紅外線發射二極體 5mm 透明封裝 - 尺寸直徑5.0mm x 高度8.6mm - 順向電壓1.6-2.0V - 峰值波長850nm - 輻射強度30-45mW/sr - 繁體中文技術規格書

1. 產品概述

本文件詳述一款適用於廣泛光電應用的分離式紅外線發光二極體 (IRED) 規格。此元件設計旨在提供高輻射輸出與低順向電壓特性，非常適合對功耗敏感的設計。其主要發射光譜位於近紅外線區域，峰值波長為850奈米。

此元件的核心優勢包括其高電流運作能力，可直接轉化為高光學功率輸出。它採用標準5mm透明透鏡封裝，提供寬廣的視角，適用於大面積照明或接收。這使其成為需要可靠紅外線訊號傳輸系統的通用選擇。

目標市場與典型應用場景涵蓋消費性電子產品、工業控制與安全系統。常見用途包括電視與音響設備的紅外線遙控器、短距離無線資料傳輸、安全警報中的入侵偵測感測器，以及光學編碼器。其性能參數針對脈衝操作進行了優化，這是遙控與資料傳輸協定的標準模式。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

超出這些限制操作可能導致永久性損壞。最大連續順向電流額定值為80 mA，在脈衝條件下（300 pps，10μs脈衝寬度）允許的峰值順向電流為1 A。最大功耗為200 mW，這決定了應用的熱設計。元件可承受高達5V的反向電壓，但並非設計用於在此模式下操作。操作與儲存溫度範圍分別為-40°C至+85°C和-55°C至+100°C，確保在惡劣環境下的可靠性。接腳焊接必須在260°C下進行，最多5秒，且烙鐵頭距離環氧樹脂本體至少1.6mm。

2.2 電氣與光學特性

關鍵性能參數是在順向電流 (I_F) 為50 mA、環境溫度 (T_A) 為25°C的標準測試條件下測量。

• 輻射強度 (I_E):每單位立體角的光學功率輸出，範圍從最小值30 mW/sr到典型值45 mW/sr。這是LED在其主要方向亮度的直接量測。
• 峰值發射波長 (λ_P):標稱波長為850 nm，位於近紅外線區域，非常適合矽光電探測器，且相較於較短波長，對人眼較不可見。
• 光譜線半高寬 (Δλ):約為50 nm。這定義了光譜頻寬，表示圍繞峰值發射的波長範圍。
• 順向電壓 (V_F):典型值為1.6V，在I_F=50mA時最大值為2.0V。低V_F是高效能、電池供電裝置的關鍵特點。
• 反向電流 (I_R):在V_R=5V時最大值為100 μA。此參數僅供測試用途；元件並非設計用於反向偏壓操作。
• 上升/下降時間 (T_r/T_f):30奈秒。此快速切換速度使其適用於資料傳輸的高頻脈衝操作。
• 視角 (2θ_1/2):30度。這是輻射強度降至其峰值一半時的全角，定義了光束擴散範圍。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數個對電路設計與性能預測至關重要的特性曲線。

3.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線顯示流經LED的電流與其兩端電壓之間的關係。它是非線性的，為二極體的典型特性。設計者可利用此曲線決定所需工作電流對應的必要驅動電壓，並計算功耗 (V_F* I_F)。從典型的V_F值1.6V可明顯看出其低導通電壓。

3.2 相對輻射強度 vs. 順向電流

此圖表展示了光學輸出功率如何隨輸入電流變化。通常，在正常工作範圍內，輻射強度與電流呈線性增加。這種線性關係對於類比調變應用非常重要。設計者可利用此關係選擇適當的驅動電流以達到特定的亮度等級。

3.3 相對輻射強度 vs. 環境溫度

此曲線對於理解熱效應至關重要。LED的輻射強度會隨著接面溫度升高而降低。此圖表量化了該降額情況，顯示了在整個操作溫度範圍內相對於25°C時輸出功率的變化。為了確保可靠操作，必須考慮熱管理以維持輸出穩定性，特別是在高電流或高環境溫度的應用中。

