目錄
- 1. 產品概述
- 2. 技術參數深度客觀解讀
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣與光學特性
- 3. 分級系統說明 型號 HIR25-21C/L423/TR8 採用了分級結構以確保性能一致性。雖然規格書提供了通用的元件選擇指南，指明其採用GaAlAs晶片材料與水清透鏡，但對於峰值波長（HUE）與輻射強度（CAT）等參數的具體分級是在生產過程中進行管理的。客戶將收到這些關鍵參數在指定公差範圍內的元件，保證該元件能在其特定電路與應用中按預期運作。型號中的 'L423' 與 'TR8' 代碼分別對應特定的性能分級以及載帶/捲盤包裝規格。 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
- 4.2 輻射強度 vs. 順向電流
- 4.3 輻射強度 vs. 環境溫度
- 4.4 光譜分佈
- 5. 機械與包裝資訊
- 5.1 封裝尺寸
- 5.2 建議焊墊佈局
- 5.3 載帶尺寸
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 濕度敏感性與儲存
- 6.2 迴焊溫度曲線
- 6.3 手工焊接與返修
- 7. 包裝與訂購資訊
- 8. 應用建議
- 8.1 典型應用電路
- 8.2 設計考量
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題解答（基於技術參數）
- 11. 實際應用案例
- 12. 工作原理簡介
- 13. 技術趨勢與發展
1. 產品概述
HIR25-21C/L423/TR8 是一款微型表面黏著元件（SMD）紅外線發光二極體。它採用緊湊的雙端封裝，輪廓高度極低，僅0.8mm，非常適合空間受限的應用。元件以水清塑膠模製而成，配備平頂透鏡，可提供特定的輻射圖形。其核心半導體材料為砷化鎵鋁（GaAlAs），專為與矽光二極體和光電晶體達到最佳光譜匹配而設計，確保在偵測系統中具有高效率。
本產品設計具有低順向電壓特性，有助於提升整體系統電源效率。它完全符合現代環境與安全標準，包括無鉛（Pb-free）、遵循歐盟REACH法規，並滿足無鹵素要求（Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm）。元件以8mm載帶包裝，安裝於7英吋直徑的捲盤上供應，便於自動化組裝製程。
2. 技術參數深度客觀解讀
2.1 絕對最大額定值
元件的操作極限定義於環境溫度（Ta）為25°C的條件下。超過這些額定值可能導致永久性損壞。逆向電壓（VR）額定值為5V。順向電流（IF）的最大額定值為100mA。功率消耗（PD）額定值為100mW。操作溫度範圍為-40°C至+85°C，而儲存溫度範圍則為-40°C至+100°C。焊接溫度必須小心控制，根據無鉛迴焊曲線，峰值溫度為260°C，持續時間10秒。
2.2 電氣與光學特性
關鍵性能參數通常在 IF=20mA 且 Ta=25°C 的條件下量測。順向電壓（VF）典型值為1.35V。輻射強度（Ie）規定了最小值，定義了光學輸出功率。峰值發射波長（λp）位於紅外線光譜中心，典型值約為940nm，這與常見矽基接收器的峰值靈敏度完美匹配。同時也定義了光譜頻寬（半高寬），表示發射的波長範圍。視角由平頂透鏡設計決定，提供適合目標應用的特定輻射圖形。
3. 分級系統說明
型號 HIR25-21C/L423/TR8 採用了分級結構以確保性能一致性。雖然規格書提供了通用的元件選擇指南，指明其採用GaAlAs晶片材料與水清透鏡，但對於峰值波長（HUE）與輻射強度（CAT）等參數的具體分級是在生產過程中進行管理的。客戶將收到這些關鍵參數在指定公差範圍內的元件，保證該元件能在其特定電路與應用中按預期運作。型號中的 'L423' 與 'TR8' 代碼分別對應特定的性能分級以及載帶/捲盤包裝規格。
4. 性能曲線分析
規格書包含數個特性曲線，提供比表格數據更深入的元件行為洞察。
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
