SMD LED 25-21/BHC-AR1S2E/2A 藍光規格書 - 封裝尺寸 2.5x2.1mm - 電壓 2.75-3.65V - 功率 75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

25-21/BHC-AR1S2E/2A 是一款表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED），採用 InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片來產生藍光。此元件屬於專為高密度電路板組裝而設計的 LED 類別，在微型化與自動化生產製程方面具有顯著優勢。

此 LED 的核心優勢在於其緊湊的佔位面積。尺寸約為 2.5mm x 2.1mm，使其能夠實現更小的印刷電路板（PCB）設計、更高的元件封裝密度，並最終有助於開發更小巧的終端用戶設備。其輕量化結構進一步使其成為空間和重量為關鍵限制因素的應用的理想選擇。

這是一款單色（藍色）型 LED。該元件採用無鉛材料製造，並符合主要環境法規，包括歐盟 RoHS（有害物質限制）指令和 REACH（化學品註冊、評估、授權和限制）。它也被歸類為無鹵素，溴（Br）和氯（Cl）含量保持在指定限值以下（Br<900 ppm，Cl<900 ppm，Br+Cl<1500 ppm）。產品以符合現代製造的格式供應，包裝在 8mm 載帶上並捲繞於直徑 7 吋的捲盤，適用於自動貼片設備。

2. 技術參數深度解析

本節對規格書中定義的關鍵電氣、光學和熱參數進行詳細、客觀的分析。理解這些極限值和典型值對於可靠的電路設計至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。

• 逆向電壓（VR）：5V施加超過 5V 的反向偏壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流（IF）：20mA這是為確保長期可靠性並維持指定光學性能而建議用於連續操作的最大直流電流。
• 峰值順向電流（IFP）：100mA此額定值允許脈衝操作（佔空比 1/10，頻率 1kHz）。適用於需要短暫高亮度爆發的應用，但即使瞬間也不得超過此值。
• 功率耗散（Pd）：75mW這是封裝在環境溫度（Ta）為 25°C 時能夠以熱量形式耗散的最大功率（計算為順向電壓 x 順向電流）。超過此限制有過熱風險。
• 操作與儲存溫度：元件可在 -40°C 至 +85°C 的環境溫度下運作，並可在 -40°C 至 +90°C 的溫度下儲存。
• 靜電放電（ESD）：人體模型（HBM）額定值為 150V。這表示對 ESD 具有中等敏感度，在操作時需要採取標準的 ESD 預防措施。
• 焊接溫度：封裝可承受峰值溫度 260°C 最長 10 秒的迴流焊接，或每個端子 350°C 最長 3 秒的手工焊接。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下（Ta=25°C，IF=20mA）測量的，定義了元件的性能。

• 發光強度（Iv）：範圍從最小 112 毫燭光（mcd）到最大 285 mcd。此寬範圍透過分級系統管理（詳見後述）。未指定典型值，其落在這個分級範圍內的某處。
• 視角（2θ1/2）：發光強度降至其峰值一半時的全角通常為 60 度。這定義了 LED 的光束擴散角度。
• 峰值波長（λp）：光功率輸出達到最大值時的波長通常為 468 奈米（nm），使其位於可見光譜的藍色區域。
• 主波長（λd）：這是人眼感知的單一波長，範圍從 464.5 nm 到 476.5 nm。它也受分級管理。
• 頻譜頻寬（Δλ）：通常為 25 nm，這表示圍繞峰值波長發射的波長範圍。
• 順向電壓（VF）：在 20mA 驅動下，範圍從 2.75V 到 3.65V。此變化由電壓分級系統管理。必須使用一個限流電阻與 LED 串聯，以根據特定元件的實際 VF 和電源電壓來控制電流。
• 逆向電流（IR）：當施加 5V 反向偏壓時，最大為 50 微安培（μA）。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED 會根據關鍵性能參數進行分類（分級）。這使設計師能夠選擇符合特定亮度、顏色和電壓要求的元件。

