3mm 紅外線 LED IR204/H16/L10 規格書 - 尺寸 3mm - 電壓 1.5V - 波長 940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高強度 3mm (T-1) 紅外線發光二極體 (LED) 的規格。此元件採用藍色透明塑膠封裝，並針對與矽光電探測器、光電晶體管及紅外線接收模組的光譜匹配進行了最佳化設計。其主要功能是發射峰值波長為 940 奈米的紅外光，此光對人眼不可見，但能被電子感測器高度偵測。

1.1 核心優勢與目標市場

此 LED 具備多項關鍵優勢，包括高可靠性、低順向電壓與高輻射強度。其設計採用標準 2.54mm 引腳間距，便於 PCB 整合。本產品符合 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準 (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)，適用於注重環保與受法規管制的市場。其主要目標應用為紅外線基礎系統，例如遙控器、近接感測器、物體偵測與光學開關。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

本元件設計在嚴格限制內運作，以確保使用壽命與可靠性。連續順向電流 (IF) 不得超過 100 mA。對於脈衝寬度 ≤100μs 且工作週期 ≤1% 的脈衝操作，允許高達 1.0 A 的峰值順向電流 (IFP)。最大反向電壓 (VR) 為 5 V。工作溫度範圍 (Topr) 為 -40°C 至 +85°C，而儲存溫度 (Tstg) 範圍為 -40°C 至 +100°C。焊接溫度 (Tsol) 必須維持在 260°C 或以下，持續時間不超過 5 秒。在 25°C 自由空氣溫度下的最大功率耗散 (Pd) 為 150 mW。

2.2 電氣與光學特性

除非另有說明，所有電氣與光學特性均在環境溫度 (Ta) 25°C 及順向電流 (IF) 20mA 下指定。輻射強度 (IE) 為分級制，根據等級不同，最小值範圍從 4.0 至 11.0 mW/sr。峰值波長 (λp) 典型值為 940 nm，光譜頻寬 (Δλ) 為 45 nm。順向電壓 (VF) 典型值為 1.2 V，最大值為 1.5 V。在反向電壓 5V 下，反向電流 (IR) 最大值為 10 μA。視角 (2θ1/2)，定義為半強度全角，典型值為 50 度。

3. 分級系統說明

LED 的輻射輸出被分級，以確保應用設計的一致性。分級基於在 IF=20mA 下測量的輻射強度。可用的等級為 K、L、M 和 N，其對應的最小與最大輻射強度值如下：等級 K：4.0-6.4 mW/sr；等級 L：5.6-8.9 mW/sr；等級 M：7.8-12.5 mW/sr；等級 N：11.0-17.6 mW/sr。這讓設計師能選擇符合其光電探測器電路特定靈敏度需求的元件。

4. 性能曲線分析

4.1 順向電流 vs. 環境溫度

降額曲線顯示了最大允許連續順向電流與環境溫度之間的關係。隨著環境溫度升高，最大允許順向電流線性下降。這是防止熱失控並確保接面溫度維持在安全工作範圍內的關鍵設計考量，從而維持元件可靠性。

4.2 光譜分佈

光譜分佈圖顯示了相對輻射強度隨波長的變化。發射光集中在典型峰值波長 940 nm 附近，並具有定義的頻寬。此特性對於確保與接收感測器的相容性至關重要，接收感測器通常有其自身的光譜靈敏度曲線。良好的匹配能最大化系統效率與訊噪比。

4.3 輻射強度 vs. 順向電流

此圖描繪了輻射輸出 (Ie) 與順向電流 (IF) 之間的非線性關係。輻射強度隨電流增加而增加，但並非完全線性，特別是在較高電流位準時。理解此曲線對於正確驅動 LED 以達到所需光學輸出，同時不超過絕對最大額定值至關重要。

4.4 相對輻射強度 vs. 角度位移

輻射模式圖顯示了發射光強度如何隨偏離中心軸 (0°) 的角度而變化。對於此類封裝，模式通常為朗伯型或接近朗伯型，強度在大約 ±25 度處降至軸上值的 50%（從而產生 50° 視角）。此資訊對於光學設計、決定系統中的覆蓋區域與對準要求至關重要。

5. 機械與封裝資訊

此 LED 封裝於標準 T-1 (3mm) 徑向引腳封裝中。本體由藍色透明塑膠製成。引腳具有標準 2.54mm (0.1 英吋) 間距。尺寸圖（PDF 中隱含）將提供本體直徑、引腳長度及其他關鍵尺寸的精確測量值，除非另有規定，公差通常為 ±0.25mm。陰極通常由透鏡邊緣的平面或較短的引腳標示，但具體標記應從機械圖中確認。

6. 焊接與組裝指南

可使用手工焊接或波峰焊接製程。絕對最大焊接溫度為 260°C，焊接時間不應超過 5 秒。建議遵循標準 IPC 通孔元件焊接指南。長時間暴露於高溫可能損壞塑膠封裝與內部半導體晶粒。元件應儲存在乾燥環境中以防止吸濕，若適用，吸濕可能在回焊時造成爆米花效應，儘管此元件主要為通孔元件。

