紅外線發射LED 850nm SMD 規格書 - 峰值波長850nm - 順向電壓1.4V - 輻射強度20mW/sr - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款專為表面黏著技術（SMT）應用設計的分立式紅外線發射元件規格。該元件為採用AlGaAs材料系統構建的850nm紅外線發射二極體（IRED），封裝於標準EIA封裝內，並配備黑色圓頂透鏡以控制光線分佈。其設計旨在自動化組裝環境中提供可靠的性能。

此元件的核心功能是將電流高效轉換為峰值波長850奈米的紅外光。此波長常用於不希望發出可見光，或需要與矽基光電探測器（其在850-940nm附近具有高靈敏度）相容的應用中。本產品符合RoHS指令，並歸類為綠色產品。

1.1 主要特性與應用

此紅外線發射器具備多項關鍵特性，使其適用於現代電子製造：

• 相容於紅外線迴焊製程，此為大量PCB組裝的關鍵。
• 以8mm載帶包裝於7英吋直徑捲盤上，適用於自動取放設備。
• 採用頂視設計並配備黑色圓頂透鏡，提供典型的20度視角（2θ1/2），實現定向發射。
• 峰值發射波長（λp）規格為850nm。

主要應用領域：此元件主要用於需要非可見光通訊或感測的系統中作為紅外線發射器。典型應用包括但不限於：消費性電子產品的遙控器、短距離紅外線無線資料傳輸鏈路，以及PCB安裝的紅外線感測系統（如接近感測器或遮斷器）。

2. 絕對最大額定值

超出這些限制操作可能導致永久性損壞。所有額定值均在環境溫度（TA）25°C下指定。

• 功率消耗（PD）：100 mW
• 峰值順向電流（IFP）：800 mA（脈衝條件下：每秒300個脈衝，脈衝寬度10μs）
• 直流順向電流（IF）：60 mA
• 逆向電壓（VR）：5 V
• 操作溫度範圍（Topr）：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度範圍（Tstg）：-55°C 至 +100°C
• 紅外線迴焊：允許最高峰值溫度260°C，持續10秒。

這些額定值定義了確保元件可靠壽命的操作邊界。超過直流順向電流或功率消耗將產生過多熱量，可能導致半導體接面加速劣化。逆向電壓額定值對於保護LED免受電路中的靜電放電（ESD）或極性接錯至關重要。

3. 電氣與光學特性

以下參數保證在環境溫度25°C及指定測試條件下達成。這些數值代表元件的典型性能。

• 輻射強度（I_E）：20 mW/sr（典型值），於順向電流（I_F）20mA下。此測量之測試容差為±15%。
• 峰值發射波長（λ_Peak）：850 nm（典型值），於 I_F= 20mA。
• 譜線半寬度（Δλ）：50 nm（典型值），於 I_F= 20mA。此表示輻射強度至少為其峰值一半的光譜頻寬。
• 順向電壓（V_F）：1.4 V（典型值），最大值1.7 V，於 I_F= 20mA。
• 逆向電流（I_R）：10 μA（最大值），於逆向電壓（V_R）5V下。
• 視角（2θ_1/2）：20 度（典型值）。θ_1/2定義為輻射強度降至光軸（0度）上數值一半時的離軸角度。

順向電壓是電路設計的關鍵參數，因其決定了LED兩端的電壓降，是計算限流電阻值所必需的。20度視角表示光束相對較窄，這對於需要在特定區域或距離進行定向照明的應用是有益的。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數條特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。理解這些曲線對於穩健的系統設計至關重要。

4.1 光譜分佈

光譜分佈曲線顯示相對輻射強度隨波長的變化。對於此850nm發射器，輸出集中在850nm附近，典型半寬為50nm。此特性對於將發射器與接收光電探測器（例如矽PIN光電二極體或光電晶體）的光譜靈敏度匹配以最大化訊噪比非常重要。

4.2 順向電流 vs. 環境溫度

此降額曲線顯示最大允許直流順向電流隨環境溫度升高而降低。在最高操作溫度+85°C時，允許的連續電流顯著低於25°C時的60mA額定值。設計人員必須使用此曲線確保LED在高溫環境下不會過度驅動。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓（IV曲線）

IV曲線描繪了施加的順向電壓與流經LED的電流之間的非線性關係。曲線上顯示了20mA時典型的1.4V順向電壓。曲線的指數性質突顯了為什麼LED必須由電流源驅動或串聯限流電阻，因為電壓的微小變化會導致電流的大幅變化。

