SMD LED 15-21/GHC-YR2U1/3T 數據手冊 - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - 亮綠色 - 英文技術文件

1. 產品概述

15-21/GHC-YR2U1/3T 係一款表面貼裝器件（SMD）發光二極管（LED），專為現代緊湊型電子應用而設計。相比傳統引線框架型LED，呢款元件代表咗顯著進步，喺電路板空間利用同整體系統微型化方面帶嚟咗實質性好處。

呢款LED嘅核心優勢在於其微型佔位面積。相比通孔元件，其尺寸顯著細小，令設計師能夠喺印刷電路板（PCB）上實現更高嘅組裝密度。呢點直接轉化為更細嘅電路板尺寸、更少嘅元件儲存需求，最終製造出更細更輕嘅終端用戶設備。SMD封裝本身輕巧嘅特性，令其成為重量同空間係關鍵限制因素嘅應用嘅理想選擇。

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. 技術參數深入分析

2.1 絕對最大額定值

理解絕對最大額定值對於確保長期可靠性及防止災難性故障至關重要。這些額定值指明了若超出其限制，便可能對器件造成永久性損壞。

• Forward Current (IF): 25 mA。此為LED在正常操作條件下可承受嘅最大連續直流電流。
• 峰值正向電流 (IFP)： 50 mA。此額定值適用於1 kHz頻率下、佔空比為1/10嘅脈衝條件。只有喺呢啲特定脈衝條件下，先可以超過連續電流額定值。
• 功耗 (Pd)： 95 毫瓦。此為裝置在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時，能以熱能形式消散的最大功率。此額定值會隨環境溫度升高而下調。
• 靜電放電 (ESD)： 150 伏特（人體模型）。在組裝及處理過程中，必須遵循正確的 ESD 處理程序，以防靜電造成損壞。
• 操作溫度 (Topr): -40°C 至 +85°C。保證器件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度 (Tstg): -40°C 至 +90°C。裝置在未通電時可在此溫度範圍內儲存。
• 焊接溫度 (Tsol)： 裝置可承受峰值溫度為 260°C 的回流焊接，時間最長為 10 秒。對於手動焊接，烙鐵頭溫度不得超過 350°C，且每個端子的接觸時間應限制在 3 秒內。

2.2 電光特性

電光特性定義了LED在指定測試條件下（除非另有註明，Ta=25°C，IF=20mA）的光輸出與電氣行為。這些是設計與性能驗證的關鍵參數。

• Luminous Intensity (Iv): 發光強度範圍由最低140.0 mcd至最高565.0 mcd，典型值視乎特定分檔而定。發光強度容差為±11%。
• 視角 (2θ1/2): 130度（典型值）。此寬廣視角表示其發光模式為朗伯或接近朗伯分佈，適合需要廣闊區域照明的應用。
• 峰值波長 (λp): 518 nm (典型值)。此為光譜功率分佈達到最大值時嘅波長。
• 主波長 (λd): 範圍由 520 nm 至 535 nm。此為人眼感知到與發射光顏色相匹配嘅單一波長。公差為 ±1 nm。
• 光譜帶寬 (Δλ): 35 nm (典型值)。此為發射光譜的寬度，以最大強度一半處量度（半高全寬 - FWHM）。
• 正向電壓 (VF): 範圍由2.7V（最低）至3.7V（最高），典型值為20mA下3.3V。此參數對設計限流電路至關重要。
• 反向電流 (IR): 當施加5V反向電壓 (VR) 時，最大值為50 μA。必須注意，此器件並非設計用於反向偏壓操作；此測試條件僅供特性表徵之用。

3. 分級系統說明

為確保生產中顏色與亮度的一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。15-21/GHC-YR2U1/3T採用二維分級系統。

3.1 發光強度分級

發光強度分為六個不同嘅等級（R2、S1、S2、T1、T2、U1），每個等級定義咗喺IF=20mA下以毫坎德拉（mcd）量度嘅特定最小同最大強度範圍。例如，等級U1代表最高強度範圍，由450.0至565.0 mcd，而等級R2則代表最低範圍，由140.0至180.0 mcd。產品代碼「YR2U1」表示主波長（Y）同發光強度（U1）嘅特定等級。

