SMD LED 42-21/BHC-AUW/1T 規格書 - 藍光 - 2.1x2.1x1.2mm - 3.3V - 20mA - 英文技術文件

1. 產品概述

The 42-21/BHC-AUW/1T 是一款緊湊型表面黏著LED，專為需要可靠、低功耗指示燈或背光解決方案的現代電子應用而設計。此藍光LED採用InGaN晶片技術，並以透明樹脂封裝，能在微型封裝中提供一致的性能。其主要優勢包括顯著節省PCB空間、高封裝密度以及適合自動化組裝製程，使其成為大量生產的理想選擇。

該元件完全符合RoHS、歐盟REACH及無鹵素標準，確保環境責任與廣泛的市場接受度。其輕量化結構與小巧尺寸，有助於設計更小、更便攜的設備。

2. 技術規格深入解析

2.1 絕對最大額定值

定義裝置的操作限制是為了確保長期可靠性。超過這些額定值可能會導致永久性損壞。

• Reverse Voltage (V_R): 若可能出現反向電壓情況，建議使用保護電路。
• 連續順向電流 (I_F): 25mA。典型工作條件為20mA。
• 峰值順向電流 (I_FP): 100mA (工作週期 1/10 @1KHz)。適用於脈衝操作，但不適用於直流。
• 功率損耗 (P_d): 95mW。此限制同時考量了電氣與熱約束。
• Operating & Storage Temperature: -40°C 至 +85°C / -40°C 至 +90°C。此寬廣範圍支援工業應用。
• 靜電放電 (ESD)： 150V (HBM)。操作時必須採取標準的靜電放電防護措施。
• 焊接溫度： 回流焊：260°C 持續10秒；手動焊：350°C 持續3秒。嚴格遵守以防止熱損傷至關重要。

2.2 電光特性 (T_a=25°C)

這些參數定義了LED在標準測試條件下的性能（I_F=20mA）。

• 發光強度（I_v): 450至1800 mcd（毫坎德拉）。此寬廣範圍是透過分檔系統進行管理。
• 視角 (2θ)_1/2): 30度 (典型值)。這定義了發射光的角度擴散範圍。
• 峰值波長 (λ_p): 468 nm (典型值)。光譜功率達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d): 464.5 至 476.5 nm。此為人眼感知的光線顏色，容差為 ±1nm。
• 頻譜頻寬 (Δλ): 25 nm（典型值）。最大強度一半處的發射光譜寬度。
• 順向電壓 (V_F): 2.7V 至 3.7V，在 20mA 下的典型值為 3.3V。
• 逆向電流 (I_R): 在 V_R=5V.

關鍵設計注意事項： 順向電壓存在一個範圍。限流電阻是 絕對必需的 以防止因微小的電源電壓波動而導致熱失控和燒毀。電阻值必須根據實際電源電壓和預期最大V_F 以確保I_F 不超過25mA。

3. Binning System 說明

為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED會進行分級篩選。42-21採用兩套獨立的分級系統。

3.1 發光強度分檔

LED 根據其在 I=20mA 下測得的光輸出進行分類。_F標記分檔代碼以供識別。

• 分檔 U： 450 – 715 mcd
• Bin V: 715 – 1120 mcd
• Bin W: 1120 – 1800 mcd

容差：±11%

3.2 主波長分檔

LED也會根據其精確的藍色色調進行分選，以確保陣列中的色彩均勻性。

• Group A, Bin A9: 464.5 – 467.5 nm
• 群組 A，儲位 A10： 467.5 – 470.5 nm
• 群組 A，儲位 A11： 470.5 – 473.5 nm
• Group A, Bin A12: 473.5 – 476.5 nm

Tolerance: ±1nm

設計意涵： 對於需要匹配亮度或顏色的應用（例如多LED背光、狀態指示條），指定單一光色檔位或要求供應商進行嚴格分檔至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 實體尺寸

