IR67-21C/TR8 顶视红外发光二极管规格书 - SMD封装 - 940nm峰值波长 - 120°视角 - 中文技术文档

1. 产品概述

IR67-21C/TR8是一款采用微型表面贴装器件（SMD）封装的顶视红外发光二极管。该器件采用顶部为平透镜的透明塑料封装，设计用于兼容现代红外和气相回流焊接工艺。其主要功能是发射峰值波长与硅光电二极管和光电晶体管相匹配的红外光，使其成为各种传感和开关应用中的核心元件。

该元件的主要优势包括其较低的正向电压要求、宽广的120度视角以及符合无铅和RoHS环保标准。其微型SMD外形尺寸允许在印刷电路板上进行高密度贴装，这对于紧凑型消费电子和工业电子产品至关重要。

1.1 核心规格与器件选型

定义IR67-21C/TR8的基本规格是其芯片材料和光学特性。发光芯片由砷化镓铝（GaAlAs）构成，这是一种非常适合产生红外辐射的半导体材料。封装采用透明透镜，不会过滤发射的红外光，从而确保最大的辐射强度输出。这种GaAlAs芯片与透明透镜的组合是专门为传感器应用中的最佳性能而设计的，在这些应用中，检测到的信号强度至关重要。

2. 技术参数：深入客观解读

本节对IR67-21C/TR8红外LED规定的电气、光学和热参数进行详细、客观的分析。理解这些额定值对于可靠的电路设计和确保器件的长期运行完整性至关重要。

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。这些不是推荐的工作条件，而是在任何情况下（包括瞬态事件期间）都不得超过的阈值。

• 连续正向电流（I_F)）：65 mA。这是在环境温度（T_a）为25°C时，可以无限期通过LED结的最大直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP)）：1.0 A。此高电流仅在严格的脉冲条件下允许：脉冲宽度 ≤ 100 µs 且占空比 ≤ 1%。此额定值适用于需要短暂、高强度红外光脉冲的应用。
• 反向电压（V_R)）：5 V。施加超过此值的反向偏置电压可能导致结击穿。
• 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。如降额曲线所示，实际允许的功率会随着环境温度的升高而降低。
• 结到环境热阻（R_thj-a)）：400 K/W。此参数量化了热量从半导体结传递到周围空气的效率。数值越低表示散热越好。根据此值，每耗散一瓦功率，结温将比环境温度升高400°C。
• 焊接温度（T_sol)）：最高260°C，持续时间不超过5秒。这定义了回流焊接温度曲线的容差。

2.2 光电特性

这些参数在25°C的标准测试条件下测量，描述了器件在正常工作下的性能。'典型值'列代表典型或预期值，而'最小值'和'最大值'定义了保证的性能极限。

• 辐射强度（I_e)）：这是每单位立体角发射的光功率（以毫瓦每球面度，mW/sr为单位测量）。在20mA的标准驱动电流下，典型辐射强度为1.5 mW/sr，保证最小值为1.0 mW/sr。在脉冲大电流条件下（100mA，≤100µs，≤1%占空比），强度可达到20 mW/sr的典型值。
• 峰值波长（λ_p)）：940 nm（典型值）。这是LED发射最多光功率的波长。它在光谱上与常见硅基光电探测器的峰值灵敏度相匹配。
• 光谱带宽（Δλ））：45 nm（典型值）。这定义了发射的波长范围，通常在最大强度的一半处测量（半高全宽，FWHM）。以940nm为中心的45nm带宽意味着从大约917.5nm到962.5nm都有显著的发射。
• 正向电压（V_F)）：在20mA时，典型正向电压为1.2V，最大为1.5V。在脉冲100mA条件下，V_F增加到典型的1.4V（最大1.8V）。这种低V_F对于低电压和电池供电应用是有利的。
• 视角（2θ_1/2)）：120度。这是辐射强度下降到其峰值一半时的全角（在轴上测量）。宽广的120°角提供了宽泛、漫射的照明，非常适合目标位置可能变化的接近或存在感应。

3. 性能曲线分析

规格书包含几个特性曲线，说明了关键参数如何随工作条件变化。这些图表对于动态系统设计至关重要。

3.1 功耗与环境温度关系

此降额曲线显示，最大允许功耗（P_d）从25°C时的130 mW线性下降到大约150°C时的0 mW。设计人员必须使用此图来计算其特定最高环境温度下的安全工作电流。例如，如果最高环境温度为85°C，图表显示允许的功耗显著降低，这反过来又限制了最大允许正向电流。

