IR17-21C/TR8 红外发光二极管规格书 - 0805封装 - 1.2V - 940nm - 130mW - 中文技术文档

1. 产品概述

IR17-21C/TR8是一款专为现代表面贴装技术（SMT）应用设计的高性能红外（IR）发射二极管。该器件采用紧凑的0805封装，旨在提供与硅基光电探测器特性相匹配的可靠红外发射。其主要功能是在各种传感和开关电路中充当高效的红外光源。

该元件的核心优势在于其微型化的外形尺寸，便于实现高密度PCB设计，以及其与硅光电二极管和光电晶体管出色的光谱匹配性，从而确保系统获得最佳灵敏度。器件采用水透明塑料透镜，提供平坦的顶部视角，这有助于实现其120度的宽视角。它符合关键的环境和安全标准，包括RoHS、欧盟REACH，并且作为无卤素元件制造。

2. 技术规格与客观解读

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性损坏的应力极限。不保证在或超过这些极限的条件下运行。

• 连续正向电流（I_F)）：65 mA。这是可以持续流过LED的最大直流电流。
• 反向电压（V_R)）：5 V。施加高于此值的反向偏置电压可能会击穿LED的PN结。
• 工作与存储温度（T_opr, T_stg)）：-40°C 至 +85°C。该器件适用于工业级温度范围。
• 功耗（P_d)）：在25°C时为130 mW。这是封装可以耗散为热量的最大功率。在更高的环境温度下需要进行降额处理。
• 焊接温度（T_sol)）：≤5秒内260°C。这定义了峰值回流焊温度曲线的容差。

2.2 光电特性

这些参数是在25°C环境温度和20mA正向电流的标准测试条件下测量的，代表了典型的工作条件。

• 辐射强度（I_e)）：0.2 mW/sr（最小值），0.8 mW/sr（典型值）。这衡量了每单位立体角发射的光功率。典型值表示预期的输出。
• 峰值波长（λ_p)）：940 nm（典型值）。发射的红外光中心位于此波长，这对于在近红外区域具有高灵敏度的硅探测器来说是理想选择。
• 光谱带宽（Δλ））：45 nm（典型值）。这定义了发射的波长范围，通常指半高全宽（FWHM）。
• 正向电压（V_F)）：在20mA下为1.2 V（典型值），1.5 V（最大值）。低正向电压有助于降低功耗和热负荷。
• 反向电流（I_R)）：在5V下为10 µA（最大值）。这是器件反向偏置时的漏电流。
• 视角（2θ_1/2)）：120°（典型值）。定义为强度下降到轴向值一半时的全角，提供了非常宽的发射模式。

3. 性能曲线分析

规格书提供了几条对设计工程师至关重要的特性曲线。

• 正向电流 vs. 环境温度：该图显示了由于封装的功耗限制，最大允许正向电流如何随着环境温度的升高而降低。这对于热管理至关重要。
• 光谱分布：说明了相对辐射功率随波长的变化关系，确认了940nm处的峰值和光谱带宽。
• 正向电流 vs. 正向电压（I-V曲线）：展示了典型的二极管指数关系。该曲线有助于为给定的电源电压选择合适的限流电阻。
• 相对辐射强度 vs. 角度位移：显示发射模式的极坐标图。这里直观地确认了120度视角，显示了平顶LED常见的朗伯或近朗伯分布。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

IR17-21C/TR8符合标准的0805（英制）或2012（公制）封装尺寸。关键尺寸包括本体长度约2.0 mm，宽度1.25 mm，高度通常为0.8至1.0 mm（精确值见图纸）。阳极和阴极在封装上有清晰标记。提供了建议的焊盘布局用于PCB设计，并建议根据具体的制造工艺进行调整。

4.2 载带尺寸

元件以标准8mm编带形式提供，适用于自动贴片组装。每卷包含3000片。载带尺寸，包括口袋尺寸、间距和卷盘直径，均有明确规定，以确保与SMT设备送料器的兼容性。

5. 焊接与组装指南

5.1 湿度敏感性与存储

该器件对湿度敏感（标签上标有MSL等级）。未开封的防潮袋必须在低于30°C和90%相对湿度的条件下存储。一旦开封，在≤60%相对湿度下存储时，元件的车间寿命为168小时（7天）。超过此时间，需要在回流焊前进行烘烤程序（例如，在60°C下烘烤96小时），以防止焊接过程中发生“爆米花”效应损坏。

5.2 回流焊温度曲线

推荐使用无铅回流焊温度曲线。关键参数包括预热阶段、高于液相线（例如217°C）的规定时间、不超过260°C的峰值温度以及在临界温度区域内的总时间。回流焊次数不应超过两次。

5.3 手工焊接与返修

如果必须进行手工焊接，应使用烙铁头温度低于350°C、额定功率低于25W的烙铁。每个焊端的接触时间应限制在3秒以内，焊端之间应有足够的冷却时间。对于返修，建议使用双头烙铁同时加热两个焊端，以避免对焊点造成机械应力。应事先评估返修对器件可靠性的影响。

