IR LED 1206 封裝規格書 - 尺寸 3.2x1.6x1.1mm - 電壓 1.7V - 功率 110mW - 紅外線 940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IR11-21C/L491/TR8 是一款採用微型 1206 封裝的表面黏著型紅外線發光二極體。其設計採用透明塑膠封裝，並配備平頂式內建透鏡。此元件的主要功能是發射峰值波長為 940nm 的紅外光，其光譜經過優化，能與常見的矽基光電探測器及光電晶體管相容，使其成為非接觸式感測與偵測應用的理想元件。

1.1 核心優勢

• 緊湊設計：小巧的雙端 1206 SMD 封裝，允許高密度 PCB 佈局，節省寶貴的電路板空間。
• 高可靠性：針對各種操作條件下的穩定性能與長期穩定性而設計。
• 光學效率：整合式內建透鏡提供 80 度的受控視角，增強了光線的方向性。
• 環保合規：產品為無鉛設計，符合 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準 (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)。
• 供應鏈友善：以 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑捲盤上供應，相容於自動化取放組裝設備。

1.2 目標應用

此紅外線 LED 主要設計作為 PCB 安裝式紅外線感測器系統的光源。典型應用包括接近感測器、物體偵測、非接觸式開關以及需要可靠紅外線發射的光學編碼器。

2. 技術規格

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。不保證在此條件下操作。

• 連續順向電流 (I_F)：65 mA
• 逆向電壓 (V_R)：5 V
• 操作溫度 (T_opr)：-25°C 至 +85°C
• 儲存溫度 (T_stg)：-40°C 至 +85°C
• 焊接溫度 (T_sol)：260°C，持續時間 ≤ 5 秒
• 功率消耗 (P_d)：110 mW（於 25°C 或以下之自由空氣溫度）

2.2 電氣與光學特性 (T_a= 25°C)

這些參數定義了元件在指定測試條件下的典型性能。

• 輻射強度 (I_e)：1.0 mW/sr (最小), 2.8 mW/sr (典型) @ I_F= 20mA
• 峰值波長 (λ_p)：940 nm (典型)
• 光譜頻寬 (Δλ)：30 nm (典型)
• 順向電壓 (V_F)：1.3 V (最小), 1.7 V (典型)
• 視角 (2θ_1/2)：80 度 (典型)
• 逆向電流 (I_R)：10 µA (最大) @ V_R= 5V

3. 性能曲線分析

3.1 順向電流 vs. 環境溫度

圖 1 展示了最大允許順向電流隨環境溫度變化的降額曲線。元件僅能在大約 25°C 以下承受完整的 65mA。隨著溫度升高，必須線性降低最大電流以防止過熱並確保可靠性，在大約 100°C 時降至零。此圖表對於應用設計中的熱管理至關重要。

3.2 光譜分佈

圖 2 顯示了相對輻射強度與波長的關係圖。曲線以典型的峰值波長 940nm 為中心，其特徵半高全寬 (FWHM) 約為 30nm。此窄頻寬確保了與矽探測器的高效耦合，後者在近紅外光區域具有峰值靈敏度。

3.3 相對強度 vs. 順向電流

圖 3 描繪了相對輻射強度與順向電流的關係。在建議的操作範圍內，輸出光強度隨電流增加大致呈線性增長。此特性允許在感測系統中進行簡單的類比或基於 PWM 的亮度控制。

3.4 順向電流 vs. 順向電壓

圖 4 為電流-電壓 (I-V) 特性曲線。它顯示了二極體典型的指數關係。順向電壓相對較低，在 20mA 時約為 1.7V，有助於降低系統功耗。

3.5 輻射圖型

圖 5 展示了相對輻射強度隨與中心軸（視角）角度位移的變化關係。圖型大致為朗伯分佈，強度在距中心約 ±40 度處降至峰值的一半，證實了 80 度的全視角。此圖型對於確定發射紅外光的覆蓋範圍非常重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

此元件符合標準 1206 (3216 公制) 封裝外形。關鍵尺寸如下：

• 長度 (L)：3.20 mm ± 0.10 mm
• 寬度 (W)：1.60 mm ± 0.10 mm
• 高度 (H)：1.10 mm ± 0.10 mm

規格書中提供了包含焊墊圖案建議的詳細機械圖面，供 PCB 佈局參考。建議的焊墊設計可確保正確的焊接與機械穩定性。

4.2 極性辨識

陰極通常標示在元件本體上。請參閱封裝圖面以確認確切的標記方式，確保組裝時方向正確。

5. 焊接與組裝指南

5.1 儲存與操作

LED 對濕度敏感。使用前必須儲存在原廠防潮袋中，溫度 10°C 至 30°C，相對濕度 <90%。保存期限為一年。一旦開封，若儲存在 10°C 至 30°C 且 ≤ 60% RH 的環境下，其車間壽命為 168 小時（7 天）。超過此期限的元件在進行迴流焊前需要烘烤（例如，60°C ± 5°C，<5% RH 下烘烤 96 小時）。

