IR67-21C/TR8 頂部紅外線LED規格書 - SMD封裝 - 940nm峰值波長 - 120°視角 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

IR67-21C/TR8係一款頂視紅外線發光二極管，採用微型表面貼裝器件（SMD）封裝。器件以水清塑膠模製，配有平面頂部透鏡，專為兼容現代紅外線同氣相回流焊接工藝而設計。其主要功能係發射峰值波長與矽光電二極管同光電晶體管匹配嘅紅外線光，令佢成為各種感應同開關應用嘅核心組件。

呢個元件嘅主要優點包括低正向電壓要求、120度寬視角，以及符合無鉛同RoHS環保標準。其微型SMD外形允許喺印刷電路板上進行高密度貼裝，對於緊湊型消費同工業電子產品至關重要。

1.1 核心規格同器件選擇

定義IR67-21C/TR8嘅基本規格係其晶片材料同光學特性。發光晶片由砷化鎵鋁（GaAlAs）製成，呢種半導體材料非常適合產生紅外線輻射。封裝採用水清透鏡，唔會過濾發射嘅紅外線光，確保最大輻射強度輸出。GaAlAs晶片同清透鏡嘅組合專為感應器應用中嘅最佳性能而設計，喺呢啲應用中，檢測到嘅信號強度係關鍵。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節對IR67-21C/TR8紅外線LED指定嘅電氣、光學同熱參數進行詳細、客觀嘅分析。理解呢啲額定值對於可靠嘅電路設計同確保器件長期運行完整性至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義咗可能導致器件永久損壞嘅應力極限。呢啲唔係推薦嘅操作條件，而係任何情況下（包括瞬態事件期間）都唔可以超過嘅閾值。

• 連續正向電流（I_F)）：65 mA。呢個係喺環境溫度（T_a）為25°C時，可以無限期通過LED結嘅最大直流電流。
• 峰值正向電流（I_FP)）：1.0 A。呢個高電流僅喺嚴格嘅脈衝條件下先被允許：脈衝寬度 ≤ 100 µs 且 佔空比 ≤ 1%。呢個額定值適用於需要短暫、高強度紅外線光脈衝嘅應用。
• 反向電壓（V_R)）：5 V。施加超過此值嘅反向偏壓可能導致結擊穿。
• 功耗（P_d)）：25°C時為130 mW。呢個係封裝可以作為熱量散發嘅最大功率。實際允許嘅功率會隨環境溫度升高而降低，如降額曲線所示。
• 熱阻，結到環境（R_thj-a)）：400 K/W。呢個參數量化了熱量從半導體結傳遞到周圍空氣嘅效率。數值越低表示散熱越好。根據呢個數值，每散發一瓦功率，結溫將比環境溫度升高400°C。
• 焊接溫度（T_sol)）：最高260°C，持續時間唔超過5秒。呢個定義咗回流焊接曲線嘅耐受度。

2.2 電光特性

呢啲參數喺25°C嘅標準測試條件下測量，描述了器件喺正常操作下嘅性能。'Typ.'列代表典型或預期值，而'Min.'同'Max.'則定義咗保證嘅性能極限。

• 輻射強度（I_e)）：呢個係每單位立體角發射嘅光功率（以毫瓦每球面度，mW/sr為單位）。喺20mA嘅標準驅動電流下，典型輻射強度為1.5 mW/sr，保證最小值為1.0 mW/sr。喺脈衝高電流條件下（100mA，≤100µs，≤1%佔空比），強度可以達到典型值20 mW/sr。
• 峰值波長（λ_p)）：940 nm（典型值）。呢個係LED發射最多光功率嘅波長。佢喺光譜上與常見矽基光電探測器嘅峰值靈敏度相匹配。
• 光譜帶寬（Δλ））：45 nm（典型值）。呢個定義咗發射嘅波長範圍，通常喺最大強度嘅一半處測量（半高全寬，FWHM）。以940nm為中心嘅45nm帶寬意味著從大約917.5nm到962.5nm都有顯著發射。
• 正向電壓（V_F)）：喺20mA時，典型正向電壓為1.2V，最大值為1.5V。喺脈衝100mA條件下，V_F增加到典型值1.4V（最大1.8V）。呢個低V_F對於低壓同電池供電應用非常有利。
• 視角（2θ_1/2)）：120度。呢個係輻射強度下降到其峰值一半時嘅全角（喺軸上測量）。120°嘅寬角度提供廣闊、漫射嘅照明，非常適合目標位置可能變化嘅接近或存在感應。

3. 性能曲線分析

規格書包含幾條特性曲線，說明關鍵參數如何隨操作條件變化。呢啲圖表對於動態系統設計至關重要。

3.1 功耗 vs. 環境溫度

呢條降額曲線顯示，最大允許功耗（P_d）從25°C時嘅130 mW線性下降到約150°C時嘅0 mW。設計師必須使用呢個圖表來計算針對其特定最高環境溫度嘅安全工作電流。例如，如果最高環境溫度係85°C，圖表顯示允許嘅功耗會顯著降低，從而限制了最大允許正向電流。

