5mm 紅外線 LED IR8353-14C 規格書 - 5mm 封裝 - 1.2V-1.8V 順向電壓 - 940nm 波長 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高強度5mm紅外線發光二極體的規格。此元件封裝於透明塑膠外殼中，適用於各種紅外線感測與傳輸應用。其光譜輸出經過特別匹配，能與常見的光電晶體、光電二極體及紅外線接收模組高效協作。

1.1 核心優勢

• 高可靠性：專為穩定性能與長期運作而設計。
• 高輻射強度：提供強勁的紅外線輸出，確保有效的訊號傳輸。
• 低順向電壓：在20mA下典型值為1.2V，有助於節能運作。
• 環保合規：本產品符合RoHS、歐盟REACH規範，且為無鹵素（Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm）。

1.2 目標應用

此紅外線LED適用於各種紅外線系統，包括但不限於遙控器、接近感測器、物體偵測、光學開關及短距離資料傳輸。

2. 技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

以下額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。在此條件下操作不保證性能。

• 連續順向電流 (I_F)：100 mA
• 峰值順向電流 (I_FP)：1.0 A（脈衝寬度 ≤100μs，工作週期 ≤1%）
• 逆向電壓 (V_R)：5 V
• 操作溫度 (T_opr)：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度 (T_stg)：-40°C 至 +100°C
• 功率消耗 (P_d)：150 mW（在25°C或以下的自由空氣溫度下）

2.2 電氣與光學特性

這些參數在環境溫度 (T_a) 25°C下量測，定義了元件的典型性能。

• 輻射強度 (I_e)：7.8 - 17.6 mW/sr（在 I_F=20mA，依等級而定）。在 I_F=100mA 時，典型值最高可達 50 mW/sr。
• 峰值波長 (λ_p)：940 nm（在 I_F=20mA）。
• 光譜頻寬 (Δλ)：45 nm（在 I_F=20mA）。
• 順向電壓 (V_F)：20mA時：1.2V（典型值）/ 1.5V（最大值）；100mA時：1.4V（典型值）/ 1.8V（最大值）。
• 逆向電流 (I_R)：在 V_R=5V 時，最大值為 10 μA。
• 視角 (2θ_1/2)：27° 至 43°（在 I_F=20mA）。

3. 分級系統說明

此LED的輻射強度被分為不同等級，以確保應用設計的一致性。分級定義於順向電流20mA的條件下。

• 等級 M：輻射強度範圍為 7.80 mW/sr 至 12.50 mW/sr。
• 等級 N：輻射強度範圍為 11.0 mW/sr 至 17.6 mW/sr。

這讓設計師能根據其特定的靈敏度需求，選擇具有保證最低輸出的LED。

4. 性能曲線分析

規格書中包含數條對電路設計與熱管理至關重要的特性曲線。

4.1 順向電流 vs. 環境溫度

此降額曲線顯示了最大允許連續順向電流隨環境溫度變化的關係。隨著溫度升高，必須降低最大電流，以防止超出元件的功率消耗限制，並確保長期可靠性。設計師必須使用此曲線，為其應用的熱環境選擇合適的操作電流。

4.2 輻射強度 vs. 順向電流

此圖表說明了驅動電流與光學輸出功率（輻射強度）之間的關係。輸出在一定範圍內大致呈線性，但在極高電流下會飽和。這對於決定要達到接收端所需訊號強度所需的驅動電流至關重要。

4.3 光譜分佈

光譜曲線確認了峰值發射波長為940nm，典型頻寬為45nm。此波長非常理想，因其位於可見光譜之外，能將可見光干擾降至最低，並且與矽基光電偵測器的靈敏度良好匹配。

4.4 相對輻射強度 vs. 角度偏移

此極座標圖定義了視角 (2θ_1/2)，即輻射強度降至0°（軸上）值一半時的角度。指定的27°至43°範圍表示光束擴散角度。較窄的角度提供更集中的光線，而較寬的角度則提供更廣的覆蓋範圍。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此元件採用標準5mm圓形LED封裝。關鍵尺寸包括整體直徑（典型值5.0mm）、引腳間距（標準2.54mm / 0.1英吋）以及從底座到透鏡圓頂的距離。引腳直徑通常為0.45mm。除非另有說明，所有尺寸公差為±0.25mm。原始規格書中提供了詳細的尺寸圖，以供精確的PCB佈局使用。

5.2 極性識別

陰極（負極引腳）通常可透過塑膠透鏡邊緣的平面標記和/或較短的引腳來識別。陽極（正極引腳）較長。在電路組裝時必須注意正確的極性。

6. 焊接與組裝指南

6.1 引腳成型

• 彎折處必須距離環氧樹脂燈泡底座至少3mm。
• 成型必須在焊接前且於室溫下進行。
• 在彎折或剪裁時避免對封裝施加應力。
• PCB孔位必須與LED引腳完美對齊，以避免安裝應力。

6.2 儲存條件

• 建議儲存條件：≤30°C 且 ≤70% 相對濕度。
• 在此條件下，出貨後的保存期限為3個月。
• 如需更長時間儲存（最長1年），請使用充氮並放置乾燥劑的密封容器。
• 避免在潮濕環境中溫度劇烈變化，以防止凝結。