5.2 迴流焊溫度曲線

建議採用無鉛迴流焊溫度曲線。峰值溫度不應超過 260°C，且高於 240°C 的時間應受控制。同一元件不應進行超過兩次的迴流焊。加熱過程中應避免對元件施加應力，焊接後勿使 PCB 彎曲。

5.3 手工焊接與返修

若需手工焊接，請使用烙鐵頭溫度低於 350°C、功率低於 25W 的烙鐵。每個接腳的接觸時間應限制在 3 秒內。對於返修，建議使用雙頭烙鐵同時加熱兩個接腳以避免熱應力。返修對元件特性的影響應事先驗證。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 載帶與捲盤規格

元件以 8mm 寬的凸版載帶包裝，捲繞於 7 英吋直徑的捲盤上供應。每捲包含 2000 個元件。載帶尺寸（口袋間距、寬度等）均有規定，以確保與標準 SMD 組裝設備相容。

6.2 標籤資訊

捲盤標籤包含關鍵資訊，如料號 (P/N)、批號 (LOT No.)、數量 (QTY)、峰值波長 (HUE)、等級 (CAT) 及濕度敏感等級 (MSL)。

7. 應用設計考量

7.1 限流設計

關鍵：必須始終使用一個外部限流電阻與 LED 串聯。順向電壓具有負溫度係數，意味著它會隨著接面溫度升高而降低。若無電阻，電壓的微小增加可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加（熱失控）。電阻值應根據電源電壓 (V_CC)、期望的順向電流 (I_F) 及典型的順向電壓 (V_F)，使用歐姆定律計算：R = (V_CC- V_F) / I_F.

7.2 光學設計

在為感測器系統設計透鏡、光圈或導光管時，請考慮 80 度的視角。輻射圖型將影響感測範圍與視野。對於較長距離的偵測，可能需要外部準直光學元件來聚焦發射的光線。

7.3 探測器配對

此 LED 的 940nm 輸出與矽光電二極體及光電晶體管的光譜響應達到最佳匹配。請確保所選的探測器在此波長區域具有靈敏度，以獲得最大的系統信噪比。

8. 技術比較與差異化

與舊式穿孔型 IR LED 相比，此 1206 SMD 版本在微型化及適用於自動化製造方面具有顯著優勢。其在 SMD IR LED 類別中的關鍵差異化特點在於，它結合了相對較高的輻射強度（典型值 2.8 mW/sr）與標準且廣泛採用的 1206 封裝尺寸，並符合嚴格的環保法規。與沒有內建透鏡的元件相比，其整合的平頂透鏡提供了更一致的光學輸出。

9. 常見問題 (FAQ)

9.1 為何必須使用限流電阻？

LED 是電流驅動元件，而非電壓驅動。其 I-V 特性是指數性的。即使電壓源接近其標稱 V_F，直接從電壓源驅動也可能導致電流失控、快速升溫並立即損壞。串聯電阻提供了一種線性、穩定的方法來設定工作電流。

9.2 若不遵循濕度敏感度指引會發生什麼？

吸收到塑膠封裝內的濕氣，在高溫迴流焊過程中可能迅速汽化。這可能導致內部分層、封裝破裂（"爆米花效應"）或損壞焊線，從而導致立即失效或降低長期可靠性。

9.3 此LED可用於資料傳輸嗎？

雖然它能發射調變光，但其主要設計是用於感測應用。其切換速度通常未在此規格書中指定。對於高速資料傳輸（例如，紅外線遙控器），應選擇專門針對快速響應時間而設計的 LED。

10. 實務設計範例

情境：使用此 IR LED 與一個矽光電晶體管設計一個簡單的接近感測器。

1. 驅動電路：將 LED 陽極透過一個限流電阻連接到 5V 電源。對於目標 I_F為 20mA 且 V_F為 1.7V，計算 R = (5V - 1.7V) / 0.02A = 165Ω。使用最接近的標準值（例如，160Ω 或 180Ω）。可使用電晶體或微控制器 GPIO 腳位來開關 LED。
2. 偵測電路：將光電晶體管放置在附近。當物體將紅外光反射回探測器時，其集極電流會增加。此電流可使用負載電阻轉換為電壓，並輸入比較器或微控制器 ADC 以偵測物體存在。
3. 佈局：將 LED 與探測器緊密放置在 PCB 上，但需確保使用物理屏障或光學隔離器以防止直接串擾（LED 的光線未經反射直接進入探測器）。

11. 工作原理

紅外線 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 區的電子與來自 p 區的電洞在主動區複合。此複合過程以光子（光）的形式釋放能量。特定的材料成分（此處為 GaAlAs）決定了能隙能量，進而定義了發射光子的波長，此處為 940nm 的紅外光譜。內建透鏡將發射的光線塑造成特定的輻射圖型。

12. 技術趨勢

用於感測的紅外線元件趨勢持續朝向更高整合度、更小封裝及更高效率發展。對於具有更窄光譜頻寬和更高輸出功率的 IR LED 需求不斷增長，以用於如 LiDAR 和飛時測距 (ToF) 感測等更長距離的應用。此外，將紅外線發射器與探測器整合到單一模組中簡化了系統設計。環保與法規合規性仍然是所有電子元件的關鍵驅動力。