目录
- 1. 产品概述
- 1.1 核心优势
- 1.2 目标应用
- 2. 技术参数详解
- 2.1 绝对最大额定值
- 2.2 光电特性 (Ta=25°C)
- 3. 性能曲线分析
- 3.1 正向电流 vs. 正向电压 (IV曲线)
- 3.2 正向电流 vs. 环境温度
- 3.3 光谱分布
- 3.4 相对辐射强度 vs. 正向电流
- 3.5 相对辐射强度 vs. 角位移
- 4. 机械与封装信息
- 4.1 封装尺寸 (0402)
- 4.2 极性识别
- 5. 焊接与组装指南
- 5.1 存储与湿度敏感性
- 5.2 回流焊温度曲线
- 5.3 手工焊接与返修
- 6. 包装与订购信息
- 6.1 编带与卷盘规格
- 6.2 包装流程
- 6.3 标签信息
- 7. 应用设计考量
- 7.1 驱动电路设计
- 7.2 热管理
- 7.3 光学设计
- 8. 技术对比与差异化
- 9. 常见问题解答 (FAQ)
- 9.1 940nm波长有何用途？
- 9.2 为什么限流电阻绝对必要？
- 9.3 我可以将其用于数据传输（如红外遥控器）吗？
- 9.4 如何理解“辐射强度”规格？
- 10. 设计与用例示例
- 10.1 简易接近传感器
- 11. 工作原理
- 12. 行业趋势
1. 产品概述
本文档详细阐述了一款高可靠性、微型表面贴装红外发射二极管的规格参数。该器件采用紧凑的0402封装，由透明环氧树脂模塑而成，其光谱与硅光电二极管和光电晶体管相匹配，是传感应用的理想选择。
1.1 核心优势
- 高可靠性：专为在严苛应用中提供稳定性能而设计。
- 微型封装：双端0402封装支持高密度PCB贴装。
- 工艺兼容性：适用于红外回流焊和气相回流焊工艺。
- 环保合规：产品无铅，符合RoHS指令，符合欧盟REACH法规，并满足无卤标准（溴<900 ppm，氯<900 ppm，溴+氯<1500 ppm）。
1.2 目标应用
- PCB贴装红外传感器
- 需要高功率输出的红外遥控器
- 光学扫描仪
- 各类红外应用系统
2. 技术参数详解
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极限条件。在此条件下工作不保证性能。
| 参数 | 符号 | 额定值 | 单位 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 连续正向电流 | IF | 50 | mA | |
| 反向电压 | VR | 5 | V | |
| 工作温度 | Topr | -40 至 +100 | °C | |
| 存储温度 | Tstg | -40 至 +100 | °C | |
| 焊接温度 | Tsol | 260 | °C | 焊接时间 ≤ 5 秒。 |
| 功耗 (Ta=25°C) | Pd | 100 | mW |
2.2 光电特性 (Ta=25°C)
这些是在标准测试条件下测得的典型性能参数（除非另有说明，IF=20mA）。
| 参数 | 符号 | Min. | Typ. | Max. | 单位 | 条件 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 辐射强度 | Ie | 0.5 | 2.35 | -- | mW/sr | IF=20mA |
| 峰值波长 | λp | -- | 940 | -- | nm | IF=20mA |
| 光谱带宽 (半高宽) | Δλ | -- | 45 | -- | nm | IF=20mA |
| 正向电压 | VF | -- | 1.5 | 1.9 | V | IF=20mA |
| 反向电流 | IR | -- | -- | 10 | μA | VR=5V |
| 视角 (半角) | 2θ1/2 | -- | 120 | -- | 度 | IF=20mA |
3. 性能曲线分析
本规格书提供了对设计工程师至关重要的若干特性曲线。
3.1 正向电流 vs. 正向电压 (IV曲线)
该曲线显示了正向电流 (IF) 与正向电压 (VF) 之间的指数关系。在20mA的典型工作点，正向电压约为1.5V。设计者必须使用串联限流电阻以防止超过最大正向电流，因为即使电压的微小增加也可能导致电流急剧且可能具有破坏性的增大。
3.2 正向电流 vs. 环境温度
这条降额曲线说明了最大允许连续正向电流如何随环境温度升高而降低。器件在约25°C以下可承受其全额定电流。超过此温度，最大电流必须线性降低，直至达到最高结温（由100°C工作限值隐含）时降为零。这对于确保高温环境下的长期可靠性至关重要。
3.3 光谱分布
光谱输出图确认了峰值发射波长为940nm，典型光谱带宽（半高宽）为45nm。该波长对于硅基光电探测器近乎最佳，因为后者在此区域具有高灵敏度，从而在传感应用中最大化信噪比。
3.4 相对辐射强度 vs. 正向电流
