SMD 紅外發光二極體 0603 封裝 - 1.6x0.8x0.8mm - 峰值波長 870nm - 65mA - 110mW - 技術規格書

1. 產品概述

本文檔詳述了一款高效能微型表面貼裝紅外線發射二極體的規格。該元件採用緊湊的0603封裝，適用於空間受限且需要可靠紅外線發射的應用。其主要功能是發射近紅外光譜的光，典型峰值波長為870奈米，與矽光電二極體和光電晶體的光譜靈敏度實現最佳匹配。核心材料為AlGaAs（鋁鎵砷），以其高效的紅外光生成能力而聞名。

1.1 核心優勢與目標市場

该器件为现代电子设计提供了多项关键优势。其微型双端SMD封装支持高密度PCB贴装，并与自动化贴片组装工艺兼容。它设计为兼容红外和汽相回流焊接，便于现代制造流程。该产品符合主要的环境和安全标准，包括RoHS（有害物质限制）、欧盟REACH法规，并且不含卤素（Br <900 ppm， Cl <900 ppm， Br+Cl < 1500 ppm）。这种小尺寸、高性能与合规性的结合，使其成为消费电子、工业传感器和通信设备的理想选择。

主要應用包括：

• PCB貼裝的紅外線接近與存在感測器。
• 需要更高輻射強度的紅外遙控單元。
• 條碼掃描器和光學編碼器。
• 各種基於紅外線的數據傳輸和感測系統。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣和光學參數對於可靠的電路設計以及確保LED在其安全工作區內運作至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久性損壞的極限值。它們不適用於正常工作。

• 連續正向電流 (I_F):65 mA。超過此電流，即使是瞬間超過，也可能因半導體結過熱而導致災難性故障。
• 反向電壓 (V_R):5 V。該LED的反向擊穿電壓較低。電路設計必須確保LED承受的反向偏壓不超過此值，在交流或雙向信號環境中通常需要保護措施。
• 功耗 (P_c):在25°C時為110 mW。這是封裝能夠以熱量形式耗散的最大功率。實際允許的功率會隨著環境溫度 (T_a) 的升高而降低。高溫應用需要進行降額處理。
• 溫度範圍：工作溫度：-25°C 至 +85°C；儲存溫度：-40°C 至 +100°C。
• 焊接溫度 (T_sol):260°C，最長5秒。這定義了迴流焊接溫度曲線的限制條件。

2.2 光電特性 (T_a=25°C)

這些是在指定測試條件下的典型性能參數。設計人員應根據其設計裕量，酌情使用典型值或最大/最小值。

• 輻射強度 (I_E):在 I_F在=20mA時，典型值為1.3 mW/sr。輻射強度衡量的是每單位立體角（球面度）發射的光功率。它是確定接收端信號強度的關鍵參數。規定的最小值為1.0 mW/sr。
• 峰值波長 (λ_p):典型值為870 nm，範圍從860 nm到900 nm。這是發射光譜最強的波長。將此波長與接收器（例如，峰值靈敏度在~850-950nm的矽光電探測器）的峰值靈敏度相匹配，可以最大化系統效率。
• 頻譜頻寬 (Δλ):典型值為 45 nm。這是發射光譜的半高全寬，表示發射的波長範圍。
• 正向電壓 (V_F):在 I_F=20mA 時，典型值為 1.35 V，範圍從 1.20 V 到 1.70 V。此參數對於計算限流電阻值至關重要：R = (V_supply- V_F) / I_F。在穩健的設計中必須考慮其變化。
• 反向電流 (I_R):在 V_R=5V 時，最大值為 10 µA。
• 視角 (2θ_1/2):140 度。這是輻射強度降至其峰值（軸向）值一半時的全角。寬視角對於需要廣泛覆蓋的應用（如接近感測器）非常有益。

3. 性能曲線分析

所提供的特性曲線為了瞭解元件在不同條件下的行為提供了寶貴的見解，這對於實際應用設計至關重要。

3.1 正向電流與環境溫度關係

該曲線說明了最大允許連續正向電流與環境溫度之間的關係。它表明，隨著溫度升高，為了保持在功耗限制內，需要對正向電流進行必要的降額。在接近最高工作溫度（+85°C）時，允許的連續電流遠低於25°C時的65mA絕對最大額定值。