此LED採用緊湊型SMD封裝。關鍵尺寸（除非另有說明，公差為±0.1mm）：

• 封裝尺寸：約 2.1mm x 2.1mm。
• 高度：約 1.2mm。
• 陰極由封裝本體上的特定標記識別。

4.2 極性辨識

正確的極性至關重要。元件本體上已明確標示陰極端子。建議的PCB焊墊圖案（footprint）應反映此設計，以確保在迴焊過程中正確對位。

4.3 包裝規格

本LED採用適用於自動化組裝的業界標準包裝供貨：

• Carrier Tape: 8毫米寬度，置於7英吋直徑捲盤上。
• 每捲數量： 1000件。
• 濕度敏感度： 包裝於防潮鋁箔袋內並附乾燥劑，以防止吸濕導致迴焊時產生「爆米花」裂痕。

捲盤標籤包含關鍵資訊：產品編號 (P/N)、數量 (QTY)、發光強度分級 (CAT)、主波長分級 (HUE)、順向電壓等級 (REF) 以及批號 (LOT No.)。

5. 焊接與組裝指南

5.1 迴流焊接溫度曲線

此元件相容於紅外線與氣相迴流焊接製程。需採用無鉛焊接溫度曲線：

• 峰值溫度： 260°C 最高。
• 液相線以上時間： 建議30-60秒。
• 預熱： 逐步升溫以活化助焊劑並減少熱衝擊。

關鍵： 同一LED組件上不應執行超過兩次的迴流焊接。

5.2 手工焊接

若手動修復無可避免，必須極度謹慎：

• Iron Temperature： 低於350°C。
• 接觸時間： 每個端子3秒或更短。
• Iron Power： 低於25W。
• 方法： 使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，避免焊點承受機械應力。任何維修後請確認LED功能正常。

5.3 儲存與處理

• 開啟包裝前： 儲存於 ≤30°C 且 ≤90% RH 環境中。
• 開啟包裝後（使用時限）： 在≤30°C且≤60% RH條件下可保存1年。未使用之零件必須重新密封於防潮袋中，並放入新的乾燥劑。
• 烘烤： 若開封時間超過車間壽命或乾燥劑已飽和，請在回焊前以60±5°C烘烤24小時以去除濕氣。
• 焊接後請勿彎曲或扭曲PCB，以免對LED焊點施加應力導致故障。

6. 應用說明與設計考量

6.1 典型應用

• 儀表板背光： 儀表板指示燈與開關的照明。
• Telecommunication Devices: 電話和傳真機中的狀態指示燈和鍵盤背光。
• LCD背光： 用於小型單色或彩色LCD的側光式或直下式背光。
• 一般適應症： 電源狀態、模式指示燈及其他使用者介面元素。

6.2 電路設計

驅動電路最關鍵的部分是串聯限流電阻。其阻值（R_s）可根據歐姆定律計算：R_s = (V_supply - V_F) / I_F.

範例： 對於5V電源供應，並使用最大V_F 在I=20mA時，確保所有條件下電流安全的3.7V_F=20mA：
R_s = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 歐姆。
應選擇最接近的標準值（例如68歐姆），並檢查電阻的額定功率：P = I²R = (0.02)² * 68 = 0.0272W。使用標準的1/10W (0.1W) 電阻綽綽有餘。

6.3 熱管理

雖然功耗很低（最高95mW），但適當的PCB佈局有助於延長使用壽命。請確保LED焊盤周圍有足夠的銅箔區域作為散熱片，尤其是在高環境溫度或接近最大電流下運作時。

6.4 應用限制

此標準商用級LED並非專門設計或認證可用於高可靠性應用，在該類應用中，元件故障可能導致安全風險或重大財產損失。這包括但不限於：

• Military, aerospace, or aviation safety systems.
• 汽車安全關鍵系統（例如：煞車燈、安全氣囊指示器）。
• 醫療生命維持或診斷設備。

