侧视型红色贴片LED 57-21系列 - 封装尺寸2.0x1.25x0.7mm - 正向电压1.75-2.35V - 发光强度45-112mcd - 技术规格书

1. 产品概述

57-21系列是一类侧视型表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED）。本文档详述了其中的红色型号，该型号采用AlGaInP（铝镓铟磷）半导体芯片来产生明亮的红光。该器件以其紧凑、低矮的封装为特点，专为空间受限且需要侧向照明的应用场景而设计。

1.1 核心优势与产品定位

本LED系列的主要设计优势源于其封装结构。它具备宽视角（典型值为120度），这是通过优化的内部反射器设计实现的。这使得该元件特别适用于导光柱或光导管应用，在这些应用中，高效的光耦合和均匀的侧向照明至关重要。此外，该器件工作电流低，非常适合电池供电的便携式电子设备及其他对功耗有严格要求的应用。产品采用无铅工艺制造，符合RoHS（有害物质限制）指令。

1.2 目标应用

侧视外形、宽视角和低功耗要求的结合定义了其目标市场。主要应用领域包括全彩液晶显示器（LCD）的背光，尤其是在手机、平板电脑和笔记本电脑等超薄消费电子产品中。它也适用于办公自动化（OA）设备的状态指示灯，并可作为各种电子设备中传统微型灯泡的现代化、高效替代品。

2. 深入技术参数分析

本节对标准测试条件（Ta=25°C）下规定的关键电气、光学和热参数进行详细、客观的解读。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限，不适用于正常工作条件。

• 反向电压（V_R）：5V。在反向偏压下超过此电压可能导致结击穿。
• 正向电流（I_F）：25 mA（直流）。允许的最大连续电流。
• 峰值正向电流（I_FP）：60 mA。此电流仅在脉冲条件下允许（1 kHz频率下占空比1/10），适用于多路复用或短暂的高亮度信号。
• 功耗（P_d）：60 mW。封装能够耗散为热量的最大功率。
• 工作与存储温度：分别为-40°C至+85°C和-40°C至+100°C，表明其适用于工业和扩展环境温度范围。
• 静电放电（ESD）：2000V（人体模型）。这是一个标准等级，要求在组装过程中采取基本的ESD防护措施。
• 焊接温度：规定回流焊峰值温度为260°C，持续时间10秒；或手工烙铁焊接温度为350°C，每引脚最多3秒。这定义了PCB组装的热曲线极限。

2.2 电光特性

这些参数在标准测试电流I_F= 10mA下测量，定义了器件的性能。

• 发光强度（I_v）：范围从45 mcd（最小值）到112 mcd（最大值），典型容差为±11%。这是红光输出的感知亮度。
• 视角（2θ_1/2）：120度（典型值）。这是发光强度降至其最大值一半时的全角，证实了其宽泛、漫射的发射模式。
• 主波长（λ_d）：介于617.5 nm至633.5 nm之间。这定义了红光的感知颜色（色调）。为精确配色，规定了±1 nm的容差。
• 峰值波长（λ_p）：典型值为632 nm，表示发射光的光谱峰值，可能与主波长略有不同。
• 光谱带宽（Δλ）：典型值为20 nm，描述了峰值波长附近发射光谱的宽度。
• 正向电压（V_F）：在10mA电流下介于1.75V至2.35V之间，容差为±0.1V。这对于设计限流电路至关重要。
• 反向电流（I_R）：在5V反向偏压下最大为10 µA，表明结质量良好。

3. 分档系统说明

为确保批量生产的一致性，LED会根据性能进行分档。这使得设计人员可以选择满足特定颜色和亮度要求的器件。

3.1 主波长分档

波长分档以代码“A”分组，并分为四个子档（E4、E5、E6、E7），每个子档覆盖从617.5 nm到633.5 nm的4 nm范围。这允许选择具有非常特定红色色调的LED，对于要求多个单元间颜色外观一致的应用至关重要。

3.2 发光强度分档

亮度分为四组：P1（45-57 mcd）、P2（57-72 mcd）、Q1（72-90 mcd）和Q2（90-112 mcd）。这使得可以根据所需的亮度水平进行选择，从而可能优化功耗或满足特定的光度要求。

