IRR60-48C/TR8 LED 數據表 - 尺寸 6.0x4.8x1.1mm - 電壓 1.4-2.1V - 功率 50-70mW - 雙波長 660nm/905nm - 英文技術文件

1. 產品概述

IRR60-48C/TR8 是一款微型表面貼裝器件（SMD）紅外發射二極管。它是一個雙色元件，在單一封裝內包含兩個不同的半導體芯片：一個發射波長為660nm（紅色，AlGaInP材料），另一個發射波長為905nm（紅外線，AlGaAs材料）。該器件封裝於具有平頂透鏡的透明塑料封裝中，設計用於兼容自動貼裝系統以及標準紅外線或氣相回流焊接製程。

此元件嘅主要設計目標係同矽基光電探測器（例如光電二極管同光電晶體管）進行光譜匹配。此特性令其特別適用於需要精確光耦合嘅感測應用。該器件符合現代環保標準，不含鹵素，並符合RoHS同歐盟REACH法規。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

此等額定值定義咗器件可能發生永久損壞嘅極限。喺此等條件下操作並無保證。

• 連續正向電流 (I_F)：兩種波長均為 30 mA。此為可持續施加嘅最大直流電流。
• 峰值正向電流 (I_FP): 150 mA。此額定值僅適用於脈衝寬度 ≤10μs 且佔空比 ≤1% 的脈衝條件下。
• 反向電壓 (V_R): 5 V。反向偏壓超過此電壓可能導致接面擊穿。
• 功耗 (P_d): 660nm 晶片為 70 mW，905nm 晶片為 50 mW，於環境溫度 25°C 或以下測量。此差異反映了不同半導體材料的典型效率與熱特性。
• 熱阻，接面至環境 (R_θj-a): 550 K/W。此參數表示熱量從半導體接面傳遞到周圍環境的效率。數值越低表示散熱效能越好。
• Operating & Storage Temperature Range: -25°C 至 +85°C。
• 焊接温度 (T_sol): 最高 260°C，持续时间不超过 5 秒，此为无铅回流焊工艺的典型条件。

2.2 電氣光學特性

此为典型性能参数，测量条件为 25°C 及正向电流 20mA，除非另有说明。

• 辐射强度 (I_E): 此为单位立体角（球面度）内发射的光功率。对于 660nm（红色）芯片，典型值为 2.3 mW/sr（最小值 1.0）。对于 905nm（红外）芯片，典型值为 1.0 mW/sr（最小值 0.5）。
• 总辐射功率 (P_o): 所有方向發射嘅總光功率。典型數值係紅光為7.0 mW，紅外光為3.0 mW。
• 峰值波長 (λ_p): 輻射發射最強嘅波長。紅光晶片中心波長為660nm（範圍657-663nm）。紅外光晶片中心波長為905nm（範圍895-915nm）。
• 光譜帶寬 (Δλ): 發射光譜喺最大強度一半時嘅寬度（半高全寬 - FWHM）。典型數值係紅光為20nm，紅外光為60nm。紅外光晶片較寬嘅帶寬係AlGaAs材料嘅特性。
• 正向電壓 (V_F): 二極管導通時兩端嘅電壓降。紅光晶片通常需要2.10V（範圍1.80-2.50V）。紅外光晶片通常需要1.40V（範圍1.10-1.60V）。呢個差異對於電路設計至關重要，特別係用同一電源驅動兩種晶片時。
• 視角 (2θ_1/2): 輻射強度至少為峰值一半時嘅角度範圍。紅光晶片嘅典型視角為140°，而紅外光晶片為130°。平頂透鏡有助於實現呢種寬視角。

3. 性能曲線分析

3.1 正向電流 vs. 環境溫度

降額曲線顯示，最大允許連續正向電流隨環境溫度升高而下降。這是防止熱失控的關鍵設計考量。紅色與紅外線晶片的曲線均呈現相似的負斜率，強調了在高溫環境或大電流應用中需要充分的熱管理。

3.2 光譜分佈

光譜圖展示了不同波長的相對輻射強度。660nm 紅光發射呈現出尖銳而窄的峰值，這是 AlGaInP 材料的特徵。905nm 紅外光發射則顯示出更寬、類似高斯分佈的曲線，這是 AlGaAs 的典型特徵。這種光譜純度（對紅光而言）與頻寬（對紅外光而言）是感測器系統設計的關鍵，影響濾光片選擇與信噪比。