針對此類應用，必須採購具備相應汽車、軍用或醫療認證資格的元件。其性能保證僅限於本文件所概述的規格範圍內。

7. 技術比較與定位

42-21 封裝在尺寸、性能與可製造性之間取得了平衡。相較於較大的導線架 LED（例如 3mm 或 5mm 穿孔型），它能大幅減少電路板佔用空間與重量，實現現代化微型設計。與更小的晶片級封裝（CSP）相比，它使用標準 SMT 設備更易於處理，並提供成型透鏡以控制光線分佈（30 度視角）。其 20mA 驅動電流與 3.3V 典型 V_F 透過一個簡單的電阻，使其能直接相容於常見的3.3V與5V邏輯電源。

8. 常見問題 (FAQ)

8.1 為何必須使用限流電阻？

LED是電流驅動元件，其電壓-電流特性呈指數關係。電壓稍微超過額定V_F 會導致電流大幅且可能具破壞性的增加。串聯電阻能在電源電壓與LED電流間建立線性且可預測的關係，確保穩定安全的運作。

8.2 我可以直接從微控制器GPIO腳位驅動這個LED嗎？

有可能，但需謹慎。許多GPIO引腳僅能提供或吸收10-25mA電流。您必須查閱微控制器的datasheet。即使在限值內，仍需要串聯電阻。通常更安全的做法是使用GPIO控制電晶體（BJT或MOSFET），再由電晶體驅動LED，從而將MCU與LED電流負載隔離。

8.3 "water clear"樹脂是什麼意思？

這意味著封裝的塑膠透鏡是透明的，而非擴散或帶有顏色。這使得藍色InGaN晶片的真實顏色得以呈現，提供最高的光輸出和明確、狹窄的視角。

8.4 如何解讀捲盤標籤上的儲位代碼？

「CAT」代碼（U、V、W）表示亮度範圍。「HUE」代碼（例如 A10）表示主波長範圍。為確保產品外觀一致，請選購相同 CAT 和 HUE 分級的 LED。「REF」代碼表示順向電壓等級，這對精確的電流調節設計很有用。

9. 實務設計案例研究

情境： 設計一款配備四個藍色狀態指示燈的緊湊型USB供電裝置。

1. 電源： USB提供5V電壓。
2. LED選擇： 42-21/BHC-AUW/1T，中亮度選用Bin V，一致藍色色調選用Bin A11。
3. 電流計算： 目標 I_F = 18mA (略低於最大值以保留餘裕)。使用最大 V_F = 3.7V 以考慮最差情況。
   R_s = (5V - 3.7V) / 0.018A ≈ 72.2Ω。使用75Ω標準電阻。
4. 每顆LED功率： P_LED = 3.3V(典型值) * 0.018A ≈ 59.4mW。遠低於95mW的限制。
5. 總電流： 4顆LED * 18mA = 72mA。遠低於標準USB埠500mA的供電能力。
6. PCB佈局： 放置LED時請注意極性正確。在LED焊墊下方及周圍使用小面積接地鋪銅以利散熱。確保迴焊溫度曲線符合建議的260°C峰值溫度。
7. Result: 一個可靠、亮度穩定、佔用電路板空間與功耗極小的指示燈系統。

10. 運作原理與技術

此LED基於氮化銦鎵（InGaN）製成的半導體異質結構。當在p-n接面施加順向電壓時，電子和電洞被注入主動區域。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在此例中為藍色（約468奈米）。水清環氧樹脂封裝體保護半導體晶片，作為透鏡塑造光輸出光束（30度視角），並提供機械穩定性。

11. 產業趨勢

像 42-21 這類 SMD LED 的市場，持續受到所有電子設備微型化的驅動。朝向更高效率（每瓦更多流明）的趨勢不變，這使得在相同電流下能實現更亮的輸出，或在更低功耗下維持相同亮度，從而延長便攜式設備的電池壽命。此外，由於全彩顯示器和環境照明等應用需要極佳的均勻性，對更嚴格的顏色與亮度分檔需求正不斷增加。用於藍光 LED 的基礎 InGaN 技術已成熟，但在效率與可靠性方面仍持續有漸進式的改進。封裝技術也在演進，趨勢是朝向更薄的輪廓以及改進的熱管理材料，以應對緊湊空間內更高的功率密度。