SMD LED 22-21/BHC-AN1P2/2C 藍光數據手冊 - 2.2x2.1x1.1mm - 3.8V - 20mA - 40mW - 英文技術文件

1. 產品概述

22-21/BHC-AN1P2/2C是一款表面黏著元件（SMD）藍光發光二極體（LED）。其設計用於需要可靠指示或背光功能的現代化、緊湊型電子組件。該元件採用封裝於透明樹脂中的InGaN（氮化銦鎵）晶片材料，能發出典型主波長為468 nm的光。

此元件的核心優勢在於其微型佔位面積。尺寸僅為2.2mm x 2.1mm，高度約1.1mm，與傳統引腳式LED相比，能顯著縮小印刷電路板（PCB）尺寸並實現更高的元件佈局密度。這種微型化直接有助於縮小終端產品的外形尺寸，並減少元件的儲存需求。該元件亦具有輕量化的特點，非常適合可攜式及微型化應用。

The product is compliant with key environmental and safety regulations, including being Pb-free (lead-free), adhering to the EU RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, complying with EU REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) regulations, and meeting halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). It is supplied in industry-standard 8mm tape on 7-inch diameter reels, ensuring compatibility with automated pick-and-place assembly equipment. The component is suitable for both infrared and vapor phase reflow soldering processes.

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限。在此條件下或超出此條件運作並未獲得保證，應在電路設計中避免。

• 逆向電壓 (V_R): 5 V - 可施加於反向偏壓方向的最大電壓。
• 順向電流 (I_F): 20 mA - 為確保可靠運作所建議的最大連續直流順向電流。
• 峰值順向電流 (I_FP): 100 mA - 最大脈衝順向電流，僅在特定條件下允許（頻率1 kHz、工作週期1/10）。
• Power Dissipation (P_d): 40 mW - 元件可消耗的最大功率，計算為順向電壓與順向電流的乘積，並考量熱限制。
• Electrostatic Discharge (ESD) Human Body Model (HBM): 150 V - 該裝置對靜電放電的敏感度。在組裝和處理過程中必須遵循正確的ESD處理程序。
• 工作溫度 (T_opr): -40°C 至 +85°C - 此裝置規格指定的工作環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg): -40°C 至 +90°C - 裝置在未通電狀態下的儲存溫度範圍。
• 焊接溫度 (T_sol): 指定了兩種設定曲線：回流焊接（峰值260°C，最多持續10秒）和手工焊接（烙鐵頭溫度350°C，每個端子最多持續3秒）。

2.2 Electro-Optical Characteristics

除非另有說明，這些參數是在環境溫度（T_a）為25°C、順向電流（I_F）為20 mA的標準測試條件下量測。它們定義了元件的典型性能。

• 發光強度（I_v): 範圍從最小值28.5 mcd到最大值72.0 mcd。表格中未指定典型值，但分檔系統提供了分類範圍。視角（2θ_1/2）通常為130度，表示具有寬廣的視角錐。
• 峰值波長（λ_p): 通常為468奈米（nm）。此為光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d): 範圍從464.5奈米至476.5奈米。這是人眼感知到與發射光顏色相匹配的單一波長。註明公差為±1奈米。
• 光譜輻射頻寬（Δλ）： 通常為35 nm。這是發射光譜的半高全寬（FWHM），用於描述顏色的純度。
• 順向電壓（V_F): 通常為3.8 V，在I_F = 20 mA時最大為4.5 V。這是LED工作時的電壓降。
• 逆向電流（I_R): 當施加5V反向電壓(V)時，最大電流為50 μA。_R) 為5V時。

3. 分檔系統說明

為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED會進行分檔。本裝置採用兩個獨立的分檔參數。

3.1 發光強度分檔

發光輸出分為四個檔位（N1、N2、P1、P2），每個檔位定義了在 I = 20 mA 下測量的特定毫燭光（mcd）範圍。_F 這些檔位確保特定訂單內的LED具有相近的亮度水平。發光強度的容差規範為 ±11%。

• Bin N1: 28.5 - 36.0 mcd
• Bin N2: 36.0 - 45.0 mcd
• Bin P1: 45.0 - 57.0 mcd
• Bin P2: 57.0 - 72.0 mcd

3.2 主波長分檔

顏色（主波長）被分為四個檔位（A9, A10, A11, A12），每個檔位涵蓋特定的奈米範圍。這確保了顏色的一致性。主波長的容差為 ±1 nm。

• 級別 A9： 464.5 - 467.5 奈米
• 級別 A10： 467.5 - 470.5 nm
• Bin A11: 470.5 - 473.5 nm
• Bin A12: 473.5 - 476.5 nm

