SMD LED 15-21/GHC-YR2U1/3T 資料手冊 - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - 亮綠色 - 英文技術文件

1. 產品概述

15-21/GHC-YR2U1/3T是一款表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED），專為現代緊湊型電子應用而設計。此元件相較於傳統引線框架型LED有顯著進步，在電路板空間利用與整體系統微型化方面帶來實質效益。

此LED的核心優勢在於其微型佔位面積。相較於穿孔元件，其尺寸顯著縮小，使設計者能在印刷電路板（PCB）上實現更高的元件佈局密度。這直接帶來電路板尺寸縮小、元件儲存需求降低，最終打造出更輕巧的終端用戶設備。SMD封裝固有的輕量特性，使其成為重量與空間為關鍵限制的應用之理想選擇。

This LED is a mono-color type, emitting a brilliant green light, and is constructed using environmentally friendly materials, being both Pb-free and compliant with RoHS, EU REACH, and halogen-free standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). It is supplied in industry-standard 8mm tape on 7-inch diameter reels, ensuring compatibility with high-speed automated pick-and-place assembly equipment. The device is also designed to withstand standard infrared and vapor phase reflow soldering processes.

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

理解絕對最大額定值對於確保長期可靠性及防止災難性故障至關重要。這些額定值規定了可能導致器件永久損壞的極限條件。

• Forward Current (IF): 25 mA。這是在正常工作條件下可施加於LED的最大連續直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP): 50 mA。此額定值適用於1 kHz頻率下、工作週期為1/10的脈衝條件。僅在這些特定的脈衝條件下，才允許超過連續電流額定值。
• 功率耗散 (Pd): 95 mW。此為裝置在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時，能以熱能形式消耗的最大功率。此額定值會隨環境溫度升高而降額。
• 靜電放電 (ESD)： 150 V (人體模型)。在組裝與操作過程中必須遵循正確的 ESD 處理程序，以防止靜電造成損壞。
• 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。裝置在未通電時可在此溫度範圍內儲存。
• 焊接溫度 (Tsol)： 本裝置可承受峰值溫度為 260°C 的回流焊接，最長 10 秒。進行手工焊接時，烙鐵頭溫度不得超過 350°C，且每個端子的接觸時間應限制在 3 秒以內。

2.2 電光特性

電光特性定義了LED在特定測試條件下（除非另有說明，Ta=25°C，IF=20mA）的光輸出與電氣行為。這些是設計與性能驗證的關鍵參數。

• Luminous Intensity (Iv): 範圍從最小值140.0 mcd到最大值565.0 mcd，典型值取決於特定分檔。發光強度的容差為±11%。
• 視角 (2θ1/2): 130度（典型值）。此寬廣視角表示其為朗伯或近朗伯發光模式，適用於需要廣域照明的應用。
• 峰值波長 (λp): 518 nm (典型值)。此為光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λd): 範圍介於 520 nm 至 535 nm。此為人眼感知與發光顏色相匹配的單一波長。容差為 ±1 nm。
• 頻譜帶寬 (Δλ): 35 nm (典型值)。此為發射光譜的寬度，以最大強度一半處量測（半高全寬 - FWHM）。
• 順向電壓 (VF): 範圍從2.7V（最小值）到3.7V（最大值），在20mA電流下的典型值為3.3V。此參數對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流 (IR): 當施加5V逆向電壓 (VR) 時，最大值為50 μA。必須注意，此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此測試條件僅用於特性描述。

3. Binning System Explanation

為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED會根據關鍵參數進行分檔。15-21/GHC-YR2U1/3T採用二維分檔系統。

3.1 發光強度分檔

發光強度被分為六個不同的等級（R2、S1、S2、T1、T2、U1），每個等級定義了在IF=20mA下以毫燭光（mcd）測量的最小與最大強度特定範圍。例如，等級U1代表最高強度範圍，從450.0至565.0 mcd，而等級R2則代表最低範圍，從140.0至180.0 mcd。產品代碼「YR2U1」表示主波長（Y）與發光強度（U1）的特定等級。

