SMD 側發光 LED 57-11UTC/S827-1/TR8 規格書 - P-LCC-4 封裝 - 白光 - 20mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

57-11UTC/S827-1/TR8 是一款高性能白光發光二極體（LED），採用緊湊的 P-LCC-4 表面黏著元件（SMD）封裝。此側發光 LED 專為各種空間與功耗受限的現代電子應用提供高效、可靠的照明而設計。

本元件採用白色封裝與透明樹脂，利用 InGaN 晶片技術產生白光。其關鍵設計在於透過封裝內優化的內部反射器設計，實現了廣視角。此設計增強了光耦合效率，使 LED 特別適合需要均勻側面照明的導光管應用。其低電流需求進一步使其成為電池供電便攜設備及其他重視能源效率應用的理想元件。

本產品符合嚴格的環境與品質標準，為無鉛設計，符合歐盟 RoHS 與 REACH 法規，並滿足無鹵素要求（Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm）。同時，亦根據 JEDEC J-STD-020D Level 3 進行了濕度敏感度預處理。

1.1 核心優勢與目標市場

核心優勢：

• 高發光強度與效率：在優化功耗的同時提供明亮的輸出。
• 廣視角（約120°）：結合內部反射器的側發光設計確保了寬廣且均勻的光線分佈，非常適合邊緣照明應用。
• 緊湊的 P-LCC-4 封裝：小巧的外型節省了寶貴的電路板空間。
• 堅固的結構：包含 ESD 防護（2000V HBM），並設計用於可靠的迴焊製程。
• 環境合規性：符合現代有害物質的法規要求。

目標應用：

• 消費性電子產品、工業面板及汽車顯示器中的全彩 LCD 顯示器背光。
• 辦公室自動化（OA）設備（如印表機、掃描器、多功能事務機）中的狀態指示燈與背光。
• 汽車內裝照明、儀表板照明及開關背光。
• 指示燈應用中，用於替代傳統微型燈泡與螢光燈的通用方案。

2. 技術參數深度解析

本節針對規格書中列出的關鍵電氣、光學及熱參數，提供詳細且客觀的分析。

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極限。不保證在此條件下操作。

• 反向電壓（V_R）：5V。在反向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流（I_F）：30mA。這是確保長期可靠運作的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：100mA（在 1/10 工作週期，1kHz 下）。允許較高電流的短脈衝，適用於多工或 PWM 調光方案。
• 功率消耗（P_d）：110mW。封裝所能散發的最大功率，計算方式為 V_F* I_F。此限制對於熱管理至關重要。
• 操作與儲存溫度：-40°C 至 +85°C（操作），-40°C 至 +90°C（儲存）。定義了元件功能與非操作儲存的完整環境範圍。
• ESD 耐受度（HBM）：2000V。提供一定程度的手持靜電放電防護。
• 焊接溫度：迴焊：峰值溫度 260°C，最長 10 秒。手工焊接：每端子最高 350°C，最長 3 秒。對於組裝製程控制至關重要。

2.2 電氣光學特性（Ta=25°C）

這些是在標準測試條件下測得的典型性能參數。

• 發光強度（I_v）：在 I_F=20mA 時，最小值 900mcd，最大值 1800mcd。這是光輸出的主要衡量指標。寬廣的範圍表示採用了分級系統（見第 3 節）。未給出典型值，意味著需根據特定分級代碼進行選擇。
• 視角（2θ_1/2）：120°（典型值）。定義為強度降至峰值一半時的全角。這證實了其寬廣、擴散的發光模式。
• 順向電壓（V_F）：在 I_F=20mA 時，最小值 2.75V，最大值 3.95V。LED 工作時的跨元件電壓降。此參數同樣經過分級。其變化源於半導體製程固有的公差。
• 公差：規格書註明，在給定的分級內，發光強度公差為 ±11%，順向電壓公差為 ±0.1V，在精確設計時必須考慮此點。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED 會根據性能分組或分級。這讓設計師能選擇符合特定亮度與電氣要求的元件。

