SMD LED 15-21/B6C-ZQ1R1N/2T 資料手冊 - 藍光 - 2.0x1.25x0.8mm - 最大3.7V - 40mW - 英文技術文件

1. 產品概述

15-21/B6C-ZQ1R1N/2T是一款緊湊型表面黏著藍光LED，專為需要高密度元件佈局和可靠性能的現代電子應用而設計。該元件採用InGaN晶片技術，可產生典型峰值波長為468 nm的藍光發射。其微型佔位面積和輕量化結構，使其成為空間受限設計的理想選擇。

1.1 核心優勢

此LED的主要優勢在於其尺寸相較於傳統引線框架型元件顯著縮小。這使得印刷電路板（PCB）設計可以更小、封裝密度更高、所需儲存空間更少，最終能開發出更緊湊的終端用戶設備。其與標準自動化貼裝和焊接製程的兼容性，進一步提升了其對大批量製造的適用性。

1.2 目標市場與應用

此LED的目標市場涵蓋廣泛的消費性、工業及電信應用。典型用例包括儀表板、開關和符號的背光；電話和傳真機等電信設備中的指示燈與背光功能；LCD的平面背光；以及通用指示燈應用。

2. 技術規格與深入解讀

本節詳細分析裝置的電氣、光學及熱特性。

2.1 Absolute Maximum Ratings

絕對最大額定值定義了壓力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。這些數值並非用於正常操作條件。

• 逆向電壓 (VR): 5 V。反向偏壓超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 順向電流 (IF)： 20 mA。此為最大連續直流順向電流。
• 峰值順向電流 (IFP)： 40 mA。此額定值適用於脈衝條件下，工作週期為1/10，頻率為1 kHz。
• 功率耗散 (Pd): 40 mW。此為封裝在環境溫度25°C下可耗散的最大功率。在更高溫度下需進行降額。
• 工作溫度 (Topr): -40°C 至 +85°C。保證裝置在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度 (Tstg): -40°C 至 +90°C。
• 焊接温度 (Tsol)： 對於迴流焊接，規定峰值溫度為260°C，最長持續10秒。對於手工焊接，烙鐵頭溫度不得超過350°C，每個端子最長持續3秒。

2.2 電光特性

這些參數是在正向電流 (IF) 為 20 mA、環境溫度 (Ta) 為 25°C 的條件下量測，代表典型的工作條件。

• 發光強度 (Iv): 範圍從最小值72.0 mcd到最大值140.0 mcd，典型公差為±11%。實際數值由分檔代碼（Q1, Q2, R1）決定。
• 視角（2θ1/2）： 通常為130度。此寬廣視角使LED適合需要廣泛照明的應用。
• 峰值波長（λp）： 通常為 468 nm。
• 主波長 (λd): 範圍從 465.0 nm 到 475.0 nm，容差為 ±1 nm。具體分檔代碼為 X (465-470 nm) 或 Y (470-475 nm)。
• 頻譜帶寬 (Δλ): 通常為25 nm，以半峰全寬 (FWHM) 量測。
• 順向電壓 (VF): 在20 mA電流下，電壓範圍為2.70 V至3.70 V，容差為±0.1V。特定分檔代碼從10（2.7-2.9V）到14（3.5-3.7V）。
• 反向電流 (IR)： 當施加5V反向電壓（VR）時，最大為50 μA。請注意，此元件並非設計用於反向偏壓操作；此參數僅用於漏電流測試。

2.3 熱特性

雖然未在單獨的表格中明確列出，但熱管理至關重要。40 mW的功耗額定值與工作溫度範圍定義了熱限制。設計人員必須確保適當的PCB佈局，並在必要時使用熱導孔或散熱裝置，以將接面溫度維持在安全範圍內，特別是在高環境溫度或接近最大電流下工作時。