4.4 相對輻射強度 vs. 順向電流

此曲線表明，在正常操作範圍內，光輸出（輻射強度）大致與順向電流成正比。由於發熱和其他效率因素，它並非完全線性，但證實了控制電流是控制光輸出的主要方法。

4.5 相對輻射強度 vs. 環境溫度

LED的輸出功率隨其接面溫度升高而降低。此曲線量化了該關係，顯示即使驅動電流保持恆定，相對輻射強度也會隨環境溫度升高而下降。在需要寬溫度範圍內穩定輸出的應用中，必須考慮此熱降額效應。

4.6 輻射圖案（極座標圖）

極座標圖以圖形方式表示視角。歸一化強度相對於中心軸的角度繪製。此元件的圖表確認了20度半角，顯示了中心最強且對稱衰減的光束圖案。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

本元件符合標準EIA表面黏著封裝外型。關鍵尺寸包括本體尺寸、引腳間距和總高度。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位提供，典型公差為±0.1mm。封裝採用黑色環氧樹脂本體並配有圓頂透鏡。

5.2 建議焊接墊佈局

提供了PCB設計的建議焊墊圖案（佔位面積），以確保迴焊期間形成可靠的焊點。主要焊墊區域的尺寸為長1.8mm、寬1.0mm，間距為1.0mm。建議使用厚度為0.1mm（4 mils）或0.12mm（5 mils）的金屬鋼網進行錫膏印刷。

5.3 載帶與捲盤包裝尺寸

元件以壓紋載帶包裝於7英吋（178mm）直徑捲盤上供應。載帶寬度為8mm。每捲包含2000個元件。包裝符合ANSI/EIA 481-1-A-1994規範。載帶以蓋帶密封，每捲允許的最大連續缺件數為兩個。

6. 組裝、操作與應用指南

6.1 焊接與迴焊溫度曲線

本元件相容於紅外線（IR）迴焊製程，此為SMT組裝的標準。建議使用符合JEDEC規範的無鉛（Pb-free）焊接迴焊溫度曲線。此曲線的關鍵參數包括：預熱階段150-200°C，持續最多120秒，隨後升溫至最高峰值溫度260°C。高於245°C的時間應受控制，且在峰值溫度260°C的總時間不得超過10秒。遵循錫膏製造商的建議並進行電路板層級的特性分析至關重要，因為理想的溫度曲線可能因具體的PCB組裝而異。

若使用烙鐵進行手動維修，烙鐵頭溫度不應超過300°C，且每個焊點的接觸時間應限制在3秒內。

6.2 儲存與濕度敏感性

當原始防潮屏障袋（含乾燥劑）密封時，元件應儲存在30°C或以下、相對濕度（RH）90%或以下的環境中。在此條件下的保存期限為一年。一旦屏障袋打開，元件即暴露於環境濕度中。若需在原始包裝外長期儲存（超過一週），強烈建議將其儲存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣吹掃的乾燥器中。若元件已暴露於環境條件下超過一週，在進行迴焊前需要進行烘烤程序（約60°C，至少20小時），以去除吸收的水分並防止迴焊期間發生"爆米花"損壞。

6.3 清潔

若需進行焊後清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇（IPA）。強烈或侵蝕性的化學清潔劑可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

6.4 驅動電路設計

LED是一種電流驅動元件。為確保一致的光輸出並防止損壞，必須由受控的電流源驅動。最簡單且最常見的方法是使用串聯限流電阻。電阻值（R_series）可使用歐姆定律計算：R_series= (V_supply- V_F) / I_F，其中 V_F是LED在所需電流 I_F下的順向電壓。當多個LED並聯連接時，強烈建議為每個LED使用獨立的限流電阻（如原始文件中"電路A"所示），以防止電流不均並確保亮度一致，因為不同元件的順向電壓可能略有差異。

6.5 應用考量與注意事項

本產品設計用於標準商業和工業電子設備，包括辦公設備、通訊裝置和家用電器。對於需要極高可靠性、且故障可能危及生命或健康的應用（例如航空、醫療系統、關鍵安全裝置），在設計採用前，必須與元件製造商進行特定的資格認證和諮詢。設計人員應始終讓元件在其絕對最大額定值和建議操作條件內運行，並考慮其應用中最惡劣的環境情況。