產品編號可能包含特定代碼（如「AN1P2」），用以指明特定捲盤或訂單中包含哪些光強度與波長區段。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本中未詳細說明具體的圖形曲線，但此類LED典型的光電特性曲線通常包括：

• Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve): 此非線性曲線顯示流經 LED 的電流與其兩端電壓之間的關係。電壓略微超過導通閾值便會導致電流大幅增加，凸顯了限流電路的必要性。
• 發光強度 vs. 順向電流： 此曲線通常顯示光輸出隨電流增加而增加，但在較高電流下可能因熱效應與效率影響而呈現次線性關係。
• 發光強度 vs. 環境溫度： LED的光輸出通常會隨著接面溫度升高而降低。了解這種降額特性對於在高環境溫度下運作的應用至關重要。
• 光譜分佈： 相對強度對波長關係圖，顯示峰值約在468奈米處，半高全寬頻寬約為35奈米。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該元件具有矩形佔位面積。關鍵尺寸（單位為毫米，除非另有說明，典型公差為±0.1mm）包括本體長度2.2 mm、本體寬度2.1 mm，以及高度約1.1 mm。資料手冊中包含詳細的尺寸圖，顯示了焊盤佈局、端子尺寸以及建議的PCB焊墊圖案，以確保正確的焊接和機械穩定性。

5.2 極性識別

陰極通常有標記，常見方式為封裝本體或載帶上的凹口、圓點或綠色標記。貼裝時必須確認極性正確，以確保元件正常運作。

6. 焊接與組裝指南

6.1 電流限制

關鍵： 一個外部限流電阻或恆流驅動電路 必須 需與LED串聯使用。其順向電壓具有負溫度係數且變化幅度小。若無電流限制，供電電壓的輕微上升可能導致順向電流大幅增加，甚至造成損壞。

6.2 儲存與濕度敏感度

元件以防潮阻隔袋包裝，內含乾燥劑以防止吸濕，吸濕可能導致迴流焊接時產生「爆米花現象」（封裝破裂）。

• 請於使用前再開啟包裝袋。
• 開封後，未使用的LED請儲存於≤30°C且相對濕度≤60%的環境中。
• 包裝開封後的「車間壽命」為168小時（7天）。
• 若超過車間壽命或乾燥劑指示劑顯示飽和，需在焊接前以60 ±5°C烘烤24小時。

6.3 Reflow Soldering Profile

指定了無鉛（Pb-free）迴焊溫度曲線：

• 預熱： 在60-120秒內從環境溫度升溫至150-200°C。
• 浸泡/預熱階段： 維持在217°C以上60-150秒。
• 迴焊階段： 峰值溫度不得超過260°C，且溫度高於255°C的時間不得超過30秒。在實際峰值溫度（260°C）下的時間最多為10秒。
• 冷卻： 最大冷卻速率為每秒6°C。

重要限制： 同一元件不應進行超過兩次迴流焊接。加熱過程中應避免對LED施加機械應力，焊接後請勿彎曲PCB。

6.4 手工焊接與返修

If hand soldering is unavoidable, use a soldering iron with a tip temperature <350°C, apply heat to each terminal for ≤3 seconds, and use an iron with a power rating ≤25W. Allow a cooling interval of >2 seconds between terminals. Rework is strongly discouraged. If absolutely necessary, use a dual-head soldering iron to simultaneously heat both terminals for removal, and verify device functionality afterwards, as damage is likely.

7. 封裝與訂購資訊

7.1 封裝規格

該元件以壓紋載帶供應，寬度為8mm，捲繞於標準7英吋（178mm）直徑的捲盤上。每捲盤包含2000件。捲盤、載帶及蓋帶的尺寸規格均提供於資料表中，公差通常為±0.1mm。

7.2 標籤說明

包裝標籤包含數個代碼：

• CPN： Customer's Product Number (optional).
• P/N： Manufacturer's Product Number (e.g., 22-21/BHC-AN1P2/2C).
• QTY: Packing Quantity (e.g., 2000).
• CAT: 發光強度等級（亮度分檔代碼）。
• HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (Bin code for color).
• REF: 順向電壓等級。
• LOT No: 製造批號，用於追溯。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光照明： 儀表板、薄膜開關及控制面板的照明。
• Telecommunication Equipment: 電話、傳真機及網路設備中的狀態指示燈與鍵盤背光。
• LCD背光： 適用於小型單色或彩色LCD顯示器的側光式或直下式背光。
• 一般適應症： 消費性電子產品中的電源指示燈、狀態燈與裝飾性照明。

