SMD LED 17-215/BHC-BP2Q2M/3T 藍光晶片規格書 - 2.0x1.25x0.8mm - 典型值3.35V - 20mA - 75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

17-215/BHC-BP2Q2M/3T是一款採用InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片產生藍光的表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED）。此元件專為現代自動化電子製造流程設計，其緊湊的佔位面積相較於傳統引線框架LED，能實現更高的電路板密度與終端設備小型化。

1.1 核心優勢與產品定位

此LED的主要優勢來自其SMD封裝。其顯著更小的尺寸可減少印刷電路板（PCB）面積、降低儲存空間需求，並最終有助於開發更小更輕的電子設備。封裝的輕量化特性使其特別適合微型與可攜式應用。本產品定位為通用指示燈與背光解決方案，符合當代環境與製造標準。

1.2 符合性與環境規格

此元件遵循多項關鍵產業標準。其製造為無鉛產品。所用材料符合歐盟REACH法規。此外，它滿足無鹵素要求，溴（Br）與氯（Cl）含量各低於900 ppm，且其總和低於1500 ppm。本產品亦設計為符合RoHS（有害物質限制）指令的規範。

2. 技術參數：深入客觀解讀

以下章節根據規格書，對元件的電氣、光學與熱特性提供詳細、客觀的分析。除非另有說明，所有參數均在環境溫度（Ta）25°C下指定。

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。在此條件下或超出此條件操作不予保證，應在電路設計中避免。

• 逆向電壓（VR）：5 V。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（IF）：20 mA。這是建議用於可靠操作的最大直流電流。
• 峰值順向電流（IFP）：100 mA。此電流僅允許在脈衝條件下（工作週期1/10，頻率1 kHz）使用，不得用於直流設計。
• 功率消耗（Pd）：75 mW。這是封裝可消耗的最大功率，計算方式為順向電壓（VF）* 順向電流（IF）。
• 靜電放電（ESD）人體模型（HBM）：150 V。這表示對ESD具有中等敏感度；必須遵循適當的處理程序。
• 操作溫度（Topr）：-40°C 至 +85°C。元件在此環境溫度範圍內可正常運作。
• 儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度：元件可承受峰值溫度260°C、最長10秒的回焊，或每個端子350°C、最長3秒的手工焊接。

2.2 電光特性

這些是正常操作條件下（IF=20mA）的典型性能參數。

• 發光強度（Iv）：範圍從57.00 mcd 到 112.00 mcd。具體數值由分級流程決定（見第3節）。
• 視角（2θ1/2）：130度（典型值）。此定義了發光強度為0度（軸上）測得峰值強度一半時的角寬度。
• 峰值波長（λp）：468 nm（典型值）。這是光譜功率分佈達到最大值的波長。
• 主波長（λd）：範圍從467.50 nm 到 473.50 nm。這是人眼感知與LED輸出顏色相匹配的單一波長，同樣受分級影響。
• 頻譜頻寬（Δλ）：25 nm（典型值）。這是發射光譜的半高全寬（FWHM）。
• 順向電壓（VF）：在20mA下範圍從2.75 V 到 3.95 V，典型值約為3.35V。此參數經過分級（見第3節）。
• 逆向電流（IR）：施加5V逆向電壓時，最大50 μA。規格書明確指出，此元件並非為逆向操作設計；此參數僅供測試用途。

關於公差的重要說明：規格書指定了製造公差：發光強度（±11%）、主波長（±1nm）與順向電壓（±0.1V）。在需要嚴格參數控制的設計中必須考量這些公差。

3. 分級系統說明

為管理半導體製造中的自然變異，LED會根據性能進行分級。這確保了生產批次內的一致性。17-215採用三項獨立的分級標準。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20mA下的光輸出分為三個等級：
P2: 57.00 - 72.00 mcd
Q1: 72.00 - 90.00 mcd
Q2: 90.00 - 112.00 mcd

3.2 主波長分級

顏色（藍色調）透過分為兩個波長等級來控制：
A10: 467.50 - 470.50 nm
A11: 470.50 - 473.50 nm

3.3 順向電壓分級

為協助電流調節設計，LED根據其在20mA下的順向壓降進行分級：
5: 2.75 - 3.05 V
6: 3.05 - 3.35 V
7: 3.35 - 3.65 V
8: 3.65 - 3.95 V

