IRR60-48C/TR8 LED 規格書 - 尺寸 6.0x4.8x1.1mm - 電壓 1.4-2.1V - 功率 50-70mW - 雙波長 660nm/905nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IRR60-48C/TR8 是一款微型表面黏著型（SMD）紅外線發光二極體。它是一個雙色元件，在單一封裝內整合了兩個不同的半導體晶片：一個發射 660nm 波長（紅光，採用 AlGaInP 材料），另一個發射 905nm 波長（紅外光，採用 AlGaAs 材料）。元件封裝於水清塑膠外殼中，並配備平頂透鏡，專為相容於自動貼片組裝系統以及標準紅外線或氣相迴焊製程而設計。

此元件的主要設計目標是與矽基光電探測器（例如光電二極體和光電晶體）進行光譜匹配。此特性使其特別適用於需要精確光耦合的感測應用。本元件符合現代環保標準，為無鹵素設計，並遵循 RoHS 與歐盟 REACH 法規。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不保證在此條件下運作。

• 連續順向電流（I_F)）：兩種波長均為 30 mA。這是可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP)）：150 mA。此額定值僅適用於脈衝寬度 ≤10μs 且工作週期 ≤1% 的脈衝條件下。
• 逆向電壓（V_R)）：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 功率消耗（P_d)）：660nm 晶片為 70 mW，905nm 晶片為 50 mW，測量於環境溫度 25°C 或以下。此差異反映了不同半導體材料的典型效率與熱特性。
• 熱阻，接面至環境（R_θj-a)）：550 K/W。此參數表示熱量從半導體接面傳遞到周圍環境的效率。數值越低表示散熱效果越好。
• 工作與儲存溫度範圍：-25°C 至 +85°C。
• 焊接溫度（T_sol)）：最高 260°C，持續時間不超過 5 秒，此為無鉛迴焊製程的典型條件。

2.2 電氣與光學特性

這些為在 25°C、順向電流 20mA 下測量的典型性能參數，除非另有說明。

• 輻射強度（I_E)）：這是每單位立體角（球面度）發射的光功率。對於 660nm（紅光）晶片，典型值為 2.3 mW/sr（最小值 1.0）。對於 905nm（紅外光）晶片，典型值為 1.0 mW/sr（最小值 0.5）。
• 總輻射功率（P_o)）：向所有方向發射的總光功率。典型值為紅光 7.0 mW，紅外光 3.0 mW。
• 峰值波長（λ_p)）：輻射強度最強的波長。紅光晶片中心波長為 660nm（範圍 657-663nm）。紅外光晶片中心波長為 905nm（範圍 895-915nm）。
• 頻譜頻寬（Δλ））：發射頻譜在半高全寬（FWHM）處的寬度。典型值為紅光 20nm，紅外光 60nm。紅外光晶片較寬的頻寬是 AlGaAs 材料的特性。
• 順向電壓（V_F)）：二極體導通時的跨壓。紅光晶片典型值為 2.10V（範圍 1.80-2.50V）。紅外光晶片典型值為 1.40V（範圍 1.10-1.60V）。此差異對於電路設計至關重要，特別是在從同一電源驅動兩個晶片時。
• 視角（2θ_1/2)）：輻射強度至少為峰值一半的角度範圍。紅光晶片典型視角為 140°，而紅外光晶片為 130°。平頂透鏡有助於實現此寬廣視角。

3. 性能曲線分析

3.1 順向電流 vs. 環境溫度

降額曲線顯示，最大允許連續順向電流隨著環境溫度升高而降低。這是防止熱失控的關鍵設計考量。紅光與紅外光晶片的曲線均呈現相似的負斜率，強調了在高溫環境或高電流應用中需要充分的熱管理。

3.2 頻譜分佈

頻譜圖顯示了不同波長的相對輻射強度。660nm 紅光發射呈現出 AlGaInP 材料特有的尖銳、窄峰特性。905nm 紅外光發射則顯示出 AlGaAs 典型的較寬、類似高斯的分佈。這種頻譜純度（紅光）和頻寬（紅外光）對於感測器系統設計至關重要，影響濾波器選擇和訊噪比。

