1.8mm 圓形超微型紅外線LED IR42-21C/TR8 規格書 - 直徑1.8mm - 電壓1.2V - 功率130mW - 水清透鏡 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

IR42-21C/TR8 係一款超微型、表面貼裝嘅紅外線發射二極管，專為緊湊型光電應用而設計。佢採用直徑1.8mm嘅圓形封裝，由水清塑膠模製而成，頂部係球形透鏡，可以優化光輸出。呢個元件採用砷化鎵鋁（GaAlAs）晶片材料，其光譜同矽光電二極管同光電晶體管完美匹配，確保喺感測器系統中能夠高效檢測。佢嘅主要設計目標係微型化、兼容自動化組裝流程，以及喺各種消費同工業電子設備中提供可靠性能。

1.1 核心優勢同目標市場

呢款LED為設計師提供咗幾個關鍵優勢。佢嘅低正向電壓（典型值1.2V）有助於節能運作。呢個元件完全符合無鉛（Pb-free）、RoHS、歐盟REACH同無鹵素法規（溴<900ppm，氯<900ppm，溴+氯<1500ppm），適合對環保標準嚴格嘅全球市場。佢兼容紅外線同氣相回流焊接工藝，方便大批量、自動化嘅PCB組裝。主要目標市場包括緊湊型紅外線感測器、自動化用微型光柵、軟碟機（用於舊式或專用系統）、通用光電開關，以及需要隱形紅外線光源嘅煙霧探測系統嘅製造商。

2. 深入技術參數分析

IR42-21C/TR8 嘅性能由一組絕對最大額定值同電光特性定義，測量標準環境溫度（Ta）為25°C。理解呢啲參數對於可靠嘅電路設計同確保LED喺其安全工作區（SOA）內運作至關重要。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能導致器件永久損壞嘅應力極限。絕對唔可以超過，即使係瞬間都唔得。連續正向電流（IF）額定值為65 mA。最大允許反向電壓（VR）為5 V。器件可以喺環境溫度範圍（Topr）-25°C 至 +85°C 內運作，並可以喺 -40°C 至 +85°C 之間儲存（Tstg）。回流焊接過程中，焊接溫度（Tsol）喺5秒或更短時間內唔可以超過260°C。喺25°C或以下嘅自由空氣溫度下，總功耗（Pd）為130 mW。超過任何呢啲限制都會有災難性故障或加速老化嘅風險。

2.2 電光特性

呢啲參數通常喺正向電流（IF）為20 mA時測量，定義咗器件嘅功能性能。輻射強度（Ie）係衡量每單位立體角發出嘅光功率，最小值為1.0 mW/sr，典型值為3.0 mW/sr。峰值波長（λp）典型值為940 nm，屬於近紅外光譜，非常適合矽基探測器。光譜帶寬（Δλ）典型值為45 nm，定義咗發出嘅波長範圍。正向電壓（VF）喺20 mA時典型值為1.2 V，最大值為1.5 V。當施加5 V反向偏壓時，反向電流（IR）最大值為10 µA。視角（2θ1/2）定義為輻射強度下降到峰值一半時嘅全角，典型值為30度，提供中等聚焦嘅光束。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條特性曲線，說明關鍵參數點樣隨運作條件變化。呢啲圖表對於理解25°C單點規格以外嘅實際行為至關重要。

3.1 正向電流 vs. 環境溫度

呢條曲線顯示咗允許嘅連續正向電流同環境溫度之間嘅關係。隨著環境溫度升高，最大允許正向電流線性下降。呢種降額係必要嘅，以防止結溫超過其極限，而結溫極限同功耗額定值有關。設計師必須使用呢個圖表，根據其應用嘅最高預期環境溫度選擇合適嘅運作電流。

3.2 光譜分佈

光譜分佈曲線繪製咗相對輻射強度對波長嘅關係。佢直觀地確認咗940 nm嘅峰值波長同大約45 nm嘅光譜帶寬。條曲線係不對稱嘅，呢個係LED發射光譜嘅典型特徵。呢個信息對於需要同光電探測器嘅響應度曲線進行特定光譜匹配嘅應用至關重要。