6.3 焊接參數

手工焊接：

• 烙鐵頭溫度：最高 300°C（功率最高30W）
• 焊接時間：每引腳最長 3 秒。
• 焊點到環氧樹脂燈泡的最小距離：3mm。

波峰/浸焊：

• 預熱溫度：最高 100°C（最長60秒）
• 焊錫槽溫度：最高 260°C
• 浸槽時間：最長 5 秒。
• 焊點到環氧樹脂燈泡的最小距離：3mm。

重要注意事項：

• 在LED仍熱時避免對引腳施加應力。
• 請勿重複焊接（浸焊或手工焊）超過一次。
• 在LED冷卻至室溫前，保護其免受衝擊/振動。
• 使用能達成可靠焊點的最低可能焊接溫度。

6.4 清潔

• 如有必要，僅在室溫下使用異丙醇清潔，時間 ≤1 分鐘。
• 除非經過預先驗證，否則請勿使用超音波清洗，因其可能造成損壞。

7. 熱管理

有效的散熱對於LED性能與壽命至關重要。電流必須根據順向電流 vs. 環境溫度曲線進行降額。必須控制最終應用中LED周圍的溫度。這可能涉及使用適當的PCB銅箔面積作為散熱片、確保足夠的通風，或在持續驅動高電流時使用散熱器。

8. 包裝與訂購資訊

8.1 包裝規格

• LED以抗靜電袋包裝。
• 包裝數量：每袋 200-500 顆。每內盒 5 袋。每主（外）箱 10 個內盒。

8.2 標籤資訊

產品標籤包含關鍵識別資訊：客戶料號 (CPN)、產品料號 (P/N)、包裝數量 (QTY)、發光強度等級 (CAT)、主波長等級 (HUE)、順向電壓等級 (REF)、批號及日期碼。

9. 應用設計考量

9.1 LED驅動

務必使用串聯限流電阻。電阻值可使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。為保守設計，請使用規格書中的最大 V_F值。對於脈衝操作（例如遙控器），請確保不超過峰值電流 (I_FP) 與工作週期限制，以避免過熱。

9.2 光學設計

在為系統設計透鏡或反射器時，請考慮視角。940nm波長是不可見的，因此可能需要指示燈LED或電路回饋來讓使用者確認操作狀態。確保接收器（光電晶體、IC）在光譜上與940nm匹配，以獲得最佳靈敏度。

9.3 電氣抗雜訊能力

在電氣雜訊環境中，可考慮屏蔽LED/接收器對、使用調變紅外線訊號（例如38kHz載波）搭配相應的解調接收器，並實施軟體濾波以抑制環境光和雜訊尖峰。

10. 技術比較與定位

此款5mm、940nm紅外線LED為通用紅外線應用提供了性能與成本的平衡。其主要差異化優勢在於從標準5mm封裝中提供相對較高的輻射強度（最高17.6 mW/sr）以及低順向電壓，從而降低功耗。與舊款的880nm或850nm LED相比，940nm發射光更不可見（無微弱紅光），使其更適合隱蔽應用。對於需要極窄光束角度或更高功率的應用，其他封裝形式（例如側視型、高功率SMD）會更為合適。

11. 常見問題 (FAQ)

11.1 等級 M 和等級 N 有何不同？

等級 M 和 N 是根據LED在20mA下的保證最低輻射強度進行分類。等級 N 的LED具有比等級 M（7.8 mW/sr）更高的最低輸出（11.0 mW/sr）。對於需要更強訊號強度或更長距離的應用，請選擇等級 N。

11.2 我可以持續以100mA驅動此LED嗎？

可以，連續順向電流的絕對最大額定值為100mA。然而，您必須參考降額曲線。在環境溫度25°C時，100mA是允許的，但隨著環境溫度升高，最大允許連續電流會降低，以將接面溫度保持在安全範圍內。對於持續高電流操作，充分的散熱至關重要。

11.3 為何最小焊接距離（3mm）很重要？

3mm的距離可防止焊接過程中過多的熱量沿引腳傳導，損壞內部的半導體晶粒或環氧樹脂封裝。過熱可能導致破裂、分層或永久性的電氣性能劣化。

12. 設計應用範例

情境：簡易物體接近感測器。

設計：將紅外線LED與一個光電晶體並排放置，面向同一方向。使用20mA恆定電流驅動LED（從5V電源使用電阻：R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω，使用180Ω標準值）。當物體進入範圍內時，紅外線光從物體反射進入光電晶體，導致其集極電流增加。此電流變化可透過上拉電阻轉換為電壓，並輸入比較器或微控制器ADC以偵測物體存在。940nm波長有助於抑制可見環境光。選擇等級 M 或 N 取決於所需的感測距離與物體反射率。

13. 工作原理

紅外線發光二極體是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向偏壓（陽極相對於陰極為正電壓）時，電子與電洞在主動區複合，以光子的形式釋放能量。所使用的特定半導體材料（本例中為砷化鎵鋁 - GaAlAs）決定了發射光的波長。對於GaAlAs，這會產生中心波長約940奈米的紅外線輻射，位於可見光譜之外。透明透鏡不會過濾或為光線著色，從而實現紅外線輸出的最大傳輸。

14. 技術趨勢

儘管離散式5mm穿孔LED在原型製作、業餘專案及某些工業應用中仍然流行，但產業趨勢正強烈朝向表面黏著元件封裝發展。SMD紅外線LED具有諸多優勢，例如更小的佔位面積、更適合自動化取放組裝，並且由於直接安裝在PCB上，通常具有更好的熱性能。業界也在持續開發以提高紅外線發射器的效率（每瓦電輸入產生更多輻射輸出）和可靠性。然而，對於任何紅外線應用而言，基本工作原理以及波長、強度和視角等關鍵參數仍然是至關重要的選擇標準。