3.3 輻射強度 vs. 順向電流

這些圖表顯示，在標準工作範圍內，兩個晶片的驅動電流與光輸出之間呈現近乎線性的關係。這種線性關係簡化了類比調變應用中的光輸出控制。兩條線的斜率（效率）在不同波長間有所不同。

3.4 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

I-V 曲線顯示了二極體典型的指數關係。導通電壓清晰可見，且兩個晶片之間存在差異（紅光較高）。這些曲線是在脈衝條件下測量的（100μs 脈衝，1/100 工作週期），以最小化自熱效應，提供最準確的接面特性表示。

3.5 相對輻射強度 vs. 角度位移

這些極座標圖直觀地表示了視角。兩個晶片的強度分佈大致為朗伯分佈（類似餘弦），紅光晶片略寬。此資訊對於設計光學系統以確保適當的照明覆蓋範圍或與探測器對準至關重要。

4. 機械與封裝資訊

元件封裝於緊湊的 SMD 封裝中，尺寸為長 6.0mm、寬 4.8mm、高 1.1mm。封裝外型圖提供了 PCB 焊墊設計的關鍵尺寸，包括焊墊尺寸、位置和禁置區。元件採用水清模塑塑膠本體，頂部平坦，可作為透鏡。極性由封裝標記指示，在放置時必須遵守，以確保正確的電氣運作。

5. 焊接與組裝指南

5.1 迴焊焊接

本元件相容於峰值溫度為 260°C 的無鉛迴焊溫度曲線。嚴格遵守建議的溫度-時間曲線至關重要，以避免熱衝擊或損壞塑膠封裝。同一元件不應進行超過兩次的迴焊。必須避免加熱期間對 LED 本體施加應力，以及焊接後電路板翹曲。

5.2 手工焊接

若因維修需要進行手工焊接，則需極度謹慎。烙鐵頭溫度應低於 350°C，每個接腳的接觸時間不應超過 3 秒。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。每個接腳焊接之間應至少間隔 2 秒。建議使用雙頭烙鐵進行拆卸以最小化熱應力，但其對元件特性的影響應事先驗證。

5.3 儲存與濕度敏感性

本元件對濕度敏感。注意事項包括：

• 準備使用前請勿打開防潮袋。
• 未開封的袋子請儲存於 ≤30°C 且 ≤90% RH 的環境中。請在一年內使用。
• 開封後，請儲存於 ≤30°C 且 ≤60% RH 的環境中。請在 24 小時內使用。
• 若超過儲存時間或乾燥劑顯示濕氣侵入，在進行迴焊前需要以 60±5°C 烘烤至少 24 小時。

6. 包裝與訂購資訊

元件以凸紋載帶包裝供應，便於自動化處理。標準捲盤包含 1000 個元件。載帶尺寸有明確規範，以確保與標準送料器系統相容。防潮包裝包含一個內置乾燥劑和濕度指示卡的鋁箔積層袋。袋上標籤包含客戶料號（CPN）、生產料號（P/N）、數量、等級代碼（CAT、HUE）、參考號、批號和原產國等欄位。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 光學感測器：雙波長使其可用於反射式或穿透式感測器，進行物體偵測、計數或位置感測。905nm 波長常用於不希望有可見光的場合，而 660nm 紅光可作為可見指示燈或用於特定的光度感測。
• 醫療脈搏血氧儀：660nm 和 905nm（或 940nm）波長是脈搏血氧儀中用於測量血氧飽和度（SpO2）的標準波長。元件與矽探測器的光譜匹配對此應用至關重要。
• 工業自動化：用於光學編碼器、邊緣偵測系統和安全光幕。

7.2 設計考量

• 電流限制：從電壓源運作時，必須使用外部串聯電阻。I-V 曲線的陡峭斜率意味著微小的電壓變化會導致巨大的電流變化，可能立即損壞 LED。
• 熱管理：指定的熱阻（550 K/W）相對較高。對於高電流連續運作或在溫暖環境中，建議在 PCB 佈局中提供足夠的銅箔面積作為散熱片，以將接面溫度維持在限制範圍內。
• 光學設計：寬廣的視角可能需要二次光學元件（透鏡、光圈）來將光線準直或聚焦，以執行特定的感測任務。水清透鏡適用於發射模式不關鍵或使用外部光學元件的應用。
• 驅動電路：如果要獨立驅動或多工驅動兩個晶片，則必須考慮它們不同的順向電壓。為了獲得穩定的光輸出，恆流驅動器優於恆壓驅動器。