3.2 光譜分佈

光譜分佈曲線繪製咗相對輻射強度與波長嘅關係。佢直觀地確認咗940nm峰值波長同大約45nm嘅光譜帶寬。曲線通常呈高斯形狀，以峰值波長為中心。

3.3 峰值發射波長 vs. 環境溫度

呢條曲線展示咗峰值波長嘅溫度依賴性。通常，隨著結溫升高，LED嘅峰值波長會向更長波長偏移（"紅移"）。圖表量化咗呢種偏移，對於需要精確光譜匹配嘅應用非常重要，因為探測器嘅靈敏度也可能與溫度有關。

3.4 正向電流 vs. 正向電壓（I-V曲線）

I-V曲線係非線性嘅，類似標準二極管。佢顯示咗通過LED嘅電流與其兩端電壓之間嘅關係。呢條曲線嘅"拐點"大約喺典型正向電壓附近。該曲線有助於設計限流電路，特別係用電壓源驅動LED時。

3.5 相對輻射強度 vs. 角位移

呢個極坐標圖說明咗空間發射模式。佢確認咗120°視角，顯示咗強度如何分佈。採用清透封裝嘅平面頂部LED嘅模式通常接近朗伯分佈，即強度與法線（中心）夾角嘅餘弦成正比。

4. 機械同封裝信息

4.1 封裝尺寸

IR67-21C/TR8採用微型SMD封裝。尺寸圖提供咗PCB焊盤設計所需嘅所有關鍵尺寸，包括本體長度、寬度、高度、引腳間距同焊盤尺寸。關鍵尺寸包括總體尺寸（例如，大約3.2mm x 2.8mm，但確切值必須從圖紙中獲取）、焊盤之間嘅距離，以及為確保可靠焊接而推薦嘅焊盤圖案。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.1mm。

4.2 極性識別

封裝包括標記或特徵（例如凹口、斜角或陰極標記）來識別陽極同陰極端子。組裝時必須注意正確極性，因為施加反向偏壓會損壞器件。

4.3 載帶同捲盤規格

為咗自動化組裝，元件以凸起載帶形式供應，並捲繞喺捲盤上。規格書提供咗載帶尺寸，包括凹槽尺寸、間距同帶寬。捲盤通常包含2000件。呢啲尺寸對於編程貼片機至關重要。

5. 焊接同組裝指引

正確嘅處理同焊接對於防止LED損壞同確保長期可靠性至關重要。

5.1 回流焊接工藝

該器件兼容紅外線同氣相回流工藝。提供咗推薦嘅無鉛焊接溫度曲線，指定了預熱、保溫、回流峰值溫度（唔超過260°C）同冷卻速率。回流焊接唔應該進行超過兩次。加熱期間唔應該對LED本體施加應力，並且焊接後PCB唔應該翹曲。

5.2 手工焊接

如果需要手工焊接，需要極度小心。烙鐵頭溫度必須低於350°C，每個端子嘅接觸時間唔應該超過3秒。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。焊接每個端子之間應至少觀察2秒嘅冷卻間隔。規格書強烈建議，手工焊接經常會導致損壞。

5.3 返工同維修

唔建議喺LED焊接後進行維修。如果無法避免，應使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以最小化熱應力。必須事先評估返工期間損壞LED特性嘅可能性。

6. 儲存同濕度敏感性

IR67-21C/TR8對濕度敏感。必須採取預防措施，以防止回流期間發生"爆米花"現象（由於水蒸氣快速膨脹導致封裝開裂）。

• 防潮袋喺準備使用元件之前唔應該打開。
• 打開前，儲存喺≤30°C同≤90%相對濕度（RH）嘅環境中。保存期限為一年。
• 打開後，儲存喺≤30°C同≤70% RH嘅環境中。"車間壽命"（允許離開袋子嘅時間）為168小時（7天）。
• 如果矽膠乾燥劑變色（表示飽和）或超過儲存時間，喺回流之前需要喺60 ±5°C下烘烤24小時。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

IR67-21C/TR8專為廣泛嘅光電應用而設計，呢啲應用使用不可見紅外線光進行感應或信號傳輸。

• 感應器：用作接近感應器、物體檢測同循線機器人嘅光源。
• 光電開關：構成光電斷續器或槽型開關嘅一半，其中物體會中斷LED同光電探測器之間嘅光束。
• 消費電子產品：電視、錄影機同其他影音設備嘅遙控發射器（雖然通常使用更高功率嘅LED以獲得更長距離）。
• 成像：用於安防攝像頭嘅紅外線照明，特別係喺低光或夜視模式下。
• 安全裝置：可以用作某些使用光學散射原理嘅煙霧探測器嘅組件。