3.4 光譜分佈圖

光譜圖顯示了不同波長下發射的光強度。它確認了850 nm的峰值與約50 nm的半高寬。當將LED與光電探測器匹配時，此資訊至關重要，因為探測器的響應度會隨波長變化。

3.5 輻射模式圖

此極座標圖直觀地呈現了視角。該模式顯示了強度分佈，確認了30度的半角。它有助於為特定覆蓋區域設計光學系統，例如確保接收器位於LED的光束範圍內。

4. 機械與封裝資訊

4.1 外型尺寸

此元件符合標準5mm圓形LED封裝。關鍵尺寸包括本體直徑5.0mm，以及從法蘭底部到透鏡頂部的典型高度8.6mm。接腳間距（在接腳離開封裝處量測）為標準的2.54mm (0.1英吋)。除非另有說明，公差通常為±0.25mm。法蘭下方允許最大樹脂突出1.5mm。陽極（正極接腳）通常由較長的接腳長度來識別。

5. 焊接與組裝指南

5.1 儲存條件

元件應儲存在低於30°C且相對濕度低於70%的環境中。一旦打開原始密封包裝，元件必須在受控環境（<25°C，<60% RH）下於3個月內使用，以防止接腳氧化影響可焊性。

5.2 清潔

若需清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇。強烈化學藥劑可能損壞環氧樹脂透鏡。

5.3 接腳成型

若需彎曲接腳，必須在焊接前且於常溫下進行。彎曲點應距離LED透鏡基座至少3mm。彎曲時不應以引線框架的基座作為支點，以避免對內部晶片黏著點造成應力。

5.4 焊接製程

手工焊接 (烙鐵):最高溫度350°C，每支接腳不超過3秒。烙鐵頭必須距離環氧樹脂透鏡基座至少2mm。
波峰焊接:建議的溫度曲線包括預熱最高至100°C，最長60秒，接著在最高260°C的焊錫波中進行5秒。浸錫位置必須距離透鏡基座不低於2mm。
重要警告:必須避免將透鏡浸入焊錫中。過高的溫度或時間可能導致透鏡變形或災難性故障。紅外線 (IR) 迴焊不適用於此穿孔式封裝類型。

6. 包裝與訂購資訊

元件以防靜電袋包裝。標準包裝配置為每袋1000顆。八袋裝入一個內箱，八個內箱構成一個外運紙箱，總計每個外運紙箱64,000顆。

7. 應用設計建議

7.1 驅動電路設計

LED是電流驅動裝置。為確保亮度均勻並防止電流不均，強烈建議為每個LED使用一個串聯限流電阻，即使多個LED並聯連接到電壓源時也是如此。簡單的電路模型 (A) 為每個LED串聯一個電阻，這是正確的方法。不建議使用替代模型 (B)，即多個LED直接並聯而無個別電阻，因為每個LED順向電壓 (V_F) 的微小差異將導致電流分配與亮度的顯著不同。

串聯電阻 (R_s) 的值可使用歐姆定律計算：R_s= (V_電源- V_F) / I_F，其中I_F是期望的工作電流（例如，50mA），而V_F是規格書中的典型順向電壓（例如，1.6V）。

7.2 靜電放電 (ESD) 防護

此元件對靜電放電敏感。在處理與組裝過程中必須實施適當的ESD控制：

• 人員應佩戴接地腕帶或防靜電手套。
• 所有工作站、工具與設備必須妥善接地。
• 使用離子風扇中和可能積聚在塑膠透鏡上的靜電荷。
• 使用導電或防靜電包裝儲存與運輸元件。

7.3 應用範圍與可靠性

本產品適用於標準商業與工業電子設備，包括辦公室自動化、通訊與家用電器。對於需要極高可靠性，且故障可能危及生命或健康（例如，航空、醫療生命維持、運輸安全系統）的應用，在設計採用前必須進行特定諮詢與資格認證。

