IR26-91C/L510/2D 红外发光二极管规格书 - 3.0x1.0mm SMD封装 - 940nm波长 - 1.6V正向电压 - 中文技术文档

1. 产品概述

IR26-91C/L510/2D是一款微型表面贴装（SMD）红外发射二极管。它采用紧凑的3.0毫米 x 1.0毫米封装，由透明塑料模塑而成，顶部为球形透镜。该元件的主要功能是发射峰值波长为940纳米（nm）的红外光，其光谱与常见的硅光电二极管和光电三极管的灵敏度特性相匹配。这使得它成为需要精确光学耦合的红外传感和通信系统的理想光源。

1.1 核心特性与优势

该器件提供了多项关键的技术和合规性优势。其主要光学特性是940nm的峰值波长，该波长选择旨在与硅基探测器实现最佳性能匹配，同时具有良好的大气透射率。在电气特性方面，它在20mA电流下的典型正向电压低至1.3V，有助于实现节能运行。该元件采用无铅（Pb-free）工艺制造，符合欧盟《有害物质限制指令》（RoHS）和《化学品注册、评估、授权和限制法规》（REACH）。同时，它被归类为无卤素产品，溴（Br）和氯（Cl）的含量均低于900 ppm，且两者总和低于1500 ppm。

1.2 目标应用

这款红外LED专为各种红外应用系统设计。典型应用包括接近传感器、物体检测、非接触式开关、光学编码器以及短距离数据传输链路。其小巧的外形和SMD设计使其适用于消费电子、工业自动化和汽车内饰传感模块中的自动化组装工艺。

2. 技术参数分析

本节对规格书中规定的关键电气、光学和热学参数进行详细、客观的解读。理解这些额定值对于可靠的电路设计和确保器件的长期性能至关重要。

2.1 绝对最大额定值

绝对最大额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。这些额定值不适用于连续工作状态。连续正向电流（I_F）额定值为65 mA。允许显著更高的峰值正向电流（I_FP）700 mA，但仅限于严格的脉冲条件下：脉冲宽度 ≤ 70微秒（μs）且占空比 ≤ 0.7%。最大反向电压（V_R）为5V，表明该LED对反向偏压的耐受性非常低。器件的工作环境温度（T_opr）范围为-40°C至+85°C，储存温度（T_stg）范围为-40°C至+100°C。回流焊期间的最高焊接温度（T_sol）为260°C，持续时间不超过5秒。在自由空气温度等于或低于25°C时，最大功耗（P_d）为100 mW。它还具备静电放电（ESD）保护功能，人体模型（HBM）额定值最小为2000V，机器模型（MM）额定值最小为200V。

2.2 电光特性

电光特性表提供了在指定测试条件（Ta=25°C）下的典型值和最大/最小值。辐射强度（I_e），即单位立体角的光功率，在正向电流为20mA时，典型值为8.0毫瓦/球面度（mW/sr）。峰值波长（λ_p）中心位于940nm。光谱带宽（Δλ），代表峰值强度一半处所发射的波长范围，典型值为45nm。正向电压（V_F）在20mA时，典型值为1.3V，最大值为1.6V。当施加5V反向偏压时，反向电流（I_R）的最大值为10微安（μA）。视角定义为强度降至峰值一半时的全角，呈不对称分布：X轴方向约为130度，Y轴方向约为20度。这形成了高度椭圆形的辐射模式，是光束整形和传感器对准时需要考虑的关键设计因素。

3. 性能曲线分析

规格书包含多个图表，说明了器件在不同条件下的行为。这些曲线对于理解非线性关系以及为不同工作环境进行设计至关重要。

3.1 正向电流与环境温度关系

这条降额曲线显示了最大允许连续正向电流如何随着环境温度的升高而降低。在25°C时，可以使用全部的65mA额定值。随着温度升高，必须降低电流以防止超过最大结温和功耗限制，从而确保长期可靠性。

3.2 光谱分布

光谱分布图以图形方式展示了光输出随波长的变化关系。它确认了940nm处的峰值以及大约45nm的光谱带宽（半高全宽 - FWHM）。曲线显示，几乎没有可见光（低于约700nm）被发射，这对于红外系统中的隐蔽操作是可取的。