特定產品型號17-215/BHC-BP2Q2M/3T 表示特定單元的分級組合（例如，B代表藍色，P2/Q2代表強度，M代表波長等，詳見標籤說明）。

4. 性能曲線分析

雖然規格書在第5頁引用了典型的電光特性曲線，但文本內容並未提供具體圖表。通常，此類曲線會包括：

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I-I曲線）：顯示光輸出如何隨電流增加，通常以非線性方式，最終達到飽和。
• 順向電壓 vs. 順向電流（V-I曲線）：展示二極體的指數關係，對於設計限流電路至關重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：說明隨著接面溫度升高，光輸出會下降，這是熱管理的關鍵考量。
• 光譜功率分佈：顯示每個波長發光強度的圖表，以468nm峰值為中心，頻寬約25nm。

設計師應參考圖形規格書中的這些曲線，以模擬非標準條件（不同電流、溫度）下的性能。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED採用緊湊的矩形SMD封裝。關鍵尺寸（單位mm，除非指定，公差±0.1mm）為：
- 總長度：2.0 mm
- 總寬度：1.25 mm
- 總高度：0.8 mm
- 引腳（端子）尺寸與間距定義為與標準0603（英制）或類似佔位面積相容。陰極通常由封裝上的標記識別。

5.2 極性識別

正確的極性至關重要。封裝包含一個視覺指示器（例如凹口、圓點或斜角）來標示陰極端子。PCB佔位面積設計必須與此方向匹配。

6. 焊接與組裝指南

遵循這些指南對於可靠性與防止組裝過程中的損壞至關重要。

6.1 回焊溫度曲線（無鉛）

建議的溫度曲線至關重要：
- 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。
- 峰值溫度±5°C內時間：最長10秒。
- 升溫速率：最高3°C/秒。
- 降溫速率：最高6°C/秒。
限制：回焊不應執行超過兩次。

6.2 手工焊接

若手工焊接不可避免：
- 烙鐵頭溫度：<350°C。
- 每個端子接觸時間：≤ 3秒。
- 烙鐵功率：≤ 25W。
- 焊接每個端子之間至少間隔2秒。
手工焊接具有較高的熱損壞風險。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。
1. 請勿在準備使用前打開袋子。
2. 打開後，未使用的LED必須儲存在≤ 30°C且≤ 60%相對濕度的環境中。
3. 打開後的車間壽命為168小時（7天）。
4. 若超過此時間，或乾燥劑指示劑已變色，則需要進行烘烤：使用前在60 ±5°C下烘烤24小時。

6.4 使用注意事項

• 電流限制：外部限流電阻是必需的。LED的指數型V-I特性意味著微小的電壓變化會導致電流大幅變化，若無電阻將立即燒毀。
• 避免應力：焊接時避免對封裝施加機械應力，組裝後請勿彎曲PCB。
• 維修：不建議。若絕對必要，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子並取下元件，以避免焊盤損壞。維修後請驗證元件功能。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件以產業標準的凸型載帶包裝，供應於7英吋直徑的捲盤上。
- 載帶寬度：8 mm。
- 每捲盤口袋數：3000件。
- 詳細的捲盤、載帶與覆蓋帶尺寸請參閱規格書圖紙。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含用於追溯與驗證的關鍵資訊：
- CPN：客戶料號。
- P/N：製造商料號（例如，17-215/BHC-BP2Q2M/3T）。
- QTY：包裝數量。
- CAT：發光強度等級（例如，P2, Q1, Q2）。
- HUE：色度/主波長等級（例如，A10, A11）。
- REF：順向電壓等級（例如，5, 6, 7, 8）。
- LOT No：製造批號，用於追溯。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 背光：用於儀表板、薄膜開關與鍵盤。
• 通訊設備：電話、傳真機與網路設備的狀態指示燈與背光。
• LCD顯示器：小型單色或彩色LCD的側光式或直下式背光。
• 通用指示：消費性與工業電子產品中的電源狀態、模式指示燈及其他視覺信號。

8.2 電路設計考量

1. 電流驅動：務必使用串聯電阻。計算電阻值 R = (電源電壓 - VF) / IF。使用分級中的最大VF（例如3.95V）進行最壞情況電流計算，以確保IF絕不超過20mA。
2. 熱管理：雖然功率消耗低，但若在高環境溫度（>70°C）下操作，請確保足夠的PCB銅箔或通風，以維持光輸出與壽命。
3. ESD防護：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安全處理程序。

8.3 應用限制

規格書包含一項重要免責聲明。本產品適用於一般商業與工業應用。它並非專為或認證用於故障可能導致嚴重後果的高可靠性應用。這包括但不限於：
- 軍事、航太或航空系統。
- 汽車安全或保全系統（例如，煞車燈、安全氣囊指示燈）。
- 生命維持或關鍵醫療設備。
對於此類應用，必須採購具有適當認證與可靠性數據的元件。

