其尺寸、性能與成本達至最佳平衡，仍是一款可靠且廣泛使用的主力元件。