側視型紅色SMD LED 57-21系列 - 封裝尺寸2.0x1.25x0.7mm - 順向電壓1.75-2.35V - 發光強度45-112mcd - 技術規格書

1. 產品概述

57-21系列代表一個側視型表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED）家族。本文件詳細說明其紅色型號，該型號採用AlGaInP（磷化鋁鎵銦）半導體晶片來產生明亮的紅光。此元件的特點在於其緊湊、低高度的封裝，專為空間受限且需要側向發光的應用而設計。

1.1 核心優勢與產品定位

此LED系列的主要設計優勢源於其封裝結構。它具備寬廣的視角，通常為120度，這是透過優化的內部反射器設計實現的。這使得該元件特別適合導光管應用，其中高效耦合與均勻的側向照明至關重要。此外，該元件在低電流下運作，使其成為電池供電的攜帶式電子產品及其他功耗為關鍵考量應用的理想選擇。本產品為無鉛製造，並符合RoHS（有害物質限制）指令。

1.2 目標應用

側視外型、廣視角與低功耗需求的結合，定義了其目標市場。主要應用領域包括全彩液晶顯示器（LCD）的背光，特別是在手機、平板電腦和筆記型電腦等輕薄消費性電子產品中。它也適用於辦公室自動化（OA）設備的狀態指示燈，並可作為各種電子設備中傳統微型燈泡的現代化、高效能替代品。

2. 深入技術參數分析

本節針對標準測試條件（Ta=25°C）下為該元件指定的關鍵電氣、光學與熱參數，提供詳細且客觀的詮釋。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限，不適用於正常操作。

• 逆向電壓（V_R）：5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 順向電流（I_F）：25 mA DC。允許的最大連續電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：60 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用（1/10工作週期，1 kHz），適用於多工或短暫的高亮度信號。
• 功率消耗（P_d）：60 mW。封裝所能散發的最大熱功率。
• 操作與儲存溫度：分別為-40°C至+85°C與-40°C至+100°C，顯示其適用於工業及寬廣的環境溫度範圍。
• 靜電放電（ESD）：2000V（人體放電模型）。此為標準等級，在組裝過程中需要採取基本的ESD防護措施。
• 焊接溫度：規定可進行峰值溫度260°C、持續10秒的迴焊，或350°C、每腳位最多3秒的手工焊接，定義了PCB組裝的熱曲線極限。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試電流I_F= 10mA下量測，定義了元件的性能。

• 發光強度（I_v）：範圍從45 mcd（最小值）到112 mcd（最大值），典型公差為±11%。此為紅光輸出的感知亮度。
• 視角（2θ_1/2）：120度（典型值）。此為發光強度降至最大值一半時的全角度，證實了其寬廣、擴散的發光模式。
• 主波長（λ_d）：介於617.5 nm至633.5 nm之間。此定義了紅光的感知顏色（色調）。為精確配色，指定了±1 nm的公差。
• 峰值波長（λ_p）：典型值為632 nm，表示發射光的光譜峰值，可能與主波長略有不同。
• 頻譜帶寬（Δλ）：典型值為20 nm，描述峰值波長周圍的發射頻譜寬度。
• 順向電壓（V_F）：在10mA下介於1.75V至2.35V之間，公差為±0.1V。此為設計限流電路的關鍵參數。
• 逆向電流（I_R）：在5V逆向偏壓下最大為10 µA，顯示良好的接面品質。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據性能進行分級。這使得設計師可以選擇符合特定顏色與亮度要求的元件。

3.1 主波長分級

波長分級以代碼A分組，並細分為四個子級（E4、E5、E6、E7），每個子級涵蓋從617.5 nm到633.5 nm的4 nm範圍。這允許選擇具有非常特定紅色色調的LED，對於需要在多個單元間保持顏色一致性的應用至關重要。

3.2 發光強度分級

亮度分為四組：P1（45-57 mcd）、P2（57-72 mcd）、Q1（72-90 mcd）和Q2（90-112 mcd）。這使得可以根據所需的亮度等級進行選擇，從而可能優化功耗或滿足特定的光度要求。

3.3 順向電壓分級

順向電壓以代碼B分組，包含三個級別：0（1.75-1.95V）、1（1.95-2.15V）和2（2.15-2.35V）。了解V_F的分級對於設計高效的驅動電路非常重要，特別是在電池供電的設備中，以最小化電壓降和功率損耗。

