SMD LED 15-13D/R6GHBHC-A01/2T 資料手冊 - 1.5x1.3x0.8mm - 2.0-3.7V - 20-25mA - 紅/綠/藍 - 英文技術文件

1. 產品概述

15-13D 是一款緊湊型表面黏著元件 (SMD) LED，專為需要微型化和高可靠性的現代電子應用而設計。此系列基於不同的半導體材料提供三種獨特色選項：亮紅 (R6, AlGaInP)、亮綠 (GH, InGaN) 與藍色 (BH, InGaN)。元件封裝以 8mm 載帶供應，捲繞於直徑 7 英寸的捲盤上，使其完全兼容於高速自動化取放組裝設備。

與傳統引線框架封裝相比，此LED的主要優勢在於其佔用面積顯著縮小。這使得設計師能在印刷電路板（PCB）上實現更高的元件封裝密度，從而縮小整體電路板尺寸，最終打造出更緊湊的終端產品。其輕量化結構進一步使其成為對重量和空間有嚴格限制的便攜式及微型應用的理想選擇。

The product is manufactured to be Pb-free (lead-free), compliant with the EU RoHS and REACH directives, and meets halogen-free requirements (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). It is also produced using ESD (Electrostatic Discharge) safe processes, enhancing its handling reliability.

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致器件永久損壞的極限。不保證在此條件下的操作。

• 反向電壓（VR）： 所有顏色代碼的最大電壓為5V。超過此值可能導致接面崩潰。
• 順向電流 (IF)： R6（紅）和GH（綠）為25 mA；BH（藍）為20 mA。此為最大連續直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP)： Applicable under pulsed conditions (1/10 duty cycle @ 1kHz). R6: 60 mA; GH & BH: 100 mA.
• 功率耗散 (Pd)： 封裝可耗散的最大功率。R6：60 mW；GH：95 mW；BH：75 mW。計算方式為 IF * VF。
• 靜電放電 (ESD) HBM： 所有型號均通過2000V人體放電模式評級，表明其具備良好的固有ESD防護能力，適用於標準作業處理。
• Operating & Storage Temperature: 操作溫度：-40°C 至 +85°C；儲存溫度：-40°C 至 +90°C。
• 焊接溫度： 迴流焊接峰值溫度：260°C，最長10秒。手工焊接：每接點350°C，最長3秒。

2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)

此為標準測試條件下量測之典型性能參數 (除非另有說明，IF=20mA)。

• 發光強度 (Iv)： 以毫燭光 (mcd) 為單位的發光強度。R6：90-140 mcd；GH：112-180 mcd；BH：45-70 mcd。適用公差為 ±11%。
• 視角 (2θ1/2)： 約 120 度，提供寬廣的發光角度。
• 峰值波長 (λp)： 發射強度最高的波長。R6：632 nm (紅光)；GH：518 nm (綠光)；BH：468 nm (藍光)。
• 主波長 (λd)： 人眼感知的單一波長。R6：624 nm；GH：525 nm；BH：470 nm。
• 頻譜帶寬 (Δλ)： 發射光譜在半高全寬處的寬度。R6：20 nm；GH：35 nm；BH：25 nm。
• 順向電壓 (VF)： The voltage drop across the LED at the test current. R6: 1.70-2.40V (Typ. 2.00V); GH & BH: 2.70-3.70V (Typ. 3.30V). Tolerance is ±0.05V.
• 逆向電流 (IR)： Leakage current at VR=5V. R6: Max 10 μA; GH & BH: Not Applicable (NA).

3. Binning System 說明

數據手冊指出，該產品使用分級系統，根據關鍵參數對LED進行分類，以確保同一批次內的一致性。包裝上的標籤說明提及了特定的等級：

• CAT（發光強度等級）： 根據測量的發光強度輸出對LED進行分組。
• HUE (Chromaticity Coordinates & 主波長 Rank): 根據LED的色點或主波長進行排序，以最小化陣列中的顏色差異。
• REF（順向電壓等級）： 根據LED的順向電壓降進行分類，這對於串聯或並聯電路中的電流匹配非常重要。

當應用中顏色或亮度匹配至關重要時，設計師應參考製造商的特定分檔圖表進行詳細選擇。

4. 性能曲線分析

該數據表提供了每種LED類型（R6、GH、BH）的典型特性曲線。這些圖表對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線顯示了電流與電壓之間的指數關係。「膝點」電壓是LED開始顯著發光的位置。所提供的典型VF值是在20mA下測得的。設計人員使用此曲線來選擇適當的限流電阻。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此圖表顯示光輸出通常與順向電流成正比，但在極高電流下可能因熱效應和效率影響而呈現次線性關係。它對於確定達到所需亮度所需的驅動電流至關重要。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。這條降額曲線對於在高溫環境下運作的應用至關重要。它顯示了隨著環境溫度上升，相對發光強度所剩的百分比。

4.4 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。此曲線提供了元件在其整個溫度範圍內的安全操作區域 (SOA)。

