IR25-21C/TR8 反向封装红外LED规格书 - SMD封装 - GaAlAs芯片 - 透明透镜 - 中文技术文档

1. 产品概述

IR25-21C/TR8是一款微型表面贴装器件（SMD）红外发射二极管。它采用反向封装设计，由透明塑料模压而成，顶部为球形透镜。该元件的主要功能是发射红外光，其光谱输出专门匹配硅光电二极管和光电晶体管，是各种传感应用的理想光源。

该LED的主要优势包括其紧凑的双端封装，便于PCB安装并集成到空间受限的设计中。它在低正向电压下工作，有助于提高能效。该器件符合主要的环境和安全标准，包括RoHS、欧盟REACH，并且无卤，确保了其适用于现代电子制造。

1.1 器件选型指南

IR25-21C/TR8属于红外（IR）LED类别。它采用镓铝砷（GaAlAs）芯片材料，这种材料以高效的红外发射而闻名。透镜为透明材质，允许红外光最大程度地透射，无需滤色。

2. 技术规格与客观解读

2.1 绝对最大额定值

器件的操作极限是在标准环境温度（Ta=25°C）下定义的。超过这些额定值可能会导致永久性损坏。

• 正向电流（I_F）：100 mA - 允许通过LED的最大连续电流。
• 反向电压（V_R）：5 V - 可以施加在反向方向上的最大电压。
• 功耗（P_d）：120 mW - 封装可以耗散为热量的最大功率。
• 工作温度（T_opr）：-40°C 至 +85°C - 可靠工作的环境温度范围。
• 存储温度（T_stg）：-40°C 至 +85°C - 器件未通电时安全存储的温度范围。
• 焊接温度（T_s）：最高260°C，持续时间不超过5秒 - LED在回流焊接过程中可以承受的峰值温度和时长。

2.2 光电特性

这些参数在Ta=25°C下测量，定义了LED的典型性能。

• 辐射强度（I_e）：40 mW/sr（最小值）@ I_F=20 mA - 这是每单位立体角的光功率输出，是衡量LED等定向光源亮度的关键指标。
• 峰值波长（λ_p）：940 nm（典型值） - LED发射光功率最强的波长。这与常见硅光电探测器的峰值灵敏度区非常吻合。
• 光谱带宽（Δλ）：50 nm（典型值） - 发射的波长范围，以峰值强度一半处（半高全宽）测量。
• 正向电压（V_F）：1.5 V（典型值）@ I_F=20 mA - LED在指定电流下工作时的压降。低电压值有利于低压电路。
• 视角（2θ_1/2）：±20°（典型值） - 辐射强度至少为峰值强度一半时的角度跨度。这定义了光束的宽度。

3. 性能曲线分析

规格书提供了多张图表，说明了器件在不同条件下的行为。

3.1 正向电流与环境温度关系

图1显示了最大允许正向电流随环境温度升高而降额的情况。为防止过热，在高于25°C的环境下工作时必须降低电流。这条曲线对于热管理设计至关重要。

3.2 光谱分布

图2绘制了相对强度与波长的关系，确认了峰值波长约为940 nm，带宽约为50 nm。这种与硅探测器响应度（峰值在900-1000 nm附近）的匹配，使传感器系统中的信号强度最大化。

3.3 相对强度与正向电流关系

图3展示了光输出与驱动电流之间的关系。输出随电流增加而增加，但在极高电流下可能因发热和效率下降而变得非线性。在推荐范围内工作可确保性能稳定。

3.4 正向电流与正向电压关系

图4是I-V特性曲线。它显示了典型的二极管指数关系。该曲线凸显了使用限流电阻或恒流驱动器的重要性，因为电压在拐点后稍有增加就会导致电流急剧、可能具有破坏性的增加。

3.5 角度位移

图5绘制了相对于中心轴角度的相对辐射强度，定义了空间发射模式（朗伯型或其他）。这对于光学设计至关重要，决定了光在目标区域的分布方式。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

该LED具有紧凑的SMD封装尺寸。关键尺寸包括本体尺寸约为2.0mm x 1.25mm，高度约为0.8mm。详细图纸规定了焊盘布局、端子间距和透镜几何形状。除非另有说明，公差通常为±0.1mm。规格书提供了建议的焊盘布局（焊盘图形）供PCB设计参考，但应根据具体的制造工艺和热要求进行优化。

4.2 极性标识

该元件采用反向封装。极性通过本体上的标记或封装焊盘图形的形状来指示。正确的方向对于电路工作至关重要。

4.3 载带尺寸

该器件以8mm宽压纹载带形式提供，卷绕在直径为7英寸的卷盘上。载带节距和凹槽尺寸均有规定，以确保与自动贴片组装设备的兼容性。每卷包含2000片。

5. 焊接与组装指南

5.1 存储与操作

LED具有湿敏性（MSL）。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，其"车间寿命"为168小时（7天）。超过此时间，在回流焊前需要进行烘烤（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。关键参数包括预热区、缓慢的升温斜率、峰值温度不超过260°C且持续时间不超过5秒，以及受控的冷却阶段。同一器件不应进行超过两次的回流焊。