7. 包裝與訂購資訊

標準包裝規格為每袋 200 至 1000 件，每盒 4 袋，每箱 10 盒。包裝上的標籤包含用於追溯與識別的關鍵資訊：客戶生產編號 (CPN)、產品編號 (P/N)、包裝數量 (QTY)、等級 (CAT)、峰值波長 (HUE)、參考編號 (REF)、批號 (LOT No) 與生產地。使用防潮包裝材料以在儲存與運輸過程中保護元件。

8. 應用建議

8.1 典型應用情境

此紅外線 LED 非常適合廣泛的非接觸式感測與訊號傳輸應用。常見用途包括消費性電子產品（電視、音響系統）的紅外線遙控器、家電與工業設備中的近接與物體偵測、光學編碼器、遮斷式感測器，以及作為配對發射器-探測器模組中的光源，用於計數或液位感測。

8.2 設計考量

設計電路時，務必在 LED 串聯一個限流電阻以控制順向電流並防止損壞。電阻值可使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - VF) / IF。根據所需的感測距離與探測器的靈敏度選擇適當的輻射強度等級。在將 LED 與接收器對準時，請考慮視角。對於為實現更高瞬時輸出（例如，更長距離）的脈衝操作，請確保脈衝寬度與工作週期保持在 IFP 的指定限制內。提供足夠的 PCB 佈局以散熱，特別是在接近最大額定值運作時。

9. 技術比較與差異化

與通用紅外線 LED 相比，此元件提供定義明確且一致、中心在 940nm 的光譜輸出，這是矽光電二極體與光電晶體管的常見峰值靈敏度波長，確保了高效的耦合。輻射強度等級的可用性使得在批量生產中具有可預測的性能。低順向電壓（典型值 1.2V）與高輻射強度的結合可實現更節能的設計。符合現代環保標準（RoHS、REACH、無鹵素）對於目標市場有嚴格法規的全球產品而言是一大優勢。

10. 常見問題 (FAQ)

問：等級 K、L、M 和 N 之間有何區別？

答：等級代表不同的最小輻射強度範圍。等級 N 具有最高的輸出 (11.0-17.6 mW/sr)，而等級 K 的輸出最低 (4.0-6.4 mW/sr)。請根據您應用所需的訊號強度選擇等級。

問：我可以用 5V 電源直接驅動此 LED 嗎？

答：不行。順向電壓僅約 1.2-1.5V。將其直接連接到 5V 會導致過大電流並損壞 LED。您必須始終使用串聯的限流電阻。

問：如何識別陰極？

答：對於標準 T-1 封裝，陰極通常由塑膠透鏡邊緣的平面標示。或者，從底部觀察 LED 時，對應平面側的引腳即為陰極。陰極也可能是較短的引腳。

問：典型的操作壽命是多久？

答：雖然此規格書中未明確說明，但像這樣的紅外線 LED 在規定的絕對最大額定值（特別是電流與溫度限制）內運作時，通常具有非常長的操作壽命（數萬小時）。

11. 實際使用案例

情境：設計一個簡單的物體偵測感測器。

一位工程師需要偵測物體通過一個間隙的存在。他將此 IR204 LED 與一個放置在間隙另一側的光電晶體管配對（對射式配置）。他選擇一個等級 M 的 LED 以獲得足夠的強度。LED 透過一個 100Ω 電阻（R = (3.3V - 1.2V) / 0.02A ≈ 105Ω）由微控制器引腳的 20mA 恆定電流驅動。光電晶體管的集極透過一個電阻上拉至 3.3V，集極電壓由微控制器的 ADC 讀取。當光束未被阻擋時，光電晶體管導通，將電壓拉低。當物體阻擋光束時，光電晶體管停止導通，電壓變高，指示物體存在。50° 的視角確保了足夠寬的光束，即使有輕微對準誤差也能可靠偵測。

12. 工作原理簡介

紅外線 LED 是一種半導體 p-n 接面二極體。當施加超過其能隙能量的順向電壓時，來自 n 區的電子與來自 p 區的電洞在主動區（此處為 GaAlAs 製成）中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。特定的材料成分（砷化鎵鋁）決定了發射光子的波長，在此元件中為約 940 nm 的紅外線光譜。藍色透明塑膠封裝並非濾光片，而是作為透鏡來塑造輸出光束並保護半導體晶片。

13. 技術趨勢

紅外線 LED 技術持續朝著更高效率（每瓦電輸入產生更多輻射輸出）、更高功率密度以用於如 LiDAR 和飛時測距感測等長距離應用，以及更小的封裝尺寸以整合到緊湊的消費性裝置中發展。另一個趨勢是針對特定感測應用（如氣體偵測或生理監測）實現更精確的波長控制與更窄的光譜頻寬。將驅動器和控制邏輯直接與 LED 晶粒整合（智慧型 LED）是另一個發展領域。像本文所述元件的基礎原理，對於大量既有與新興的光電系統仍然至關重要。