3.1 發光強度分級

根據在 20mA 下測量的發光強度，LED 被分為四個等級（R1, R2, S1, S2）。

• 等級 R1：112 mcd 至 140 mcd
• 等級 R2：140 mcd 至 180 mcd
• 等級 S1：180 mcd 至 225 mcd
• 等級 S2：225 mcd 至 285 mcd

每個分級代碼內的發光強度適用 ±11% 的容差。

3.2 主波長分級

LED 被分為四個等級（A9, A10, A11, A12）以控制藍色色調。

• 等級 A9：464.5 nm 至 467.5 nm
• 等級 A10：467.5 nm 至 470.5 nm
• 等級 A11：470.5 nm 至 473.5 nm
• 等級 A12：473.5 nm 至 476.5 nm

每個分級代碼內的主波長適用 ±1nm 的容差。

3.3 順向電壓分級

LED 被分為三個電壓等級（5, 6, 7），以輔助電流調節電路設計。

• 等級 5：2.75V 至 3.05V
• 等級 6：3.05V 至 3.35V
• 等級 7：3.35V 至 3.65V

每個分級代碼內的順向電壓適用 ±0.1V 的容差。

4. 性能曲線分析

雖然規格書引用了典型的電氣與光學特性曲線，但提供的文本未包含具體圖表。基於標準 LED 行為，這些曲線通常會說明以下對設計至關重要的關係：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電壓與電流之間的指數關係。曲線的膝點電壓與 VF 規格相關。此圖對於選擇適當的限流電阻值至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流：展示光輸出如何隨驅動電流增加，通常在達到某點前呈近線性關係，之後效率會下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨著接面溫度升高而降低。這對於在高溫環境下運作的應用至關重要。
• 頻譜分佈：相對強度與波長的關係圖，顯示峰值約在 468nm 以及 25nm 頻寬，確認了藍色純度。

5. 機械與封裝資訊

LED 封裝在塑膠表面黏著封裝內。規格書包含詳細的尺寸圖。關鍵機械特徵包括：

• 封裝外型：主體尺寸長度約 2.5mm，寬度約 2.1mm。圖紙指定了所有關鍵尺寸，包括引腳（端子）尺寸、間距和封裝高度，除非另有說明，標準公差為 ±0.1mm。
• 極性識別：陰極端子通常有標記，例如封裝上的凹口、圓點或綠色標記，如圖所示。正確的極性對於運作至關重要。
• 焊墊設計（佔位面積）：建議的 PCB 焊墊圖案（焊墊尺寸和形狀）源自封裝尺寸，以確保可靠的焊接和機械穩定性。

6. 焊接與組裝指南

遵守這些指南對於防止組裝過程中的損壞至關重要。

6.1 儲存與操作

• LED 包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。
• 在準備使用元件之前，請勿打開防潮袋。
• 打開後，未使用的 LED 必須儲存在 ≤30°C 且相對濕度 ≤60% 的環境中。
• 打開袋子後的車間壽命為 168 小時（7 天）。如果在此時間內未使用，則必須重新烘烤並重新裝袋。
• 烘烤條件：如有需要，在 60 ±5°C 下烘烤 24 小時。
• 操作時務必遵守 ESD（靜電放電）預防措施。

6.2 迴流焊接製程

提供了無鉛（Pb-free）迴流焊接的詳細溫度曲線：

• 預熱：在 60-120 秒內從 150°C 升溫至 200°C。
• 均熱/迴流：溫度高於 217°C（液相線溫度）的時間應為 60-150 秒。峰值溫度不得超過 260°C，且溫度在或高於 255°C 的時間必須限制在最多 30 秒。
• 冷卻速率：最大冷卻速率為每秒 6°C。
• 重要：迴流焊接不應執行超過兩次。加熱期間避免對 LED 施加機械應力，焊接後請勿彎曲 PCB。