3.2 主波長分級

主波長決定了感知顏色，被分為三個等級（X、Y、Z）。等級X涵蓋520.0-525.0 nm，等級Y涵蓋525.0-530.0 nm，等級Z涵蓋530.0-535.0 nm。這確保了來自同一波長等級的LED在顏色上能保持視覺一致性。

4. 性能曲線分析

該數據手冊提供了數個特性曲線，用以說明元件在不同條件下的行為。這些對於進階的熱學與光學設計至關重要。

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線): 此曲線顯示電流與電壓之間的指數關係。它用於確定工作點，並設計適當的限流電阻或驅動器。
• 相對發光強度 vs. 順向電流: 此圖表展示光輸出如何隨驅動電流增加而提升。通常呈現次線性關係，在極高電流下效率可能降低。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度： 此關鍵曲線顯示光輸出隨接面溫度升高而遞減的降額情況。發光強度通常隨溫度上升而下降，在高温環境運作的設計中必須納入考量。
• 順向電流降額曲線： 此圖表定義了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著溫度升高，必須降低最大電流以維持在元件的功率耗散限制內。
• 頻譜分佈： 此圖表顯示了相對光功率與波長的函數關係，以峰值波長518 nm為中心，典型頻寬為35 nm。
• 輻射圖： 此極座標圖展示了光強度的空間分佈，證實了130度的視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED採用緊湊的SMD封裝。關鍵尺寸包括本體長度約2.0mm、寬度約1.25mm，以及高度0.8mm。資料手冊提供了詳細的尺寸圖，包含焊盤佈局、整體尺寸以及陰極標記位置。除非另有說明，公差通常為±0.1mm。陰極標記清晰，以確保正確的PCB方向。

5.2 包裝規格

本元件採用防潮包裝，以防止在儲存期間因環境濕度而受損。元件被置於載帶中，其口袋尺寸適用於15-21封裝。此載帶捲繞於標準7英吋直徑的捲盤上。每捲盤包含3000個元件。包裝內含乾燥劑，並密封於鋁製防潮袋中。袋上標籤包含關鍵資訊，如產品編號（P/N）、數量（QTY）、發光強度等級（CAT）、色度/波長等級（HUE）、順向電壓等級（REF）以及批號（LOT No）。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理與焊接對於可靠性至關重要。關鍵注意事項包括：

• Current Limiting: 必須使用外部限流電阻。LED的指數型I-V特性意味著微小的電壓變化可能導致巨大的電流湧入，從而立即造成損壞。
• 濕度敏感度： 本元件採用防潮袋包裝。一旦開封，若儲存於≤30°C且≤60% RH的環境中，LED必須在168小時（7天）內使用。未使用的元件應與乾燥劑一同重新封裝。若暴露時間超過規定或乾燥劑指示劑已變色，則需在回焊前以60±5°C烘烤24小時。
• 回焊溫度曲線： 指定了無鉛（Pb-free）迴焊溫度曲線。關鍵參數包括預熱階段在150-200°C之間持續60-120秒，液相線以上（217°C）時間為60-150秒，峰值溫度不超過260°C且最長持續時間不超過10秒。最大加熱速率為6°C/秒，最大冷卻速率為3°C/秒。迴焊次數不應超過兩次。
• 手工焊接： 若需進行手動維修，請使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵。每個端子的接觸時間必須少於3秒，建議使用雙頭烙鐵進行拆卸以避免機械應力。烙鐵功率應為25W或更低。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

鮮豔的綠色與緊湊尺寸，使此LED適用於多種應用：

• 背光： 非常適合用於汽車儀表板、消費性電子和工業控制面板上的符號、開關及指示燈背光。
• Telecommunication Equipment： 用作電話、傳真機和網路硬體中的狀態指示燈及鍵盤背光。
• LCD平面背光： 可用於陣列中，為小型單色或彩色LCD顯示器提供側光式或直下式背光。
• 通用指示： 任何需要明亮、可靠且緊湊的狀態指示燈的應用。