该曲线表明，在典型工作范围（最高约40-50mA）内，辐射输出与正向电流几乎呈线性关系。这种可预测的关系简化了光学系统设计。
3.5 相对辐射强度 vs. 角位移
极坐标图描绘了发射模式，其特征是120度的宽半角。这提供了宽泛、弥散的红外光束，非常适合需要广域覆盖或对准要求不高的接近传感应用。
4. 机械与封装信息
4.1 封装尺寸 (0402)
该器件符合标准0402（英制）/ 1005（公制）封装尺寸。关键尺寸包括本体长度约1.0mm，宽度0.5mm，高度0.5mm。提供了端子尺寸和间距以供PCB焊盘图形设计。除非另有规定，所有尺寸公差通常为±0.1mm。
4.2 极性识别
该封装为双端结构。极性通常通过阴极 (-) 侧的标记或透过透明透镜可见的内部芯片结构来指示。请查阅规格书图纸以获取确切的标记方案。
5. 焊接与组装指南
5.1 存储与湿度敏感性
该器件对湿度敏感。必须采取预防措施以防止回流焊过程中出现“爆米花”效应或分层：
- 在原始防潮袋中存储，条件为≤30°C / ≤90% RH。
- 自发货之日起一年内使用。
- 打开包装袋后，在≤30°C / ≤60% RH条件下存储，并在168小时（7天）内使用。
- 如果超过存储时间或干燥剂指示受潮，使用前需在60±5°C下烘烤至少24小时。
5.2 回流焊温度曲线
提供了推荐的无铅回流焊温度曲线。关键参数包括：
- 预热和保温区。
- 本体最高温度不得超过260°C。
- 液相线以上时间（例如，217°C）。
- 冷却速率。 回流焊次数不应超过两次。
- 使用烙铁头温度<350°C的烙铁。
- 限制烙铁功率为25W或更低。
- 每个端子的接触时间应≤3秒。
- 焊接每个端子之间至少间隔2秒。
- CPN (客户部件号)
- P/N (制造商部件号: IR16-213C/L510/TR8)
- QTY (数量)
- CAT (分档/等级代码)
- HUE (峰值波长)
- LOT No. (生产批号)
- 原产国
- 对比更大封装（例如，5mm）：显著更小的占位面积和更低的剖面高度，有利于小型化。通常总辐射功率输出较低，但更适合阵列或密集布置。
- 对比其他贴片红外LED（例如，0603）：0402封装允许在PCB上实现尽可能高的元件密度，这对于超紧凑遥控器或传感器等空间受限的现代电子产品是一个关键优势。
- 对比不合规器件：完全符合RoHS、REACH和无卤标准是当今大多数商业和工业产品的强制性要求，可简化供应链和最终产品认证。
- 提高功率密度：提升日益小型化的芯片的发光效率（每单位电输入对应的辐射功率输出）。
- 集成解决方案：将红外发射器、驱动器和探测器组合到单个模块或封装中，以简化设计并提高性能。
- 新波长：开发其他红外波长（例如，850nm、1050nm）的发射器，用于特定应用，如人眼安全系统或不同的传感器优化。
- 先进封装：使用导热性更好的材料来管理高功率微型器件中的热量。
5.3 手工焊接与返修
如需手工焊接：
6. 包装与订购信息
6.1 编带与卷盘规格
器件以载带包装，卷绕在卷盘上供应。标准卷盘包含3000片。提供了详细的载带尺寸（凹槽尺寸、间距、带宽）和卷盘规格，以供自动贴片机设置。
6.2 包装流程
卷盘包装在密封的铝箔防潮袋中，内置干燥剂和湿度指示卡，以保持干燥存储条件。
6.3 标签信息
包装标签包含用于追溯和验证的关键信息：
7. 应用设计考量
7.1 驱动电路设计
最关键的设计方面是限流。LED是电流驱动器件。必须根据电源电压 (Vscc)、所需正向电流 (I) 和LED的正向电压 (VF) 来计算串联电阻 (RF): Rs= (Vcc- VF) / IF。对于5V电源和20mA目标电流：Rs≈ (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω。标准的180Ω电阻是合适的。务必在最坏情况VF(最小值) 下验证实际电流，以确保其不超过最大额定值。
7.2 热管理
尽管0402封装的热容量有限，但仍应注意功耗，尤其是在大电流或高环境温度应用中。确保PCB在焊盘周围提供足够的铜箔面积以充当散热器，并遵循随温度变化的电流降额指南。
7.3 光学设计
120度的宽视角使该LED适用于需要广角照明的应用。对于更长距离或更定向的光束，可能需要次级光学元件（透镜）。透明透镜确保发射的红外光吸收最小。
8. 技术对比与差异化
与其他红外LED相比，这款0402器件提供了关键的平衡点：
9. 常见问题解答 (FAQ)
9.1 940nm波长有何用途？
940nm属于近红外光谱。它对人眼不可见，但与廉价的硅光电二极管和光电晶体管的峰值灵敏度匹配良好。与可见红光LED相比，它受环境可见光的干扰更少，从而提高了传感应用中的信号完整性。
9.2 为什么限流电阻绝对必要？
LED的I-V特性是指数型的。超过拐点电压后，电压的微小增加会导致电流的急剧增大。如果没有串联电阻来控制电流，将LED直接连接到电压源（即使是小电池）几乎肯定会使其超过最大额定电流，导致瞬间过热和失效。