6.3 手工焊接與返修

• 如果需要手工焊接，請使用烙鐵頭溫度 ≤350°C 的烙鐵，每個端子焊接時間 ≤3 秒。
• 烙鐵功率應 ≤25W。焊接每個端子之間至少間隔 2 秒冷卻時間。
• 強烈不建議在 LED 焊接後進行維修/返修。如果不可避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子並取下元件，以避免對焊點施加應力。必須事先驗證對 LED 特性的影響。

7. 包裝與訂購資訊

產品供應用於自動化組裝。

• 載帶：元件裝載在寬度為 8mm 的壓紋載帶中。
• 捲盤：載帶捲繞在標準直徑 7 吋（178mm）的捲盤上。
• 數量：每捲包含 2000 顆 LED。
• 防潮袋：捲盤密封在帶有乾燥劑和濕度指示卡的鋁箔防潮袋內。
• 標籤資訊：捲盤標籤包含產品編號（P/N）、數量（QTY）、以及發光強度（CAT）、主波長（HUE）和順向電壓（REF）的特定分級代碼，以及批號（LOT No）。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用

根據其規格，此藍色 SMD LED 適用於各種低功率指示燈和背光功能，包括：

• 通訊設備：狀態指示燈、電話和傳真機按鍵或顯示器的背光。
• 消費性電子產品：開關和符號照明、小型液晶顯示器（LCD）的平面背光。
• 通用指示：任何需要緊湊、可靠的藍色狀態指示燈的應用。

8.2 關鍵設計考量

• 限流是強制性的：LED 是電流驅動元件。您必須使用串聯電阻（或恆流驅動器）將順向電流限制在 20mA 或更低。電阻值計算為 R = (V_電源 - VF_LED) / I_期望。使用最大 VF（3.65V）進行此計算可確保即使對於低電源電壓的單元，電流也絕不會超過限制。
• 熱管理：雖然功率較低（最大 75mW），確保 LED 焊墊周圍有足夠的 PCB 銅面積或散熱孔有助於散熱，特別是在高環境溫度條件下，以維持光輸出和壽命。
• 光學設計：60 度的視角提供了相當寬的光束。對於更聚焦的光線，可能需要外部透鏡或反射器。

8.3 應用限制

規格書明確指出，此產品並非為或認證用於高可靠性應用，其中故障可能導致嚴重後果。這包括：

• 軍事和航太系統
• 汽車安全與保全系統（例如，安全氣囊、煞車）
• 醫療生命維持或關鍵診斷設備

對於此類應用，需要具有不同規格、認證和可靠性保證的元件。

9. 技術比較與定位

25-21 封裝介於較小的晶片（如 0402/0603）和較大的功率 LED 之間。其主要區別在於：

• 與較小封裝（例如 0402）比較：提供更高的光輸出，如果需要，通常更容易手動操作和焊接，同時仍然非常緊湊。
• 與引腳式 LED 比較：實現完全自動化組裝，減少電路板空間，並無需彎曲引腳和鑽孔。
• 與高功率 LED 比較：專為指示燈級電流（20mA）和功率（75mW）設計，而非用於照明。與高功率 LED 所需的複雜恆流驅動器相比，它只需要簡單的驅動電路（一個電阻）。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 如何選擇正確的限流電阻？

使用公式：R = (V_電源 - VF) / I_期望。對於 5V 電源和期望電流 20mA，並假設最壞情況（最高）VF 為 3.65V：R = (5V - 3.65V) / 0.020A = 67.5 歐姆。使用下一個較高的標準值（例如，68 歐姆或 75 歐姆）。這確保所有單元的電流都低於 20mA。始終計算電阻的功率耗散：P_電阻 = I^2 * R。

10.2 我能否使用恆壓源而不加電阻來驅動此LED？

No.LED 的順向電壓具有負溫度係數，並且每個單元之間存在差異。將其直接連接到即使略高於其 VF 的電壓源，也會導致電流不受控制地上升，可能超過絕對最大額定值並幾乎立即損壞 LED。

