SMD LED 19-218/BHC-ZL1M2QY/3T 規格書 - 藍光 - 5mA - 120° 視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

19-218/BHC-ZL1M2QY/3T 是一款專為現代緊湊型電子應用設計的表面黏著元件 (SMD) 發光二極體 (LED)。此元件相較於傳統引線框架型 LED 有顯著進步，能大幅縮小終端產品的體積。其核心價值在於實現更小的印刷電路板 (PCB) 設計、更高的元件封裝密度，並降低整體設備的尺寸與重量。這使其成為空間和重量為關鍵限制因素的應用的理想選擇。

此 LED 為單色型，發射藍光，並採用環保材料製造。它完全符合主要的國際法規，包括歐盟的《危害性物質限制指令》(RoHS)、《化學品註冊、評估、授權和限制法規》(REACH) 以及無鹵素要求 (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm)。產品以適用於標準自動化貼片組裝設備的捲帶包裝形式供應，簡化了大量生產流程。

1.1 核心優勢與目標市場

此 SMD LED 的主要優勢來自其微型佔位面積與輕量化結構。透過消除笨重的引腳，它能更有效地利用 PCB 空間。這直接轉化為更小的最終產品外殼、降低的材料成本以及更輕的終端用戶設備。SMD 元件可實現的高封裝密度對於現代功能豐富的電子產品至關重要。

此 LED 的目標應用多樣，主要聚焦於指示燈與背光功能。關鍵市場包括汽車內裝（例如儀表板與開關背光）、通訊設備（例如電話與傳真機中的狀態指示燈與鍵盤背光）以及消費性電子產品（例如液晶顯示器 (LCD)、開關與符號的平面背光）。其通用性質也使其適用於工業與消費領域中廣泛的其他指示燈應用。

2. 絕對最大額定值與技術參數

理解絕對最大額定值對於確保可靠運作並防止元件過早失效至關重要。這些額定值定義了可能導致永久損壞的應力極限。

• 逆向電壓 (V_R):5 V。超過此逆向電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流 (I_F):25 mA。這是可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):100 mA。此脈衝電流額定值（在 1/10 工作週期與 1 kHz 頻率下）允許短暫的高亮度運作，但不得用於連續操作。
• 功率消耗 (P_d):95 mW。這是元件能以熱形式消耗的最大功率，計算方式為順向電壓與順向電流的乘積。
• 靜電放電 (ESD) 人體模型 (HBM):150 V。在組裝與處理過程中必須遵循適當的 ESD 處理程序，以避免靜電損壞。
• 工作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度:此元件可承受峰值溫度為 260°C 最長 10 秒的迴焊，或每個端子於 350°C 下最長 3 秒的手工焊接。

3. 光電特性

光電特性是在環境溫度 (T_a) 為 25°C 且順向電流 (I_F) 為 5 mA 的標準測試條件下量測，除非另有說明。這些參數定義了 LED 的光輸出與電氣行為。

• 發光強度 (I_v):範圍從最小值 11.5 毫燭光 (mcd) 到最大值 28.5 mcd。摘要表中未指定典型值，但分級系統提供了特定範圍。
• 視角 (2θ_1/2):120 度。這是發光強度為 0 度（軸向）強度一半時的全角。如此寬的視角適合需要廣角照明或多角度可見性的應用。
• 峰值波長 (λ_p):468 nm。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d):範圍從 465 nm 到 475 nm。這是人眼感知到的、與 LED 光色相匹配的單一波長。它是定義顏色的關鍵參數。
• 光譜輻射頻寬 (Δλ):25 nm (典型值)。這定義了在峰值強度一半處的發射光譜寬度。
• 順向電壓 (V_F):在 I_F= 5mA 時，範圍從 2.7 V 到 3.2 V。這是 LED 導通電流時兩端的電壓降。
• 逆向電流 (I_R):當施加 5V 逆向電壓 (V_R) 時，最大值為 50 μA。