8.2 設計考量

• 熱管理： 雖然功耗較低，但確保LED焊墊下方有足夠的PCB銅箔面積或散熱孔，有助於維持較低的接面溫度，從而保持光輸出與使用壽命。
• 電流驅動： 始終設計為恆定電流驅動，或使用根據最大順向電壓（V_F）計算的串聯電阻，以確保在最惡劣條件下（例如低V_F 元件、高電源電壓）電流絕不超過絕對最大額定值。
• ESD Protection: 若LED可由使用者接觸，請在輸入線路上實施ESD防護，並在組裝過程中遵循ESD安全操作規範。

9. 技術比較與差異化

22-21封裝與較大尺寸的SMD LED（例如3528、5050）或傳統插件式LED的主要差異在於其超微型尺寸，使其能在空間受限的應用中實現設計。相較於其他藍光LED，其結合了典型波長（約468 nm）、寬視角（130°）以及明確的分檔結構，能提供可預測的色彩與亮度，確保產品外觀的一致性。其符合無鹵與RoHS標準，適合全球市場所需的環保設計。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q: 為何必須使用限流電阻？
A: LED的I-V特性呈指數關係。正向電壓的微小變化會導致電流的巨大改變。若無電阻，電源電壓或LED自身V_F 可能導致電流超過20mA的最大值，從而引發快速過熱和故障。

Q: 我可以用3.3V電源驅動這個LED嗎？
A: 有可能，但需謹慎。典型的V_F 是3.8V，高於3.3V。在3.3V下，LED可能無法點亮，或會非常暗淡。您需要一個高於最大V的電源電壓。_F (4.5V) 加上限流電阻上的壓降。通常會使用升壓轉換器或更高電壓的電源（例如5V）。

Q: 130度視角是什麼意思？
A> It means the angle at which the luminous intensity is half of the intensity measured directly on-axis (0 degrees). A 130-degree angle is considered \"wide viewing,\" meaning the light is spread out and visible from a broad side angle, suitable for indicator lights that need to be seen from different positions.

Q: 我該如何解讀訂單中的分檔代碼（例如 AN1P2）？
A> The bin codes specify the guaranteed ranges for luminous intensity and dominant wavelength for all LEDs in that batch. \"AN1\" likely refers to a specific dominant wavelength bin (e.g., A11), and \"P2\" refers to the luminous intensity bin (57.0-72.0 mcd). This ensures visual consistency across all units in your production run.

11. 實務設計與使用案例

Scenario: 設計一個背光按鈕開關。 該開關有一個小型半透明圖標。設計師選擇這款22-21藍色LED是因為其尺寸緊湊。PCB上有一個5V電源軌。為了將電流限制在15 mA（一個低於20mA最大值的安全值，以延長使用壽命），計算串聯電阻：R = (V_supply - V_F) / I_F. 使用最大V_F 為4.5V可確保即使對於「高V_F」LED也能提供足夠電流：R = (5V - 4.5V) / 0.015A ≈ 33.3 歐姆。選用標準的33歐姆電阻。PCB焊盤圖案完全按照資料手冊推薦的封裝尺寸進行設計。組裝過程中，濕度敏感元件在包裝袋開啟後7天內使用，且電路板採用指定的溫度曲線進行單次迴焊。

12. 工作原理介紹

此LED基於半導體p-n接面的電激發光原理運作。其主動發光區域由InGaN構成。當施加超過二極體導通閾值的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞會被注入主動區域。當這些電荷載子復合時，會以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定組成決定了能隙能量，進而決定發射光的波長（顏色）——在此例中為藍光。透明環氧樹脂封裝體可保護半導體晶片，作為透鏡塑造光輸出（形成130°視角），並提供機械穩定性。

13. 技術趨勢

基於InGaN的高效藍光LED開發是固態照明領域的一項基礎成就，它使得白光LED（透過螢光粉轉換）和全彩顯示器的實現成為可能。對於像22-21這樣的元件，其趨勢持續朝向進一步微型化、提升效率（每mA更高的發光強度），以及更嚴格的分檔公差以實現卓越的色彩與亮度均勻性。與板上控制電路（如LED封裝中的整合驅動IC）的整合也是一個日益增長的趨勢，儘管對於簡單的指示燈LED而言，此元件所代表的離散式、成本效益高的方法在廣泛的應用中仍然極具相關性。