3.2 光谱分布

光谱分布曲线绘制了相对辐射强度与波长的关系。它直观地确认了940nm的峰值波长和大约45nm的光谱带宽。该曲线通常呈高斯形状，以峰值波长为中心。

3.3 峰值发射波长与环境温度关系

此曲线展示了峰值波长的温度依赖性。通常，随着结温升高，LED的峰值波长会向更长波长移动（"红移"）。该图量化了这种偏移，这对于需要精确光谱匹配的应用非常重要，因为探测器的灵敏度也可能与温度相关。

3.4 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

I-V曲线是非线性的，类似于标准二极管。它显示了通过LED的电流与其两端电压之间的关系。该曲线的"拐点"大约在典型正向电压附近。该曲线有助于设计限流电路，特别是用电压源驱动LED时。

3.5 相对辐射强度与角位移关系

此极坐标图说明了空间发射模式。它确认了120°视角，显示了强度是如何分布的。透明封装中平顶LED的模式通常接近朗伯分布，其中强度与法线（中心）夹角的余弦成正比。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

IR67-21C/TR8采用微型SMD封装。尺寸图提供了PCB焊盘设计所需的所有关键尺寸，包括本体长度、宽度、高度、引脚间距和焊盘尺寸。关键尺寸包括整体尺寸（例如，大约3.2mm x 2.8mm，但精确值必须取自图纸）、焊盘之间的距离以及推荐的焊盘图案以确保可靠焊接。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.1mm。

4.2 极性识别

封装包含标记或特征（如凹口、斜角或阴极标记）以识别阳极和阴极端子。在组装过程中必须注意正确的极性，因为施加反向偏置可能会损坏器件。

4.3 载带和卷盘规格

对于自动组装，元件以压纹载带形式提供，卷绕在卷盘上。规格书提供了载带尺寸，包括凹槽尺寸、间距和带宽度。卷盘通常包含2000个元件。这些尺寸对于编程贴片机至关重要。

5. 焊接与组装指南

正确的处理和焊接对于防止LED损坏和确保长期可靠性至关重要。

5.1 回流焊接工艺

该器件兼容红外和气相回流工艺。提供了推荐的无铅焊料温度曲线，规定了预热、保温、回流峰值温度（不得超过260°C）和冷却速率。回流焊接不应超过两次。加热期间不应对LED本体施加应力，焊接后PCB不应翘曲。

5.2 手工焊接

如果必须进行手工焊接，则需要极其小心。烙铁头温度必须低于350°C，每个端子的接触时间不应超过3秒。建议使用低功率烙铁（≤25W）。焊接每个端子之间应至少观察2秒的冷却间隔。规格书强烈建议，手工焊接通常会导致损坏。

5.3 返工与维修

不建议在LED焊接后进行维修。如果不可避免，应使用双头烙铁同时加热两个端子，以最小化热应力。必须事先评估返工期间损坏LED特性的可能性。

6. 存储与湿度敏感性

IR67-21C/TR8对湿度敏感。必须采取预防措施，以防止在回流过程中发生"爆米花"现象（由于蒸汽快速膨胀导致封装开裂）。

• 在准备使用元件之前，不应打开防潮袋。
• 打开前，在≤30°C和≤90%相对湿度（RH）下储存。保质期为一年。
• 打开后，在≤30°C和≤70% RH下储存。"车间寿命"（允许离开袋子的时间）为168小时（7天）。
• 如果硅胶干燥剂变色（表明已饱和）或超过储存时间，则需要在回流前在60 ±5°C下烘烤24小时。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

IR67-21C/TR8设计用于广泛的光电应用，其中使用不可见的红外光进行传感或信号传输。

• 传感器：用作接近传感器、物体检测和循线机器人的光源。
• 光电开关：构成光遮断器或槽型开关的一半，其中物体中断LED和光电探测器之间的光束。
• 消费电子产品：用于电视、录像机和其他音视频设备的遥控发射器（尽管通常使用更高功率的LED以获得更远距离）。
• 成像：用于安防摄像机的红外照明，特别是在低光或夜视模式下。
• 安全设备：可用作某些使用光学散射原理的烟雾探测器中的组件。