3.3 正向电压分档

正向电压以代码“B”分组，分为三档：0（1.75-1.95V）、1（1.95-2.15V）和2（2.15-2.35V）。了解V_F分档对于设计高效的驱动电路非常重要，尤其是在电池供电设备中，可以最大限度地减少压降和功率损耗。

4. 性能曲线分析

规格书包含多个特性曲线，可更深入地了解器件在不同条件下的行为。

4.1 正向电流与正向电压关系曲线（I-V曲线）

该曲线显示了半导体二极管电流与电压之间的指数关系。对于此LED，在25°C时，电压从极低电流下的约1.6V上升到40mA时的约2.8V。该曲线对于确定工作点和设计合适的限流电阻或恒流驱动器至关重要。

4.2 相对发光强度与正向电流关系

该图表明光输出随电流增加而增加，但并非线性关系。在较高电流下趋于饱和。此外，它还显示了脉冲操作（1/10占空比）的效果，其中可以使用更高的峰值电流来实现瞬时更高的亮度，而不会超过平均功耗限制。

4.3 正向电流降额曲线

这是一个关键的热管理图表。它显示了最大允许连续正向电流与环境温度（T_a）的函数关系。随着温度升高，必须降低最大电流以防止过热。例如，在85°C时，最大连续电流显著低于25°C时的25mA额定值。

4.4 光谱分布

光谱图证实了LED的单色性，显示在632 nm附近有一个单峰，典型带宽为20 nm。在可见光谱的其他部分发射极少，这是高纯度红色AlGaInP LED的特征。

4.5 辐射模式图（极坐标图）

该图直观地展示了120度的视角。强度绘制在极坐标图上，显示了一个宽泛的、类似朗伯体的发射模式，其中强度在0度（垂直于芯片）时最高，并在偏离中心±60度处平滑下降至50%。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸与焊盘布局

该器件采用紧凑的侧视型SMD封装。关键尺寸包括本体长度约2.0 mm，宽度1.25 mm，高度0.7 mm。详细的机械图纸规定了所有关键尺寸，包括焊盘位置和公差（通常为±0.1mm），这对于PCB布局以及确保正确的焊接和对准至关重要。

5.2 极性识别

阴极通常通过封装上的标记角或凹口来识别。在贴装时必须注意正确的极性以确保正常工作。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊参数

该元件适用于无铅回流焊工艺，峰值温度为260°C，持续时间最长10秒。这符合标准的IPC/JEDEC J-STD-020热曲线。也允许使用烙铁在350°C下进行手工焊接，每引脚最多3秒，需要小心操作以避免热损伤。

6.2 湿敏等级与存储

LED封装在带有干燥剂的防潮屏障袋中，以防止吸湿，吸湿可能导致回流焊过程中出现“爆米花”现象（封装开裂）。一旦密封袋打开，应在规定时间内使用元件（包装虽未明确说明但隐含此意），或在焊接前按照标准MSL（湿敏等级）程序进行烘烤。

7. 包装与订购信息

7.1 编带与卷盘规格

为便于自动组装，元件以载带形式提供，并卷绕在卷盘上。载带宽度、口袋间距和卷盘尺寸均有规定，以兼容标准的SMD贴片设备。每卷包含500片。

7.2 标签说明与零件编号

卷盘标签包含用于追溯和正确应用的关键信息：零件号（PN）、客户零件号（CPN）、数量（QTY）、批号（LOT NO），以及发光强度（CAT）、主波长（HUE）和正向电压（REF）的具体性能分档。零件号57-21/R6C-AP1Q2B/BF可能编码了系列、颜色和具体分档代码。

8. 可靠性与认证测试

产品经过一系列可靠性测试，置信水平为90%，批允许不合格品率（LTPD）为10%。关键测试包括：

• 回流焊测试：验证器件在组装热曲线下的存活能力。
• 温度循环与热冲击测试：测试器件在-40°C至+100°C温度变化下抵抗热膨胀应力的稳健性。
• 高低温存储测试：评估器件在极端非工作条件下的长期稳定性。
• 直流工作寿命测试：在20mA电流下进行1000小时寿命测试，以评估性能随时间推移的退化情况。
• 高温高湿测试（85°C/85% RH）：测试器件抵抗湿热的能力，湿热可能导致腐蚀或其他故障。

