5.0mm 紅外線發光二極體 IR323/H0-A 規格書 - 5mm 封裝 - 1.2V 順向電壓 - 940nm 波長 - 150mW 功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IR323/H0-A是一款高強度紅外線發射二極體，封裝於5.0mm藍色塑膠外殼中。其設計旨在滿足需要可靠940nm光譜紅外線發射的應用。此元件在光譜上與常見的矽光電晶體、光電二極體及紅外線接收模組相匹配，使其成為各種光電系統中的多功能元件。

其主要優勢包括高可靠性、優異的輻射強度以及低順向電壓，有助於實現節能運作。本產品符合主要環保法規，包括RoHS、歐盟REACH及無鹵素標準，確保其適用於現代電子製造。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

本元件設計在嚴格限制內運作，以確保其壽命與可靠性。連續順向電流（IF）額定值為100 mA。在脈衝操作下，特定條件下（脈衝寬度 ≤100μs，工作週期 ≤1%）允許峰值順向電流（IFP）達1.0 A。最大反向電壓（VR）為5 V。操作溫度範圍（Topr）為-40°C至+85°C，而儲存溫度範圍則為-40°C至+100°C。在環境溫度25°C或以下時，最大功率消耗（Pd）為150 mW。焊接溫度不得超過260°C，持續時間應為5秒或更短。

2.2 電氣與光學特性

所有特性均在環境溫度（Ta）25°C下指定。輻射強度（Ie）是主要的性能指標。在順向電流（IF）20mA下，典型輻射強度為3.5 mW/sr，最小值為2.0 mW/sr。在脈衝條件下（IF=100mA，脈衝寬度 ≤100μs，工作週期 ≤1%），典型強度可達15 mW/sr。在相同脈衝條件下，峰值電流1A時的典型強度為150 mW/sr。

峰值發射波長（λp）典型值為940nm，光譜頻寬（Δλ）為45nm。順向電壓（VF）較低，在20mA時典型值為1.2V，最大值為1.5V。在100mA（脈衝）時，VF典型值為1.3V（最大1.6V）。在1A（脈衝）時，VF典型值上升至2.6V（最大4.0V）。在VR=5V時，反向電流（IR）最大值為10 μA。視角（2θ1/2）典型值為60度，定義了發射錐角。

3. 分級系統說明

本產品根據在IF=20mA下測量的輻射強度，提供不同的性能等級或分級。這讓設計師能選擇完全符合其靈敏度需求的元件。

• H級：輻射強度範圍從2.0 mW/sr（最小值）到3.2 mW/sr（最大值）。
• J級：輻射強度範圍從2.8 mW/sr（最小值）到4.5 mW/sr（最大值）。
• K級：輻射強度範圍從4.0 mW/sr（最小值）到6.4 mW/sr（最大值）。

測量不確定度註記：順向電壓為±0.1V，發光強度為±10%，主波長為±1.0nm。

4. 性能曲線分析

4.1 順向電流 vs. 環境溫度

降額曲線顯示了當環境溫度超過25°C時，最大允許順向電流如何隨之降低。此圖表對於熱管理及確保LED在所有環境條件下均在其安全工作區（SOA）內運作至關重要。

4.2 光譜分佈

光譜輸出圖確認了以940nm為中心的窄頻發射。此波長非常適合與矽基偵測器相容，因為後者在近紅外區域具有峰值靈敏度，且相較於較短的紅外波長，此波長對人眼較不可見。

4.3 峰值發射波長 vs. 環境溫度

此曲線說明了峰值波長如何隨著接面溫度的變化而產生微小偏移。對於需要在寬廣溫度範圍內進行精確光譜匹配的應用，理解此偏移非常重要。

4.4 順向電流 vs. 順向電壓

IV特性曲線是非線性的，這是二極體的典型特性。它顯示了施加的順向電壓與所產生電流之間的關係。無論是使用恆流源還是電阻限壓源，此曲線對於設計驅動電路都至關重要。

4.5 輻射強度 vs. 順向電流

此圖表展示了驅動電流與光學輸出之間的超線性關係。輻射強度隨著電流顯著增加，特別是在脈衝高電流區域，突顯了本元件適用於高亮度脈衝應用的能力。

4.6 相對輻射強度 vs. 角度位移

極座標圖可視化了視角，顯示了發射強度如何隨著與中心軸（0°）夾角的增加而降低。典型的60度視角（強度降至一半處）由此曲線確認，這對於設計光學對準與覆蓋範圍至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸圖

機械圖指定了LED的物理尺寸。關鍵測量包括總直徑5.0mm、引腳間距2.54mm（穿孔元件的標準尺寸），以及從基座到透鏡上各點的距離。圖中包含頂視圖和側視圖，並註明了關鍵公差（除非另有說明，通常為±0.25mm）。陽極（正極）引腳通常以較長的引腳標識。

6. 焊接與組裝指南

6.1 引腳成型

引腳應在距離環氧樹脂燈泡基座至少3mm處彎折。成型必須在焊接前於室溫下進行，以避免對封裝施加應力或損壞內部接線。PCB孔必須與LED引腳精確對齊，以防止安裝應力。

6.2 儲存

LED應儲存在30°C或以下、相對濕度70%或以下的環境中。建議的運輸後儲存壽命為3個月。如需更長時間儲存（長達一年），請使用帶有氮氣環境和乾燥劑的密封容器。打開防潮袋後，元件應在24小時內使用。