公差注意事項:發光強度的公差為 ±11%，主波長的公差為 ±1 nm，順向電壓的公差為 ±0.05 V。這些公差已包含在分級系統中考量。

4. 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。這讓設計師能選擇符合特定應用均勻性要求的元件。

4.1 發光強度分級

LED 根據其在 I_F= 5mA 時量測到的發光強度，分為四個等級 (L1, L2, M1, M2)。

• 等級 L1:11.5 mcd 至 14.5 mcd
• 等級 L2:14.5 mcd 至 18.0 mcd
• 等級 M1:18.0 mcd 至 22.5 mcd
• 等級 M2:22.5 mcd 至 28.5 mcd

4.2 主波長分級

LED 根據其主波長分組，以控制藍色色調。

• Z 組:此組包含藍光 LED 的等級。
• X 等級:465 nm 至 470 nm（略短，可能偏綠藍色）
• Y 等級:470 nm 至 475 nm（略長，可能為更純或更深的藍色）

4.3 順向電壓分級

LED 也根據順向電壓 (V_F) 進行分級，以輔助電路設計，特別是限流電阻計算與電源供應設計。

• Q 組:此組包含順向電壓等級。
• 29 等級:2.7 V 至 2.8 V
• 30 等級:2.8 V 至 2.9 V
• 31 等級:2.9 V 至 3.0 V
• 32 等級:3.0 V 至 3.1 V
• 33 等級:3.1 V 至 3.2 V

完整的產品料號（例如 BHC-ZL1M2QY/3T）包含了指定元件所屬的發光強度、主波長與順向電壓等級的代碼。

5. 性能曲線分析

規格書提供了數個特性曲線，說明 LED 在不同工作條件下的性能變化。這些對於穩健設計至關重要。

5.1 發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示發光強度隨順向電流增加而增加，但關係並非完全線性，特別是在較高電流時。在建議的連續電流以上運作將增加光輸出，但也會產生更多熱量，可能縮短壽命並導致色偏。

5.2 發光強度 vs. 環境溫度

隨著環境溫度升高，LED 的發光強度會降低。這是半導體光源的基本特性。曲線顯示相對發光強度隨著溫度從 -40°C 上升到 +100°C 而下降。高溫環境的設計必須考量此降額效應。

5.3 順向電流降額曲線

為防止過熱，最大允許連續順向電流必須隨著環境溫度升高而降低。此曲線提供了降額資訊，指定了在較高 T_F下較低的 I_a限制，以保持在功率消耗額定值內。

5.4 順向電壓 vs. 順向電流

這是 LED 二極體的電流-電壓 (I-V) 特性。它顯示了指數關係，即電壓超過導通閾值後的微小增加會導致電流大幅增加。這突顯了與 LED 串聯的限流裝置（如電阻或恆流驅動器）的絕對必要性。

5.5 光譜分佈

此圖描繪了在可見光譜範圍內發射的相對輻射功率，以 468 nm 的峰值波長為中心，典型頻寬為 25 nm。這定義了藍光的純度與特定色調。

5.6 輻射圖

此極座標圖以視覺方式呈現光的空間分佈，確認了 120 度的視角。它顯示了強度在偏離中心軸的角度下如何減弱。

6. 機械與封裝資訊

SMD LED 封裝的物理尺寸在詳細圖紙中提供。關鍵尺寸包括總長度、寬度與高度，以及可焊接端子的位置與尺寸。同時建議了推薦的焊墊佈局，以確保可靠的焊點與迴焊過程中的正確對位。焊墊設計僅供參考，設計師可根據其特定的 PCB 製造能力與熱管理需求進行修改。封裝尺寸的公差通常為 ±0.1 mm，除非另有說明。

此元件具有透明（無色）樹脂透鏡，允許來自 InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片的藍光無需濾色即可發射。極性由封裝上的標記指示，在貼裝時必須注意以確保正確的電氣連接。

