IR25-21C/TR8 反向封裝紅外線LED規格書 - SMD封裝 - GaAlAs晶片 - 透明透鏡 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

IR25-21C/TR8 係一款微型表面貼裝器件（SMD）紅外線發光二極管。佢採用反向封裝設計，用透明塑膠模壓成型，頂部有球形透鏡。呢個元件嘅主要功能係發射紅外光，其光譜輸出專門匹配矽光電二極管同光電晶體管，令佢成為各種感應應用嘅理想光源。

呢款LED嘅主要優點包括其緊湊嘅雙端封裝，方便PCB安裝同整合到空間受限嘅設計中。佢喺低正向電壓下工作，有助於節能。器件符合主要嘅環境同安全標準，包括RoHS、歐盟REACH，並且無鹵素，確保佢適合現代電子製造。

1.1 器件選擇指南

IR25-21C/TR8 屬於紅外線（IR）LED類別。佢採用砷化鎵鋁（GaAlAs）晶片材料，以高效紅外發射聞名。透鏡係透明嘅，可以讓紅外光最大程度穿透而無需顏色過濾。

2. 技術規格同客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

器件嘅操作極限係喺標準環境溫度（Ta=25°C）下定義嘅。超過呢啲額定值可能會導致永久損壞。

• 正向電流（I_F）：100 mA - 允許通過LED嘅最大連續電流。
• 反向電壓（V_R）：5 V - 可以施加喺反向方向嘅最大電壓。
• 功耗（P_d）：120 mW - 封裝可以作為熱量散發嘅最大功率。
• 工作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C - 可靠操作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +85°C - 器件未通電時安全儲存嘅溫度範圍。
• 焊接溫度（T_s）：最高260°C，持續最多5秒 - LED喺回流焊接期間可以承受嘅峰值溫度同持續時間。

2.2 電光特性

呢啲參數喺Ta=25°C下測量，定義咗LED嘅典型性能。

• 輻射強度（I_e）：40 mW/sr（最小值）@ I_F=20 mA - 呢個係每單位立體角嘅光功率輸出，係LED呢類定向光源亮度嘅關鍵指標。
• 峰值波長（λ_p）：940 nm（典型值） - LED發射最多光功率嘅波長。呢個同常見矽光電探測器嘅峰值靈敏度非常匹配。
• 光譜帶寬（Δλ）：50 nm（典型值） - 發射嘅波長範圍，以峰值強度一半（半高全寬）測量。
• 正向電壓（V_F）：1.5 V（典型值）@ I_F=20 mA - LED喺指定電流下工作時嘅壓降。低數值對低壓電路有益。
• 視角（2θ_1/2）：±20°（典型值） - 輻射強度至少為峰值強度一半嘅角度範圍。呢個定義咗光束嘅寬度。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾幅圖表，說明器件喺唔同條件下嘅行為。

3.1 正向電流 vs. 環境溫度

圖1顯示咗最大允許正向電流隨環境溫度升高而降低嘅情況。為防止過熱，喺高於25°C操作時必須降低電流。呢條曲線對熱管理設計至關重要。

3.2 光譜分佈

圖2繪製咗相對強度對波長嘅關係，確認咗峰值大約喺940 nm同~50 nm帶寬。呢個同矽探測器響應度（峰值大約喺900-1000 nm）嘅匹配，最大化咗感應器系統中嘅信號強度。

3.3 相對強度 vs. 正向電流

圖3展示咗光輸出同驅動電流之間嘅關係。輸出隨電流增加而增加，但喺極高電流下可能由於發熱同效率下降而變得次線性。喺推薦範圍內操作可確保穩定性能。

3.4 正向電流 vs. 正向電壓

圖4係I-V特性曲線。佢顯示咗二極管典型嘅指數關係。條曲線強調咗使用限流電阻或恆流驅動器嘅重要性，因為電壓稍微超過拐點就會導致電流大幅增加，可能造成破壞。

3.5 角度位移

圖5繪製咗相對輻射強度對中心軸角度嘅關係，定義咗空間發射模式（朗伯型或其他）。呢個對光學設計至關重要，決定咗光線喺目標區域嘅分佈方式。

4. 機械同封裝資料

4.1 封裝尺寸

LED具有緊湊嘅SMD佔位面積。關鍵尺寸包括主體尺寸約為2.0mm x 1.25mm，高度約為0.8mm。詳細圖紙指定咗焊盤佈局、端子間距同透鏡幾何形狀。公差通常為±0.1mm，除非另有說明。為PCB設計提供咗建議嘅焊盤圖形（焊盤佈局），但應根據特定製造工藝同熱要求進行優化。

4.2 極性識別

元件採用反向封裝。極性由主體上嘅標記或封裝佔位面積嘅形狀表示。正確方向對電路操作至關重要。

4.3 載帶包裝尺寸

器件以8mm寬嘅凸起載帶供應，捲喺直徑7英寸嘅捲盤上。指定咗帶間距同袋尺寸，以確保同自動貼片組裝設備兼容。每捲包含2000件。

5. 焊接同組裝指引

5.1 儲存同處理

LED對濕度敏感（MSL）。未開封嘅防潮袋必須儲存喺低於30°C同90%相對濕度嘅環境中。一旦開封，喺≤60%相對濕度下儲存時，"車間壽命"為168小時（7日）。超過呢個時間需要喺回流前進行烘烤（例如，60°C下96小時），以防止焊接期間出現"爆米花"損壞。