3.3 正向電流 vs. 正向電壓

呢條IV（電流-電壓）特性曲線同所有二極管一樣，係非線性嘅。佢顯示，正向電壓稍微超過膝點電壓，就會導致正向電流呈指數級大幅增加。呢個強調咗使用串聯限流電阻或恆流驅動器嘅極端重要性，以防止熱失控同過流導致LED損壞。

3.4 相對輻射強度 vs. 角度位移

呢個極座標圖說明咗LED嘅空間發射模式。強度歸一化到0度（軸上）嘅最大值。條曲線顯示強度點樣隨觀察角度增加而下降，定義咗強度為峰值50%時嘅30度視角。對於呢種圓頂形封裝，模式通常係朗伯型（類似餘弦），對於計算探測器上嘅輻照度好有用。

4. 機械同封裝信息

4.1 封裝尺寸

器件封裝喺一個緊湊嘅圓形SMD封裝內，直徑為1.8mm。規格書中嘅詳細機械圖紙提供咗所有關鍵尺寸，包括本體高度、引腳間距同透鏡幾何形狀。所有尺寸均以毫米為單位，除非另有說明，標準公差為±0.1mm。提供咗建議嘅焊盤佈局供PCB設計參考，但明確指出呢個僅供參考，應根據個別工藝要求同散熱管理需求進行修改。

4.2 極性識別同載帶包裝

封裝有一個平面或類似標記來指示陰極（負極）引腳，呢個對於組裝時嘅正確方向至關重要。對於大批量生產，元件以載帶捲盤形式供應。規格書包含載帶尺寸，指定咗凹槽尺寸、間距同捲盤直徑。標準捲盤包含1000件，呢個係自動貼片機嘅典型配置。

5. 焊接同組裝指引

正確嘅處理同焊接對於可靠性至關重要。LED對濕氣敏感，並喺防潮袋中連同乾燥劑一齊供應。

5.1 儲存同濕度敏感性

打開密封袋之前，LED必須儲存喺30°C或以下同90%相對濕度（RH）或以下嘅環境中。保存期限為一年。打開袋後，元件應保持喺30°C/60%RH或以下，並必須喺168小時（7日）內使用。如果超過儲存時間或乾燥劑顯示有濕氣進入，使用前需要喺60 ± 5°C下烘烤24小時，以去除吸收嘅濕氣，防止回流焊接過程中發生爆米花現象。

5.2 回流焊接參數

呢個器件兼容無鉛（Pb-free）回流焊接溫度曲線。建議使用特定嘅溫度曲線，通常包括預熱階段、保溫區、峰值溫度區（唔超過260°C，最多5秒）同受控冷卻階段。回流焊接唔應該進行超過兩次。加熱期間，唔應該對LED本體或引腳施加任何機械應力，並且PCB焊接後唔應該翹曲。

5.3 手工焊接同返修

如果手工焊接無可避免，必須極度小心。烙鐵頭溫度應低於350°C，同每個端子嘅接觸時間應限制喺3秒或更短。建議使用低功率烙鐵（25W或以下）。焊接每個引腳之間應至少暫停2秒。強烈唔建議喺初次焊接後進行返修。如果絕對必要，應使用專用雙頭烙鐵同時加熱兩個引腳並提起元件，而唔對封裝施加應力。返修期間損壞嘅可能性好高。

6. 應用建議同設計考慮

6.1 典型應用電路

最基本嘅應用電路係LED、限流電阻同電壓源嘅簡單串聯。電阻值（R）使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - LED正向電壓) / 正向電流。例如，使用5V電源，VF為1.2V，所需IF為20mA，R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 歐姆。一個200歐姆嘅電阻會係合適嘅標準值。對於更穩定嘅運作，特別係可變電源電壓時，首選恆流驅動電路。

6.2 紅外線系統設計考慮

設計紅外線感測系統時，必須考慮幾個因素。IR LED同光電探測器之間嘅光學對準至關重要，特別係對於30度光束。通常需要抑制環境光；呢個可以通過調製LED驅動電流同使用同步探測器電路來濾除直流環境光來實現。輻射強度同探測器靈敏度必須匹配所需嘅感測距離。如果喺接近最大額定值下運作，應考慮散熱管理，因為結溫升高會降低光輸出同使用壽命。