3.1 發光強度分級

LED 根據其在 20mA 下測得的發光強度分為三個等級：

• 等級 V2：900 mcd 至 1120 mcd
• 等級 W1：1120 mcd 至 1420 mcd
• 等級 W2：1420 mcd 至 1800 mcd

此分級確保了在生產批次內，亮度變化受到控制。對於需要多顆 LED 亮度均勻的應用，指定單一且更窄的分級（例如 W1）至關重要。

3.2 順向電壓分級

LED 也根據其順向電壓降分為四組：

• 組別 M5：2.75V 至 3.05V
• 組別 6：3.05V 至 3.35V
• 組別 7：3.35V 至 3.65V
• 組別 8：3.65V 至 3.95V

電壓分級對於設計限流電阻網路至關重要，特別是在驅動多顆串聯 LED 時。使用相同電壓分級的 LED 可以最小化並聯串中的電流不平衡。

3.3 色度座標分級

白光的色點由其於 CIE 1931 色度圖上的座標定義。規格書定義了四個主要分級：

• 6K, 6L, 7K, 7L：每個分級在 x,y 色度圖上都有定義的四邊形區域。例如，分級 6K 涵蓋 x 從 0.3130 到 0.3300，y 從 0.2840 到 0.3300。
• 公差：色度座標公差為 ±0.01，定義了與標稱分級角點之間允許的變異。

此分級允許為顏色一致性重要的應用（如 LCD 背光或多 LED 指示燈）選擇 LED。

4. 性能曲線分析

提供的特性曲線提供了 LED 在非標準條件下行為的寶貴見解。

4.1 發光強度 vs. 環境溫度

曲線顯示，從 -40°C 到大約 25°C，發光強度相對穩定，維持在接近其室溫值的 100%。當溫度超過 25°C 持續上升時，強度逐漸下降。在最高操作溫度 85°C 時，輸出可能約為其 25°C 值的 80-85%。這種熱淬滅效應是 LED 的典型現象，在設計於溫暖環境中運作的應用時必須納入考量。

4.2 順向電流降額曲線

此圖表規定了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。在 25°C 時，允許全額 30mA。隨著環境溫度升高，必須線性降低最大允許電流，以防止超過 110mW 的功率消耗限制並管理接面溫度。這是確保可靠性的關鍵設計規則。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

曲線呈現了二極體的經典指數關係。順向電壓隨電流增加而增加。在典型工作電流 20mA 下，V_F約為 3.2V 至 3.4V（取決於分級）。當使用恆壓源時，此曲線對於選擇適當的限流電阻值至關重要：R = (V_電源- V_F) / I_F.

4.4 發光強度 vs. 順向電流

光輸出在較低電流範圍內大致與電流呈線性增加，但在較高電流（接近 30-40mA）時可能顯示飽和或效率降低的跡象。在 20mA 下操作代表了亮度與效率/可靠性之間的良好平衡。

4.5 光譜分佈與輻射模式

光譜曲線顯示了螢光粉轉換白光 LED 典型的峰值波長，可能在藍光區域（約 450-460nm），並在黃光譜有寬廣的螢光粉發射，兩者結合產生白光。輻射模式圖直觀地確認了其寬廣、類似朗伯分佈的發光輪廓，具有 120° 視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED 封裝於 P-LCC-4 封裝中。關鍵尺寸（單位：mm）包括整體本體尺寸、引腳間距以及陰極識別標記（通常是封裝上的凹口或綠色標記）的位置。同時也提供了建議的 PCB 焊墊圖形（Footprint），顯示了焊墊尺寸與間距，以確保正確的焊接與對齊。

5.2 極性識別

正確的極性至關重要。規格書標示了陰極（負極）端子。在封裝上，通常以綠點、本體一側的凹口或切角標記。PCB 焊墊圖形應包含與此特徵匹配的極性標記。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了詳細的無鉛迴焊溫度曲線：