3.3 辐射强度与正向电流关系

这条曲线展示了驱动电流与光输出功率之间的关系。在较低电流下通常是线性的，但在极高电流下，由于热效应，可能会出现饱和或效率降低。设计人员利用此曲线来确定在探测器处达到特定信号水平所需的驱动电流。

3.4 角度辐射模式

X轴和Y轴的独立图表显示了相对辐射强度随光学中心（0°）角位移的变化关系。X轴模式非常宽（约130°半角），而Y轴模式则窄得多（约20°半角）。当将LED与传感器对准或设计透镜或光圈等光学元件时，必须考虑这种椭圆形模式。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸与公差

该器件的标称封装尺寸为长3.0毫米，宽1.0毫米，并有规定的高度。提供了详细的尺寸图，包括焊盘位置、透镜形状和极性指示器（通常是阴极侧的凹口或圆点）。所有未注明的尺寸公差为±0.1毫米。还图示了推荐的侧视安装焊接焊盘图案，以确保在回流焊过程中获得适当的机械稳定性和焊点形成。

4.2 载带与卷盘包装

为便于自动化贴片组装，LED以压纹载带形式供应，并卷绕在卷盘上。规格书提供了载带凹槽、间距和卷盘规格的精确尺寸。标准卷盘包含2000片。此信息对于正确配置组装设备的送料器至关重要。

5. 焊接与组装指南

正确的处理和焊接对于防止LED损坏和确保焊点可靠性至关重要。

5.1 回流焊温度曲线

该元件适用于无铅（Pb-free）回流焊工艺。提供了推荐的温度曲线，通常包括预热、保温、回流（峰值温度≤260°C，持续时间≤5秒）和冷却阶段。回流焊次数不应超过三次，以尽量减少对塑料封装和内部引线键合的热应力。

5.2 手工焊接与返修

如果必须进行手工焊接，则必须格外小心。烙铁头温度应低于350°C，每个端子的接触时间应限制在3秒或更短。建议使用低功率烙铁（≤25W）。对于返修，建议使用双头烙铁同时加热两个端子，以避免对焊点施加机械应力。应事先评估返修的可行性和影响。

5.3 湿敏性与储存

SMD封装具有湿敏性。器件必须储存在其原始的防潮袋中，袋内放有干燥剂，储存条件为温度≤30°C，相对湿度（RH）≤90%。袋子开封前的保质期为一年。开封后，元件应在温度≤30°C、相对湿度≤70%的条件下储存，并在168小时（7天）内使用。如果超出这些条件或干燥剂指示已饱和，则在使用前需要在60±5°C下烘烤至少24小时，以去除吸收的水分，防止在回流焊过程中发生“爆米花”现象。

6. 应用设计考量

6.1 驱动电路设计

一个关键的设计注意事项是需要限流。必须使用电流源，或者更常见的是，使用电压源串联一个限流电阻来驱动LED。规格书明确警告，轻微的电压偏移可能导致电流发生巨大变化，可能引发烧毁。电阻值（R_limit）可以使用欧姆定律计算：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F，其中V_F是LED在所需电流I_F下的正向电压。在此计算中使用最大V_F值（1.6V）可确保在所有条件下电流都不会超过目标值。

6.2 光学设计与对准

由于光束模式高度椭圆形（130° x 20°），因此需要仔细的光学设计。对于需要圆形光斑或特定照明剖面的应用，可能需要透镜或反射器等二次光学元件。LED与配对光电探测器之间的对准在较窄的Y轴方向上也更为关键。设计人员应参考角位移图以了解强度衰减情况。

6.3 热管理

虽然功耗相对较低（最大100mW），但有效的热管理仍然很重要，尤其是在高环境温度下或高电流驱动时。必须遵循降额曲线。确保LED焊盘下方及周围有足够的PCB铜箔面积有助于散热并维持较低的结温，从而保持发光效率和延长使用寿命。

7. 技术对比与差异化

IR26-91C/L510/2D通过特定的参数组合在市场上实现差异化。其940nm波长是一个通用标准，与850nm LED相比，在硅探测器灵敏度和较低的环境光干扰之间取得了良好平衡。极低的正向电压（典型值1.3V）是电池供电或低电压逻辑电路的关键优势，因为它降低了驱动器所需的电压裕量。紧凑的3.0x1.0mm封装尺寸允许高密度PCB布局。符合RoHS、REACH和无卤素标准使其适用于具有严格环保法规的全球市场。不对称的视角根据应用的光学要求，既可能是优势也可能是限制。

8. 常见问题解答（FAQ）

8.1 为什么必须使用限流电阻？

LED是一种具有非线性电流-电压（I-V）特性的二极管。超过其开启电压后，电压的微小增加会导致电流急剧增大。如果直接连接电压源而不串联电阻，电流将不受控制地上升，迅速超过绝对最大额定值并损坏器件。电阻在电源电压和LED电流之间提供了线性、可预测的关系。

8.2 我可以用3.3V或5V微控制器引脚驱动这个LED吗？

可以，但始终需要串联一个电阻。例如，要从3.3V电源驱动，设定I_F=20mA，假设V_F=1.5V：R = (3.3V - 1.5V) / 0.020A = 90欧姆。一个标准的91欧姆电阻是合适的。微控制器引脚也必须能够提供或吸收所需的20mA电流。

8.3 940nm波长的作用是什么？

940nm红外光对人眼不可见，可实现隐蔽操作。它被硅（大多数光电二极管和光电三极管使用的材料）强烈吸收，从而使检测高效。与850nm相比，它受到常见环境光源的干扰较少（因为环境光在940nm处的红外成分较少），并且对成像传感器中的噪声不那么敏感。

8.4 如何识别阳极和阴极？

封装上包含极性标记。请查阅规格书中的封装尺寸图。通常，阴极会通过一个绿点、封装上的凹口或切角来标记。错误的极性连接将导致LED不发光，并且如果施加超过5V的反向电压，可能会损坏器件。

9. 实用设计案例研究

考虑使用此LED和硅光电三极管设计一个简单的物体检测传感器。LED通过一个180欧姆电阻由5V电源驱动（假设V_F=1.5V，限流至约20mA）。光电三极管放置在几厘米外，与LED在同一光轴上对准。当没有物体存在时，来自LED的红外光无法到达光电三极管，其输出为低电平。当有物体从两者之间通过时，它会将部分红外光反射到光电三极管上，导致其输出电流增加。该信号可以被放大并送入比较器或微控制器ADC，以检测物体的存在。LED的椭圆形光束模式意味着传感器的有效检测区域在水平方向上比垂直方向更宽，这在定义传感器的视场时必须予以考虑。

10. 工作原理

红外发光二极管（IR LED）基于半导体材料中的电致发光原理工作。IR26-91C/L510/2D使用砷化镓铝（GaAlAs）芯片。当施加超过二极管带隙电压的正向电压时，来自n型区域的电子被注入穿过p-n结进入p型区域，而空穴则向相反方向注入。这些电荷载流子（电子和空穴）在结的有源区复合。复合过程中释放的能量以光子（光粒子）的形式发射出来。GaAlAs半导体的特定成分决定了带隙能量，这直接决定了发射光子的波长——在本例中，中心波长位于红外光谱的940nm附近。

11. 行业趋势

红外LED市场持续发展。主要趋势包括推动更小封装实现更高的辐射强度和效率，以便在紧凑设备中实现更强大的传感功能。将IR LED与驱动器和传感器集成到完整模块或系统级封装（SiP）中的趋势日益增长。对特定波长的需求正在多样化；虽然940nm仍是标准，但像850nm（用于监控）和1050nm/1300nm（用于特定传感应用）等波长正获得关注。此外，在汽车（例如车内监控）、消费电子（例如人脸识别）和工业物联网应用中，对更低功耗和更高可靠性的追求正在推动红外发射器的芯片技术、封装和热管理方面的进步。