紅外線LED元件規格書 - 峰值波長940nm - 粵語技術文檔

1. 產品概覽

呢份文檔提供咗紅外線發光二極管元件嘅技術規格。呢個元件主要用喺需要非可見光源嘅系統，例如遙控器、接近感應器同夜視照明。呢個元件嘅核心優勢在於其特定嘅峰值波長，專為配合矽基光電探測器而優化，並且對人眼嘅可見度好低。目標市場包括消費電子、工業自動化、保安系統同汽車應用，呢啲領域都需要可靠嘅紅外線信號傳輸或感應。

2. 深入技術參數分析

提供嘅數據指定咗呢款紅外線LED嘅關鍵光度參數。

2.1 光度特性

定義咗嘅最重要參數係峰值波長 (λp)。

• 峰值波長 (λp):940 納米 (nm)。呢個數值表示LED喺電磁波譜中發出最大光功率嘅特定點。940nm嘅波長完全喺近紅外線範圍內。呢個波長特別有利，因為佢同常見嘅矽光電二極管同光電晶體管嘅峰值靈敏度好匹配，確保咗高效嘅信號傳輸同接收。而且，同較短嘅紅外線波長（例如850nm）相比，940nm嘅光作為微弱紅光嘅可見度更低，令佢更適合隱蔽應用。

紅外線LED嘅其他典型光度參數，例如輻射強度（單位為毫瓦每球面度，mW/sr）、視角（單位為度）同特定電流下嘅正向電壓，喺節錄中並無明確提供，但對於完整電路設計係必不可少嘅。

2.2 電氣參數

雖然提供嘅文本中無列出具體數值，但紅外線LED嘅電氣行為由幾個設計師必須考慮嘅關鍵參數定義。

• 正向電壓 (Vf):當LED導通電流時，兩端嘅電壓降。對於典型嘅基於砷化鎵嘅紅外線LED，喺其額定正向電流下，呢個數值通常喺1.2V到1.6V之間。
• 正向電流 (If):建議嘅連續工作電流。超過最大額定正向電流會導致快速老化或災難性故障。
• 反向電壓 (Vr):當LED處於非導通方向偏壓時，可以承受嘅最大電壓。紅外線LED通常具有非常低嘅反向電壓額定值（通常約為5V），並且容易受到反向電壓尖峰嘅損壞。
• 功耗:轉化為熱同光嘅總電功率 (Vf * If)。需要適當嘅熱管理以防止過熱。

2.3 熱特性

熱管理對於LED嘅壽命同穩定性能至關重要。

• 結溫 (Tj):半導體晶片有源區嘅溫度。最大允許結溫係一個關鍵限制。
• 熱阻 (Rθj-a):呢個參數以攝氏度每瓦 (°C/W) 為單位，表示熱量從LED結點傳遞到周圍空氣嘅效率。數值越低表示散熱能力越好。包裝設計對呢個數值影響好大。
• 降額曲線:顯示最大允許正向電流如何隨著環境溫度或結溫升高而降低嘅圖表。喺呢啲限制內操作對於可靠性至關重要。

3. 分級系統解說

大規模LED生產會導致關鍵參數出現差異。分級係根據測量到嘅性能將元件分類成組（級別）嘅過程，以確保最終用戶嘅一致性。

3.1 波長分級

對於呢款940nm紅外線LED，元件會根據其實際峰值波長進行測試同分級。例如，級別可能定義為935-940nm、940-945nm等。如果應用需要精確嘅光譜匹配，呢樣可以讓設計師選擇波長公差更緊嘅LED。

3.2 輻射強度 / 光功率分級

LED亦會根據其輻射輸出進行分級。對於需要均勻亮度或特定信號強度嘅應用，呢一點至關重要。級別由標準化測試電流下嘅最小同最大輻射強度值定義（例如，20-25 mW/sr、25-30 mW/sr）。

3.3 正向電壓分級

為咗簡化限流電路設計並確保並聯陣列中行為一致，LED會按正向電壓 (Vf) 分級。常見嘅級別可能將Vf介乎1.2V-1.3V、1.3V-1.4V之間嘅LED歸為一組，如此類推。

4. 性能曲線分析

圖形數據對於理解器件喺唔同工作條件下嘅行為至關重要。

4.1 電流-電壓 (I-V) 特性曲線

呢條曲線繪製正向電流 (If) 對正向電壓 (Vf) 嘅關係。佢顯示咗二極管典型嘅指數關係。呢條曲線用於確定工作點同設計適當嘅限流電阻或驅動電路。電流開始快速增加嘅膝點電壓係一個關鍵特徵。

4.2 溫度依賴性

有幾條曲線說明溫度嘅影響。

• 正向電壓 vs. 溫度:通常顯示Vf隨著結溫升高而線性下降（紅外線LED約為-2mV/°C）。對於恆流驅動器嚟講，呢一點好重要。
• 輻射強度 vs. 溫度:顯示光輸出如何隨著溫度升高而降低。呢種降額對於喺高環境溫度下運行嘅應用至關重要。
• 相對光譜分佈 vs. 溫度:展示峰值波長可能隨著溫度升高而輕微偏移（通常向更長波長偏移）。