6. 应用建议与设计考量

6.1 典型应用场景

• PCB安装式红外传感器：用作接近传感器、物体检测和非接触式开关中的发射器。
• 微型光栅/光遮断器：与光电探测器配对，用于检测物体遮挡光束，应用于编码器、槽型传感器和安全系统。
• 光电开关：用于反射式传感器，其中LED光从表面反射回探测器。
• 烟雾探测器：用于某些光学腔体设计中，检测烟雾颗粒散射光。

6.2 关键设计考量

• 必须进行电流限制：必须始终使用外部串联电阻来设定正向电流。LED的低正向电压意味着即使电源电压的微小增加也可能导致电流大幅、破坏性的增加。
• 热管理：虽然封装很小，但必须考虑功耗，尤其是在高环境温度下或驱动电流接近最大值时。足够的PCB铜箔面积有助于散热。
• 光学对准：120度的宽视角有利于扩大覆盖范围，但会降低任何特定点的光强。对于更长距离或需要聚焦的应用，可能需要外部透镜。
• 抗电气噪声能力：在电气噪声较大的环境中，考虑屏蔽或调制LED驱动电流，以将信号与环境红外噪声（例如来自阳光或其他来源）区分开来。

7. 技术对比与差异化

与其他红外LED相比，IR17-21C/TR8的关键差异化在于其将极其紧凑的0805封装尺寸、相对较高的辐射强度（典型值0.8 mW/sr）和120度宽视角相结合。许多类似封装尺寸的竞争产品可能视角更窄或输出更低。其1.2V的低正向电压对于低压电池供电电路也是一个优势，可以提高效率。明确符合无卤素和REACH标准使其适用于对材料有严格限制的环保设计。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

8.1 使用5V电源驱动此LED至20mA，应选用多大阻值的电阻？

使用欧姆定律：R = (V_supply- V_F) / I_F。已知 V_supply=5V, V_F=1.2V（典型值），I_F=0.020A，则 R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 欧姆。使用标准的200欧姆电阻，电流约为(5-1.2)/200 = 19mA，这是可以接受的。为确保应用所需的最小电流，应始终使用最大V_F（1.5V）进行计算。

8.2 我可以用高于65mA的电流脉冲驱动此LED吗？

连续正向电流的绝对最大额定值为65mA。如果占空比足够低，使得平均电流和由此产生的结温保持在安全限度内，则使用更高的峰值电流进行脉冲驱动是可能的。然而，规格书并未提供脉冲电流额定值或降额曲线。没有制造商提供的特定特性数据，不建议在超过绝对最大额定值的条件下工作，因为这可能会降低可靠性和使用寿命。

8.3 环境温度如何影响输出？

LED的辐射强度通常随着结温的升高而降低。“正向电流 vs. 环境温度”曲线与此间接相关，因为更高的温度迫使允许电流降低以避免过热。为了在温度变化时获得精确的输出稳定性，可能需要使用配对光电探测器的反馈电路或温度补偿电路。

9. 实际设计与使用案例

案例：设计打印机中的纸张检测传感器

一位工程师需要在一台小型打印机的进纸托盘中检测纸张的存在。空间极其有限。他们选择了IR17-21C/TR8和一个类似封装的匹配光电晶体管。元件被放置在纸张通过的狭窄通道的两侧。LED在15mA下驱动（使用打印机3.3V逻辑电源的合适电阻），以在提供足够信号的同时节省功耗。LED的120度宽视角确保了即使存在轻微的机械错位，光束也能充分覆盖通道。当纸张存在时，它会阻挡红外光，导致光电晶体管输出发生变化，该变化由微控制器读取。0805封装的低高度允许传感器集成到纤薄的机械结构中。设计者遵循回流焊曲线指南，并确保PCB布局包含用于焊接的散热焊盘。

10. 工作原理简介

红外发光二极管（IR LED）是一种半导体二极管。当在其两端施加正向电压（阳极相对于阴极为正）时，电子被注入穿过PN结。当这些电子与半导体材料（此处为砷化镓铝 - GaAlAs）有源区中的空穴复合时，能量以光子（光粒子）的形式释放。GaAlAs材料的特定成分决定了发射光子的波长，对于此器件而言，该波长位于红外光谱（940nm）。该波长对人眼不可见，但可以被硅基光电二极管和光电晶体管有效检测，当受到足够能量的光子撞击时，它们会产生电流。

11. 行业趋势与发展

包括红外元件在内的光电行业趋势持续朝着小型化、更高效率和集成化方向发展。对于空间受限的应用，比0805更小的封装（例如0603、0402）正变得越来越普遍。通过改进芯片设计和封装材料，提高更小封装的辐射强度和功率输出也是另一个驱动力。集成是另一个关键趋势，将发射器-探测器对组合在单个封装中（光耦、反射式传感器）简化了组装并改善了对准。此外，对符合严格环境法规（RoHS、REACH、无卤素）的元件的需求现已成为整个行业的标准要求，推动了无铅焊料和封装化合物领域的材料科学创新。