此曲線說明流經LED的電流與其兩端電壓之間的關係。它通常呈現指數關係，並有一個定義的膝點電壓。此LED的低順向電壓特性在此可視化確認，顯示相較於某些替代方案，它在較低的電壓下就開始顯著導通，這對於低電壓電路設計是有益的。
4.2 輻射強度 vs. 順向電流
此圖表顯示光學輸出（輻射強度）作為驅動電流的函數。在建議的操作電流範圍內，它通常呈現線性關係，確認光輸出與電流成正比。這種線性對於需要調變信號的應用（例如紅外線資料傳輸）至關重要。
4.3 輻射強度 vs. 環境溫度
此曲線描繪光學輸出功率如何隨著環境溫度升高而降低。與所有LED一樣，此紅外線發射器的效率會隨著溫度上升而下降。了解這種降額對於設計能在整個溫度範圍內（特別是在高溫環境中）可靠運作的系統至關重要。在高功率或高溫應用中，可能需要適當的熱管理以維持一致的輸出。
4.4 光譜分佈
光譜分佈圖顯示在不同波長下發射的相對輻射功率。它會在標稱波長（例如940nm）處顯示一個清晰的峰值，並具有特定的形狀和半高寬。此圖形確認了其與矽光偵測器的良好光譜匹配，後者的響應度曲線峰值也在相同的近紅外線區域。
5. 機械與包裝資訊
5.1 封裝尺寸
此LED佔用面積非常緊湊。封裝尺寸為長度2.0mm、寬度1.25mm、高度0.8mm（標稱值）。詳細的機械圖提供了所有關鍵尺寸，包括引腳間距、焊墊位置和透鏡幾何形狀。除非另有說明，大多數尺寸的公差為±0.1mm。陽極和陰極在封裝上標示清晰，以便在組裝時正確識別極性。
5.2 建議焊墊佈局
提供了PCB設計的建議焊墊圖形（Footprint）。這包括焊墊尺寸和間距建議，以確保可靠的焊接和機械穩定性。規格書明確指出，此僅供參考，設計師應根據其特定的PCB製造能力和應用要求（例如熱或機械應力考量）修改焊墊尺寸。
5.3 載帶尺寸
元件以凸起式載帶包裝供應，用於自動取放組裝。載帶寬度為8mm。提供了容納LED的口袋腔體尺寸、口袋間距（節距）以及鏈輪孔位置的詳細尺寸。每捲包含2000件（PCS）。
6. 焊接與組裝指南
6.1 濕度敏感性與儲存
LED以防潮袋包裝，內含乾燥劑。在準備使用元件之前，請勿打開袋子。打開後，LED應儲存在30°C以下且相對濕度60%以下的環境中。必須在打開袋子後的168小時（7天）內使用。若超過儲存時間或乾燥劑顯示已吸濕，則在使用前需進行烘烤處理，條件為60 ± 5°C下烘烤24小時，以防止在迴焊過程中發生爆米花現象。
6.2 迴焊溫度曲線
建議採用無鉛迴焊溫度曲線。關鍵參數包括預熱階段、漸進升溫、峰值溫度不超過260°C，以及在液相線溫度（通常為217°C）以上的時間為30-60秒。峰值溫度應維持最多10秒。同一元件不應進行超過兩次的迴焊，以避免對塑膠封裝和半導體晶片造成熱損傷。
6.3 手工焊接與返修
若必須進行手工焊接，則需極度小心。烙鐵頭溫度應低於350°C，每個接腳的接觸時間應限制在3秒或更短。建議使用低功率烙鐵（25W或以下）。焊接兩個接腳之間應至少間隔2秒的冷卻時間。強烈不建議在焊接後進行修復。若不可避免，應使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個接腳，以防止因熱應力導致一個焊墊翹起而另一個仍被焊住。返修過程中損壞的風險很高，應事先評估。
7. 包裝與訂購資訊
標準包裝為每捲7英吋捲盤，載帶寬度8mm，每捲2000件。型號 HIR25-21C/L423/TR8 包含了產品系列、特定性能分級和包裝類型。捲盤標籤將包含零件編號（P/N）、批號（LOT No）、數量（QTY）、峰值波長（HUE）、等級（CAT）和濕度敏感等級（MSL-X）。
8. 應用建議
8.1 典型應用電路
PCB安裝紅外線感測器：此LED用作接近感測器、物體偵測和循線機器人中的光源。它通常與光電晶體或光二極體配對使用。由於LED的順向電壓具有負溫度係數且不是可靠的限流器，因此必須在LED串聯一個限流電阻，以防止過電流損壞。
紅外線遙控器：對於高功率需求的遙控器，此LED可提供足夠的輻射強度，以實現更長距離或穿透障礙物的操作。它通常以高於連續直流額定值（例如100mA脈衝）的脈衝電流驅動，以產生明亮的閃光用於資料傳輸。
掃描器與紅外線應用系統：用於條碼掃描器、手勢辨識系統和光學編碼器。
8.2 設計考量
電流驅動：務必使用串聯電阻或恆流驅動器。電阻值計算公式為 R = (V電源- VF) / IF.