7. 焊接、組裝與儲存指南

遵守這些指南對於組裝良率與長期可靠性至關重要。

7.1 限流要求

必須使用外部限流電阻。LED 的指數型 I-V 特性意味著電源電壓的微小變化可能導致順向電流發生巨大且具破壞性的變化。電阻能可靠地設定工作電流。

7.2 儲存與濕度敏感性

LED 包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中，以防止吸收大氣濕氣。在準備於生產中使用元件前，不應打開袋子。打開前，儲存條件應為 ≤30°C 且 ≤90% RH。打開後，若保持在 ≤30°C 且 ≤60% RH 條件下，元件具有一年的 "車間壽命"。未使用的零件應重新密封在防潮包裝中。如果乾燥劑指示劑變色或超過儲存時間，則需要在迴焊前進行 60 ±5°C、24 小時的烘烤處理以去除濕氣。

7.3 焊接條件

此元件相容於紅外線 (IR) 與氣相迴焊製程。提供了無鉛迴焊溫度曲線，指定了預熱、液相線以上時間 (217°C)、峰值溫度（最高 260°C，最長 10 秒）與冷卻速率。同一 LED 上不應執行超過兩次的迴焊。焊接過程中，不應對元件施加機械應力，且 PCB 在製程後不應翹曲。

7.4 手工焊接與返修

若必須進行手工焊接，烙鐵頭溫度必須低於 350°C，且每個端子的接觸時間不應超過 3 秒。建議使用低功率烙鐵 (<25W)，焊接每個端子之間至少間隔 2 秒。強烈不建議在 LED 焊接後進行返修。若絕對無法避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，且必須事先驗證對 LED 特性的影響。

8. 包裝與訂購資訊

產品以標準 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑的捲盤上供應。每捲包含 3000 個元件。載帶與捲盤尺寸均有規定，以確保與自動化組裝設備相容。包裝包括鋁箔防潮袋、乾燥劑與標籤。捲盤上的標籤提供了關鍵資訊，包括產品料號 (P/N)、客戶料號 (CPN)、包裝數量 (QTY)，以及發光強度 (CAT)、主波長/色度 (HUE) 與順向電壓 (REF) 的特定等級代碼，連同製造批號 (LOT No)。

9. 應用設計考量

9.1 電路設計

基本的設計步驟是選擇合適的限流電阻。其值使用歐姆定律計算：R = (V_supply- V_F) / I_F. 使用規格書中（或特定等級）的最大 V_F值，以確保在最壞情況下電流不超過所需的 I_F。電阻的功率額定值也必須足夠：P_R= (I_F)² * R。對於需要在溫度範圍內或多個 LED 間保持亮度一致的設計，考慮使用恆流驅動器代替簡單的電阻。

9.2 熱管理

雖然 SMD LED 效率高，但仍會產生熱量。在最大額定電流或接近該值下運作將增加接面溫度。高溫會降低光輸出（流明衰減）並可能加速長期劣化。確保 PCB 佈局提供足夠的散熱措施，特別是當 LED 以高電流驅動或用於高環境溫度環境時。請遵循規格書中提供的順向電流降額曲線。

9.3 光學整合

120 度視角提供了寬廣的發射角度。對於需要更聚焦光束的應用，可能需要二次光學元件，如透鏡或導光板。透明樹脂封裝適合與外部光學元件搭配使用。設計導光板或擴散板時，需考量 LED 的空間輻射模式與光譜輸出。

10. 技術比較與差異化

與傳統帶有引線的穿孔式 LED 相比，此 SMD LED 為現代製造提供了決定性優勢：大幅減少電路板空間、適用於全自動組裝，以及更低的剖面高度實現更薄的產品。在 SMD LED 類別中，此特定型號的關鍵差異化因素包括其相對較高的發光強度分級範圍（5mA 時最高 28.5 mcd）、非常寬的 120 度視角，以及符合嚴格的無鹵素與 RoHS 標準。針對強度、波長與電壓的詳細分級系統，為設計師提供了應用所需的高一致性粒度，例如多 LED 背光陣列或狀態指示燈群組，其中顏色與亮度匹配在視覺上非常重要。

11. 常見問題 (FAQ)

問：為什麼限流電阻絕對必要？

答：LED 是具有非線性、指數型電流-電壓關係的二極體。若沒有電阻限制電流，即使微小的過量電壓也會導致電流不受控制地上升，幾乎立即因過熱而損壞 LED。

問：我可以用 3.3V 電源驅動此 LED 而不使用電阻嗎？

答：不行。順向電壓範圍為 2.7V 至 3.2V。3.3V 電源超過了最小 V_F，若沒有電阻來降低額外的 0.1V 至 0.6V，電流將不受調節，很可能超過最大額定值，從而損壞 LED。

問："無鉛" 標示對於焊接意味著什麼？

答：這表示元件的端子不含鉛。這要求在組裝過程中使用無鉛 (Pb-free) 焊料合金，其熔點通常高於傳統的錫鉛焊料。提供的迴焊曲線是專門為這些更高溫度的無鉛製程設計的。

問：如何解讀料號中的等級代碼（例如 ZL1M2QY）？

答：這些代碼對應於分級組別。例如，'L1' 或 'M2' 表示發光強度等級，'Y' 表示主波長等級 (470-475nm)，而 'QY' 可能指順向電壓等級組。確切的對應關係應與製造商的詳細等級代碼文件確認。

12. 設計與應用實例

實例 1：汽車儀表板開關背光：使用 5-10 個此類 LED 的群組來為各種按鈕與旋鈕提供背光。設計師選擇來自相同發光強度等級（例如 M1）與主波長等級（例如 Y）的 LED，以確保所有開關間的顏色與亮度均勻。寬廣的 120° 視角確保從駕駛員視角可見背光。LED 透過整合在儀表板控制模組中的恆流穩壓器以保守的 10mA 驅動，以在車輛 12V 電氣系統波動下維持穩定的亮度。

實例 2：工業狀態指示燈面板：單個 LED 用作工廠設備上的 "電源開啟" 指示燈。設計了一個簡單的電路，包含 5V 電源軌、為 15mA 工作電流計算的限流電阻（使用最大 V_F值 3.2V：R = (5-3.2)/0.015 = 120Ω），以及 LED。清澈的藍光在光線充足的工業環境中非常顯眼。SMD 封裝使其能直接放置在主控制 PCB 上，與面板安裝的穿孔式 LED 相比，節省了空間與組裝成本。

13. 工作原理

此 LED 是一種半導體光子裝置。其核心是由 InGaN（氮化銦鎵）材料製成的晶片。當施加超過二極體導通閾值的順向電壓時，電子與電洞被注入半導體的主動區域。這些載子重新結合，而從此結合釋放的能量以光子（光）的形式發射出來。InGaN 合金的特定成分決定了半導體的能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）——在此例中為藍光。透明的環氧樹脂封裝體保護精密的半導體晶片，作為透鏡塑造光輸出，並提供機械穩定性。

14. 技術趨勢

像 19-218 系列這樣的 SMD LED 的發展，是電子產品朝向微型化、提高單位面積功能以及自動化、大量生產的廣泛趨勢的一部分。半導體材料的進步，特別是基於 InGaN 的藍光與白光 LED 的效率與色域範圍，一直是主要驅動力。此類元件的未來趨勢可能包括進一步提高發光效率（每電瓦產生更多光輸出）、改善顏色一致性與顯色性、整合板上控制電路（成為 "智慧型" LED），以及為更高功率密度與更好熱管理而設計的封裝。對永續性的推動持續驅動著有害物質的消除與整個生命週期能源效率的提升。