7.2 關鍵設計考慮因素

• 限流：外部限流電阻絕對係必需嘅。LED表現出陡峭嘅I-V特性，意味著電壓嘅微小增加會導致電流大幅增加，如果唔妥善控制，會立即燒毀。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V_supply- V_F) / I_F.
• 熱管理：雖然SMD封裝通過PCB焊盤散熱，但必須仔細注意功耗降額曲線，特別係喺高環境溫度環境中。足夠嘅PCB銅面積（散熱焊盤）可以幫助降低結溫。
• 光譜匹配：確保所選嘅光電探測器（光電二極管、光電晶體管）喺940nm附近具有峰值靈敏度，以獲得最佳系統信噪比。
• 光學設計：120°視角提供廣闊嘅覆蓋範圍。對於更長距離或更定向嘅光束，可能需要二次光學元件（透鏡）。

8. 包裝同訂購信息

8.1 包裝程序

LED包裝喺含有乾燥劑同濕度指示卡嘅防潮鋁袋中。袋上標有可追溯性同正確應用嘅關鍵信息。

8.2 標籤規格

標籤包括幾個字段：客戶部件號（CPN）、製造商部件號（P/N）、包裝數量（QTY）、批號（LOT NO），以及光學分檔信息，例如類別（CAT，可能用於輻射強度）同色調（HUE，用於峰值波長）。也可能存在參考代碼（REF）。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：如果連續電流只有65mA，咁1.0A峰值正向電流額定值嘅用途係咩？
答：峰值電流額定值允許LED以非常短暫、高功率嘅脈衝驅動。呢個喺像距離測量（飛行時間）或數據傳輸等應用中非常有用，呢啲應用需要短暫、強烈嘅紅外線光爆發來克服環境噪音或傳播更長距離，而唔會產生過多嘅平均熱量。

問：如果環境溫度係50°C，我點樣確定我應用嘅安全工作電流？
答：你必須使用功耗 vs. 環境溫度降額曲線。喺曲線上找到對應於50°C嘅點，以確定該溫度下嘅最大允許功耗（P_d(max)）。然後，使用你所需電流下嘅典型正向電壓（V_F），計算最大安全電流：I_F(max)= P_d(max)/ V_F。始終要包含安全裕度。

問：我可以用呢個LED做電視遙控器嗎？
答：雖然佢發射正確嘅波長（940nm係遙控器標準），但其喺20mA時嘅輻射強度（典型1.5 mW/sr）可能低於專用遙控器LED，後者通常驅動更強或具有不同光學設計以獲得更長距離。佢可能適用於短距離遙控器，但對於典型客廳距離，專門為更高輸出而設計嘅組件可能更合適。

問：點解儲存同烘烤程序咁具體？
答：塑膠SMD封裝會從空氣中吸收水分。喺高溫回流焊接過程中，呢啲吸收嘅水分會迅速變成蒸汽，產生內部壓力，可能導致封裝分層或晶片開裂（"爆米花"現象）。受控嘅儲存同烘烤程序係行業標準（基於JEDEC MSL等級），旨在焊接前安全去除呢啲水分。

10. 操作原理同技術背景

10.1 基本操作原理

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工作。當施加正向電壓時，來自n型材料嘅電子同來自p型材料嘅空穴被注入結區。當呢啲電荷載流子復合時，佢哋會釋放能量。喺GaAlAs半導體中，呢啲能量主要作為紅外線光譜（約940nm）中嘅光子釋放。特定波長由半導體材料嘅帶隙能量決定，呢個能量通過調整晶體中鋁同鎵嘅比例來設計。

10.2 喺光電系統中嘅角色

喺典型嘅感應系統中，IR67-21C/TR8充當主動信號源。其光線要么直接被探測器接收（用於透射感應），要么從目標反射（用於接近/反射感應），要么被物體中斷（用於遮斷光束感應）。探測器將調製或中斷嘅紅外線光轉換為電信號進行處理。940nm波長係理想嘅，因為佢對人眼不可見，避免了大多數環境可見光嘅干擾，並且與廉價矽探測器嘅高靈敏度區域對齊，同時相比更長嘅紅外線波長，更不易被空氣同常見材料吸收。

10.3 行業趨勢同背景

像IR67-21C/TR8呢類SMD紅外線LED嘅發展，係由電子組裝嘅小型化同自動化推動嘅。趨勢係朝向更小嘅封裝佔位面積、更高嘅單位面積輻射強度、改進嘅熱性能，以及更嚴格嘅分檔以確保一致性能。同時，對新半導體材料（例如用於不同紅外線波段嘅矽上InGaN）同集成解決方案嘅研究正在進行中，呢啲解決方案將LED驅動器、感應器同信號處理結合喺單一模塊中（例如，接近感應器模塊）。隨著物聯網（IoT）、汽車感應（例如，車內監控）同工業自動化嘅擴展，對可靠、低成本紅外線組件嘅需求持續增長。