9.3 我可以将其用于数据传输（如红外遥控器）吗？
可以，这是其主要应用之一。其快速开关速度（由GaAlAs材料特性决定）以及与高电流脉冲的兼容性，使其适用于遥控器、红外数据协会 (IrDA) 系统和光隔离中的调制数据传输。
9.4 如何理解“辐射强度”规格？
辐射强度 (Ie) 为2.35 mW/sr（典型值）意味着LED沿其中心轴每球面度（立体角单位）发射2.35毫瓦的光功率。这是衡量红外光源在其主方向上“亮度”的指标。总辐射通量（以mW为单位的功率）可以通过强度乘以光束的立体角来估算。
10. 设计与用例示例
10.1 简易接近传感器
一个常见的应用是基于反射的接近传感器。红外LED与光电晶体管并排安装在PCB上。微控制器以脉冲电流（例如，20mA脉冲）驱动LED。光电晶体管检测从物体反射回来的红外光。检测到的信号强度与物体的距离和反射率相关。该LED的宽视角确保了良好的覆盖范围，以检测可能未完全对准的物体。
11. 工作原理
红外发光二极管 (IR LED) 是一种半导体p-n结二极管。当正向偏置时，来自n区的电子与来自p区的空穴在有源区（GaAlAs芯片）内复合。此复合过程以光子（光）的形式释放能量。发射光子的特定波长（本例中为940nm）由所用半导体材料的带隙能量决定。透明环氧树脂封装对芯片进行封装和保护，同时允许红外光以最小损耗通过。
12. 行业趋势
与所有电子领域一样，光电子学的趋势是小型化、更高集成度和更高效率。0402封装代表了持续推动更小尺寸的无源和有源元件。未来的发展可能包括：
LED规格术语详解
LED技术术语完整解释
一、光电性能核心指标
| 术语 | 单位/表示 | 通俗解释 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦电能发出的光通量，越高越节能。 | 直接决定灯具的能效等级与电费成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源发出的总光量，俗称"亮度"。 | 决定灯具够不够亮。 |
| 发光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。 | 影响光照范围与均匀度。 |
| 色温（CCT） | K（开尔文），如2700K/6500K | 光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。 | 决定照明氛围与适用场景。 |
| 显色指数（CRI / Ra） | 无单位，0–100 | 光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。 | 影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。 |
| 色容差（SDCM） | 麦克亚当椭圆步数，如"5-step" | 颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。 | 保证同一批灯具颜色无差异。 |
| 主波长（Dominant Wavelength） | nm（纳米），如620nm（红） | 彩色LED颜色对应的波长值。 | 决定红、黄、绿等单色LED的色相。 |
| 光谱分布（Spectral Distribution） | 波长 vs. 强度曲线 | 显示LED发出的光在各波长的强度分布。 | 影响显色性与颜色品质。 |
二、电气参数
| 术语 | 符号 | 通俗解释 | 设计注意事项 |
|---|---|---|---|
| 正向电压（Forward Voltage） | Vf | LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。 | 驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。 |
| 正向电流（Forward Current） | If | 使LED正常发光的电流值。 | 常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。 |
| 最大脉冲电流（Pulse Current） | Ifp | 短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。 | 脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。 |
| 反向电压（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。 | 电路中需防止反接或电压冲击。 |
| 热阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。 | 高热阻需更强散热设计，否则结温升高。 |