3. Binning System Explanation

產品根據關鍵性能參數進行分檔，以確保同一生產批次內的一致性。這使得設計師能夠選擇符合特定應用需求的LED。

3.1 光強度分檔

光強度分為三個檔位：
- Q1: 72.0 - 90.0 mcd
- Q2: 90.0 - 112.0 mcd
- R1: 112.0 - 140.0 mcd

3.2 主波長分選

顏色（主波長）被分為兩個檔位：
- X： 465.0 - 470.0 nm
- Y: 470.0 - 475.0 nm

3.3 順向電壓分級

順向電壓被分為五個等級，以輔助電流調節電路的設計：
- 10: 2.7 - 2.9 V
- 11: 2.9 - 3.1 V
- 12: 3.1 - 3.3 V
- 13: 3.3 - 3.5 V
- 14: 3.5 - 3.7 V

4. 性能曲線分析

該數據表包含數條典型特性曲線，用以說明裝置在不同條件下的行為。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線顯示了順向電壓與電流之間的指數關係。它對於選擇合適的限流電阻至關重要。該曲線通常顯示，電壓超過導通點後，即使微小的增加也會導致電流大幅上升，這凸顯了電流調節的必要性。

4.2 相對發光強度 vs. 順向電流

此圖表展示發光輸出如何隨順向電流增加。在一定範圍內通常呈線性關係，但在較高電流下會因熱效應與效率影響而飽和。在接近最大額定電流下操作，可能無法獲得成比例的亮度提升，並將縮短元件壽命。

4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

此曲線顯示光輸出隨環境溫度升高而遞減的狀況。發光強度通常會隨著溫度上升而下降。為確保可靠性能，在應用設計中必須考量熱管理。

4.4 Spectrum Distribution

此光譜圖顯示以峰值波長468 nm為中心的發射輪廓，其典型半高全寬為25 nm。此資訊對於色彩敏感的應用至關重要。

4.5 輻射場型

輻射圖展示了光強度的空間分佈，確認了典型的130度視角。此類封裝的場型通常為朗伯型或接近朗伯型。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

15-21 SMD LED 具有緊湊的佔位面積。關鍵尺寸（單位為毫米，公差為 ±0.1 毫米，除非另有說明）包括本體長度 2.0 毫米、寬度 1.25 毫米及高度 0.8 毫米。詳細圖面規定了 PCB 焊墊圖案設計的焊墊間距與整體外型輪廓。

5.2 極性辨識

陰極在封裝上有明確標記。組裝時必須注意正確的極性，以防止元件損壞。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

本元件相容於紅外線與氣相迴焊製程。建議採用無鉛焊接溫度曲線：
- 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，持續時間不超過10秒。
- 最大加熱速率：6°C/秒，最大冷卻速率：3°C/秒。
Reflow soldering不應執行超過兩次。

6.2 手工焊接

若需進行手工焊接，請使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵。每個端子的接觸時間不應超過3秒，且焊接每個端子之間應至少間隔2秒。烙鐵功率應為25W或更低，以避免熱衝擊。

6.3 儲存與濕度敏感性

LED 封裝於內含乾燥劑的防潮阻隔袋中。
- 請於準備使用前再開啟包裝袋。
- 開封後，未使用的 LED 應儲存於 ≤30°C 且 ≤60% RH 的環境中。
- 包裝袋開封後的「車間壽命」為 168 小時（7 天）。
- 若超出存放期限或乾燥劑顯示濕氣侵入，使用前需以60±5°C烘烤24小時。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED 以 8 毫米寬的壓紋載帶供貨，捲繞於直徑 7 英寸的捲盤上。每捲盤包含 2000 件。提供詳細的捲盤和載帶尺寸，以供自動送料器設置使用。

7.2 標籤資訊

捲盤標籤包含用於追溯和識別的關鍵資訊：客戶產品編號 (CPN)、產品編號 (P/N)、包裝數量 (QTY)，以及發光強度 (CAT)、主波長 (HUE) 和順向電壓 (REF) 的特定分檔代碼，連同批號。