8. 技術比較與差異化

此850nm IRED的差異化優勢在於其結合了高功率輸出(30-45 mW/sr) 與低順向電壓(典型1.6V)。相較於標準可見光LED或低功率IRED，這使得電池供電裝置能實現更亮的照明或更長的距離。30度的視角在聚焦強度與覆蓋區域之間提供了良好的平衡。快速的30ns切換速度使其適用於簡單的開/關遙控器以及更高速度的資料傳輸協定，這與僅限於基本切換的較慢速裝置不同。

9. 常見問題 (FAQ)

問：我可以直接從3.3V或5V微控制器接腳驅動此LED嗎？
答：不行。您必須始終使用一個串聯限流電阻。微控制器接腳的電流供應/吸收能力有限，且缺乏精確的電流調節。直接連接LED可能會超過接腳的最大電流，損壞微控制器，並可能使LED過度驅動。

問：為什麼反向電流額定值僅供測試，而非用於操作？
答：LED是針對順向導通優化的二極體。施加反向電壓，即使在其最大額定值5V內，也不會使其發揮有用功能。指定的反向電流是用於品質測試的漏電流參數，而非電路操作的設計參數。

問：我如何計算在5V電源、50mA電流下所需的電阻值？
答：使用典型的V_F值1.6V：R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68 歐姆。最接近的標準值為68Ω。電阻的額定功率應至少為 P = I²R = (0.05)²* 68 = 0.17W，因此1/4W的電阻已足夠。

問：如果光是不可見的，透明封裝的目的是什麼？
答：透明環氧樹脂對850nm紅外光具有高度透光性，能最小化封裝本身的光學損耗。有色透鏡會吸收部分紅外線輸出，降低效率。透明封裝能實現最大的輻射強度。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計一個簡單的紅外線遙控發射器。
目標是在典型的客廳中，從手持裝置傳輸編碼指令到最遠10公尺外的接收器。

元件選擇：此850nm IRED是一個絕佳的選擇，因為它具有高輸出功率（以獲得良好距離）、低電壓操作（相容於小型電池，如2顆AA電池提供3V），以及快速切換速度（能夠處理遙控器中常用的38kHz載波頻率）。

電路設計：核心發射器電路涉及一個產生調變編碼的微控制器。微控制器接腳以開關配置驅動一個電晶體（例如，簡單的NPN如2N3904）。IRED及其限流電阻置於電晶體的集極電路中。電晶體作為高速開關，允許微控制器以所需的高電流（例如，100mA脈衝）脈衝驅動LED，而無需直接負載MCU接腳。串聯電阻值是根據電池電壓（3V）、LED V_F(~1.6V) 與期望的脈衝電流計算得出。

注意事項：LED寬廣的30度視角確保遙控器無需精確指向接收器。ESD預防措施在手持裝置組裝過程中至關重要。儲存指南確保LED在生產過程中保持可焊性。

11. 工作原理

紅外線發光二極體 (IRED) 是一種半導體p-n接面元件。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，能量以光子（光）的形式釋放。發射光的特定波長（此處為850 nm）由半導體材料的能隙能量決定，此處基於砷化鎵 (GaAs) 或砷化鋁鎵 (AlGaAs) 化合物。"透明"環氧樹脂封裝密封了半導體晶片，提供機械保護，並作為透鏡來塑造輸出光束。

12. 技術趨勢

分離式紅外線元件持續演進。趨勢包括開發具有更高功率密度與效率的裝置，以用於如LiDAR和飛時測距感測等長距離應用。同時也推動微型化至表面黏著裝置 (SMD) 封裝，以實現自動化組裝與更小的外形尺寸。此外，針對專業感測與光通訊應用，正在開發具有更嚴格控制的波長公差與更窄光譜頻寬的元件，以減少干擾並提高訊噪比。半導體接面中的電致發光基本原理保持不變，但材料科學與封裝技術推動了性能的改進。