4.3 光譜分佈

呢個圖表繪製相對輻射功率對波長嘅關係。佢顯示咗940nm處嘅峰值同光譜帶寬（通常係半高全寬，或FWHM，紅外線LED通常約為40-50nm）。帶寬越窄表示光越單色。

5. 機械與包裝資訊

提供嘅節錄包含特定包裝細節。

5.1 包裝層級

元件受到多層包裝系統保護:

• 靜電放電 (ESD) 防護袋:用於存放單個LED元件或捲盤嘅主要容器。呢個袋由靜電消散材料製成，以防止喺處理同儲存期間因靜電放電而造成損壞。
• 內盒:一個裝有多個ESD袋或捲盤嘅細盒或托盤，提供物理結構同額外保護。
• 外箱:裝有多個內盒嘅主要運輸容器。佢設計用於喺運輸同儲存期間保持堅固。

5.2 包裝數量

文檔明確列出包裝數量作為關鍵參數。呢個係指一個標準運輸單位內包含嘅單個LED元件數量（例如，每捲、每管或內盒內每袋）。對於表面貼裝器件，常見數量為每捲1000、2000或5000件。

5.3 物理尺寸與極性

雖然無提供確切尺寸，但典型嘅紅外線LED封裝（例如3mm或5mm通孔LED，或0805、1206等表面貼裝封裝）會有詳細嘅機械圖紙。呢張圖紙指定咗本體長度、寬度、高度、引腳間距同引腳尺寸。至關重要嘅係，佢包括極性識別，通常通過透鏡上嘅平邊、較短嘅引腳、封裝上嘅圓點或焊盤圖案上嘅特定標記來指示陰極（負極側）。

6. 焊接與組裝指引

正確組裝對於可靠性至關重要。

6.1 回流焊溫度曲線

對於表面貼裝紅外線LED，必須遵循建議嘅回流焊溫度曲線。呢個包括:

• 預熱/升溫速率:通常每秒1-3°C，以避免熱衝擊。
• 保溫區:喺低於焊料液相線溫度下嘅一段時間，用於激活助焊劑並使電路板溫度均勻。
• 回流焊 (液相線) 區:峰值溫度，必須足夠高以熔化焊料（例如，SAC305為240-250°C），但又要足夠低同時間足夠短，以免損壞LED（封裝本體最高溫度通常為260°C，持續10秒）。
• 冷卻速率:受控嘅冷卻過程，以正確凝固焊點。

6.2 關鍵注意事項

• ESD防護:務必喺ESD安全環境中使用接地手環同導電墊處理元件。
• 濕度敏感等級 (MSL):如果適用，封裝會有MSL等級（例如，MSL 3）。超過其車間壽命嘅元件必須喺回流焊前進行烘烤，以防止爆米花損壞。
• 清潔:僅使用兼容嘅清潔溶劑，唔會損壞LED透鏡或環氧樹脂。
• 機械應力:喺放置或測試期間，避免對LED透鏡施加直接壓力。

6.3 儲存條件

元件應儲存喺其原始未開封嘅ESD袋中，並置於受控環境中。建議條件通常係溫度介乎5°C至30°C之間，相對濕度低於60%。避免暴露喺陽光直射、腐蝕性氣體或過多灰塵中。

7. 包裝與訂購資訊

文檔嘅生命週期數據顯示修訂版: 5同有效期: 永久，表明呢係一份穩定、非停產控制嘅文檔，發佈於2013年5月27日。包裝規格喺第5.1節中有明確定義。訂購代碼或型號通常遵循一種命名約定，對關鍵屬性進行編碼，例如封裝類型、波長級別、強度級別同包裝數量（例如，IR940-SMD1206-B2-2K可能表示一款1206封裝嘅940nm紅外線LED，強度級別B2，以2000件一捲供應）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 紅外線遙控器:用於電視、音響系統同機頂盒。940nm波長係行業標準。
• 接近同存在感應器:用於智能手機通話時停用觸摸屏、自動水龍頭同感應燈開關。
• 物件計數同檢測:用於自動售貨機、工業裝配線同印刷設備。
• 夜視照明:與紅外線敏感攝像頭配對，用於低光條件下嘅監控。
• 光學數據傳輸:用於短距離、低速串行通信 (IrDA) 或工業數據鏈路。

8.2 設計考慮因素

• 驅動電路:務必使用串聯限流電阻或恆流驅動器。切勿將LED直接連接到電壓源。
• 散熱:對於大電流操作或高環境溫度，確保足夠嘅PCB銅面積或外部散熱器，以管理LED嘅熱阻。
• 光學設計:考慮LED嘅視角。根據應用需要，使用透鏡或反射器來準直或擴散光束。
• 光電探測器匹配:確保所選嘅光電探測器（光電二極管、光電晶體管）對940nm具有高靈敏度。如果環境嘈雜，請使用紅外線濾光片阻擋可見光。
• 電氣抗噪性:喺感應器應用中，調製紅外線信號（例如，使用38kHz載波）並使用調諧接收器來抑制來自陽光或熒光燈嘅環境光干擾。

