SMD LED 48-213 藍光規格書 - 尺寸 2.25x1.45x0.72mm - 電壓 2.7-3.2V - 功率 95mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

48-213 是一款緊湊型表面黏著元件（SMD）LED，專為需要微型化與高可靠性的現代電子應用而設計。此單色藍光 LED 採用 InGaN 晶片技術，產生典型峰值波長為 468nm 的光線。其主要優勢包括相較於引腳式元件顯著減小的佔位面積，從而實現電路板上更高的元件密度、降低儲存需求，並最終有助於實現更小的終端產品設計。其輕量化結構進一步使其成為可攜式與微型應用的理想選擇。

1.1 核心特性與合規性

• 包裝方式：以 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑捲盤上，相容於標準自動貼片設備。
• 焊接製程：相容於紅外線（IR）與氣相迴焊製程。
• 環境法規合規：本產品為無鉛（lead-free），符合歐盟 RoHS 指令，並遵循歐盟 REACH 法規。
• 無鹵素：符合無鹵素要求（溴 <900 ppm，氯 <900 ppm，溴+氯 < 1500 ppm）。

2. 技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不保證在此條件下操作。

• 逆向電壓（V_R）：5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流（I_F）：25 mA。
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA，僅允許在脈衝條件下（工作週期 1/10 @ 1kHz）。
• 功率消耗（P_d）：95 mW。此為在環境溫度（T_a）為 25°C 時，封裝所能散發的最大允許熱功率。
• 靜電放電（ESD）：依據人體放電模型（HBM）可承受 150V。必須採取適當的 ESD 處理預防措施。
• 溫度範圍：操作：-40°C 至 +85°C；儲存：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：迴焊溫度曲線峰值：最高 260°C，持續時間最長 10 秒。手工焊接：每端點最高 350°C，最長 3 秒。

2.2 光電特性（T_a=25°C）

這些參數在標準條件下（I_F= 5mA）測試，定義了元件的性能。

• 發光強度（I_v）：範圍從 22.5 mcd（最小值）到 57.0 mcd（最大值），典型公差為 ±11%。實際值由分級代碼（M2、N1、N2、P1）決定。
• 視角（2θ_1/2）：120 度（典型值）。此寬視角提供廣泛的發光模式，適用於背光與指示燈應用。
• 峰值波長（λ_p）：468 nm（典型值）。
• 主波長（λ_d）：範圍從 465 nm 到 475 nm，分為 Z 級（465-470nm）與 Y 級（470-475nm）。
• 頻譜頻寬（Δλ）：35 nm（典型值），定義了所發射藍光的光譜純度。
• 順向電壓（V_F）：在 5mA 時範圍從 2.7V 到 3.2V，典型公差為 ±0.05V。分為 Q29 至 Q33 組。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R= 5V 時最大 50 μA。注意：元件經過逆向電壓測試，但並非設計用於逆向偏壓操作。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。

3.1 主波長分級

定義 LED 的感知顏色。兩個分級組確保應用內的顏色均勻性。

Z 組：465 nm – 470 nm

Y 組：470 nm – 475 nm

3.2 發光強度分級

根據 LED 在 5mA 下的光輸出進行分級。

M2：22.5 – 28.5 mcd

N1：28.5 – 36.0 mcd

N2：36.0 – 45.0 mcd

P1：45.0 – 57.0 mcd

3.3 順向電壓分級

根據順向電壓降對 LED 進行分組，這對於限流電阻計算與電源供應設計至關重要。

Q29：2.7V – 2.8V

Q30：2.8V – 2.9V

Q31：2.9V – 3.0V

Q32：3.0V – 3.1V

Q33：3.1V – 3.2V

4. 性能曲線分析

本規格書提供了數條對設計工程師至關重要的特性曲線。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

此非線性關係顯示，電壓超過膝點電壓後的微小增加會導致電流大幅增加。這強調了使用串聯限流電阻或恆流驅動器以防止熱失控與元件故障的絕對必要性。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

光輸出隨順向電流增加而增加，但並非線性關係。此曲線有助於設計師選擇一個平衡亮度、效率與元件壽命的工作點。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED 的光輸出會隨著接面溫度上升而降低。此曲線顯示相對發光強度隨著環境溫度從 -40°C 上升到 +100°C 而下降。應用中的有效熱管理對於維持一致的亮度至關重要。

4.4 順向電流降額曲線

這是可靠性方面最關鍵的圖表之一。它顯示了最大允許連續順向電流隨著環境溫度超過 25°C 而下降。在 85°C 時，最大允許電流必須顯著降低，以防止超過最大接面溫度並確保長期可靠性。

