1.6mm 圓形超小型紅外線 LED HIR26-21C/L289/TR8 規格書 - 尺寸 1.6mm - 波長 850nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

HIR26-21C/L289/TR8 是一款超小型表面黏著元件 (SMD) 紅外線發光二極體。其設計用於需要緊湊、可靠的紅外線光源，並能與現代自動化組裝製程相容的應用。此元件採用 1.6mm 圓形封裝，具有水透明塑膠封裝體與球形頂部透鏡，以優化其光學輸出。

其核心優勢在於其光譜與矽光電探測器（光電二極體和光電晶體管）的匹配性，使其在感測系統中具有高效率。此元件採用 GaAlAs（砷化鎵鋁）晶片材料製成，這是此波長範圍內高效能紅外線發射器的標準材料。

目標市場包括消費性電子產品、工業感測器和自動化設備的設計師與製造商，這些應用空間受限且需要可靠的紅外線信號傳輸或感測功能。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不建議在此極限之外操作。

• 連續順向電流 (I_F): 65 mA。這是在環境溫度 (T_a) 為 25°C 時可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP): 1.0 A。此高電流僅允許在脈衝寬度 ≤100μs 且工作週期 ≤1% 的脈衝條件下使用。這在需要短暫、高功率爆發的遙控器應用中很典型。
• 逆向電壓 (V_R): 5 V。超過此逆向偏壓可能導致接面崩潰。
• 操作溫度 (T_opr): -40°C 至 +85°C。此元件額定適用於工業級溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg): -40°C 至 +100°C。
• 焊接溫度 (T_sol): 260°C，持續時間不超過 5 秒，與無鉛迴焊製程相容。
• 功率消耗 (P_d): 在自由空氣溫度 25°C 或以下時為 130 mW。此額定值同時考量了電功率轉換與元件的散熱能力。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在 T_a=25°C 下量測，定義了元件在典型操作條件下的性能。

• 輻射強度 (I_e): 每單位立體角（球面度）的光功率輸出。在順向電流 20mA 下，典型值為 17 mW/sr（最小值 10 mW/sr）。在脈衝條件下（100mA，≤100μs，工作週期 ≤1%），典型輻射強度顯著上升至 85 mW/sr，突顯了脈衝操作對於峰值輸出的好處。
• 峰值波長 (λ_p): 850 nm（典型值）。這屬於近紅外光譜，非常適合矽基探測器，且相較於 940nm 等較短波長，對人眼較不可見，同時仍具有良好的大氣穿透性。
• 光譜頻寬 (Δλ): 30 nm（典型值）。這定義了以峰值波長為中心所發射的波長範圍。
• 順向電壓 (V_F): 在 20mA 時，典型順向電壓為 1.40V（範圍 1.20V 至 1.70V）。在 100mA 脈衝電流下，V_F增加至典型值 1.60V（範圍 1.40V 至 2.20V）。此資訊對於驅動電路設計和電源選擇至關重要。
• 逆向電流 (I_R): 在逆向電壓 5V 下，最大值為 10 μA，表示接面品質良好。
• 視角 (2θ_1/2): 25 度（典型值）。這是輻射強度降至其峰值（軸上）值一半時的全角。25° 的視角提供了相對集中的光束，適合定向感測或信號傳輸。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數個關鍵圖表，以理解元件在不同條件下的行為。

3.1 順向電流 vs. 環境溫度

此曲線顯示了當環境溫度超過 25°C 時，最大允許連續順向電流的降額情況。為防止過熱，當溫度上升至最高操作極限 85°C 時，電流必須線性降低。設計師必須使用此圖表，以確保在其應用的熱環境中可靠運作。

3.2 光譜分佈

此圖表繪製了相對輻射強度與波長的關係，直觀地確認了 850nm 峰值與約 30nm 的光譜頻寬。它顯示元件發射出以指定波長為中心的相對純淨的紅外光。

3.3 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此基本特性曲線顯示了二極體電流與電壓之間的指數關係。對於確定工作點和設計限流電路至關重要。此曲線會隨溫度而偏移。

3.4 輻射強度 vs. 順向電流

此圖表說明了光學輸出作為驅動電流函數的關係。通常顯示為次線性關係，在極高電流下，由於熱效應和其他效應，效率（每 mA 的輻射強度）可能會降低。此圖表有助於針對所需的光學輸出水平優化驅動電流。

3.5 相對輻射強度 vs. 角度位移

此極座標圖直觀地呈現了 LED 的視角和輻射模式。它顯示了當觀察角度偏離中心軸（0°）時，強度如何減弱，在大約 ±12.5° 時降至 50%（確認了 25° 的全視角）。這對於光學系統設計、對準以及理解發射光的覆蓋範圍至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

此元件為雙端 SMD 封裝，本體直徑 1.6mm。規格書中的詳細機械圖提供了所有關鍵尺寸，包括總高度、引腳間距和透鏡幾何形狀。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 焊墊設計與鋼板建議