3.2 主波長分級

主波長定義咗感知顏色，並分為三個等級（X、Y、Z）。等級X涵蓋520.0-525.0 nm，等級Y涵蓋525.0-530.0 nm，等級Z涵蓋530.0-535.0 nm。咁樣確保咗來自同一波長等級嘅LED喺顏色上會睇落一致。

4. 性能曲線分析

數據表提供了多條特性曲線，說明器件在不同條件下的行為。這些對於進階的熱學和光學設計至關重要。

• 正向電流與正向電壓（I-V曲線）： 此曲線顯示電流與電壓之間的指數關係，用於確定工作點及設計合適的限流電阻或驅動器。
• 相對發光強度與正向電流： 此圖表展示咗光輸出點樣隨驅動電流增加而提升。通常會呈現一種次線性關係，即喺極高電流下效率可能會下降。
• 相對發光強度對環境溫度： 呢條關鍵曲線顯示咗隨住結溫上升，光輸出會點樣遞減。發光強度通常會隨溫度升高而下降，喺高環境溫度下運作嘅設計必須考慮呢一點。
• Forward Current Derating Curve： 此圖表定義了最大允許連續正向電流與環境溫度的函數關係。隨著溫度上升，必須降低最大電流以維持在裝置的功率耗散限制內。
• Spectrum Distribution: 此圖表顯示相對光功率與波長的函數關係，以峰值波長518 nm為中心，典型頻寬為35 nm。
• 輻射圖： 此極座標圖顯示光強度的空間分佈，證實了130度的視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED採用緊湊型SMD封裝。主要尺寸包括本體長度約2.0毫米、寬度約1.25毫米，高度為0.8毫米。數據手冊提供詳細的尺寸圖，包括焊盤佈局、整體尺寸及陰極標記位置。除非另有說明，公差一般為±0.1毫米。陰極標記清晰，以確保PCB正確方向。

5.2 包裝規格

本裝置採用防潮包裝，以防儲存期間受環境濕氣損壞。元件裝載於載帶中，其口袋尺寸適用於15-21封裝。此載帶捲繞於標準7吋直徑捲盤上。每捲盤包含3000件。包裝內含乾燥劑，並密封於鋁質防潮袋內。袋上標籤載有關鍵資料，例如產品編號 (P/N)、數量 (QTY)、發光強度等級 (CAT)、色度/波長等級 (HUE)、順向電壓等級 (REF) 及批號 (LOT No)。

6. 焊接與組裝指引

正確處理同焊接對可靠性至關重要。主要注意事項包括：

• 電流限制： 必須使用外部限流電阻。LED嘅指數型I-V特性意味住細微電壓變化可能導致電流急升，造成即時損壞。
• 濕度敏感度： 本器件以防潮袋包裝。一旦開封，若儲存環境為≤30°C及≤60% RH，LED必須在168小時（7天）內使用。未使用的部件應與乾燥劑一同重新封袋。若暴露時間超標或乾燥劑指示劑已變色，則在進行回流焊接前，需以60±5°C烘烤24小時。
• 回流焊接溫度曲線： 指定無鉛（Pb-free）回流焊溫度曲線。關鍵參數包括：預熱階段150-200°C持續60-120秒，液相線以上（217°C）時間為60-150秒，峰值溫度不超過260°C且最長持續10秒。最高升溫速率為6°C/秒，最高冷卻速率為3°C/秒。回流焊次數不應超過兩次。
• 手動焊接： 如需進行手動維修，應使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵。每個端子的接觸時間必須少於3秒，建議使用雙頭烙鐵進行拆卸以避免機械應力。烙鐵功率應為25W或以下。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

其鮮明的綠色及緊湊尺寸，令此LED適合多種應用：

• 背光照明： 非常適合用於汽車儀表板、消費電子產品及工業控制面板上嘅符號、開關同指示燈背光照明。
• Telecommunication Equipment： 用作電話、傳真機及網絡硬件中的狀態指示燈及鍵盤背光。
• LCD平面背光： 可用於陣列中，為小型單色或彩色LCD顯示屏提供側光式或直下式背光。
• 一般指示： 任何需要明亮、可靠且小巧狀態指示燈的應用。

