IR19-315C/TR8 0603 SMD 紅外線 LED 規格書 - 尺寸 1.6x0.8x0.6mm - 波長 940nm - 功率 130mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IR19-315C/TR8 是一款微型表面黏著紅外線發光二極體 (LED)，採用標準 0603 封裝。此元件設計用於發射峰值波長為 940 奈米 (nm) 的光線，此波長與矽光電二極體和光電晶體的光譜靈敏度達到最佳匹配。其主要功能是作為各種感測與通訊系統中的高效紅外線光源。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件為現代電子設計提供了多項關鍵優勢。其微型 SMD 佔位面積允許高密度 PCB 佈局，對於緊湊型消費性電子和物聯網裝置至關重要。該元件採用 AlGaAs（砷化鋁鎵）晶片材料製成，為紅外線發射提供了可靠的性能。它被封裝在透明環氧樹脂透鏡中，確保發射的紅外線光吸收最小。本產品完全符合 RoHS（有害物質限制指令）、歐盟 REACH 法規，並以無鹵素方式製造，滿足嚴格的環境與安全標準。主要目標應用包括需要穩定輸出的紅外線遙控器、PCB 安裝的接近或物體偵測感測器、條碼掃描器以及各種其他基於紅外線的系統。

2. 深入技術參數分析

透徹理解元件的極限與操作特性，對於可靠的電路設計和確保長期性能至關重要。

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損壞的應力極限。不保證在這些極限下或超過這些極限的操作。

• 連續順向電流 (I_F)): 65 mA。這是可以連續施加到 LED 的最大直流電流。
• 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。
• 操作溫度 (T_opr)): -25°C 至 +85°C。正常操作時的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg)): -40°C 至 +100°C。非操作狀態下的儲存溫度範圍。
• 功率損耗 (P_d)): 在自由空氣溫度 25°C 或以下時為 130 mW。封裝能以熱形式散發的最大功率。
• 焊接溫度 (T_sol)): 260°C，持續時間不超過 5 秒，適用於迴焊製程。

2.2 電氣與光學特性 (T_a= 25°C)

這些參數定義了元件在典型操作條件下的性能。所有數值均在環境溫度 25°C 下指定。

• 輻射強度 (I_e)): 這是每單位立體角發射的光功率，以毫瓦/球面度 (mW/sr) 為單位測量。在順向電流 (I_F) 為 20 mA 時，典型值為 0.6 mW/sr。在脈衝操作下 (I_F=100mA，脈衝寬度 ≤100μs，工作週期 ≤1%)，輻射強度最高可達 4.0 mW/sr。
• 峰值波長 (λ_p)): 940 nm。這是光輸出功率達到最大值時的波長。
• 光譜頻寬 (Δλ): 約 45 nm。這表示發射的波長範圍，通常以最大強度的一半（半高全寬 - FWHM）來測量。
• 順向電壓 (V_F)): 當電流通過時，LED 兩端的電壓降。在 I_F=20mA 時，典型的 V_F為 1.2V，最大值為 1.5V。在脈衝條件下 I_F=100mA 時，此值會增加到 1.4V（典型）和 1.8V（最大）。
• 逆向電流 (I_R)): 當施加 5V 逆向電壓時，最大值為 10 μA。
• 視角 (2θ_1/2)): 140 度。這是輻射強度降至 0 度（軸上）值一半時的總角度。寬視角對於需要廣泛區域覆蓋的應用非常有利。

3. 分級系統說明

IR19-315C/TR8 採用分級系統，根據元件的輻射強度輸出進行分類。這使得設計師可以為其應用選擇符合特定亮度要求的元件。

3.1 輻射強度分級

元件根據其在測試條件 I_F= 20 mA 下測得的輻射強度，被分類到不同的等級 (E, F, G)。

• 等級 E: 輻射強度範圍從最小值 0.2 mW/sr 到最大值 1.0 mW/sr。
• 等級 F: 輻射強度範圍從最小值 0.5 mW/sr 到最大值 1.5 mW/sr。
• 等級 G: 輻射強度範圍從最小值 1.0 mW/sr 到最大值 2.5 mW/sr。