6.3 焊接製程

焊接時，焊點必須距離環氧樹脂燈泡至少3mm。建議條件如下：

• 手工焊接：烙鐵頭最高溫度300°C（最大功率30W），焊接時間最長3秒。
• 波峰焊/浸焊：預熱最高溫度100°C（最長60秒），焊錫槽最高溫度260°C，最長5秒。

提供了建議的焊接溫度曲線圖，顯示了逐步升溫、在液相線以上的特定時間以及受控的冷卻過程。避免快速的熱循環。浸焊或手工焊接不應進行超過一次。在LED高溫時，應保護其免受機械衝擊。

6.4 清潔

如需清潔，請在室溫下使用異丙醇，時間不超過一分鐘，然後風乾。由於可能損壞內部結構，不建議使用超音波清洗。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 標籤規格

包裝上的標籤包含關鍵資訊：客戶產品編號（CPN）、產品編號（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（LOT No）以及月份代碼（X）。

7.2 包裝規格

LED以抗靜電袋包裝。標準包裝流程為：每袋200-500顆，每內盒5袋，每外箱10個內盒。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 自由空間傳輸系統：適用於短距離無線資料鏈路、遙控器或接近感測器。
• 光電開關與物體偵測：與光偵測器搭配使用，以感測物體的存在、位置或移動。
• 軟碟機：歷史上用於偵測磁片存在或磁軌位置。
• 煙霧偵測器：用於遮光式偵測器，煙霧顆粒會散射或阻擋紅外線光束。
• 通用紅外線系統：任何需要可靠940nm紅外線光源的應用。

8.2 設計考量

• 驅動電路：使用恆流源或串聯限流電阻來設定所需的順向電流（IF）。計算電源需求時，請考慮順向電壓（VF）降。
• 熱管理：遵守降額曲線。對於高電流或高環境溫度的連續運作，請考慮使用散熱片或強制風冷，以將接面溫度保持在限制範圍內。
• 光學設計：60度視角定義了光束擴散範圍。如需不同的光束模式，請使用透鏡或光圈。確保與接收感測器的正確對準。
• 電氣保護：由於最大反向電壓僅為5V，請加入防止反向電壓突波及靜電放電（ESD）的保護措施。

9. 技術比較與差異化

IR323/H0-A透過其標準5mm穿孔封裝、精確定義的940nm波長以及高輻射強度的組合而與眾不同。相較於通用型IR LED，它提供了保證的性能分級、全面的環保合規性（RoHS、REACH、無鹵素），以及由典型性能曲線支持的詳細可靠規格書。低順向電壓對於電池供電應用是一大優勢，可降低驅動電路的功耗。

10. 常見問題（FAQ）

問：H級、J級和K級之間有何區別？

答：這些等級代表了在20mA下不同的保證最小與最大輻射強度水準。K級提供最高輸出，其次是J級，然後是H級。請根據您接收器電路所需的靈敏度進行選擇。

問：我可以直接用5V電源驅動這個LED嗎？

答：不行。在20mA時，順向電壓僅約1.2-1.5V。直接連接到5V會導致過大電流，從而損壞LED。您必須使用串聯電阻來限制電流。例如，使用5V電源且目標IF=20mA時，R = (5V - 1.2V) / 0.02A = 190歐姆（可使用標準200歐姆電阻）。

問：為什麼峰值電流（1A）遠高於連續電流（100mA）？

答：這是由於熱限制。在高連續電流下，熱量會在半導體接面處累積。在脈衝模式下（極短脈衝且工作週期低），接面沒有時間過熱，因此允許在短時間內有更高的瞬時電流。

問：藍色封裝顏色有特殊意義嗎？

答：藍色塑膠是一種環氧樹脂，對其發射的940nm紅外線是透明的。該顏色用於視覺識別，對輸出波長的濾波影響極小。

11. 實際使用案例

設計一個簡單的物體偵測感測器：將IR323/H0-A與一個光電晶體配對。將LED和光電晶體相對放置於路徑兩側。當物體中斷紅外線光束時，來自光電晶體的信號會下降。940nm波長不可見，可防止環境可見光的干擾。高輻射強度確保了強勁的信號，可在數公分至一公尺的距離內（取決於對準和光學設計）進行可靠偵測。低順向電壓允許感測器由3.3V微控制器板供電，並使用簡單的電晶體開關和LED限流電阻。

12. 運作原理

紅外線發光二極體（IR LED）是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向電壓時，來自n區的電子和來自p區的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，能量以光子（光）的形式釋放。所使用的特定半導體材料（砷化鎵鋁 - GaAlAs）決定了能隙，進而定義了發射光子的波長——在本例中約為940nm，屬於近紅外光譜。塑膠封裝封裝並保護半導體晶片，同時作為主透鏡來塑造發射光束。

13. 技術趨勢

紅外線LED技術持續演進。總體趨勢包括提高輻射強度和功率效率（每瓦電輸入產生更多光輸出），從而實現更長距離或更低功耗。此外，微型化也是一大趨勢，表面黏著元件（SMD）封裝在自動化組裝中變得比穿孔類型更為普遍。再者，整合是關鍵趨勢，LED與驅動器、調變器甚至感測器結合到單一模組中，用於特定應用，如手勢感測或飛時測距（ToF）。基礎材料科學則專注於提高可靠性、熱性能和波長穩定性。