9. 技術比較與差異化

雖然直接比較需要具體的競爭對手數據，但可以推斷此LED平台的關鍵差異化因素：

• 相較於較大的SMD LED（例如，3528, 5050）：17-215的主要優勢是其極小的佔位面積（約0603尺寸），能實現最高的指示燈或背光點密度。
• 相較於穿孔式LED：提供巨大的空間節省、與自動貼片機的相容性，並透過消除手工焊接與引腳彎曲應力而獲得更好的可靠性。
• 相較於未分級LED：三向分級（強度、波長、電壓）為設計師提供了可預測且一致的性能，這對於需要均勻外觀或並聯陣列中精確電流匹配的應用至關重要。
• 符合性：符合RoHS、REACH與無鹵素是標準期望，但仍是關鍵的市場要求。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以將此LED驅動在30mA以獲得更高亮度嗎？
A：不行。連續順向電流（IF）的絕對最大額定值為20mA。超過此額定值會損害可靠性，並可能導致立即或過早失效。100mA的峰值額定值僅適用於極短的脈衝。

Q2：順向電壓範圍很寬（2.75-3.95V）。我該如何設計電路？
A：您必須為最壞情況（最高）的VF進行設計，以確保限流電阻為所有單元提供足夠的電流控制。在電阻計算中使用最大VF（3.95V）可保證即使LED的實際VF較低，也不會超過20mA限制。

Q3：如果我焊接此LED超過兩次會發生什麼？
A：規格書明確指出回焊不應執行超過兩次。額外的熱循環會對內部引線鍵合施加應力、劣化環氧樹脂透鏡或導致封裝分層，從而降低可靠性或導致災難性故障。

Q4：此LED額定操作溫度為-40°C至+85°C。它在90°C下能工作嗎？
A：操作溫度是一項額定值，而非性能規格。雖然在90°C下可能不會立即失效，但其發光強度將顯著降低，壽命將急劇縮短，且操作不予保證。請設計系統使LED的周圍環境保持在額定範圍內。

11. 實務設計與使用案例

情境：設計一個具有10個均勻藍光LED的狀態指示燈面板。
1. 分級選擇：為確保視覺均勻性，請指定嚴格的發光強度（例如，全部Q2：90-112 mcd）與主波長（例如，全部A10：467.5-470.5 nm）分級。這可能需要特殊訂單要求。
2. 電路設計：使用5V電源與最壞情況VF 3.95V（來自等級8）。所需電阻 R = (5V - 3.95V) / 0.020A = 52.5 歐姆。使用最接近的標準值（例如，56 歐姆）。針對典型VF 3.35V重新計算實際電流：I = (5V - 3.35V) / 56 = 29.5mA。這超過了20mA額定值！因此，您必須使用最小VF（2.75V）來計算最大可能電流：I_max = (5V - 2.75V) / 56 = 40.2mA。這很危險。解決方案是使用更大的電阻。以15mA為目標以保留餘裕：R = (5V - 2.75V) / 0.015A ≈ 150 歐姆。這確保電流介於10mA（當VF=3.95V）與15mA（當VF=2.75V）之間，安全地低於所有分級的20mA限制。
3. 佈局：以一致的方向放置LED。如有需要，提供小的散熱焊盤，但確保良好的焊錫圓角。
4. 組裝：精確遵循回焊溫度曲線。若未在7天內使用，請將打開的捲盤存放在乾燥櫃中。

12. 工作原理簡介

此LED基於半導體p-n接面中的電致發光原理運作。主動區由InGaN組成。當施加超過二極體導通閾值的順向電壓時，來自n型區的電子與來自p型區的電洞被注入主動區。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定成分決定了能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）——在本例中為藍光（約468 nm）。環氧樹脂封裝用於保護半導體晶片、塑造光輸出光束（130度視角），並提供用於焊接的機械結構。

13. 技術趨勢與背景

17-215 LED代表了SMD LED技術的成熟階段。此領域的關鍵趨勢包括：
- 效率提升：磊晶生長技術的持續發展旨在產生每瓦更多流明（光效），降低給定光輸出的功耗。
- 微型化：朝向更小封裝（例如，0402, 0201英制尺寸）的驅動力持續推動更高密度的照明陣列與整合到更小的設備中。
- 色彩一致性改善：分級演算法與晶圓級製造控制的進步導致更緊密的參數分佈，減少對昂貴的嚴格分級選擇的需求。
- 可靠性增強：對更堅固的封裝材料、晶片貼裝方法與螢光粉（用於白光LED）的研究著重於延長操作壽命，特別是在高溫高濕條件下。
- 智慧整合：一個更廣泛的趨勢涉及將控制電路（例如，恆流驅動器、可定址性）直接與LED晶片在封裝層級整合，儘管這在功率LED中比小型指示燈更常見。

此元件作為一種可靠、具成本效益且標準化的解決方案，適用於基本指示燈與背光需求，並利用了成熟的製造流程。