這種分級確保了生產批次內的一致性，並使最終產品的光學性能具有可預測性。

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。這些對於進階設計和理解非線性效應至關重要。

4.1 順向電流 vs. 環境溫度

此曲線顯示了最大允許順向電流隨著環境溫度升高而降額的情況。LED 的功率損耗能力隨著溫度升高而降低，以防止過熱。設計師在高溫環境中操作元件時必須參考此圖，以確保驅動電流不超過安全工作區。

4.2 光譜分佈圖

光譜分佈圖說明了不同波長下的相對光功率輸出。它確認了 940nm 處的峰值以及約 45nm 的光譜頻寬。這對於確保與接收感測器的光譜響應相容性至關重要。

3.3 峰值發射波長 vs. 環境溫度

此圖描述了峰值波長 (λ_p) 如何隨著接面溫度的變化而偏移。通常，波長會隨著溫度略微增加（正係數）。在接收器的濾波器或靈敏度經過精確調諧的精密感測應用中，必須考慮這種偏移。

4.4 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

I-V 曲線是電路設計的基礎。它顯示了電流與電壓之間的指數關係。"膝點"電壓約為 1.2V。此曲線用於計算必要的串聯電阻值，以便在由電壓源驅動時將電流限制在所需水平，正如注意事項中所強調的。

4.5 相對輻射強度 vs. 角度位移

此極座標圖以視覺方式呈現視角。它顯示了當觀察角度偏離中心軸 (0°) 時，強度如何減弱，在 ±70° 時降至 50%（因此總視角為 140°）。此資訊對於設計系統中的光路和對準至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該元件符合標準 0603 (1608 公制) SMD 封裝佔位面積。關鍵尺寸包括本體長度 1.6 mm、寬度 0.8 mm 和高度 0.6 mm。提供了焊墊圖案（建議的 PCB 焊墊佈局）和端子尺寸，以確保正確的焊接和機械穩定性。除非另有說明，所有尺寸公差通常為 ±0.1 mm。

5.2 極性辨識

陰極通常標記在元件本體上。規格書圖示標明了陰極側，必須根據建議的焊墊圖案在 PCB 上正確定向。極性錯誤將導致元件無法發光並施加逆向偏壓。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理和焊接對於維持元件可靠性和性能至關重要。

6.1 儲存與濕度敏感性

LED 與乾燥劑一起包裝在防潮袋中。關鍵注意事項包括：

• 在準備使用前請勿打開袋子。
• 將未開封的袋子儲存在 ≤30°C 和 ≤90% RH 的環境中。
• 在出貨後一年內使用。
• 開封後，儲存在 ≤30°C 和 ≤60% RH 的環境中，並在 168 小時（7 天）內使用。
• 如果超過儲存時間或乾燥劑顯示受潮，則需要在焊接前進行 60 ±5°C、至少 24 小時的烘烤處理。

6.2 迴焊溫度曲線

該元件與紅外線和氣相迴焊製程相容。建議使用無鉛焊接溫度曲線，峰值溫度為 260°C，持續時間不超過 5 秒。迴焊不應執行超過兩次。必須避免加熱期間對 LED 本體的應力以及焊接後 PCB 的翹曲。

6.3 手工焊接與返修

如果需要手工焊接，請使用烙鐵頭溫度低於 350°C 的烙鐵，對每個端子加熱不超過 3 秒，並使用額定功率為 25W 或更低的烙鐵。端子之間至少間隔 2 秒冷卻時間。不建議進行返修，但如果不可避免，應使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以防止焊點承受機械應力。應事先驗證返修對元件特性的影響。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件供應在 8mm 寬的凸版載帶上，捲繞在標準 7 英吋直徑的捲盤上。每捲包含 4000 個元件（4k pcs/reel）。提供了詳細的載帶尺寸，包括口袋尺寸、間距和鏈輪孔規格，以確保與自動貼片設備的相容性。

7.2 包裝程序

捲盤與乾燥劑一起密封在鋁製防潮袋內。袋子上的標籤提供了關鍵資訊，例如料號 (P/N)、客戶料號 (CPN)、數量 (QTY)、分級等級 (CAT)、峰值波長 (HUE)、批號 (LOT No.) 和製造國家。

8. 應用設計建議

8.1 必須使用限流電阻

最關鍵的設計規則是必須使用串聯限流電阻。LED 的順向電壓具有負溫度係數，並且在不同元件之間可能略有差異。電壓的微小增加可能導致電流大幅、甚至可能具有破壞性的增加。電阻值 (R) 可以使用歐姆定律計算：R = (V_supply- V_F) / I_F，其中 V_F是在所需電流 I_F.