4.5 光譜分佈

此圖表顯示了在波長光譜範圍內發射光的相對強度。它確認了峰值波長與主波長，並說明了發射光色的光譜純度（窄度）。

4.6 輻射圖（視角圖案）

極座標圖展示光強度的空間分佈。15-13D具有典型的朗伯或廣角圖案，其強度隨著與中心軸夾角的增加而降低，在大約±60度（總視角120度）時達到半強度。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸

15-13D封裝的標稱尺寸為1.5毫米（長）x 1.3毫米（寬）x 0.8毫米（高）。除非另有說明，公差通常為±0.1毫米。元件頂部設有陽極標記（通常為凹口、綠點或其他標示）以供極性識別。提供建議的PCB焊盤圖案（墊佈局），但建議設計師根據其特定的PCB製造工藝以及熱/機械要求進行修改。

5.2 極性辨識

正確的極性對於LED運作至關重要。封裝包含一個標示陽極（+）端的視覺標記。在PCB設計和組裝過程中，此標記必須與電路板佈局上相應的陽極焊盤對齊，以確保正確的方向。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 濕度敏感度與儲存

LED封裝在含有乾燥劑的防潮阻隔袋中，以防止吸濕，吸濕可能導致迴流焊接過程中發生「爆米花效應」（封裝破裂）。

• 請在準備使用前再打開包裝袋。
• 開封後，未使用的元件應儲存在溫度≤30°C且相對濕度≤60%的環境中。
• 包裝袋開封後的「車間壽命」為168小時（7天）。
• 若超過此期限，或乾燥劑指示劑已變色，則需在焊接前以60±5°C烘烤24小時。

6.2 迴流焊溫度曲線 (無鉛)

針對無鉛焊料（例如SAC305）提供建議的溫度曲線：

• 預熱： 150-200°C，持續60-120秒。
• 液相線以上時間（TAL）： >217°C for 60-150 seconds.
• 峰值溫度： 最高 260°C，持續時間不超過 10 秒。
• 升溫速率： 至 255°C 最高 3°C/秒，之後至峰值最高 6°C/秒。
• 降溫速率： 需控制以避免熱衝擊。

重要注意事項： 同一LED組件不應進行超過兩次的迴流焊接。

6.3 手工焊接注意事項

若必須進行手動焊接，務必極度謹慎：

• Use a soldering iron with a tip temperature <350°C.
• 每個端子的接觸時間限制在≤3秒。
• 使用額定功率≤25W的烙鐵。
• 焊接每個端子之間至少間隔2秒，以防止熱量累積。
• 焊接過程中，請避免對LED本體施加機械應力。

6.4 返工與維修

強烈不建議在初次焊接後進行維修。若不可避免，應使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以減少對LED晶片和焊線的熱應力。必須事先評估可能對LED特性造成的損害。

7. Packaging & Ordering Information

7.1 捲帶包裝規格

元件以壓紋載帶包裝供應，其尺寸專為15-13D封裝設計。載帶纏繞於標準7英吋（178毫米）直徑的捲盤上。每捲盤包含2000個元件。詳細的捲盤、載帶及凹槽尺寸載於資料手冊中，標準公差為±0.1毫米。

7.2 標籤與防潮袋

外部防潮袋內含一張標籤，載有關鍵資訊：客戶零件編號（CPN）、製造商零件編號（P/N）、數量（QTY），以及發光強度（CAT）、色度（HUE）與順向電壓（REF）的分級代碼。另包含一個批號（LOT No.）以供追溯。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 背光： 儀表板指示燈、開關照明、鍵盤背光。
• 通訊設備： 電話、傳真機、路由器及數據機上的狀態指示燈。
• LCD 平面背光： 用於單色或彩色小型 LCD 顯示器的側光式背光。
• 一般指示燈用途： 消費性電子產品、家電及工業控制裝置中的電源狀態、模式指示與警示訊號。

8.2 關鍵設計考量

• 電流限制： 必須使用外部串聯電阻來限制順向電流。LED的指數型I-V特性意味著微小的電壓增加可能導致巨大且具破壞性的電流突波。電阻值計算公式為 R = (電源電壓 - 順向電壓) / 順向電流。
• 熱管理： 雖然封裝體積小，但必須考慮功率耗散，特別是在高環境溫度或高驅動電流下。若在接近最大額定值條件下工作，請確保PCB有足夠的銅箔面積或散熱孔。
• ESD防護： 儘管額定為2000V HBM，在敏感的輸入線路上實施ESD防護或在生產中使用防靜電處理程序，仍被視為良好的做法。
• 波峰焊接： 數據手冊僅指定迴流焊與手工焊接。由於會承受過高的熱暴露，通常不建議對此類SMD LED進行波峰焊接。
• 電路板彎曲： LED焊接完成後，請避免彎折或扭曲PCB，以免對焊點及LED封裝體造成應力損傷。

9. Technical Comparison & Differentiation

15-13D系列以其極小的1.5x1.3mm封裝尺寸，結合相對其體積而言較高的發光強度（尤其是綠色與紅色型號）而脫穎而出。其120度的寬廣視角適合需要廣泛可視性的應用。它與標準SMD組裝及無鉛迴焊製程的相容性，符合現代環保製造規範。與較大的SMD LED（例如0603、0805）相比，它能節省空間，但可能需要更精密的貼裝設備。與晶片級封裝相比，它提供了更堅固的密封結構，更易於處理並實現可靠焊接。