7.2 設計考量

• Thermal Management: 雖然功率耗散較低，但維持較低的接面溫度是最大化發光輸出與使用壽命的關鍵。若在高環境溫度或高驅動電流下操作，請確保有足夠的PCB銅箔面積或散熱孔。
• 電流驅動電路： 務必使用恆流源或帶有限流電阻的電壓源。根據電源電壓 (Vs)、LED的正向電壓 (VF，為安全起見請使用最大值) 與所需的正向電流 (IF) 計算電阻值：R = (Vs - VF) / IF。
• 光學設計： 130度寬廣視角提供廣泛的照明。如需聚焦光線，可能需要外部透鏡或導光元件。

8. 技術比較與差異化

15-21 SMD LED的主要差異在於其結合了極小的外形尺寸（2.0x1.25mm）與相對較高的發光強度（U1等級最高可達565 mcd）。與較大的SMD LED（例如3528、5050）相比，它能節省顯著的電路板空間。與更小的晶片級封裝相比，由於其具有可焊接端子的明確封裝，因此提供了更易於處理和焊接的優勢。採用InGaN技術實現的亮綠色，相較於舊技術提供了更高的效率和更好的色彩飽和度。其符合嚴格的環境標準（RoHS、REACH、無鹵），使其適合法規要求嚴格的全球市場。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q: 使用5V電源時，我應該使用多大的電阻值？
A: 使用最大正向電壓(VF) 3.7V及目標正向電流(IF) 20mA計算：R = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 歐姆。請選用下一個更高的標準阻值，例如68歐姆，以確保電流不超過20mA。

Q: 我可以用30mA驅動這個LED以獲得更高亮度嗎？
A: 不行。連續正向電流(IF)的絕對最大額定值為25 mA。超過此額定值可能導致元件立即或長期損壞。如需更高亮度，請選擇更高光強度等級（例如T2或U1）的LED。

Q: 這包LED已經開封10天了。我還能使用嗎？
A: 不能直接用於回流焊接。您必須先在60±5°C下烘烤24小時，以去除吸收的濕氣，防止在回流焊接過程中發生「爆米花」損壞。

Q: 我如何識別陰極？
A: 該封裝具有明顯的陰極標記，如尺寸圖所示。在PCB封裝圖上，陰極焊盤通常會在絲印層上標示。

10. 實務設計與使用案例

案例：設計一個多指示燈狀態面板
一位設計師正在創建一個帶有12個狀態指示燈的緊湊型控制面板。空間極為有限。透過選用15-21 LED，他們可以將指示燈佈置在0.1英吋（2.54毫米）的網格上。他們選擇U1亮度等級以確保高可見度。他們使用共用的5V電源軌來設計PCB。針對每個LED，他們串聯放置一個68歐姆的0603電阻。他們在陰極焊盤上設計了散熱連接以輔助焊接，同時確保了堅實的接地層連接以利散熱。在組裝過程中，他們遵循濕度處理程序並使用指定的迴焊曲線。最終成果是一個明亮、可靠且佈局密集的指示燈面板，滿足了所有尺寸和性能要求。

11. 技術原理介紹

此LED基於InGaN（氮化銦鎵）半導體技術。當在p-n接面施加正向電壓時，電子和電洞被注入主動區域。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。主動層中InGaN合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在此案例中，是約518奈米的亮綠色。水透明樹脂封裝體保護半導體晶片並作為主透鏡，有助於形成130度的發光模式。SMD封裝提供了機械保護、電氣連接以及從晶片到PCB的熱傳導路徑。

12. 技術趨勢與發展

像15-21這類SMD LED的趨勢持續朝向更高效率（每瓦更多流明）、透過更嚴格的分檔改善色彩一致性，以及提升可靠性。同時也有一股驅動力朝向更小的封裝尺寸（例如：晶片級封裝），同時維持或改善光學性能。InGaN技術的廣泛採用實現了高亮度綠色和藍色LED，這兩者在歷史上比紅色LED更難生產。未來的發展可能包括封裝內整合驅動器或控制電路，以及在材料方面的進步，以進一步提高高溫下的效率並延長操作壽命。對環境合規和永續製造流程的重視，也是整個產業持續且日益增長的趨勢。