下的順向電壓。

8.2 熱管理

雖然 0603 封裝的熱質量有限，但仍應注意功率損耗，特別是在較高電流或高環境溫度下驅動時。必須遵循降額曲線。確保連接到散熱焊墊（如果有）或元件端子的足夠銅面積，有助於將熱量散發到 PCB 中。

8.3 光學設計考量

140° 的寬視角使此 LED 適用於需要廣泛照明的應用，例如接近感測器。對於更長距離或定向光束，可能需要二次光學元件（透鏡）。940nm 波長對人眼不可見，使其適合隱蔽操作，但需要注意的是，一些消費級數位相機感測器可以偵測到它，可能會呈現為紫色光暈。

9. 技術比較與差異化

IR19-315C/TR8 透過其 AlGaAs 材料和 940nm 峰值波長的特定組合，在 0603 紅外線 LED 類別中實現了差異化。AlGaAs LED 通常在該波長下提供良好的效率和可靠性。與基於 GaAs 的 LED 相比，AlGaAs 元件的順向電壓和溫度特性可能略有不同。與一些提供較窄光束的競爭對手相比，140° 的寬視角是一個顯著特點，使其在區域感測應用中更加通用。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 分級代碼 (E, F, G) 的用途是什麼？

分級代碼根據 LED 測得的輻射強度輸出對其進行分類。這使得設計師可以為其產品選擇一致的亮度等級。例如，需要較高光學輸出的應用會指定等級 G 的元件。

10.2 我可以直接從 3.3V 或 5V 微控制器腳位驅動這個 LED 嗎？

不行，絕對不能直接連接。LED 的低順向電壓（典型值 1.2V）意味著，如果沒有限流電阻而直接連接到 3.3V 或 5V 電源，將導致過量電流流過，立即損壞元件。始終需要串聯電阻。

10.3 為什麼 940nm 波長很重要？

940nm 是紅外線系統中非常常見的波長，因為它落在矽光電偵測器（光電二極體、光電晶體）具有高靈敏度的區域。與較短的紅外線波長（如 850nm）相比，它對環境光雜訊的可見度較低，並且對人眼不可見，這對於消費性電子產品來說是理想的。

10.4 這個元件可以進行幾次迴焊？

規格書規定迴焊不應執行超過兩次。每次迴焊循環都會使元件承受熱應力，這可能會降低內部引線鍵合或環氧樹脂封裝的可靠性。

11. 設計與使用案例研究

11.1 簡易接近感測器

一個常見的應用是基本的反射式物體感測器。IR19-315C/TR8 被放置在 PCB 上靠近矽光電晶體的位置。LED 透過電阻以脈衝電流驅動（例如，20mA，1kHz，50% 工作週期）。當物體靠近時，它將紅外線光反射到光電晶體上，使其導通並產生訊號。脈衝操作有助於將訊號與環境紅外線光區分開來。LED 的寬視角確保了偵測區域的良好覆蓋。

11.2 紅外線遙控器發射器

對於需要更長距離或更高輸出的遙控器，可以以更高電流（例如 100mA）和非常低的工作週期（例如 ≤1%）的脈衝模式驅動 LED。這利用了更高的脈衝輻射強度（最高可達 4.0 mW/sr），同時將平均功率和熱損耗保持在限度內。訊號通常以載波頻率（例如 38kHz）調變，以便接收器濾除雜訊。

12. 工作原理

IR19-315C/TR8 是一個半導體 p-n 接面二極體。當施加超過其能隙能量的順向電壓時，來自 n 型 AlGaAs 材料的電子與來自 p 型材料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。AlGaAs 半導體的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光子的波長——在本例中約為 940nm，屬於近紅外線光譜。

13. 技術趨勢