4.5 頻譜分佈

顯示了跨波長的相對輻射功率，以 468nm 為中心，典型頻寬為 35nm。這確認了發射光的單色藍光性質。

4.6 輻射模式

一個極座標圖，說明了光強度的空間分佈，確認了 120° 視角。該模式通常是朗伯分佈或接近朗伯分佈。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

48-213 採用緊湊型 SMD 封裝，具有以下關鍵尺寸（單位：mm）：

- 長度：2.25 ±0.20

- 寬度：1.45 ±0.10

- 高度：0.72 ±0.10

- 引腳間距：1.80（陽極與陰極焊墊之間）

封裝上明確標示有陰極標記，以便在組裝時正確識別極性方向。

5.2 建議焊墊佈局

提供了建議的焊墊圖形（Footprint），包含焊墊尺寸。規格書明確註明此僅供參考，應根據個別 PCB 設計要求、錫膏量與組裝製程進行修改。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線（無鉛）

規定了詳細的溫度曲線：

- 預熱：150–200°C，持續 60–120 秒。

- 液相線以上時間（217°C）：60–150 秒。

- 峰值溫度：最高 260°C，保持時間最長 10 秒。

- 升溫速率：最高 3°C/秒（至 255°C），整體最高 6°C/秒。

- 冷卻速率：由製程決定。

嚴格遵守此溫度曲線至關重要。同一元件上不應執行超過兩次的迴焊製程。

6.2 手工焊接

若無法避免手工焊接：

- 烙鐵頭溫度必須低於 350°C。

- 每端點的接觸時間不得超過 3 秒。

- 烙鐵功率應低於 25W。

- 焊接每個端點之間應間隔超過 2 秒，以防止熱衝擊。

規格書警告，損壞通常發生在手工焊接過程中。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED 包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。

- 開封前：儲存於 ≤30°C 且 ≤90% 相對濕度環境下。

- 開封後：在 ≤30°C 且 ≤60% 相對濕度環境下的車間壽命為 1 年。未使用的元件必須重新密封在防潮包裝中。

- 若乾燥劑指示劑變色或超過儲存時間，則需要進行烘烤處理：在使用迴焊製程前，於 60 ±5°C 下烘烤 24 小時。

6.4 關鍵注意事項

• 電流限制：外部限流電阻是必須的。LED 的指數型 I-V 特性意味著微小的電壓變化會導致電流大幅變化，若無保護將立即燒毀。
• 機械應力：在焊接或最終應用中，避免對 LED 本體施加應力。焊接後請勿彎曲 PCB。
• 維修：強烈不建議在焊接後進行維修。若絕對必要，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端點，以最小化熱應力。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲盤與載帶規格

元件以壓花載帶供應：

- 捲盤直徑：7 英吋。

- 載帶寬度：8mm。

- 每捲數量：3000 顆。

提供了載帶凹槽與捲盤的詳細尺寸，以確保與自動送料器相容。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含數個關鍵識別碼：

- P/N：產品編號（例如：48-213/BHC-ZM2P1QY/3C）。

- QTY：包裝數量。

- CAT：發光強度等級（例如：M2、P1）。

- HUE：色度/主波長等級（例如：Z、Y）。

- REF：順向電壓等級（例如：Q29、Q33）。

- LOT No.：可追溯批號。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光：憑藉其寬視角與緊湊尺寸，非常適合儀表板指示燈、開關照明以及 LCD 與符號的平面背光。
• 通訊設備：電話、傳真機及其他通訊設備中的狀態指示燈與鍵盤背光。
• 一般指示燈用途：任何需要可靠、緊湊的藍色狀態指示燈的應用。

8.2 設計考量

• 熱管理：雖然功率低，PCB 佈局仍應考慮散熱，特別是在高環境溫度環境下或驅動電流接近最大值時。請使用降額曲線。
• 電流驅動電路：始終使用恆流源或帶有串聯電阻的電壓源。使用分級中的最大 V_F與期望的 I_F計算電阻值，以確保電流絕不超過絕對最大額定值。
• 光學設計：120° 視角提供廣泛的覆蓋範圍。若需要更聚焦的光線，可能需要外部透鏡或導光板。
• ESD 防護：在輸入線路上實施 ESD 防護，並確保組裝區域符合 ESD 安全規範，因為本元件的額定值為 150V HBM。