為確保焊接可靠性並避免錫珠等問題，提供了建議的焊墊佈局和鋼板設計。主要建議包括：

• 錫膏: Sn/Ag3.0/Cu0.5（一種常見的無鉛合金）。
• 鋼板厚度: 0.10mm。
• 鋼板開孔圖顯示了為控制小焊墊的錫膏量而設計的圖案。

重要注意事項: 建議的焊墊尺寸僅供參考。最終的 PCB 焊墊圖形應根據特定的製造工藝、熱要求和個別設計需求進行修改。

4.3 極性辨識

陰極通常由封裝上的視覺標記指示，例如凹口、平邊或基座上的綠色標記。規格書圖紙明確標識了陰極側，這對於正確的 PCB 方向至關重要。

5. 焊接與組裝指南

5.1 濕度敏感性與儲存

此元件對濕度敏感。必須採取預防措施以防止爆米花效應（在迴焊過程中因水蒸氣快速膨脹導致封裝破裂）。

• 在準備使用前，請勿打開防潮袋。
• 打開後，請儲存在 ≤30°C 且相對濕度 (RH) ≤60% 的環境中。
• 在打開袋子後的 168 小時（7 天）內使用。
• 如果超過儲存時間或乾燥劑顯示濕氣侵入，請在使用前將元件在 60 ±5°C 下烘烤 24 小時。

5.2 迴焊製程

此元件與紅外線和氣相迴焊製程相容。規格書中建議了無鉛迴焊溫度曲線。關鍵參數包括預熱、均溫、迴焊峰值溫度（不超過 260°C，持續 ≤5 秒）和冷卻速率。迴焊次數不應超過兩次，以盡量減少元件的熱應力。

5.3 手工焊接與返修

如果需要手工焊接，需要極度小心：

• 使用烙鐵頭溫度 <350°C 的烙鐵。
• 每個端子接觸時間限制在 ≤3 秒。使用容量為 25W 或更低的烙鐵。
• 焊接每個端子之間間隔 ≥2 秒，以防止熱量累積。
• 不建議在初次焊接後進行維修。如果不可避免，請使用雙頭烙鐵在移除時同時加熱兩個端子，以防止焊點和 LED 本身受到機械應力。在任何返修後，務必驗證元件功能。

5.4 電路板處理

在加熱（焊接）過程中避免對 LED 施加機械應力，並且焊接後不要彎曲電路板，因為這可能會導致元件或其焊點破裂。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 載帶與捲盤規格

此元件以業界標準的凸版載帶形式供應，捲繞在直徑 7 英吋的捲盤上。提供了載帶尺寸（口袋尺寸、間距等）的詳細圖紙。每捲包含 1500 個元件。

6.2 標籤規格

捲盤標籤包含用於追溯和製造的標準資訊：

• CPN（客戶料號）
• P/N（製造商料號：HIR26-21C/L289/TR8）
• QTY（數量）
• CAT（等級/分檔）
• HUE（峰值波長）
• REF（參考）
• LOT No.（批號）
• MSL-X（濕度敏感等級）
• Made In（製造國）

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• PCB 安裝紅外線感測器: 接近感測、物體偵測、機器人中的循線功能。
• 紅外線遙控器單元: 適用於需要比標準遙控器 LED 更高輸出功率的應用，可能實現更長距離或在明亮環境中更好的性能。
• 氣體計數器/儀表: 常用於公用事業儀表中的光學感測機制。
• 通用紅外線系統: 任何需要緊湊、可靠的紅外線光源進行數據傳輸、編碼或感測的嵌入式系統。

7.2 設計考量

• 必須限流: 如注意事項中明確所述，必須使用外部限流電阻（或恆流驅動器）與 LED 串聯。順向電壓有一個範圍，如果沒有適當限制，電源電壓的輕微增加可能導致電流大幅、破壞性的增加。
• 熱管理: 考慮功率消耗 (P_d=V_F*I_F) 以及最大電流隨溫度的降額。確保有足夠的 PCB 銅箔或其他方式將熱量導出，特別是在高環境溫度或高工作週期的脈衝應用中。
• 光學設計: 25° 視角提供了方向性。對於更廣泛的覆蓋範圍，可能需要二次光學元件（擴散片）。對於更長距離，可以使用透鏡來準直光束。
• 驅動電路: 對於 1A 的脈衝操作，需要電晶體或 MOSFET 開關。確保驅動器能夠處理峰值電流和所需的快速上升/下降時間。

8. 技術比較與差異化

與標準的 5mm 或 3mm 穿孔式紅外線 LED 相比，HIR26-21C/L289/TR8 提供了顯著的優勢：

• 尺寸: 1.6mm SMD 封裝實現了終端產品的小型化，並與高速貼片組裝相容。
• 性能: 在 20mA 下典型的 17 mW/sr 輻射強度具有競爭力，而在脈衝條件下的 85 mW/sr 是高輸出需求的一個關鍵特性。
• 可靠性: SMD 結構和與標準迴焊製程的相容性，相較於手工焊接的穿孔零件，能帶來更堅固和一致的焊點。
• 合規性: 此元件為無鉛、符合 RoHS、符合 REACH 且無鹵素（Br <900ppm，Cl <900ppm，Br+Cl <1500ppm），符合全球市場嚴格的環保法規。

9. 常見問題 (基於技術參數)

9.1 我可以直接用 3.3V 或 5V 微控制器接腳驅動這顆 LED 嗎？

No.典型的順向電壓僅為 1.4V-1.6V。如果沒有限流電阻而直接連接到 3.3V 或 5V 電源，幾乎肯定會因電流過大而損壞 LED。務必使用根據歐姆定律計算的串聯電阻：R = (V_電源- V_F) / I_F.