3.3 輻射強度 vs. 正向電流

呢啲圖表顯示，喺標準操作範圍內，兩款芯片嘅驅動電流同光輸出之間幾乎呈線性關係。呢種線性特性令到模擬調製應用中嘅光輸出控制更為簡便。兩款波長嘅線條斜率（效率）有所不同。

3.4 正向電流 vs. 正向電壓 (I-V曲線)

I-V 曲線顯示出二極管典型嘅指數關係。開啟電壓清晰可見，並且兩款芯片之間存在差異（紅色芯片較高）。曲線喺脈衝條件下（100μs 脈衝，1/100 佔空比）量度，以盡量減少自熱效應，從而提供最準確嘅結特性表示。

3.5 相對輻射強度與角位移

呢啲極座標圖直觀咁展示咗視角。兩款芯片嘅強度分佈大致呈朗伯分佈（類似餘弦），其中紅色芯片嘅分佈略為寬闊。呢個資訊對於設計光學系統至關重要，以確保適當嘅照明覆蓋範圍或與探測器嘅對準。

4. 機械與封裝資料

該器件採用緊湊型SMD封裝，尺寸為長6.0毫米、寬4.8毫米、高1.1毫米。封裝外形圖提供了PCB焊盤設計的關鍵尺寸，包括焊盤尺寸、位置和禁布區。元件採用平頂透明塑膠模壓外殼，頂部充當透鏡。極性由封裝標記指示，在放置時必須注意以確保正確的電氣操作。

5. 焊接與組裝指引

5.1 回流焊接

該元件兼容峰值溫度為260°C的無鉛回流焊接溫度曲線。嚴格遵守建議的溫度-時間曲線至關重要，以避免熱衝擊或損壞塑膠封裝。同一器件不應進行超過兩次回流焊接。必須避免加熱期間對LED本體的應力以及焊接後電路板的翹曲。

5.2 手工焊接

如需進行維修手工焊接，必須極度謹慎。烙鐵頭溫度應低於350°C，每個端子的接觸時間不應超過3秒。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。焊接每個端子之間應至少間隔2秒。建議使用雙頭烙鐵進行拆卸以最小化熱應力，但其對器件特性的影響應事先驗證。

5.3 储存及濕度敏感度

本裝置對濕度敏感。預防措施包括：

• 請勿在準備使用前打開防潮袋。
• 未開封的防潮袋應儲存於≤30°C及≤90%相對濕度環境中，並在一年內使用。
• 開封後，應儲存於≤30°C及≤60%相對濕度環境中，並在24小時內使用。
• 若儲存時間超出規定，或乾燥劑顯示濕氣已滲入，則需在進行回流焊前，以60±5°C烘烤至少24小時。

6. 封裝及訂購資料

本器件以壓紋載帶形式供應，以便自動化處理。標準捲盤包含1000件。載帶尺寸經特別指定，以確保與標準送料系統兼容。防潮包裝由一個內含乾燥劑及濕度指示卡的鋁層壓袋組成。袋上標籤包含客戶部件編號 (CPN)、生產編號 (P/N)、數量、等級代碼 (CAT, HUE)、參考編號、批次編號及原產國等欄位。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 光學傳感器：雙波長設計使其可用於反射式或透射式傳感器，進行物體檢測、計數或位置感測。905nm波長常用於不希望有可見光的場合，而660nm紅光則可作為可見指示燈或用於特定的光度感測。
• 醫療脈搏血氧儀：660nm 同 905nm（或 940nm）波長係脈搏血氧儀中用於測量血氧飽和度（SpO2）嘅標準波長。器件嘅光譜與矽探測器匹配對呢個應用至關重要。
• 工業自動化：用於光學編碼器、邊緣檢測系統同安全光幕。

7.2 設計考量

• 電流限制：當由電壓源供電時，必須使用外部串聯電阻。其 I-V 曲線斜率陡峭，意味住微小嘅電壓變化會導致巨大嘅電流變化，可能即刻損壞 LED。
• 熱管理：** 指定嘅熱阻（550 K/W）相對較高。如需喺高電流或溫暖環境下連續運行，建議採用具有足夠銅面積以散熱嘅 PCB 佈局，以將接面溫度維持喺限值內。
• 光學設計: 寬廣視角可能需要輔助光學元件（透鏡、光圈）來將光線準直或聚焦，以執行特定感測任務。水清透鏡適用於發射模式要求不嚴格或使用外部光學元件的應用。
• 驅動電路: 如果兩個晶片需要獨立驅動或多工驅動，則必須考慮其不同的順向電壓。為獲得穩定的光學輸出，恆流驅動器優於恆壓驅動器。