8. 技術比較與差異化

IRR60-48C/TR8 的主要差異化在於其雙波長、單一封裝的設計。與使用兩個獨立的 SMD LED 相比，這提供了顯著的優勢：

• 節省空間：減少 50% 的 PCB 佔用面積。
• 簡化組裝：只需放置一個元件，提高生產效率並降低貼片成本。
• 改善對準：兩個發射點位於同一封裝內，確保了完美的空間對準，適用於需要兩種波長照射同一點的應用。這在脈搏血氧儀等設備中至關重要。
• 材料相容性：使用 AlGaInP 製造紅光，與 GaAsP 等舊技術相比，提供了更高的效率和更好的頻譜純度，而 AlGaAs 紅外光晶片則在近紅外區域提供了強勁的輸出。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以同時以每個晶片 30mA 的最大連續電流驅動兩個 LED 晶片嗎？

答：不行。必須考慮總功率消耗。同時以 30mA 運作很可能會超過封裝的散熱能力，導致過熱。必須根據環境溫度和應用特定的工作週期進行降額。

問：為什麼在相同電流下，紅外光晶片的輻射強度低於紅光晶片？

答：這主要是由於人眼敏感度差異（明視覺 vs. 輻射度量測量）以及不同半導體材料（AlGaAs vs. AlGaInP）在各自波長下的固有轉換效率不同。總輻射功率指標提供了總光輸出的更好比較。

問：規格書顯示焊接溫度為 260°C，但我的迴焊曲線峰值為 245°C。這樣可以接受嗎？

答：可以，峰值溫度 245°C 是可以接受的，甚至可能更佳，因為它使元件承受較少的熱應力，前提是高於液相線的時間（TAL）足以形成良好的焊點。

問：開封後 24 小時內使用的時限有多關鍵？

答：對於可靠的迴焊焊接至關重要。吸收到塑膠封裝中的濕氣可能在迴焊過程中汽化，導致內部分層、破裂（"爆米花效應"）或鍵合線損壞。遵守此指南對於實現高製造良率至關重要。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計反射式物體感測器

在一個偵測黑色輸送帶上白色物體的典型應用中，IRR60-48C/TR8 將與一個矽光電晶體配對。905nm 紅外光晶片將用於主要感測，以避免環境可見光的干擾。一個設定為 20mA 的恆流源將驅動 LED。光線從物體反射後被光電晶體偵測，其輸出訊號由放大器/比較器電路進行調理。紅外光晶片寬廣的 130° 視角確保了充足的偵測範圍，降低了對準精度的要求。設計師若使用電壓源，必須包含限流電阻；確保 PCB 佈局提供一定的散熱措施；並在電路板進行迴焊焊接前遵循嚴格的濕度處理程序。

11. 運作原理

IRR60-48C/TR8 的光發射基於半導體材料中的電致發光。當施加超過晶片能隙能量的順向偏壓時，電子和電洞被注入半導體的主動區域並在此復合。這種復合以光子（光）的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定：AlGaInP 對應 660nm（紅光），AlGaAs 對應 905nm（紅外光）。水清環氧樹脂封裝保護晶片，提供機械保護，其成型的頂部表面作為主透鏡以控制發射模式。

12. 技術趨勢

像 IRR60-48C/TR8 這樣的 SMD LED 發展遵循了幾項產業趨勢：

• 微型化：持續縮小封裝尺寸（例如從 0603 到 0402），以實現更密集的電子組裝。
• 多晶片整合：將多種波長甚至不同類型的元件（LED 和光電二極體）整合到單一封裝中，以實現更智慧、更緊湊的感測器模組。
• 提高效率：持續改進內部量子效率以及從半導體材料和封裝中提取光線的效率，從而在相同的電氣輸入下獲得更高的光輸出。
• 增強可靠性：封裝材料和製程的進步，使其能夠承受更高的迴焊溫度、更惡劣的環境條件，並提供更長的使用壽命。
• 標準化：更廣泛地採用標準化的封裝尺寸和光學特性，以提高互換性並簡化工程師的設計。