9. 技術比較

同其他紅外線光源相比，呢款940nm LED具有特定優勢。

• 對比 850nm 紅外線LED:940nm光作為微弱紅光嘅可見度低得多，令佢喺隱蔽監控方面更優越。然而，矽光電探測器對940nm嘅靈敏度略低於850nm，大氣吸收亦稍高。
• LED效率高得多，響應時間更快（支持高速調製），機械強度更高，操作壽命長得多（數萬小時）。對比 激光二極管:
• LED具有更寬嘅光譜輸出同更大嘅發光面積，產生更容易用於一般照明同感應嘅擴散光束。佢哋亦明顯更便宜，並且唔需要激光二極管嘅複雜驅動同安全電路。10. 常見問題 (FAQ)

Q1: 940nm峰值波長嘅用途係咩？

A1: 940nm波長係最佳選擇，因為佢同矽光電探測器嘅靈敏度匹配良好，同時對人眼幾乎不可見，令佢成為隱蔽感應同遙控應用嘅理想選擇。
Q2: 我點樣確定正確嘅限流電阻值？

A2: 使用歐姆定律: R = (Vsupply - Vf) / If。你必須知道你嘅電源電壓 (Vsupply)、來自LED規格書或級別嘅正向電壓 (Vf) 同所需嘅正向電流 (If)。務必確保電阻嘅額定功率 (P = (Vsupply - Vf) * If) 足夠。
Q3: 我可以喺戶外使用呢款LED嗎？

A3: 可以，但需要採取預防措施。環氧樹脂透鏡喺長時間紫外線照射下可能會老化。更重要嘅係，明亮嘅陽光含有強烈嘅紅外線成分，可能會使接收器飽和。使用光學濾光片同調製信號對於可靠嘅戶外操作至關重要。
Q4: 點解ESD防護對LED咁重要？

A4: LED中嘅半導體結對高壓靜電放電極度敏感。ESD事件可以立即降低光輸出、增加漏電流，或導致完全故障，而無任何可見損壞。
Q5: 包裝數量係指咩？

A5: 佢指定咗一個標準銷售單位（例如一捲、一管或一個防靜電袋內）供應嘅單個LED元件數量。呢個對於生產計劃同庫存管理至關重要。
11. 實際應用案例

11.1 簡單接近感應器

可以通過將940nm紅外線LED同一個光電晶體管並排放置來構建一個基本反射式感應器。LED由脈衝電流驅動。當有物體靠近時，佢會將紅外線光反射返光電晶體管，導致其集電極電流增加。然後，一個比較器電路可以觸發數字輸出信號。呢個設計用於打印機中嘅紙張檢測同乾手機啟動。

11.2 閉路電視長距離紅外線照明器

對於夜視保安攝像頭，會構建一個由多個高功率940nm LED組成嘅陣列。LED由一個能夠提供幾百毫安電流嘅恆流驅動器驅動。一個菲涅爾透鏡放置喺陣列前面，將光準直成光束，將有效照明範圍擴展到幾十米。對於呢個高功率設計，通過大型鋁散熱器進行熱管理至關重要。

12. 工作原理

紅外線發光二極管係一種半導體p-n結器件。當施加正向偏壓（p側相對於n側施加正電壓）時，來自n區嘅電子被注入穿過結進入p區，而來自p區嘅空穴被注入n區。呢啲少數載流子喺對面區域同多數載流子複合。喺常用於紅外線LED嘅直接帶隙半導體（例如砷化鎵）中，呢個複合事件以光子（光粒子）嘅形式釋放能量。發射光子嘅波長（顏色）由半導體材料嘅帶隙能量 (Eg) 決定，根據公式 λ = hc/Eg，其中h係普朗克常數，c係光速。通過調整半導體合金成分（例如使用AlGaAs或InGaAs），可以精確控制帶隙，從而控制發射波長，產生呢度指定嘅940nm輸出。

13. 技術趨勢

紅外線LED技術領域持續發展。主要趨勢包括:

功率同效率提升:

• 持續嘅材料科學同封裝改進正在產生具有更高輻射通量同電光轉換效率嘅紅外線LED，使得喺相同輸入功率下，器件可以更細或射程更遠。微型化:
• 對更細消費電子產品嘅推動，正將紅外線LED推向更細嘅表面貼裝封裝（例如0402、0201）同芯片級封裝。集成解決方案:
• 有趨勢將紅外線LED、光電探測器、驅動電路同信號處理（例如環境光抑制）結合到單一模組或系統級封裝中，從而為最終用戶簡化設計。擴展至新波長:
• 雖然850nm同940nm佔主導地位，但對其他紅外線波長嘅興趣日益增長，用於專業應用，例如用於人眼安全激光雷達嘅1050nm，或用於氣體感應嘅特定波段。改進熱管理:
• 具有更低熱阻嘅新封裝設計同具有更好導熱性嘅材料，正在延長LED壽命並支持更高嘅驅動電流。New package designs with lower thermal resistance and materials with better thermal conductivity are extending LED lifetimes and enabling higher drive currents.