9.2 20mA 直流與 100mA 脈衝額定值有何不同？

20mA 額定值適用於連續操作。100mA 額定值適用於非常短的脈衝（≤100μs）且工作週期低（≤1%）。這允許 LED 在短時間內以更強的電流驅動，產生更亮的閃光（85 mW/sr 對比 17 mW/sr）而不會過熱，因為平均功率仍然很低。這非常適合遙控器。

9.3 如何解讀 25 度的視角？

這是光強度降至其最大值（軸上）一半時的全角。可以將其視為主光束或光瓣的寬度。光線在此角度之外仍有發射，但強度較低。25° 的視角是中等聚焦的。

9.4 為什麼濕度敏感性和烘烤很重要？

塑膠 SMD 封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些濕氣迅速轉化為蒸汽，產生內部壓力，可能導致封裝破裂或與晶片分層（爆米花效應）。遵循儲存和烘烤指南可以防止這種故障模式。

10. 實務設計與使用案例

情境：設計一個長距離紅外線信標

一位設計師需要一個緊湊、電池供電的信標，能在室內環境中（存在一些環境紅外線雜訊）被 20 公尺外的感測器偵測到。

1. 驅動方法選擇: 為了最大化偵測距離，設計師選擇脈衝操作，以利用高達 85 mW/sr 的脈衝輻射強度。
2. 電路設計: 微控制器 GPIO 接腳控制一個 N 通道 MOSFET。LED 與一個限流電阻串聯，連接在電源（例如 3.3V）和 MOSFET 汲極之間。電阻值針對 100mA 計算：R = (3.3V - 1.6V) / 0.1A = 17Ω（使用 18Ω 標準值）。微控制器產生寬度 100μs、工作週期 1% 的脈衝（例如，開啟 100μs，關閉 9900μs）。
3. PCB 佈局: 使用建議的焊墊佈局作為起點。在焊墊周圍添加了額外的散熱孔和銅箔，以幫助在高電流脈衝期間散熱。
4. 組裝: 將元件放置在 PCB 上。LED 捲盤妥善儲存，組裝好的電路板使用建議的無鉛溫度曲線進行單次迴焊。
5. 光學元件（可選）: 為了進一步延長距離，可以在 LED 上方放置一個簡單的塑膠準直透鏡來收窄光束，將輸出功率集中在目標距離的較小區域內。

此案例展示了關鍵的規格書參數——脈衝輻射強度、順向電壓、電流額定值和封裝尺寸——如何直接指導實務設計。

11. 工作原理

紅外線發光二極體 (IR LED) 基於半導體 p-n 接面的電致發光原理運作。當施加順向電壓時，來自 n 型材料的電子和來自 p 型材料的電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子復合時，會釋放能量。在像這樣的 GaAlAs 二極體中，半導體材料的能隙經過設計，使得釋放的能量對應於紅外光譜中的光子，具體約為 850 奈米。水透明的環氧樹脂封裝體充當透鏡，將發射的光塑造成指定的輻射模式（25° 視角）。

12. 產業趨勢與發展

超小型紅外線 LED 的市場持續演進。與 HIR26-21C/L289/TR8 等元件相關的關鍵趨勢包括：

• 整合度提高: 趨勢是將紅外線發射器與驅動 IC 甚至光電探測器整合在單一封裝中，以實現更簡單的感測器模組。
• 更高效率: 持續的材料科學研究旨在提高 IR LED 的電光轉換效率（光功率輸出 / 電功率輸入），從而實現更低的功耗或從相同尺寸封裝中獲得更高的輸出。
• 新波長: 雖然 850nm 和 940nm 佔主導地位，但對於氣體感測或增強眼睛安全性等特定應用，其他紅外線波長的興趣正在增長。
• 先進封裝: 晶片級封裝 (CSP) 和晶圓級封裝的發展，旨在進一步減小尺寸和成本，同時改善熱性能。
• 應用擴展:
  • 生物辨識與安全: 臉部辨識、虹膜掃描。
  • 汽車: 車內乘員感測、駕駛監控系統。
  • 消費性電子: 手機/平板電腦的接近感測、手勢辨識。
  • 工業物聯網: 機器視覺、狀態監測。

像 HIR26-21C/L289/TR8 這樣的元件，憑藉其小巧的外形、可靠的性能以及對環保標準的合規性，非常適合服務這些不斷擴大的市場，其中緊湊、高效的紅外線光源是基本要求。