• 預熱：150-200°C，持續 60-120 秒（最大升溫速率 3°C/秒）。
• 迴焊：溫度高於 217°C 的時間：60-150 秒。峰值溫度：最高 260°C，最長 10 秒。
• 冷卻：從高於 255°C 開始，最大降溫速率為 6°C/秒。

遵循此溫度曲線對於防止熱衝擊、焊點缺陷或損壞 LED 環氧樹脂至關重要。

6.2 儲存與處理

• 此元件具有濕度敏感性（隱含 MSL 等級）。防潮袋（MBB）在使用前必須保持密封。
• 建議的開封環境為 <30°C / 60% RH。
• 如果濕度指示卡顯示濕度過高，則在焊接前需要在 60°C ±5°C 下烘烤 24 小時。
• 迴焊次數不應超過兩次。

6.3 手工焊接與返修

若需進行手工焊接：

• 使用烙鐵頭溫度 <350°C 的烙鐵。
• 每端子接觸時間限制在 3 秒內。使用功率額定值 ≤25W 的烙鐵。
• 焊接每個端子之間至少間隔 2 秒冷卻時間。
• 對於返修，建議使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以避免機械應力。應事先確認在不損壞 LED 的情況下進行返修的可行性。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED 以防潮包裝供應，置於壓花載帶上並捲繞於捲盤。

• 包裝數量：每捲 500 顆。
• 提供了載帶（口袋尺寸、間距）、蓋帶及捲盤（直徑、軸心尺寸、寬度）的詳細尺寸，以確保與自動貼片設備的相容性。

7.2 標籤說明

捲盤標籤包含關鍵資訊：

• CPN：客戶料號（可選）。
• P/N：製造商料號（57-11UTC/S827-1/TR8）。
• QTY：捲盤上的數量。
• CAT：發光強度等級（例如 W1, V2）。
• HUE：主波長/色度等級（例如 7K）。
• REF：順向電壓等級（例如 6, 7）。
• LOT No：可追溯的批號。

8. 應用設計考量

8.1 必須進行電流限制

規格書明確警告：客戶必須使用電阻進行保護，否則輕微的電壓偏移將導致電流大幅變化（可能導致燒毀）。LED 是電流驅動元件。使用電壓源時，絕對需要恆流源或更常見的串聯限流電阻。電阻值應使用所選分級中的最大 V_F來計算，以確保即使在電源電壓存在公差的情況下，電流也絕不超過絕對最大額定值。

8.2 熱管理

雖然封裝小巧，但功率消耗（最高 110mW）會產生熱量。對於在高電流或高環境溫度下連續運作，需考慮：

• 遵循順向電流降額曲線。
• 在 LED 焊墊下方及周圍提供足夠的銅箔面積作為散熱片。
• 確保最終應用中有良好的氣流。

8.3 實現多 LED 陣列的均勻性

對於亮度與顏色一致性至關重要的背光或指示燈陣列：

• 指定嚴格的發光強度（I_v）與色度（x,y）分級。
• 對於並聯連接的 LED，使用來自相同順向電壓（V_F）分級的 LED，和/或為每個 LED 使用獨立的串聯電阻以平衡電流。
• 考慮使用恆流驅動器驅動串聯的 LED 串，以確保流經每個元件的電流相同。

9. 技術比較與差異化

與通用 SMD LED 相比，57-11UTC/S827-1/TR8 系列提供特定優勢：

• 側發光 vs. 頂發光：與常見的頂部發光 LED 不同，此側發光封裝設計為平行於 PCB 平面發光，這對於導光管和邊緣照明應用至關重要。
• 優化的光學設計：整合的內部反射器使其與基本的側發光 LED 區分開來，提供了更寬廣且更均勻的視角。
• 全面的分級：詳細的三向分級（強度、電壓、色度）與分級較寬鬆或無分級的元件相比，提供了更高水平的性能一致性與選擇靈活性。
• 穩健性：包含 ESD 防護及無鉛迴焊規格，使其適用於現代自動化組裝製程。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 典型工作電流是多少？