4. 性能曲線分析

規格書包含數個特性曲線，提供在不同條件下元件行為的更深入見解。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

此曲線顯示了半導體二極體的電流與電壓之間的指數關係。對於此LED，在25°C時，電壓從極低電流下的約1.6V上升到40mA時的約2.8V。此曲線對於確定工作點及設計適當的限流電阻或恆流驅動器至關重要。

4.2 相對發光強度 vs. 順向電流

此圖表顯示光輸出隨電流增加而增加，但並非線性關係。在較高電流下會趨於飽和。此外，它顯示了脈衝操作（1/10工作週期）的效果，其中可以使用更高的峰值電流來實現瞬間更高的亮度，而不超過平均功率消耗極限。

4.3 順向電流降額曲線

這是一個關鍵的熱管理圖表。它顯示了最大允許連續順向電流與環境溫度（T_a）的函數關係。隨著溫度升高，必須降低最大電流以防止過熱。例如，在85°C時，最大連續電流顯著低於25°C時的25mA額定值。

4.4 頻譜分佈

頻譜圖確認了LED的單色性質，顯示在約632 nm處有一個單一峰值，典型頻寬為20 nm。在可見光譜的其他部分幾乎沒有發射，這是高純度紅色AlGaInP LED的特性。

4.5 輻射模式圖（極座標圖）

此圖以視覺方式呈現120度的視角。強度繪製在極座標圖上，顯示出寬廣、類似朗伯分佈的發光模式，其中強度在0度（垂直於晶片）時最高，並在中心±60度處平滑地降至50%。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與焊墊佈局

該元件採用緊湊的側視型SMD封裝。關鍵尺寸包括本體長度約2.0 mm、寬度1.25 mm、高度0.7 mm。詳細的機械圖紙指定了所有關鍵尺寸，包括焊墊位置與公差（通常為±0.1mm），這些對於PCB佈局及確保正確焊接與對位至關重要。

5.2 極性識別

陰極通常由封裝上的標記角或凹口來識別。在放置時必須注意正確的極性，以確保正常運作。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊參數

該元件適用於無鉛迴焊製程，峰值溫度為260°C，持續時間最長10秒。這符合標準的IPC/JEDEC J-STD-020曲線。也允許使用烙鐵進行350°C、每腳位最多3秒的手工焊接，但需要謹慎操作以避免熱損傷。

6.2 濕度敏感性與儲存

LED包裝在帶有乾燥劑的防潮袋中，以防止吸濕，吸濕可能在迴焊過程中導致爆米花效應（封裝破裂）。一旦密封袋被打開，元件應在指定時間內使用（包裝雖未明確說明但隱含此意），或在焊接前根據標準MSL（濕度敏感等級）程序進行烘烤。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

為便於自動化組裝，元件以壓紋載帶形式供應，並捲繞在捲盤上。載帶寬度、口袋間距與捲盤尺寸均有規定，以兼容標準的SMD取放設備。每捲包含500個元件。

7.2 標籤說明與料號編碼

捲盤標籤包含用於追溯與正確應用的關鍵資訊：料號（PN）、客戶料號（CPN）、數量（QTY）、批號（LOT NO），以及發光強度（CAT）、主波長（HUE）和順向電壓（REF）的特定性能分級。料號57-21/R6C-AP1Q2B/BF可能編碼了系列、顏色及特定的分級代碼。

8. 可靠性與認證測試

本產品經過一系列可靠性測試，置信水準為90%，批允許不良率（LTPD）為10%。關鍵測試包括：

• 迴焊測試：驗證元件在組裝熱曲線下的存活能力。
• 溫度循環與熱衝擊測試：測試元件對抗-40°C至+100°C熱膨脹應力的穩健性。
• 高低溫儲存測試：評估在極端非操作條件下的長期穩定性。
• 直流操作壽命測試：在20mA下進行1000小時的壽命測試，以評估隨時間的性能衰減。
• 高溫高濕測試（85°C/85% RH）：測試對濕熱的抵抗能力，濕熱可能導致腐蝕或其他故障。

