IR26-91C/L510/2D 紅外線LED規格書 - 3.0x1.0mm SMD封裝 - 940nm波長 - 1.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IR26-91C/L510/2D是一款微型表面黏著元件（SMD）紅外線發光二極體。它採用緊湊的3.0mm x 1.0mm封裝，由水清塑膠模製而成，並具有球形頂視透鏡。此元件的主要功能是發射峰值波長為940奈米（nm）的紅外光，其光譜與常見的矽光電二極體和光電晶體管的靈敏度相匹配。這使其成為需要精確光學耦合的紅外線感測與通訊系統的理想光源。

1.1 核心特點與優勢

本元件提供多項關鍵的技術與合規優勢。其主要光學特點是940nm的峰值波長，此波長是為了與矽基偵測器達到最佳性能而選擇，同時提供良好的大氣穿透性。在電氣特性方面，它在20mA電流下具有低至1.3V的典型順向電壓，有助於實現節能運作。該元件採用無鉛（Pb-free）製程製造，並符合歐盟的《有害物質限制指令》（RoHS）以及《化學品註冊、評估、授權和限制法規》（REACH）。它亦被歸類為無鹵素產品，其溴（Br）和氯（Cl）含量均低於百萬分之九百（ppm），且兩者總和低於1500 ppm。

1.2 目標應用

此紅外線LED專為各種紅外線應用系統而設計。典型應用包括接近感測器、物體偵測、非接觸式開關、光學編碼器以及短距離資料傳輸鏈路。其小巧的外形和SMD設計，使其適用於消費性電子產品、工業自動化和汽車內裝感測模組中的自動化組裝製程。

2. 技術參數分析

本節將對規格書中詳述的關鍵電氣、光學及熱參數進行詳細且客觀的解讀。理解這些額定值對於可靠的電路設計以及確保元件的長期性能至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些額定值並非用於連續運作。連續順向電流（I_F）額定值為65 mA。在嚴格的脈衝條件下（脈衝寬度 ≤ 70微秒（μs）且工作週期 ≤ 0.7%），則允許高達700 mA的顯著更高峰值順向電流（I_FP）。最大反向電壓（V_R）為5V，表示此LED對反向偏壓的耐受度非常低。元件可在環境溫度（T_opr）從-40°C至+85°C的範圍內運作，並可在溫度（T_stg）從-40°C至+100°C的範圍內儲存。迴焊時的最高焊接溫度（T_sol）為260°C，持續時間不得超過5秒。在自由空氣溫度等於或低於25°C時，最大功率耗散（P_d）為100 mW。它還具備靜電放電（ESD）保護功能，其人體放電模型（HBM）額定值至少為2000V，機器模型（MM）額定值至少為200V。

2.2 電氣-光學特性

電氣-光學特性表提供了在指定測試條件下（Ta=25°C）的典型值與最大/最小值。輻射強度（I_e）是衡量單位立體角光功率的指標，在順向電流為20mA時，典型值為8.0毫瓦/球面度（mW/sr）。峰值波長（λ_p）中心位於940nm。光譜頻寬（Δλ）代表在峰值強度一半處所發射的波長範圍，典型值為45nm。順向電壓（V_F）在20mA時，典型值為1.3V，最大值為1.6V。反向電流（I_R）在施加5V反向偏壓時，最大值為10微安培（μA）。視角定義為強度降至峰值一半時的全角，其為非對稱：X軸約為130度，Y軸約為20度。這形成了一個高度橢圓形的輻射圖案，是光束整形和感測器對位時的重要設計考量。

3. 性能曲線分析

規格書中包含數個圖表，用以說明元件在不同條件下的行為。這些曲線對於理解非線性關係以及為不同運作環境進行設計至關重要。

3.1 順向電流 vs. 環境溫度

此降額曲線顯示了最大允許連續順向電流如何隨著環境溫度升高而降低。在25°C時，可使用完整的65mA額定值。隨著溫度上升，必須降低電流以防止超過最大接面溫度和功率耗散極限，從而確保長期可靠性。

3.2 光譜分佈

光譜分佈圖以圖形方式呈現光輸出與波長的函數關係。它確認了940nm的峰值以及約45nm的光譜頻寬（半高全寬 - FWHM）。曲線顯示幾乎沒有可見光（低於約700nm）被發射，這對於紅外線系統中的隱蔽運作是理想的。

3.3 輻射強度 vs. 順向電流

此曲線展示了驅動電流與光輸出功率之間的關係。在較低電流下通常是線性的，但在極高電流下可能因熱效應而出現飽和或效率降低。設計人員利用此曲線來確定達到偵測器特定訊號水平所需的驅動電流。

3.4 角度輻射圖案

X軸和Y軸的獨立圖表顯示了相對輻射強度與光學中心（0°）角位移的函數關係。X軸圖案非常寬廣（約130°半角），而Y軸圖案則窄得多（約20°半角）。在將LED與感測器對準或設計透鏡或光圈等光學元件時，必須考慮此橢圓形圖案。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸與公差