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、功率低于25W的烙铁。每个端子的接触时间必须少于3秒。对于返修，建议使用双头烙铁同时加热两个端子，以避免机械应力。任何返修后都应验证对器件特性的影响。

5.4 关键注意事项

• 电流保护：必须使用外部串联电阻来限制正向电流。陡峭的I-V曲线意味着微小的电压波动都可能导致灾难性的过流。
• 机械应力：避免在焊接期间或之后对LED本体施加力。不要在已安装LED的附近弯曲PCB。

6. 应用建议与设计考量

6.1 典型应用场景

• PCB安装红外传感器：用作接近传感器、物体检测和位置编码中的光源。
• 微型光栅/光电开关：与光电探测器配对，创建可中断的光束，用于计数、安全光幕或限位开关。
• 软盘驱动器（传统应用）：历史上用于磁道检测。
• 烟雾探测器：用于遮光型探测器，其中烟雾颗粒散射光束。

6.2 设计考量

• 驱动电路：实现恒流源或带有精确计算的限流电阻的电压源（R = (V_电源- V_F) / I_F）。
• 光学对准：±20°的视角要求与接收探测器仔细对准，以实现最佳信号耦合，尤其是在窄光束应用中。
• 热管理：确保足够的PCB铜箔面积或散热过孔以散发热量，特别是在较高电流或较高环境温度下驱动时。
• 电气噪声：在敏感的模拟传感电路中，考虑屏蔽或调制LED驱动信号，以将其与环境光和电气噪声区分开来。

7. 技术对比与差异化

与标准红外LED相比，IR25-21C/TR8的反向封装提供了可能更低的剖面高度和不同的辐射模式。其关键差异化在于与硅探测器的特定光谱匹配，这可以在探测器系统中产生比波长偏离峰值的LED更高的信噪比。符合无卤和现代环保标准使其适用于绿色电子倡议。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

8.1 为什么限流电阻是绝对必需的？

二极管的指数型I-V特性意味着，超过正向电压拐点（约1.5V）后，电流会随着电压的微小增加而急剧增加。如果没有电阻来设定工作点，微小的电源变化或温度变化都可能将电流推至超过100mA的最大值，从而立即损坏LED。

8.2 "与硅光探测器光谱匹配"是什么意思？

基于硅的光电二极管和光电晶体管具有特定的响应度曲线；它们对800-1000 nm附近的光最敏感。该LED在940 nm处的峰值发射正好落在这个高灵敏度区域内，确保探测器将LED光功率的最大部分转换为电流，从而提高系统效率和探测距离。

8.3 168小时的车间寿命有多关键？

对于可靠的组装来说非常关键。吸收到塑料封装中的湿气在高温回流焊接过程中会迅速汽化，导致内部分层、裂纹或键合线损坏（"爆米花"效应）。遵守车间寿命规定或进行适当的烘烤可以防止这种失效模式。

9. 实际应用案例

设计纸张计数器：在办公设备中，IR25-21C/TR8可以安装在纸张路径的一侧，正对着另一侧的光电晶体管。当没有纸张时，红外光束到达探测器，产生高电平信号。当一张纸通过时，它会中断光束，导致探测器信号下降。此事件由微控制器计数。940nm波长不可见且不受环境室内光影响。低正向电压允许系统由3.3V或5V逻辑电源供电，通过一个简单的串联电阻（例如，(5V - 1.5V)/0.02A = 175Ω）将LED电流设定在安全的20mA。

10. 工作原理简介

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区的电子和来自p区的空穴被注入到结区。当这些载流子复合时，它们会释放能量。在GaAlAs材料体系中，这种能量主要以红外光谱（波长长于可见红光，通常为700nm至1mm）中的光子（光粒子）形式释放。镓、铝、砷化物层的具体成分决定了峰值发射波长。透明的环氧树脂封装充当透镜，将发射的光塑造成定义的光束模式。

11. 行业趋势与发展

用于传感的光电子学趋势继续朝着小型化、更高效率和集成化方向发展。虽然像IR25-21C/TR8这样的分立LED在灵活性和性能方面仍然至关重要，但将发射器、探测器和信号调理电路集成在单个封装中的集成传感器模块市场正在不断增长。这些模块简化了设计，但可能对特定应用的优化较少。另一个趋势是数据通信应用（如红外遥控器）对更高速调制的需求，这需要具有快速上升/下降时间的LED。环境合规性（RoHS、REACH、无卤）已成为标准要求，而非差异化因素。高效红外发射的基础技术不断完善，研究人员正在探索用于不同波长范围的新材料体系，如InGaN。