10. 常見問題 (FAQs)

10.1 使用5V電源時，綠色LED應搭配多大的電阻值？

使用典型值計算：Vsupply = 5V，VF (GH, typ) = 3.3V，IF = 20mA。R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 歐姆。最接近的標準值為82或91歐姆。務必根據資料表中的VF最小/最大值重新計算，以確保在所有條件下電流均不超出限值。

10.2 我能否使用恆壓電源，在不加限流電阻的情況下驅動這個LED？

不行。 這樣做幾乎肯定會損壞LED。LED是電流驅動元件。恆壓電源無法調節流經LED高度非線性接面的電流。必須使用串聯電阻，或為了獲得更好的性能，使用恆流驅動電路。

10.3 為什麼藍色 (BH) LED 的最大順向電流不同？

其最大連續電流較低（藍色為20mA，紅/綠色為25mA），原因可能來自內部半導體結構的差異（藍/綠色使用InGaN，紅色使用AlGaInP）及其相關的熱特性與在高電流密度下的效率，導致藍光型號的功率耗散 (Pd) 額定值較低。

10.4 我該如何解讀 ±11% 的光強度容差？

這表示從同一生產批次中，任何單一LED實際測得的光強度，可能與資料手冊中標示的典型值或標稱值有 ±11% 的差異。例如，一個典型光強 (Iv) 為 180 mcd 的綠色 LED，其測量值可能落在約 160 mcd 到 200 mcd 之間。對於要求亮度均勻的應用，必須選用來自嚴格分選區間（CAT 代碼）的 LED。

10.5 這款LED是否適用於汽車內裝照明？

雖然它可能用於一些非關鍵性的汽車內裝應用（如開關背光），但資料手冊中包含一項特定的應用限制說明，建議不要將其用於「高可靠性應用，例如軍事/航空航太、汽車安全/保全系統以及醫療設備」。對於任何汽車應用，尤其是與安全相關的應用，必須使用專門符合汽車級標準（例如AEC-Q102）的元件。

11. 設計與使用案例研究

情境：為一台消費級路由器設計一個多狀態指示燈面板。

設計師需要指示電源（綠色）、網路活動（閃爍綠色）和乙太網路連線（琥珀色/紅色）。空間有限。他們選擇一個15-13D/GH（綠色）用於電源指示，一個用於網路指示（由MCU控制閃爍），以及一個15-13D/R6（紅色）用於乙太網路指示燈（琥珀色可透過以較低電流驅動紅色LED或使用擴散器來近似實現）。

實作： MCU的GPIO引腳電壓為3.3V。對於綠色LED（典型順向電壓VF為3.3V），其壓降幾乎等於電源電壓，導致幾乎沒有多餘電壓可供電阻使用。設計者可能會使用較低的電流（例如10mA）來實現足夠的亮度，同時確保可靠導通，計算出的電阻值為 R = (3.3V - 3.3V)/0.01A = 0 歐姆。這是有問題的。取而代之的是，他們會使用一個電晶體或將GPIO引腳配置為電流吸收模式連接到LED的陰極，並將LED的陽極通過一個適當的電阻連接到更高的電壓軌（例如5V）。這個案例突顯了驅動電路電壓與LED順向電壓匹配的重要性。

12. 工作原理

發光二極體（LED）是一種半導體p-n接面元件，透過稱為電致發光的過程發光。當施加順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入到接面處。這些電荷載子在接面附近的主動區域中復合。對於高效率的LED，這種復合發生在直接能隙半導體材料中。復合過程中釋放的能量以光子（光粒子）的形式發射出來。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量（Eg）決定：E = hc/λ，其中h是普朗克常數，c是光速，λ是波長。15-13D使用AlGaInP來產生紅光（較大的能隙對應較低的能量/較長的波長），並使用InGaN來產生綠光和藍光（較小的能隙對應較高的能量/較短的波長）。環氧樹脂透鏡塑造了光輸出並提供了環境保護。

13. 技術趨勢

15-13D代表了一種成熟的SMD LED技術。指示燈LED市場的總體趨勢持續朝著以下方向發展：

• 進一步微型化： 更小的封裝尺寸（例如1.0x0.5mm，晶片級封裝），同時維持或提升光輸出。
• 更高效率： 提升每瓦流明（lm/W）或每毫安毫燭光（mcd/mA），在特定亮度下降低功耗。
• 增強可靠性和穩健性： 更高的最高接面溫度、提升防潮能力，以及在高溫操作壽命（HTOL）測試中更優異的表現。
• 整合解決方案： 在單一封裝內整合限流電阻、保護二極體（ESD、反極性）甚至驅動IC的LED。
• 擴展色域與一致性： 更嚴格的色彩與亮度分檔，以滿足全彩顯示器和指示燈陣列的視覺均勻性要求。

儘管已有更新的封裝形式，15-13D 在尺寸、性能和成本達到最佳平衡的通用指示器應用中，仍是一個可靠且廣泛使用的核心元件。