熱管理：雖然封裝很小，但在高環境溫度下以高電流連續運作可能導致過熱並縮短使用壽命。必要時，請確保PCB有足夠的銅箔面積或散熱孔。
光學對準：平頂透鏡提供特定的光束圖形。為了與接收器達到最佳耦合，請考慮相對位置以及任何必要的透鏡或光圈。
靜電防護：雖然本規格書未明確標示其為靜電敏感元件，但以靜電防護措施處理所有半導體元件是良好的實務做法。
9. 技術比較與差異化
HIR25-21C/L423/TR8 的主要差異化因素是其超低的0.8mm輪廓高度（比許多標準SMD LED更薄），以及其平頂水清透鏡。與圓頂透鏡相比，平頂透鏡可提供更集中或不同形狀的輻射圖形，這在需要以特定方式引導光線的特定感測應用中可能有益。低順向電壓有助於能源效率。使用GaAlAs材料和精確的分級確保了與矽偵測器優異且一致的匹配，相較於光譜較寬或匹配度較差的LED，這可以提高感測器系統的信噪比。
10. 常見問題解答（基於技術參數）
問：為什麼必須使用串聯電阻？
答：LED的I-V曲線是指數型的。電壓稍微超過膝點，就會導致電流急遽且可能具破壞性的增加。電阻在電源電壓和電流之間提供了線性關係，從而穩定了工作點。
問：我可以用超過100mA的脈衝驅動此LED嗎？
答：有可能，但僅限於特定的脈衝條件下（低工作週期、短脈衝寬度），如降額曲線所定義（本摘要未提供）。在任何情況下超過絕對最大額定值都有立即損壞的風險。
問：與矽光偵測器光譜匹配是什麼意思？
答：這意味著LED發射光的峰值波長和光譜寬度與標準矽光二極體或光電晶體的峰值靈敏度區域緊密對齊。這能最大化偵測器在給定光功率下產生的電信號，從而提高系統效率和範圍。
問：打開袋子後的7天車間壽命有多關鍵？
答：如果元件將進行迴焊，則非常關鍵。吸收的濕氣在高溫迴焊過程中可能汽化，導致內部分層或破裂（爆米花現象）。若超過車間壽命，則需要進行烘烤。
11. 實際應用案例
案例1：非接觸式物體偵測開關。LED安裝在間隙的一側，光電晶體安裝在對面。物體通過間隙時會中斷紅外線光束，導致光電晶體的輸出發生變化。其低輪廓高度允許此感測器整合到非常薄的裝置中。一致的波長確保了在溫度變化下也能可靠觸發。
案例2：增強型電視遙控器。設計師需要一個能從更寬角度或透過輕微障礙物工作的遙控器。使用此LED並以更高的脈衝電流驅動，可以提供比標準IR LED更大的輻射強度，從而改善性能。平頂透鏡也可能有助於以略微不同的方式分散光線，實現更廣的覆蓋範圍。
案例3：微型光學編碼器。在小型旋轉編碼器中，LED和偵測器安裝在編碼盤的兩側。0.8mm的薄型封裝對於安裝到編碼器緊湊的機械結構中至關重要。良好的光譜匹配確保了在圓盤旋轉時，偵測器能產生清晰的數位信號。
12. 工作原理簡介
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型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，會釋放能量。在此使用的GaAlAs材料中，此能量對應於紅外線光譜中的光子（典型波長約為940nm）。鎵、鋁和砷原子的特定組成決定了能隙能量，從而決定了發射光的波長。水清環氧樹脂封裝保護晶片，提供機械保護，而平頂表面則作為主透鏡，塑造發射光的輻射圖形。
13. 技術趨勢與發展
SMD紅外線LED的趨勢持續朝向更高效率（每瓦電輸入產生更多輻射輸出）、更小的封裝尺寸（適用於日益緊湊的裝置），以及更高的可靠性（在惡劣條件下）。同時也在開發具有特定、窄光譜輸出的LED，用於先進感測應用，並將多個發射器（例如不同波長）整合到單一封裝中。電池供電的物聯網裝置對更低功耗的需求推動了更低順向電壓和更高效率的發展。此外，封裝材料的進步旨在改善熱性能和防潮性，可能放寬一些嚴格的處理要求。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |