IRR15-22C/L491/TR8 贴片LED规格书 - 封装尺寸3.0x1.6x1.1mm - 正向电压1.3V(红外)/1.9V(红光) - 功率100mW(红外)/130mW(红光)

1. 产品概述

IRR15-22C/L491/TR8是一款双发射器表面贴装器件，在单个微型顶视扁平封装内集成了一个红外发射二极管和一个红光发射二极管。该器件采用无色透明塑料封装，确保两种波长的光都能高效透射。其核心设计特点在于红外发射器的光谱与硅光电二极管和光电晶体管的响应曲线相匹配，从而优化了其在传感与检测应用中的性能。本产品符合现代环保标准，为无铅、符合RoHS指令、符合欧盟REACH法规且无卤素。

1.1 核心特性与优势

• 低正向电压：确保电路具有更高的能效和更低的功耗。
• 光谱匹配：红外二极管的光输出经过专门设计，以匹配硅基光电探测器的响应曲线，从而提升光学传感系统中的信噪比。
• 双色发射：将红外（用于传感、遥控）和红光（用于状态指示、简易显示）功能集成于一个紧凑的封装内，节省电路板空间。
• 环保合规：满足无铅、RoHS、REACH及无卤素要求，适用于广泛的全球市场及注重环保的设计。
• 微型SMD封装：顶视扁平封装（3.0mm x 1.6mm x 1.1mm）非常适合自动化组装和高密度PCB设计。

1.2 目标市场与应用

该元件主要面向需要可靠、低功耗光源进行传感和指示的应用。其主要应用领域是红外应用系统，包括但不限于：

• 接近与存在传感器
• 物体检测与计数系统
• 光学编码器
• 非接触式开关与界面
• 简易数据传输链路（例如，遥控接收器）
• 需要在红外功能旁配备红色指示灯的设备

2. 深入技术参数分析

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。不保证在此极限或超出此极限的条件下工作。

• 连续正向电流（I_F）：红外与红光芯片均为50 mA。超过此电流将导致过热和快速性能衰减。
• 反向电压（V_R）：5 V。LED的反向电压耐受能力有限；正确的电路设计应防止反偏条件。
• 功耗（P_c）：在自由空气温度≤25°C时，红外芯片为100 mW，红光芯片为130 mW。此参数对热管理至关重要。
• 工作与存储温度：-25°C 至 +85°C（工作），-40°C 至 +100°C（存储）。
• 焊接温度：最高260°C，持续时间不超过5秒，符合典型的无铅回流焊温度曲线。

2.2 光电特性（Ta=25°C）

这些是在指定测试条件下的典型性能参数。

• 辐射强度（I_E）：以 mW/sr（毫瓦每球面度）为单位测量。在 I_F=20mA 时，典型值为 2.1 mW/sr（红外）和 2.3 mW/sr（红光）。这表示发射到特定立体角内的光功率。
• 峰值波长（λ_p）：红外为940 nm（典型），红光为660 nm（典型）。红外波长非常适合硅光电探测器，后者在900-1000 nm附近具有峰值灵敏度。
• 光谱带宽（Δλ）：红外约30 nm，红光约20 nm，定义了发射光的光谱纯度。
• 正向电压（V_F）：在 I_F=20mA 时，红外典型值为1.30 V，红光典型值为1.90 V。红光芯片的 V_F较高，这是由于使用了不同的半导体材料（AlGaInP 对比 GaAlAs）。
• 视角（2θ_1/2）：120度。这种宽视角是顶视、无透镜无色透明封装的特征，提供了宽广的发射模式。

3. 性能曲线分析

3.1 红外芯片特性

提供的红外芯片曲线提供了关键的设计见解：

• 光谱分布：曲线显示在940 nm处有一个尖锐的峰值，半高宽约为30 nm，证实了其与硅探测器的良好光谱匹配性。
• 正向电流 vs. 正向电压（I-V曲线）：这条指数曲线对于选择限流电阻至关重要。电压的微小变化会导致电流的巨大变化，这强调了使用恒流驱动或精确计算的串联电阻的必要性。
• 相对强度 vs. 正向电流：显示辐射强度随电流线性增加，直至达到最大额定值，允许通过电流控制进行亮度调制。
• 正向电流 vs. 环境温度：展示了降额要求。为防止超过功耗限制，最大允许正向电流随环境温度升高而降低。

3.2 红光芯片特性

红光芯片的曲线遵循类似原理，但存在材料特定的差异：

• 光谱分布：中心波长为660 nm（深红色），带宽更窄（约20 nm），产生饱和的红色。
• I-V曲线、强度 vs. 电流及热降额：这些曲线与红外芯片的类似，但具有不同的电压和功耗值，如绝对最大额定值和光电特性表所示。

3.3 角度特性

该相对光电流 vs. 角位移曲线（推测来自配对的探测器）说明了空间发射模式。120度的视角导致了类似朗伯分布的模式，其中强度在0°（垂直于发射表面）时最高，在±60°时降至一半。这对于设计光路和确保接收器处有足够的信号强度非常重要。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

该器件采用微型SMD封装。关键尺寸（单位：mm）包括主体尺寸约为3.0 x 1.6，高度为1.1。阴极通常通过封装上的标记或凹口来识别。尺寸图显示了引脚间距和PCB焊盘图案设计建议，这对于可靠的焊接和机械稳定性至关重要。

4.2 极性识别

正确的极性连接至关重要。规格书的封装图指示了阳极和阴极端子。施加超过5V反向电压额定值的反向极性会立即损坏二极管结。

5. 焊接、组装与操作指南

5.1 关键注意事项

• 过流保护：外部限流电阻是强制要求。陡峭的I-V曲线意味着即使电压小幅增加也可能导致破坏性的电流浪涌。
• 存储与湿敏性：该器件对湿气敏感。必须将其与干燥剂一起存放在原装防潮袋中。开封后，应在168小时（7天）内使用，除非重新烘烤（60°C下24小时）。

5.2 焊接条件

• 回流焊：建议采用无铅温度曲线，峰值温度为260°C，持续时间不超过5秒。回流次数不应超过两次。
• 手工焊接：如必要，使用烙铁头温度<350°C的烙铁，对每个端子加热<3秒，并使用低功率烙铁（<25W）。焊接点之间应允许冷却。
• 返修：不建议进行。如不可避免，请使用双头烙铁同时加热两个端子，并避免对焊点施加机械应力。

6. 包装与订购信息

6.1 包装规格

器件以卷盘形式提供，卷绕在压纹载带上。标准包装数量为每卷2000片。载带尺寸确保与标准SMD贴片设备兼容。

6.2 标签与可追溯性

包装包括防潮袋和卷盘上的标签。这些标签包含可追溯信息，如零件号、批号、数量和生产地。这对于质量控制和供应链管理至关重要。

7. 应用设计考量

7.1 电路设计

设计驱动电路时：

1. 计算串联电阻（R_s）：使用公式 R_s= (V_电源- V_F) / I_F。使用规格书中的最大 V_F值，以确保在所有条件下都有足够的电流。例如，对于红光LED，在20mA电流和5V电源下：R_s= (5V - 2.5V) / 0.02A = 125Ω。使用下一个标准值（例如，130Ω或150Ω）。
2. 考虑使用PWM调光：对于强度控制，使用脉宽调制而非模拟电流降低，因为这样可以保持颜色（红光）和波长的一致性。
3. 热管理：确保PCB布局提供足够的铜面积用于散热，特别是在接近最大电流或在较高环境温度下工作时。

7.2 光学设计

• 对于传感（红外）：在光学上对准红外发射器和光电探测器。使用孔径、透镜或导光管来定义感应区域并阻挡环境光干扰。120度的宽视角可能需要屏蔽以形成更定向的光束，用于更长距离的传感。
• 对于指示（红光）：无色透明透镜和宽视角提供了良好的可见性。如果需要更柔和、更均匀的指示，可考虑使用漫射器。

8. 技术对比与差异化

IRR15-22C/L491/TR8的主要差异化在于其双波长、单封装设计。与使用两个独立的LED相比，它提供了：

• 节省空间：减少50%的PCB占用面积。
• 简化组装：一次贴片操作代替两次。
• 成本效益：可能降低总元件和组装成本。
• 优化的红外性能：选择特定的940nm GaAlAs芯片是为了与硅探测器实现最佳性能，相比通用红外LED，可能提供更好的灵敏度和范围。

9. 常见问题解答

9.1 我可以同时驱动红外和红光LED吗？

可以，但它们必须由独立的限流电路（电阻或驱动器）驱动。它们共享一个封装，但具有独立的半导体芯片和电气连接。

9.2 为什么限流电阻是绝对必要的？

LED是电流驱动器件。它们的正向电压具有负温度系数，并且不同器件之间存在差异。没有串联电阻的电压源会导致不受控制的电流流动，从而立即引发热失控并损坏器件。

9.3 这款LED的典型寿命是多少？

LED寿命通常定义为光输出衰减至初始值50%的时间点。虽然本规格书未明确说明，但在额定值内运行且热管理良好的SMD LED，其寿命通常超过50,000小时。

9.4 对于我的传感器设计，应如何解读辐射强度（mW/sr）值？

辐射强度描述了单位立体角内的光功率。要估算探测器接收到的功率（单位：mW），您需要知道探测器的有效面积及其与LED的距离/角度。角位移曲线有助于计算离轴对准的情况。

10. 实际应用示例

10.1 简易接近传感器

场景：检测物体何时进入设备5厘米范围内。
实现：将IRR15-22C/L491/TR8安装在PCB上。使用20mA恒流驱动红外发射器（使用从3.3V电源计算出的电阻）。在其对面放置一个硅光电晶体管，两者之间设置一个小屏障以防止直接光耦合。当物体进入间隙时，它会将发射器的红外光反射到探测器。探测器的输出电流增加，可通过负载电阻转换为电压，并由微控制器的ADC或比较器读取。红光LED可连接到GPIO引脚，提供视觉上的“检测激活”或“物体存在”指示。

11. 工作原理

发光二极管是半导体p-n结器件。当施加正向电压时，来自n区的电子和来自p区的空穴被注入结区。当这些载流子复合时，它们以光子（光）的形式释放能量。发射光的波长（颜色）由半导体材料的带隙能量决定。IRR15-22C/L491/TR8使用GaAlAs（砷化镓铝）作为红外发射器（940nm），使用AlGaInP（磷化铝镓铟）作为红光发射器（660nm）。无色透明环氧树脂透镜封装芯片，提供机械保护，并塑造光输出模式。

12. 技术趋势

此类SMD LED的发展遵循几个关键的行业趋势：

• 微型化：封装尺寸持续缩小（例如从0603到0402再到0201），以实现更小的终端产品。
• 多芯片封装：在一个封装内集成多个LED芯片（不同颜色或相同颜色），以实现更高输出、混色或多功能，正如这款双波长器件所示。
• 更高效率：内部量子效率和光提取效率的持续改进，使得在相同输入电流下获得更高的辐射强度，从而改善系统功耗预算。
• 增强可靠性：封装材料和芯片贴装技术的进步提高了在高温高湿条件下的性能，延长了工作寿命。
• 智能集成：一个日益增长的趋势是将控制IC（驱动器、传感器）集成到LED封装内，创建“智能LED”模块，从而简化系统设计。