7. 技術比較同差異化

同較大嘅通孔IR LED相比，IR42-21C/TR8嘅主要優勢係其微型SMD佔位面積，可以實現更細、更輕、更自動化嘅PCB設計。同其他SMD IR LED相比，佢嘅關鍵差異點係其特定嘅1.8mm圓形封裝尺寸、為矽探測器優化嘅940nm峰值波長，以及符合最新環保法規（無鹵素、REACH）。水清透鏡（相對於有色或擴散透鏡）最大化咗紅外光嘅透射率，喺給定電輸入下產生更高嘅輻射強度。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：點解限流電阻絕對必要？

答：IV曲線顯示LED嘅電壓同電流之間係指數關係。電源電壓嘅輕微增加或LED正向電壓嘅下降（由於溫度）可能導致電流不受控制地大幅飆升，導致立即燒毀。電阻提供線性、穩定嘅阻抗。

問：我可唔可以直接用3.3V微控制器引腳驅動呢個LED？

答：可能得，但唔係最理想。由於VF為1.2V，需要一個串聯電阻。GPIO引腳嘅可用電流通常有限（例如20-25mA）。你必須確保總電流消耗，包括電阻計算（R = (3.3V - 1.2V) / 所需電流），唔超過GPIO嘅電流供應能力。對於更高電流或多個LED，需要晶體管驅動器。

問：光譜同矽光電探測器匹配係咩意思？

答：矽光電二極管同光電晶體管喺近紅外區域（大約800-900nm）具有峰值靈敏度。呢款LED嘅940nm峰值發射喺呢個高響應度區域內，確保從光源到探測器嘅最大信號傳輸效率，從而獲得更好嘅系統信噪比同範圍。

問：濕度敏感性同烘烤指引有幾關鍵？

答：對於SMD元件極度關鍵。吸收嘅濕氣喺高溫回流焊接過程中可能迅速蒸發，導致內部分層、裂紋或爆米花現象，從而損壞器件。遵循MSL（濕度敏感等級）處理程序對於生產良率同長期可靠性至關重要。

9. 實用設計同使用案例分析

場景：設計緊湊型物體檢測感測器。一位設計師需要為一個小型自動化設備創建非接觸式物體檢測感測器。空間有限，需要SMD元件。佢哋選擇IR42-21C/TR8，因為佢體積細小。佢哋將佢同一個光電晶體管配對，採用回射式配置：兩個元件並排放置喺同一塊PCB上，面向同一方向。物體喺前面經過時會將IR光束反射返光電晶體管。設計師使用典型輻射強度（3.0 mW/sr）同光電晶體管嘅靈敏度來計算所需電流，以達到10cm嘅所需檢測範圍。佢哋實現咗一個簡單嘅555定時器電路，以1kHz脈衝驅動LED，探測器電路包括一個調諧到1kHz嘅帶通濾波器，以抑制環境50/60Hz光閃爍同直流陽光。選擇限流電阻以提供15mA驅動電流，遠低於LED額定值，以確保長壽命。緊湊嘅SMD封裝使整個感測器組件可以安裝喺寬度小於15mm嘅外殼內。

10. 工作原理同技術趨勢

10.1 工作原理

紅外線發光二極管（IR LED）基於半導體p-n結中嘅電致發光原理運作。當施加正向電壓時，來自n型區域嘅電子同來自p型區域嘅空穴被注入到結區。當呢啲電荷載流子喺有源區（呢個情況下係GaAlAs晶片）復合時，能量以光子（光）嘅形式釋放。GaAlAs半導體材料嘅特定能帶隙決定咗發射光子嘅波長，對於呢個器件，波長喺紅外光譜（940nm）內。水清環氧樹脂封裝充當透鏡，將發射光塑造成指定嘅視角。

10.2 行業趨勢

光電行業嘅趨勢，同所有電子產品一樣，係進一步微型化、更高效率同更大集成度。雖然IR LED嘅基本原理保持穩定，但封裝技術（更細小嘅佔位面積，如0402或晶片級封裝）、用於更高電光轉換效率（每瓦電輸入更多光輸出）嘅改進外延材料，以及將驅動器同控制邏輯集成到智能LED模組中都有進步。業界亦持續推動更廣泛嘅光譜選擇同能夠喺更高調製速度下運作嘅器件，用於數據通信應用（如IRDA）。環保合規（無鹵素、更低碳足跡製造）仍然係整個行業嘅強勁驅動力。