9. 技術比較與差異化

48-213 SMD LED 在其類別中提供了數項關鍵優勢：

尺寸優勢：其 2.25 x 1.45 mm 的佔位面積顯著小於傳統的 3mm 或 5mm 引腳式 LED，可實現超緊湊設計。

製程相容性：完全相容於標準 SMT 迴焊製程（紅外線與氣相），可實現大批量、低成本的自動化組裝，不同於需要手工或波峰焊的穿孔式 LED。

性能一致性：針對波長、強度與電壓的詳細分級系統，允許設計師選擇能確保產品中所有單元視覺一致性的元件，這對於背光與多 LED 陣列至關重要。

穩固性：SMD 封裝在正確焊接後，相較於引腳式元件，提供了優異的機械穩定性與抗震性。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：為何限流電阻是絕對必要的？

A1：順向電壓（V_F）具有公差與負溫度係數。電源電壓的輕微上升或 V_F因加熱而下降，可能導致電流大幅且不受控地增加（熱失控），從而導致瞬間故障。電阻能穩定電流。

Q2：我可以持續以 25mA 驅動此 LED 嗎？

A2：可以，但僅限於環境溫度（T_a）等於或低於 25°C 時。請參考順向電流降額曲線（第 4.4 節）。在更高的環境溫度下，必須降低最大允許連續電流，以將接面溫度保持在安全範圍內。

Q3：分級代碼（例如：ZM2P1QY）代表什麼意思？

A3：這是一個複合代碼。'Z' 或 'Y' 表示主波長分級。'M2'、'P1' 等表示發光強度分級。'Q29' 至 'Q33' 表示順向電壓分級。選擇特定的分級組合可確保可預測的顏色、亮度與電氣行為。

Q4：如何理解峰值波長與主波長？

A4：峰值波長（λ_p）是發射光功率達到最大值時的波長（典型值 468nm）。主波長（λ_d）是與 LED 感知顏色相匹配的單色光波長（465-475nm）。λ_d對於顏色規格更為相關。

11. 設計與使用案例研究

情境：為可攜式醫療設備設計多 LED 狀態面板。

需求：為 10 個薄膜開關提供均勻的藍色背光、超薄型設計、在 -10°C 至 +60°C 下可靠運作、由穩壓 5V 電源軌供電。

設計步驟：

1. LED 選擇：選擇 48-213，因其尺寸小、視角寬（適合均勻背光）且 SMD 相容。

2. 分級選擇：為確保顏色與亮度均勻，為整個訂單指定單一分級（例如：Y-P1-Q31）。

3. 電流設定：以平衡亮度與壽命為目標，將 I_F設定為 10mA。根據降額曲線，10mA 在約 85°C 以下都是安全的，遠高於 60°C 的要求。

4. 電阻計算：使用分級 Q31 中的最壞情況（最大）V_F（3.0V）與電源電壓（5V）：R = (5V - 3.0V) / 0.01A = 200 Ω。選擇標準的 200 Ω，1/10W 電阻。

5. PCB 佈局：以建議的焊墊佈局為起點。在陰極焊墊上添加小型散熱焊盤，以利焊接同時保持電氣連接。LED 間距經過安排，以便透過導光板實現均勻的光線擴散。

6. 組裝：將捲盤裝入貼片機。將指定的無鉛迴焊溫度曲線編程至迴焊爐中。迴焊後，不對電路板施加任何焊接後應力。

12. 技術原理介紹

48-213 LED 基於由氮化銦鎵（InGaN）材料製成的半導體二極體結構。當施加超過二極體膝點電壓（約 2.7-3.2V）的順向電壓時，電子與電洞被注入半導體的主動區域。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，這直接對應於發射光的波長——在本例中為約 468nm 的藍光。透明樹脂封裝體保護半導體晶片並作為主透鏡，塑造初始的輻射模式。SMD 封裝提供機械保護、透過金屬化焊墊實現電氣連接，以及從晶片到 PCB 的散熱路徑。

13. 產業趨勢與背景

48-213 代表了 SMD LED 發展歷程中的成熟產品。整體產業趨勢持續朝向：

效率提升：更新的晶片設計與材料（如先進的 InGaN 結構）提供更高的發光效率（每電瓦產生更多光輸出），允許更亮的顯示或更低的功耗。

微型化：更小的封裝佔位面積（例如：1.0x0.5mm）在空間受限的應用中變得普遍，如穿戴式技術與超薄顯示器。

顏色一致性改善：更嚴格的分級公差以及使用具有更高演色性指數（CRI）的螢光粉轉換白光 LED 已成為顯示背光的標準，儘管本元件仍是單色藍光裝置。

整合解決方案：一個日益增長的趨勢是將 LED 驅動 IC、限流電阻，有時甚至控制邏輯整合到單一模組或封裝中，從而為終端用戶簡化設計。48-213 仍是一個提供最大設計靈活性的基礎離散元件。