| 静电放电耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。 | 生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。 |
三、热管理与可靠性
| 术语 | 关键指标 | 通俗解释 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 结温（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED芯片内部的实际工作温度。 | 每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小时） | 亮度降至初始值70%或80%所需时间。 | 直接定义LED的"使用寿命"。 |
| 流明维持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段时间后剩余亮度的百分比。 | 表征长期使用后的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麦克亚当椭圆 | 使用过程中颜色的变化程度。 | 影响照明场景的颜色一致性。 |
| 热老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因长期高温导致的封装材料劣化。 | 可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。 |
四、封装与材料
| 术语 | 常见类型 | 通俗解释 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| 封装类型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。 | EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。 |
| 芯片结构 | 正装、倒装（Flip Chip） | 芯片电极布置方式。 | 倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。 |
| 荧光粉涂层 | YAG、硅酸盐、氮化物 | 覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。 | 不同荧光粉影响光效、色温与显色性。 |
| 透镜/光学设计 | 平面、微透镜、全反射 | 封装表面的光学结构，控制光线分布。 | 决定发光角度与配光曲线。 |
五、质量控制与分档
| 术语 | 分档内容 | 通俗解释 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分档 | 代码如 2G、2H | 按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。 | 确保同一批产品亮度一致。 |
| 电压分档 | 代码如 6W、6X | 按正向电压范围分组。 | 便于驱动电源匹配，提高系统效率。 |
| 色区分档 | 5-step MacAdam椭圆 | 按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。 | 保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。 |
| 色温分档 | 2700K、3000K等 | 按色温分组，每组有对应的坐标范围。 | 满足不同场景的色温需求。 |
六、测试与认证
| 术语 | 标准/测试 | 通俗解释 | 意义 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明维持测试 | 在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。 | 用于推算LED寿命（结合TM-21）。 |
| TM-21 | 寿命推演标准 | 基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。 | 提供科学的寿命预测。 |
| IESNA标准 | 照明工程学会标准 | 涵盖光学、电气、热学测试方法。 | 行业公认的测试依据。 |
| RoHS / REACH | 环保认证 | 确保产品不含有害物质（如铅、汞）。 | 进入国际市场的准入条件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效认证 | 针对照明产品的能效与性能认证。 | 常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。 |