7.2 关键设计考虑因素

• 限流：外部限流电阻是绝对必需的。LED表现出陡峭的I-V特性，意味着电压的微小增加会导致电流的大幅增加，如果控制不当，会立即烧毁。电阻值使用欧姆定律计算：R = (V_电源- V_F) / I_F.
• 热管理：虽然SMD封装通过PCB焊盘散热，但必须仔细关注功耗降额曲线，尤其是在高环境温度环境中。足够的PCB铜面积（散热焊盘）有助于降低结温。
• 光谱匹配：确保所选光电探测器（光电二极管、光电晶体管）在940nm附近具有峰值灵敏度，以获得最佳系统信噪比。
• 光学设计：120°视角提供了广泛的覆盖范围。对于更长距离或更定向的光束，可能需要辅助光学器件（透镜）。

8. 包装与订购信息

8.1 包装程序

LED包装在含有干燥剂和湿度指示卡的防潮铝袋中。袋子上贴有标签，包含用于追溯和正确应用的关键信息。

8.2 标签规格

标签包括几个字段：客户部件号（CPN）、制造商部件号（P/N）、包装数量（QTY）、批号（LOT NO）以及光学分档信息，如类别（CAT，可能用于辐射强度）和色调（HUE，用于峰值波长）。也可能存在参考代码（REF）。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：如果连续电流仅为65mA，那么1.0A峰值正向电流额定值的用途是什么？
答：峰值电流额定值允许LED以非常短的高功率脉冲驱动。这在诸如距离测量（飞行时间）或数据传输等应用中很有用，这些应用需要短暂、强烈的红外光爆发以克服环境噪声或传播更远距离，而不会产生过多的平均热量。

问：如果我的应用环境温度为50°C，我如何确定安全工作电流？
答：您必须使用功耗与环境温度降额曲线。在曲线上找到对应于50°C的点，以确定在该温度下的最大允许功耗（P_d(max)）。然后，使用您期望电流下的典型正向电压（V_F），计算最大安全电流：I_F(max)= P_d(max)/ V_F。始终要包含安全裕量。

问：我可以将此LED用于电视遥控器吗？
答：虽然它以正确的波长发射（940nm是遥控器的标准），但其在20mA下的辐射强度（典型1.5 mW/sr）可能低于专用的遥控器LED，后者通常驱动电流更大或具有不同的光学设计以获得更远距离。它可以用于短距离遥控器，但对于典型的客厅距离，专门为更高输出而设计的组件可能更合适。

问：为什么存储和烘烤程序如此具体？
答：塑料SMD封装会从空气中吸收水分。在高温回流焊接过程中，这些吸收的水分会迅速变成蒸汽，产生内部压力，可能导致封装分层或芯片开裂（"爆米花"现象）。受控的存储和烘烤程序是行业标准（基于JEDEC MSL等级），旨在焊接前安全地去除这些水分。

10. 工作原理与技术背景

10.1 基本工作原理

红外发光二极管（IR LED）基于半导体p-n结中的电致发光原理工作。当施加正向电压时，来自n型材料的电子和来自p型材料的空穴被注入结区。当这些电荷载流子复合时，它们会释放能量。在GaAlAs半导体中，这种能量主要以红外光谱（约940nm）的光子形式释放。特定波长由半导体材料的带隙能量决定，这是通过调整晶体中铝与镓的比例来实现的。

10.2 在光电系统中的作用

在典型的传感系统中，IR67-21C/TR8充当有源信号源。其光线要么被探测器直接接收（用于透射传感），从目标反射回来（用于接近/反射传感），要么被物体中断（用于遮断光束传感）。探测器将调制或中断的红外光转换为电信号进行处理。940nm波长是理想的选择，因为它对人眼不可见，避免了大多数环境可见光的干扰，并且与廉价硅探测器的高灵敏度区域对齐，同时与更长的红外波长相比，不易被空气和常见材料吸收。

10.3 行业趋势与背景

像IR67-21C/TR8这样的SMD红外LED的发展是由电子产品组装的小型化和自动化驱动的。趋势是更小的封装尺寸、更高的单位面积辐射强度、改进的热性能以及更严格的分档以确保一致的性能。同时，对新半导体材料（如用于不同红外波段的硅基InGaN）以及将LED驱动器、传感器和信号处理集成在单个模块中的集成解决方案（例如接近传感器模块）的研究也在持续进行。随着物联网（IoT）、汽车传感（例如车内监控）和工业自动化的扩展，对可靠、低成本红外组件的需求持续增长。