9. 应用建议与设计考量

9.1 典型应用电路

最常见的驱动方法是简单的串联电阻。电阻值（R）使用欧姆定律计算：R = (V_电源- V_F) / I_F。使用最大V_F（2.35V）进行计算可确保即使存在器件间的差异，电流也不会超过所需水平。例如，对于5V电源和目标I_F为10mA的情况：R = (5V - 2.35V) / 0.01A = 265 Ω。标准的270 Ω电阻将是合适的。对于需要稳定亮度或从可变电压源（如电池）工作的应用，建议使用恒流驱动器。

9.2 导光柱耦合设计

宽视角和封装设计针对导光柱进行了优化。为获得最佳效果，LED应尽可能靠近导光柱的入口放置。导光柱的材料和表面处理（例如，丙烯酸、聚碳酸酯）以及任何弯曲或结构都会影响最终的光输出均匀性和效率。对于复杂设计，通常需要进行光学仿真或制作原型。

9.3 热管理考量

虽然功耗较低，但在高环境温度或高电流下连续运行时仍需注意。必须遵循降额曲线。确保PCB焊盘周围有足够的铜面积有助于散热，并维持LED的性能和寿命。

10. 技术对比与差异化

本侧视型LED系列的关键差异化在于其属性的特定组合：侧向发光的外形、通过集成反射器实现的120度超宽视角，以及采用AlGaInP技术实现的高效红光。与顶视型LED相比，它提供平行于PCB平面的照明，这对于侧光式显示器至关重要。与其他侧视型LED相比，其优化的内部反射器旨在实现更高的导光柱耦合效率。与一些较旧的技术相比，AlGaInP芯片的低正向电压也有助于提高整体电效率。

11. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以用20mA连续驱动这个LED吗？

答：可以，连续正向电流的绝对最大额定值为25mA，因此只要环境温度在限制范围内（参考降额曲线），20mA就在安全工作区内。

问：为什么发光强度范围这么宽（45-112 mcd）？

答：这是全生产范围。通过分档系统（P1、P2、Q1、Q2），制造商和客户可以在更窄的亮度范围内选择器件，以确保其最终产品的一致性。

问：主波长和峰值波长有什么区别？

答：峰值波长（λ_p）是光谱功率最高的单点。主波长（λ_d）是一个计算值，它通过考虑整个发射光谱和人眼的灵敏度，最能代表人眼感知的颜色。λ_d对于颜色规格更为相关。

问：限流电阻总是必需的吗？

答：是的。LED是电流驱动器件。其正向电压相对恒定，但电流会随着电压的微小增加而迅速增加。电阻或有源恒流电路对于防止热失控和LED损坏至关重要。

12. 实际应用案例

场景：为便携式医疗设备设计状态指示灯。

该设备需要一个从侧面可见的红色“待机/充电”指示灯。选择57-21系列Q1亮度档（72-90 mcd）的LED以确保足够的可见度。设备由3.3V稳压电源供电。为延长电池寿命，设定保守的I_F为8mA，并使用最大V_F2.35V进行最坏情况计算：R = (3.3V - 2.35V) / 0.008A = 118.75 Ω。选择120 Ω电阻。LED放置在PCB边缘，与成型的丙烯酸导光柱对齐，将光线导向设备外壳上的一个小窗口。宽视角确保即使从斜角观察设备，指示灯也清晰可见。

13. 工作原理简介

此LED的光发射基于AlGaInP半导体p-n结的电致发光。当施加正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入到有源区，并在那里复合。复合过程中释放的能量以光子（光）的形式发射出来。AlGaInP合金的具体成分决定了带隙能量，进而决定了发射光的波长（颜色），在本例中为红色光谱（约632 nm）。内部反射器和透明环氧树脂透镜将光输出塑造成所需的宽角度模式。

14. 技术趋势与背景

像57-21系列这样的侧视型贴片LED，代表了针对空间受限的背光和指示应用的成熟且优化的解决方案。该领域的发展趋势继续朝着更小的封装尺寸（例如，1.0mm高度或更低）、更高的效率（每瓦更多流明）以及通过更严格的分档提高颜色一致性发展。此外，还出现了与其他组件的集成，例如内置限流电阻或IC驱动器的LED。虽然用于直接显示应用的新技术（如Micro-LED和先进OLED）正在兴起，但分立式侧视LED的简单性、可靠性和成本效益确保了其在可预见的未来，在辅助照明和状态指示角色中仍将保持其重要性。