3.2 光譜分佈

光譜分佈圖顯示了相對輻射功率輸出隨波長的變化。它確認了峰值波長 (λ_p) 為870nm，以及典型光譜頻寬 (Δλ) 約為45nm。該曲線的形狀對於濾波以及確保與接收器光譜響應的相容性非常重要。

3.3 峰值發射波長與環境溫度關係

該曲線顯示峰值波長具有正溫度係數，這意味著它會隨著接面溫度的升高而略微增加。這種偏移（對於AlGaAs元件，典型值約為0.1-0.3 nm/°C）對於波長穩定性至關重要的精密感測應用非常重要。

3.4 正向電壓與環境溫度關係

正向電壓 (V_F) 具有負溫度係數；它隨著溫度升高而降低。在恆流驅動電路中必須考慮此特性，因為如果使用簡單的串聯電阻，高溫下較低的 V_F可能會略微影響功耗計算。

3.5 相對輻射強度與角度位移關係

該極座標圖直觀地定義了視角（半強度點處為140°）。對於這種封裝樣式，輻射模式通常是朗伯型或接近朗伯型，這對於模擬目標表面在不同角度和距離下的輻照度非常有用。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸 (0603)

該元件符合標準的0603（1608公制）封裝尺寸：長度約1.6mm，寬度約0.8mm，高度約0.8mm。詳細的尺寸圖規定了焊盤佈局、元件輪廓和端子位置，除非另有說明，標準公差為±0.1mm。正確的焊盤圖案設計對於可靠的焊接和機械穩定性至關重要。

4.2 極性標識

規格書包含指示陽極和陰極端子的圖表。正確的極性是元件工作的必要條件。通常，陰極可能透過凹口、綠色指示標記或編帶捲盤包裝上的特定焊盤形狀來標識。

4.3 編帶與捲盤規格

產品以8mm寬壓紋載帶形式供應，捲繞在7英吋直徑的捲盤上。載帶尺寸有明確規定，以確保與標準SMD組裝設備相容。每捲包含4000片。

5. 焊接與組裝指南

正確的操作對於保持器件可靠性和性能至關重要。

5.1 濕度敏感性與存儲

該元件對濕度敏感。注意事項包括：

• 在使用前請勿打開防潮屏障袋。
• 將未開封的袋子儲存在≤30°C和≤90% RH的條件下。
• 於出貨後一年內使用。
• 開封後，請儲存於≤30°C且≤60% RH的條件下。
• 於袋子開封後168小時（7天）內使用。
• 如果超過存儲時間或乾燥劑指示有濕氣進入，請在使用前在60 ±5°C下烘烤至少24小時。

5.2 迴流焊溫度曲線

建議使用無鉛迴流焊溫度曲線。關鍵參數包括峰值溫度260°C，高於240°C的時間不得超過推薦限制（由260°C下最長5秒隱含）。迴流焊接不應超過兩次，以避免對環氧樹脂封裝和鍵合線造成過度的熱應力。

5.3 手工焊接與返修

如果必須進行手工焊接，請使用烙鐵頭溫度低於350°C的烙鐵，並對每個端子加熱不超過3秒。使用低功率烙鐵（≤25W）。在焊接每個端子之間留出超過2秒的冷卻間隔。對於返修，建議使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以避免機械應力。應事先驗證返修的可行性及其對器件特性的影響。

6. 應用設計注意事項

6.1 必須使用限流措施

LED是電流驅動元件。絕對需要一個串聯限流電阻。正向電壓 (V_F) 範圍較窄，施加的電壓略微超過 V_F就會導致正向電流 (I_F大幅、可能具有破壞性的增加。電阻值根據電源電壓 (V_supply)、所需順向電流 (I_F) 和順向電壓 (V_F) 計算，使用最壞情況下的 V_F（最小值）以確保電流不超過設計最大值。

6.2 熱管理

雖然封裝很小，但功耗（高達110mW）會產生熱量。對於高電流連續工作或環境溫度較高的應用，需要考慮PCB的熱阻。在焊盤周圍提供足夠的銅面積（散熱焊盤）有助於散熱並保持較低的結溫，從而提高長期可靠性並防止光輸出衰減。