5.2 回流焊溫度曲線

建議使用無鉛（Pb-free）回流溫度曲線。關鍵參數包括預熱區、漸進式升溫、峰值溫度唔超過260°C最多5秒，以及受控冷卻階段。同一器件唔應進行超過兩次回流。

5.3 手動焊接同返修

如果需要手動焊接，應使用烙鐵頭溫度低於350°C、功率低於25W嘅烙鐵。每個端子嘅接觸時間必須少於3秒。對於返修，建議使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以避免機械應力。任何返修後都應驗證對器件特性嘅影響。

5.4 關鍵注意事項

• 電流保護：必須使用外部串聯電阻來限制正向電流。陡峭嘅I-V曲線意味住輕微嘅電壓波動都可能導致災難性嘅過電流。
• 機械應力：避免喺焊接期間或之後對LED主體施加力。唔好喺已安裝LED附近彎曲PCB。

6. 應用建議同設計考慮

6.1 典型應用場景

• PCB安裝紅外線感應器：用作接近感應器、物體檢測同位置編碼中嘅光源。
• 微型光柵/光學開關：配對光電探測器，創建可中斷光束，用於計數、安全簾或限位開關。
• 軟磁碟機（舊式）：歷史上用於軌道檢測。
• 煙霧探測器：用於遮光式探測器，煙霧粒子散射光束。

6.2 設計考慮因素

• 驅動電路：實現恆流源或帶有精確計算限流電阻嘅電壓源（R = (V_supply- V_F) / I_F）。
• 光學對準：±20°嘅視角需要同接收探測器仔細對準，以獲得最佳信號耦合，特別係喺窄光束應用中。
• 熱管理：確保足夠嘅PCB銅面積或散熱通孔來散熱，特別係喺較高電流或較高環境溫度下驅動時。
• 電氣噪音：喺敏感嘅模擬感應電路中，考慮屏蔽或調製LED驅動信號，以將其同環境光同電氣噪音區分開。

7. 技術比較同差異化

同標準紅外線LED相比，IR25-21C/TR8嘅反向封裝提供咗可能更低嘅外形同唔同嘅輻射模式。其關鍵區別在於同矽嘅特定光譜匹配，呢個可以喺探測器系統中產生比波長偏離峰值嘅LED更高嘅信噪比。符合無鹵素同現代環境標準，令佢適合綠色電子計劃。

8. 常見問題（基於技術參數）

8.1 點解限流電阻係絕對必要？

二極管嘅指數I-V特性意味住，超過正向電壓拐點（大約1.5V）後，電流會隨住電壓嘅極小增加而急劇增加。如果冇電阻來設定工作點，輕微嘅電源變化或溫度變化都可能將電流推至超過100mA嘅最大值，即刻損壞LED。

8.2 "光譜同矽光電探測器匹配"係咩意思？

基於矽嘅光電二極管同光電晶體管具有特定嘅響應度曲線；佢哋對800-1000 nm左右嘅光最敏感。呢款LED喺940 nm嘅峰值發射直接落入呢個高靈敏度區域，確保探測器將LED嘅最大光功率轉換為電流，提高系統效率同範圍。

8.3 168小時車間壽命有幾關鍵？

對可靠組裝非常關鍵。吸收到塑膠封裝中嘅水分喺高溫回流焊接過程中會迅速蒸發，導致內部分層、裂紋或鍵合線損壞（"爆米花"）。遵守車間壽命或進行適當烘烤可以防止呢種故障模式。

9. 實際使用案例

設計紙張計數器：喺辦公室設備中，IR25-21C/TR8可以安裝喺紙張路徑嘅一側，直接對住另一側嘅光電晶體管。當冇紙張時，紅外光束到達探測器，產生高信號。當一張紙通過時，佢中斷光束，導致探測器信號下降。呢個事件由微控制器計數。940nm波長係不可見嘅，並且唔受環境室內光影響。低正向電壓允許系統由3.3V或5V邏輯電源供電，只需一個簡單嘅串聯電阻（例如，(5V - 1.5V)/0.02A = 175Ω）將LED電流設定為安全嘅20mA。

10. 工作原理簡介

紅外線發光二極管（IR LED）係一種半導體p-n結二極管。當正向偏置時，來自n區嘅電子同來自p區嘅空穴被注入結區。當呢啲電荷載流子復合時，佢哋釋放能量。喺GaAlAs材料系統中，呢啲能量主要作為紅外光譜（波長長於可見紅光，通常為700nm至1mm）中嘅光子（光粒子）釋放。鎵、鋁同砷化物層嘅特定成分決定咗峰值發射波長。透明環氧樹脂封裝充當透鏡，將發射光塑造成定義嘅光束模式。

11. 行業趨勢同發展

用於感應嘅光電子學趨勢繼續朝向小型化、更高效率同集成化發展。雖然像IR25-21C/TR8呢類分立LED喺靈活性同性能方面仍然至關重要，但集成感應器模組嘅市場正喺度增長，呢啲模組將發射器、探測器同信號調理電路結合喺單一封裝中。呢啲模組簡化咗設計，但可能對特定應用嘅優化較少。另一個趨勢係數據通信應用（如紅外遙控器）對更高速度調製嘅需求，呢個需要具有快速上升/下降時間嘅LED。環境合規（RoHS、REACH、無鹵素）已成為標準要求，而唔係差異化因素。高效紅外發射嘅底層技術繼續完善，研究針對唔同波長範圍嘅新材料系統，如InGaN。