7.2 設計考慮因素

• Thermal Management: 雖然功耗較低，但保持低接面溫度是最大化發光輸出及使用壽命的關鍵。若在高環境溫度或高驅動電流下操作，請確保有足夠的PCB銅箔面積或散熱孔。
• 電流驅動電路： 務必使用恆流源或帶有限流電阻的電壓源。根據電源電壓（Vs）、LED的正向電壓（VF，為安全起見請使用最大值）及所需正向電流（IF）計算電阻值：R = (Vs - VF) / IF。
• 光學設計： 130度廣闊視角提供廣泛照明。如需聚焦光線，可能需要外部透鏡或導光管。

8. Technical Comparison and Differentiation

15-21 SMD LED嘅主要區別在於佢結合咗極細小嘅外形尺寸（2.0x1.25毫米）同相對較高嘅發光強度（U1級別最高可達565 mcd）。同較大嘅SMD LED（例如3528、5050）相比，佢可以節省大量電路板空間。同更細小嘅晶片級封裝相比，由於佢具有定義明確且帶可焊接端子嘅封裝，因此更易於處理同焊接。採用InGaN技術實現亮綠色，相比舊技術提供更高效率同更好嘅色彩飽和度。佢符合嚴格嘅環保標準（RoHS、REACH、無鹵），令其適合對法規要求嚴格嘅全球市場。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q: 使用5V電源時，我應該用幾大電阻值？
A: 使用最大正向電壓（VF）3.7V同目標正向電流（IF）20mA：R = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 歐姆。建議選用下一個較高嘅標準值，例如68歐姆，以確保電流唔超過20mA。

Q: 我可唔可以用30mA驅動呢粒LED嚟提高亮度？
A: 唔可以。連續正向電流（IF）嘅絕對最大額定值係25 mA。超過呢個額定值可能會導致器件即時或長期損壞。若要更高亮度，請選擇更高光強度等級（例如T2或U1）嘅LED。

Q: 包裝袋已經打開咗10日。我仲可唔可以用啲LED？
A: 唔可以直接用嚟做迴流焊接。你必須先喺60±5°C下烘烤24小時，去除吸收嘅濕氣，防止迴流焊接期間出現「爆米花」損壞。

Q: 我點樣識別陰極？
A: 該封裝有明確的陰極標記，如尺寸圖所示。在PCB封裝圖上，陰極焊盤通常會在絲印層上標示。

10. 實用設計與應用案例

案例：設計一個多指示燈狀態面板
一位設計師正在製作一個設有12個狀態指示燈的緊湊型控制面板。空間極為有限。通過選用15-21 LED，他們可以將指示燈放置在0.1英寸（2.54毫米）的網格上。他們選用U1亮度等級以確保高可見度。他們設計PCB時採用共用的5V電源軌。每個LED都串聯一個68歐姆的0603電阻。他們在陰極焊盤上設計了散熱連接以助焊接，同時確保了穩固的接地層連接以利散熱。組裝過程中，他們遵循濕度處理程序並使用指定的回流焊溫度曲線。最終成果是一個明亮、可靠且佈局密集的指示燈面板，完全符合所有尺寸和性能要求。

11. 技術原理介紹

此LED基於InGaN（氮化銦鎵）半導體技術。當在p-n結上施加正向電壓時，電子和電洞被注入活性區域。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。活性層中InGaN合金的特定成分決定了帶隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在此例中，是約518納米的亮綠色。水清樹脂封裝體保護半導體晶片並充當主透鏡，有助於形成130度的發光模式。SMD封裝提供了機械保護、電氣連接以及從晶片到PCB的散熱路徑。

12. 技術趨勢與發展

好似15-21呢類SMD LED嘅趨勢，持續邁向更高效率（每瓦更多流明）、透過更嚴格分檔以改善顏色一致性，以及提升可靠性。業界亦推動更細嘅封裝尺寸（例如晶片級封裝），同時保持或改善光學性能。InGaN技術嘅廣泛採用，實現咗高亮度綠色同藍色LED，而歷史上呢兩種顏色比紅色LED更難製造。未來發展可能包括封裝內集成驅動器或控制電路，以及材料方面嘅進步，以進一步提高高溫下嘅效率並延長使用壽命。對環境合規同可持續製造流程嘅重視，亦係整個行業持續且不斷增長嘅趨勢。