電氣光學特性是在 I_F= 20mA 下測試的，這是平衡亮度、效率與壽命的建議典型工作點。絕對最大連續電流為 30mA。

10.2 如何選擇正確的限流電阻？

使用公式：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用您所選電壓分級中的最大 V_F（例如，分級 8 為 3.95V）以及您期望的 I_F（例如 20mA）。對於 5V 電源：R = (5V - 3.95V) / 0.02A = 52.5Ω。選擇下一個較高的標準值（例如 56Ω），並確保電阻的功率額定值足夠（P = I²* R）。

10.3 可以使用 PWM 進行調光嗎？

可以，PWM（脈衝寬度調變）是調光 LED 的絕佳方法。脈衝中的峰值電流不應超過 I_FP額定值 100mA（在 1/10 工作週期下）。確保長時間的平均電流不超過連續 I_F額定值 30mA。

10.4 為什麼視角對於導光管應用如此重要？

廣視角確保光線在寬廣的錐形範圍內發射。當耦合到導光管（透明塑膠導光條）的邊緣時，這種寬廣的入射角度促進了全內反射，並使光線沿著導光管長度有效分佈，從而實現均勻的背光，並將熱點降至最低。

11. 實務設計與使用範例

11.1 行動裝置按鍵背光

在智慧型手機中，可沿主電路板邊緣放置數顆此類側發光 LED，直接耦合到薄型、複雜形狀的導光條，均勻照亮電容式觸控按鈕或導航圖示。低電流消耗有助於延長電池壽命。

11.2 汽車空調控制顯示器

儀表板或中控台顯示器可能沿小型 LCD 面板的一側或兩側使用一排此類 LED。導光管將白光均勻分佈在整個顯示區域。其寬廣的工作溫度範圍（-40°C 至 +85°C）使其適合汽車環境。

11.3 工業面板儀表指示燈

此 LED 可用作工業控制面板上的高亮度、廣角狀態指示燈（例如電源開啟、警報）。其可靠性及與自動化 SMD 組裝的相容性簡化了製造流程。

12. 工作原理簡介

這是一款螢光粉轉換白光 LED。其核心是由氮化銦鎵（InGaN）製成的半導體晶片，當電流通過其 P-N 接面時會發出藍光（電致發光）。部分藍光被沉積在封裝內部的黃色螢光粉塗層吸收。螢光粉在寬廣的黃色波長範圍內重新發射光線。剩餘的藍光與轉換後的黃光結合，被人眼感知為白光。透明樹脂封裝體保護晶片與螢光粉，同時允許有效的光線提取。晶片周圍的內部反射器結構有助於將更多發射光導向封裝側面，從而形成廣視角。

13. 技術趨勢與背景

像 57-11 系列這樣的側發光 LED，代表了針對電子設計中特定空間限制的成熟且優化解決方案。此領域的趨勢持續聚焦於：

• 提升效率（lm/W）：提高每單位電能輸入的光輸出，從而實現更低功耗或更高亮度。
• 更高的演色性指數（CRI）：針對顯示器背光，正在開發具有更寬廣且連續光譜的 LED，以更準確地重現色彩。
• 微型化：在維持或改善光學性能的同時，實現更小的封裝佔位面積，以打造更薄的終端產品。
• 增強可靠性與壽命：材料（環氧樹脂、螢光粉）與晶片技術的持續改進，以承受更高的操作溫度與更長的工作時數。
• 整合化：整合式 LED 模組的出現，將 LED、驅動 IC 與被動元件結合在單一封裝中，為終端用戶簡化了設計。

儘管針對直接顯示應用出現了如 Micro-LED 和先進 COB（板上晶片）封裝等新技術，但在採用導光管的邊緣照明與緊湊指示燈應用中，專用的側發光 SMD LED 仍然是主導且最具成本效益的解決方案。