8. 應用說明與設計考量

8.1 限流

關鍵： 必須始終使用一個外部限流電阻與LED串聯。其順向電壓具有負溫度係數及生產公差。若直接連接到電壓源，即使電壓僅略高於典型的VF值，也可能導致不受控制的大電流突波，從而立即造成損壞。

8.2 PCB佈局

確保PCB焊盤圖案與建議的封裝尺寸相符。提供足夠的銅箔面積以利散熱，特別是在高電流或高環境溫度下工作時。焊接過程中及完成後，應避免對LED本體施加機械應力。

8.3 ESD注意事項

此元件的ESD敏感度等級為150V（人體放電模式）。在組裝與操作過程中，應遵循標準的ESD處理預防措施。

9. 符合性與環境資訊

本產品符合主要環境法規：
- RoHS: 本產品為無鉛製品，符合有害物質限制指令。
- REACH: 符合歐盟化學品註冊、評估、授權和限制法規。
- 無鹵素： Compliant with halogen-free requirements (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

10. 常見問題（FAQ）

10.1 為什麼我的LED一上電就立即損壞？

最常見的原因是缺少串聯的限流電阻。LED是電流驅動元件。將其直接連接到電壓源會導致過大的電流流過。請務必使用一個根據電源電壓、LED的正向電壓（為安全起見，請使用最大分檔值）以及所需工作電流計算得出的電阻。

10.2 這款LED可以用在戶外嗎？

其工作溫度範圍為-40°C至+85°C，涵蓋許多戶外條件。然而，戶外使用的主要限制通常是封裝對濕氣和紫外線輻射的耐受性，而這款標準商用級元件並未對此進行規範。對於惡劣環境，請考慮專門針對戶外或汽車應用評級的器件。

10.3 如何解讀標籤上的分檔代碼？

分檔代碼（例如 ZQ1R1N）對應特定的性能分選。"Q1" 表示發光強度分檔（72-90 mcd），"R1" 是內部產品代碼的一部分，而 "N" 可能與其他特性相關。標籤欄位 CAT、HUE 和 REF 分別明確標示了發光強度、主波長和順向電壓的分檔。

10.4 焊接後是否允許維修/返工？

不建議進行維修。若絕對必要，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以避免對焊點或 LED 本體造成機械應力。任何返工後，務必驗證 LED 的特性是否已劣化。

11. 設計與使用案例研究

11.1 設計狀態指示燈面板

考慮一個需要多個藍色狀態指示燈的控制面板。使用15-21 LED，設計師可以實現高密度佈局。對於5V系統，需計算串聯電阻值。使用bin 14的最大VF值（3.7V）以及目標電流15 mA（低於20 mA最大值以延長使用壽命），電阻值為 R = (5V - 3.7V) / 0.015A ≈ 87 歐姆。標準的91歐姆或100歐姆電阻將是合適的。130度的寬廣視角確保從各個角度都能清晰可見。若電路板在打開包裝袋後未立即焊接，組裝時必須遵循濕度敏感元件處理程序。

12. Technical Principle Introduction

此LED基於氮化銦鎵（InGaN）半導體晶片。當施加正向電壓時，電子和電洞在半導體的主動區域復合，以光子的形式釋放能量。InGaN合金的特定成分決定了能隙能量，進而定義了發射光的波長——在此例中為藍光。該晶片被封裝在一個透明的樹脂透鏡中，以保護晶粒、提供機械穩定性並塑造光輸出光束。

13. 產業趨勢與背景

15-21封裝代表SMD LED市場中一種成熟的規格。當前產業趨勢正驅動朝向更小的封裝（例如0402、0201公制尺寸）發展，以實現超小型化、更高效率（每瓦更多流明）以及更佳的顏色一致性（更嚴格的分檔）。同時，針對汽車和工業應用，業界也高度關注在更高溫度和濕度條件下的增強可靠性。此元件非常適合需要經過驗證、具成本效益且易於獲取的藍光光源之應用，在尺寸、性能和製造便利性之間取得平衡。