8. 技術比較與差異化

IRR60-48C/TR8 的主要區別在於其雙波長、單一封裝設計。與使用兩個獨立 SMD LED 相比，這具有顯著優勢：

• 節省空間: 可減少 50% 的 PCB 佔用面積。
• 簡化組裝：只需放置一個元件，提高生產效率並降低組裝成本。
• 改善對準：兩個發射點位於同一封裝內，確保了完美的空間對準，適用於需要兩種波長照射同一點位的應用。這在脈搏血氧儀等裝置中至關重要。
• 材料相容性：使用AlGaInP製造紅光LED，相比舊技術如GaAsP，能提供更高效率和更佳的光譜純度；而AlGaAs紅外線晶片則能在近紅外區域提供強勁輸出。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以同時以每顆30mA的最大連續電流驅動兩顆LED晶片嗎？
答：不可以。必須考慮總功耗。同時以30mA操作很可能會超出封裝的散熱能力，導致過熱。必須根據環境溫度和特定應用的工作週期進行降額。

問：為何在相同電流下，紅外線晶片的輻射強度低於紅色晶片？
A> This is primarily due to the difference in eye sensitivity (photopic vs. radiometric measurement) and the inherent conversion efficiency of the different semiconductor materials (AlGaAs vs. AlGaInP) at their respective wavelengths. The Total Radiated Power metric provides a better comparison of total optical output.

問：數據表顯示焊接溫度為260°C，但我的回流焊溫度曲線峰值為245°C。這樣可以接受嗎？
答：可以，峰值溫度245°C是可接受的，甚至可能更可取，因為它能讓元件承受較小的熱應力，前提是高於液相線的時間足夠形成良好的焊點。

問：開封後24小時內使用的規定有多關鍵？
答：這對於可靠的回流焊接至關重要。塑料封裝吸收的濕氣可能在回流過程中汽化，導致內部分層、破裂（「爆米花」效應）或焊線損壞。遵守此指南對於實現高製造良率至關重要。

10. 設計與應用案例研究

場景：設計反射式物件感測器
在一個典型的應用中，例如在黑色輸送帶上檢測白色物件，IRR60-48C/TR8 會與矽光電晶體配對使用。將使用 905nm 紅外線晶片進行主要感測，以避免環境可見光的干擾。會以一個設定為 20mA 的恆流源驅動 LED。光線從物件反射後被光電晶體偵測，其輸出訊號由放大器/比較器電路進行調理。紅外線晶片寬達 130° 的視角確保了充足的檢測範圍，降低了對準精度的要求。設計師若使用電壓源，必須包含限流電阻；確保 PCB 佈局提供一定的散熱設計；並且在電路板進行迴流焊接前，遵循嚴格的濕度處理程序。

11. 運作原理

IRR60-48C/TR8 的光發射基於半導體材料中的電致發光原理。當施加超過晶片能隙能量的正向偏壓時，電子和電洞被注入半導體的主動區域並在此復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定：AlGaInP 用於 660nm（紅色），AlGaAs 用於 905nm（紅外線）。水清環氧樹脂封裝保護著晶片，提供機械防護，其成型的頂部表面充當主透鏡，用以控制發射模式。

12. 技術趨勢

如 IRR60-48C/TR8 這類 SMD LED 的發展遵循數個業界趨勢：

• 微型化：持續縮小封裝尺寸（例如從0603到0402），以實現更密集的電子組裝。
• 多晶片集成：將多種波長甚至不同器件類型（LED和光電二極管）結合到單一封裝中，以實現更智能、更緊湊的傳感器模組。
• 提升效率：持續改善內部量子效率以及從半導體材料和封裝中提取光線的效率，從而在相同電輸入下獲得更高的光輸出。
• 增強可靠性：封裝材料和工藝的進步，以承受更高的回流焊溫度、更惡劣的環境條件，並提供更長的使用壽命。
• 標準化：更廣泛地採用標準化的封裝尺寸和光學特性，以提高互換性，並為工程師簡化設計流程。