6.3 光學設計

140度的視角提供了寬廣的發射範圍。對於需要更聚焦光束的應用，可以使用外部透鏡或反射器。相反地，對於需要非常寬廣區域覆蓋的應用，其原生角度可能已足夠。透明透鏡適用於發射點位置不關鍵的應用；如果組裝對準需要特定顏色或漫射效果，則必須考慮這一點，因為該透鏡不提供這些功能。

6.4 電路保護

在可能出現反向電壓瞬變的環境中（例如，感性負載、熱插拔），考慮在LED兩端並聯一個保護二極體（陰極接陽極），以將任何反向電壓鉗位在5V最大額定值以下。

7. 對比與選型指導

該元件屬於紅外線LED系列。根據提供的指南，關鍵的選型標準是晶片材料（AlGaAs）和透鏡顏色（透明）。在選擇紅外線LED時，工程師必須比較關鍵參數：

• 波長 (λ_p):與接收器（光電二極體、光電晶體管或IC）的峰值靈敏度相匹配。870nm是一個常見標準。
• 輻射強度 (I_E):更高的強度提供更強的信號，允許更長的距離或更低的驅動電流。
• 視角：窄視角提供更長的距離和更聚焦的光線；寬視角提供更廣泛的覆蓋範圍。
• 封裝尺寸：0603封裝為小型化設計提供了極小的佔位面積。
• 正向電壓：較低的 V_F在低壓電池供電電路中可能具有優勢。

該特定型號的主要區別在於其結合了標準的0603佔位面積、相對較高的輻射強度和寬視角，適用於通用紅外感測和通訊。

8. 常見問題解答 (基於技術參數)

8.1 870nm波長有何用途？

870nm屬於近紅外光譜，人眼不可見。它能被廉價且常見的矽基光電探測器高效檢測，這些探測器的峰值靈敏度在800-950nm左右。這使其成為感測、遙控和光電隔離應用的理想選擇。

8.2 能否直接用3.3V或5V微控制器引腳驅動此LED？

No.您必須使用限流電阻。例如，要從3.3V電源以 I_F=20mA 驅動，假設典型 V_F為1.35V：R = (3.3V - 1.35V) / 0.020A = 97.5Ω。使用標準的100Ω電阻。務必驗證在最壞情況 V_F 條件。

下電流不超過最大值。

8.3 溫度如何影響性能？

隨著溫度升高：輻射輸出通常會降低，正向電壓降低，峰值波長略微增加。為了穩定運行，設計驅動電路時應考慮這些變化，特別是在整個-25°C至+85°C範圍內工作時。

8.4 是否需要散熱片？_F對於在室溫下以絕對最大電流（65mA）連續工作，功耗為 P = V_F* I

≈ 1.35V * 0.065A ≈ 88mW，低於110mW的額定值。然而，在高環境溫度下，需要進行降額。良好的PCB熱設計（銅焊盤）通常就足夠了；對於0603封裝，通常不需要單獨的散熱片。

9. 實際應用範例：簡易紅外線接近感測器

1. 一個常見的用例是反射式物體傳感器。紅外LED與光電晶體管相鄰放置。微控制器以脈衝驅動LED（例如，20mA）。光線從附近物體反射回來，被光電晶體管檢測到，其輸出由微控制器讀取。設計步驟：LED驅動：
2. 使用GPIO引腳和NPN電晶體（或MOSFET）以及串聯電阻，以所需電流脈衝驅動LED。脈衝驅動允許更高的瞬時電流（以獲得更強的信號），同時保持平均功率較低。接收器電路：
3. 光電晶體以共射極配置連接，並帶有上拉電阻以產生電壓輸出。集極電阻的值決定了靈敏度和響應速度。光學考量：
4. PCB上LED和光電晶體之間的小型屏障有助於減少直接串擾。LED的140°寬視角有助於照亮感測器前方的廣闊區域。訊號處理：

微控制器可使用同步檢測（僅在LED脈衝期間讀取接收器）來抑制環境光干擾。

10. 工作原理與技術趨勢

10.1 基本工作原理

紅外LED是一種半導體p-n接面二極體。當正向偏壓時，來自n區的電子與來自p區的電洞在有源區（由AlGaAs製成）複合。這種複合過程以光子（光）的形式釋放能量。AlGaAs材料的特定能隙能量決定了發射光子的波長，在本例中為870nm紅外範圍。透明環氧樹脂封裝保護晶片，提供機械保護，並作為透鏡塑造發射模式。

10.2 行業趨勢