9. 應用建議與設計考量

9.1 典型應用電路

最常見的驅動方法是使用一個簡單的串聯電阻。電阻值（R）使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用最大V_F（2.35V）進行計算，可確保即使存在元件間的差異，電流也不會超過所需水平。例如，使用5V電源且目標I_F為10mA：R = (5V - 2.35V) / 0.01A = 265 Ω。一個標準的270 Ω電阻將是合適的。對於需要穩定亮度或從可變電壓源（如電池）操作的應用，建議使用恆流驅動器。

9.2 導光管耦合設計

寬視角與封裝設計針對導光管進行了優化。為獲得最佳效果，LED應盡可能靠近導光管的入口放置。導光管的材料與表面處理（例如壓克力、聚碳酸酯）以及任何彎曲或特徵都會影響最終的光輸出均勻度與效率。對於複雜的設計，通常需要進行光學模擬或製作原型。

9.3 熱管理考量

雖然功率消耗很低，但在高環境溫度或高電流下連續運作仍需注意。必須遵循降額曲線。確保PCB焊墊周圍有足夠的銅箔面積有助於散熱，並維持LED的性能與壽命。

10. 技術比較與差異化

此側視型LED系列的關鍵差異化特點在於其屬性的特定組合：側向發光的外型、由整合反射器實現的極寬120度視角，以及使用AlGaInP技術實現高效率紅光。與頂視型LED相比，它提供平行於PCB平面的照明，這對於側光式顯示器至關重要。與其他側視型LED相比，其優化的內部反射器旨在實現更高的導光管耦合效率。AlGaInP晶片的低順向電壓，相較於一些較舊的技術，也有助於提高整體電氣效率。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以連續以20mA驅動此LED嗎？

答：可以，連續順向電流的絕對最大額定值為25mA，因此20mA在安全操作區域內，前提是環境溫度在限制範圍內（請參考降額曲線）。

問：為什麼發光強度範圍如此之廣（45-112 mcd）？

答：這是全量產的分布範圍。透過分級系統（P1、P2、Q1、Q2），製造商與客戶可以選擇在更緊湊亮度範圍內的元件，以確保其最終產品的一致性。

問：主波長與峰值波長有何不同？

答：峰值波長（λ_p）是光譜功率最高的單一點。主波長（λ_d）是一個計算值，它綜合考慮了整個發射頻譜和人眼的敏感度，最能代表人眼感知的顏色。λ_d對於顏色規格更為相關。

問：限流電阻總是必要的嗎？

答：是的。LED是電流驅動元件。其順向電壓相對恆定，但電流會隨著電壓的微小增加而迅速增加。電阻或有源恆流電路對於防止熱失控和損壞LED至關重要。

12. 實際使用案例

情境：為一款攜帶式醫療設備設計狀態指示燈。

該設備需要一個從側面可見的紅色待機/充電指示燈。選擇了57-21系列中Q1亮度分級（72-90 mcd）的LED以確保足夠的能見度。設備由3.3V穩壓電源供電。為延長電池壽命，設定保守的I_F為8mA，並使用最大V_F2.35V進行最壞情況計算：R = (3.3V - 2.35V) / 0.008A = 118.75 Ω。選擇一個120 Ω的電阻。LED放置在PCB邊緣，與一個模製壓克力導光管對齊，該導光管將光線引導至設備外殼上的一個小視窗。寬視角確保即使從斜角觀看設備，指示燈仍然可見。

13. 運作原理簡介

此LED的發光基於AlGaInP半導體p-n接面的電致發光現象。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活性區域，在那裡它們復合。復合過程中釋放的能量以光子（光）的形式發射出來。AlGaInP合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長（顏色），在本例中為紅色光譜（約632 nm）。內部反射器與透明環氧樹脂透鏡將光輸出塑造成所需的廣角模式。

14. 技術趨勢與背景

像57-21系列這樣的側視型SMD LED，代表了針對空間受限的背光與指示應用的成熟且優化的解決方案。此領域的趨勢持續朝向更小的封裝尺寸（例如1.0mm高度或更低）、更高的效率（每瓦更多流明），以及透過更嚴格的分級來改善顏色一致性。此外，也出現了與其他元件的整合，例如內建限流電阻或IC驅動器的LED。雖然Micro-LED和先進OLED等新技術正在興起，用於直接顯示應用，但離散式側視型LED的簡單性、可靠性和成本效益，確保了在可預見的未來，它們在輔助照明和狀態指示角色中仍將持續發揮作用。