10.3 為何打開防潮袋後有7天的使用期限限制？

SMD 塑膠封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴流焊接過程中，這些被困住的濕氣會迅速膨脹，導致內部分層或 "爆米花效應"，使封裝破裂或損壞晶片。7 天的車間壽命和烘烤程序旨在焊接前去除這些吸收的濕氣。

10.4 分級代碼（例如 S2/A11/6）對我的設計有何意義？

它們指定了您特定 LED 的性能組別。如果您的設計需要最低亮度，您應指定如 S1 或 S2 的等級。如果多個 LED 之間的顏色一致性至關重要，您應指定嚴格的波長等級（例如，僅 A10）。指定電壓等級（例如，5）在使用簡單的電阻驅動時，有助於使不同單元之間的電流（以及亮度）更加一致。

11. 實用設計範例

情境：為一個運行在 3.3V 電源軌上的設備設計一個簡單的藍色電源指示燈。我們希望電流約為 15mA 以獲得足夠亮度，同時保持保守。

1. 確定最壞情況 VF：根據規格書，最大 VF（等級 7）為 3.65V。
2. 計算最小電阻值：R_min = (V_電源 - VF_最大) / I_期望 = (3.3V - 3.65V) / 0.015A = -23.3 歐姆。這是負值，意味著對於 VF=3.65V 的單元，在 3.3V 電源下不會有電流流動。這是可以接受的；對於這個特定的高 VF 單元，在此低電源電壓下 LED 根本不會亮起。
3. 為典型/低 VF 計算：讓我們使用典型的 VF 3.2V。R = (3.3V - 3.2V) / 0.015A ≈ 6.7 歐姆。使用 10 歐姆標準電阻：I_實際 = (3.3V - 3.2V) / 10 = 10mA（安全）。對於低 VF 單元 2.8V：I = (3.3V - 2.8V) / 10 = 50mA。這超過了 20mA 的連續額定值！
4. 結論：3.3V 電源太接近 LED 的順向電壓範圍，僅使用串聯電阻無法實現可靠、安全的操作。電流將根據個別 LED 的 VF 而劇烈變化（從 0mA 到超過 50mA）。更好的解決方案是使用更高的電源電壓（例如，5V）或專為低壓操作設計的專用低壓差恆流驅動器 IC。

12. 工作原理

此 LED 基於半導體 p-n 接面的電致發光原理運作。有源區使用 InGaN（氮化銦鎵）化合物半導體。當施加超過接面內建電位的順向偏壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入有源區。在那裡，它們復合，以光子（光）的形式釋放能量。InGaN 合金的特定成分決定了能隙能量，這直接對應於發射光的波長（顏色）——在本例中為藍色（約 468 nm）。環氧樹脂封裝體保護半導體晶片，作為透鏡塑造光輸出，並被配製為水清以最大化光透射。

13. 技術趨勢

像 25-21 這樣的封裝中的 SMD LED 代表了一種成熟且廣泛採用的技術。該領域當前的趨勢集中在幾個關鍵領域：

• 提高效率：持續的材料科學和外延生長改進旨在每單位電輸入功率（mA）產生更多的光（更高的發光效率），從而允許更低的功耗或在相同電流下更高的亮度。
• 改善顏色一致性：製造控制和分級演算法的進步導致主波長和發光強度的分佈更緊密，減少了廣泛分級的需求，並在多 LED 應用中提供更均勻的外觀。
• 增強可靠性：對更堅固的封裝材料、更好的晶片貼裝方法和改進的螢光粉（用於白光 LED）的研究持續延長了操作壽命和在各種環境應力下的穩定性。
• 持續微型化：雖然 25-21 很小，但對更小外形尺寸（例如，晶片級封裝）的追求仍在繼續，以用於超緊湊設備，儘管通常在易操作性和熱性能方面有所權衡。
• 整合：一個更廣泛的趨勢涉及將控制電子元件（如恆流驅動器或脈衝寬度調變電路）直接與 LED 晶片整合到單一封裝中，從而簡化終端用戶的電路設計。