此元件的標稱封裝尺寸為長3.0mm、寬1.0mm，並有指定的高度。規格書提供了詳細的尺寸圖，包括焊墊位置、透鏡形狀和極性標記（通常是陰極側的凹口或圓點）。所有未指定的尺寸公差為±0.1mm。同時也提供了側視安裝的建議焊接焊墊圖案，以確保在迴焊過程中獲得適當的機械穩定性和焊點形成。

4.2 載帶與捲盤包裝

為了自動化取放組裝，LED以壓紋載帶纏繞在捲盤上供應。規格書提供了載帶凹槽、間距和捲盤規格的精確尺寸。標準捲盤包含2000個元件。此資訊對於正確配置組裝設備的送料器至關重要。

5. 焊接與組裝指南

正確的處理和焊接對於防止LED損壞並確保焊點可靠性至關重要。

5.1 迴焊溫度曲線

此元件適用於無鉛（Pb-free）迴焊製程。規格書提供了建議的溫度曲線，通常包括預熱、均溫、迴焊（峰值溫度 ≤ 260°C，持續時間 ≤ 5秒）和冷卻階段。迴焊次數不應超過三次，以盡量減少對塑膠封裝和內部接線的熱應力。

5.2 手工焊接與返修

若必須進行手工焊接，則必須極度小心。烙鐵頭溫度應低於350°C，每個端子的接觸時間應限制在3秒或更短。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。對於返修，建議使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以避免對焊點造成機械應力。應事先評估返修的可行性和影響。

5.3 濕度敏感性與儲存

此SMD封裝對濕度敏感。元件必須儲存在其原始的防潮袋中，並放入乾燥劑，儲存條件為溫度≤30°C且相對濕度（RH）≤90%。防潮袋未開封前的保存期限為一年。開封後，元件應儲存在溫度≤30°C且相對濕度≤70%的環境中，並在168小時（7天）內使用。若超過這些條件或乾燥劑顯示已飽和，則在使用前需要進行烘烤處理，條件為60 ±5°C至少24小時，以去除吸收的水分並防止在迴焊過程中發生爆米花效應。

6. 應用設計考量

6.1 驅動電路設計

一個關鍵的設計注意事項是需要限流。LED必須由電流源驅動，或者更常見的是由電壓源串聯一個限流電阻來驅動。規格書明確警告，輕微的電壓偏移可能導致電流大幅變化，進而可能導致燒毀。電阻值（R_limit）可以使用歐姆定律計算：R_limit= (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。使用最大V_F值（1.6V）進行此計算，可確保在所有條件下電流都不會超過目標值。

6.2 光學設計與對位

由於光束圖案高度橢圓（130° x 20°），因此需要仔細的光學設計。對於需要圓形光斑或特定照明輪廓的應用，可能需要二次光學元件，例如透鏡或反射器。LED與配對的光電偵測器之間的對位在狹窄的Y軸方向上更為關鍵。設計人員應參考角位移圖以了解強度衰減情況。

6.3 熱管理

雖然功率耗散相對較低（最大100mW），但有效的熱管理仍然很重要，特別是在高環境溫度環境下或以高電流驅動時。必須遵循降額曲線。確保LED焊墊下方及周圍的PCB上有足夠的銅面積，有助於散熱並維持較低的接面溫度，從而保持發光效率和壽命。

7. 技術比較與差異化

IR26-91C/L510/2D透過特定的參數組合在市場上實現差異化。其940nm波長是一個常見標準，與850nm LED相比，它在矽偵測器靈敏度和較低環境光干擾之間取得了良好的平衡。極低的順向電壓（典型值1.3V）是電池供電或低壓邏輯電路的關鍵優勢，因為它減少了驅動器所需的電壓餘裕。緊湊的3.0x1.0mm佔位面積允許高密度PCB佈局。符合RoHS、REACH和無鹵素標準使其適用於具有嚴格環保法規的全球市場。非對稱視角根據應用的光學要求，既可以是優勢也可以是限制。

8. 常見問題解答（FAQ）

8.1 為什麼必須使用限流電阻？

LED是一種具有非線性電流-電壓（I-V）特性的二極體。超過其導通電壓後，電壓的微小增加會導致電流急劇增加。若直接從電壓源驅動而不串聯電阻，電流將不受控制地上升，迅速超過絕對最大額定值並損壞元件。電阻在電源電壓和LED電流之間提供了線性且可預測的關係。

8.2 我可以用3.3V或5V微控制器引腳驅動此LED嗎？

可以，但始終需要串聯一個電阻。例如，要從3.3V電源以I_F=20mA驅動，假設V_F=1.5V：R = (3.3V - 1.5V) / 0.020A = 90歐姆。一個標準的91歐姆電阻將是合適的。微控制器引腳也必須能夠提供或吸收所需的20mA電流。

8.3 940nm波長的目的為何？

940nm紅外光對人眼不可見，允許隱蔽運作。它會被矽（大多數光電二極體和光電晶體管使用的材料）強烈吸收，使偵測效率更高。與850nm相比，它也較少受到常見環境光源的干擾（因為環境光在940nm處的紅外線含量較低），並且對成像感測器中的雜訊較不敏感。

8.4 如何識別陽極和陰極？

封裝上包含極性標記。請查閱規格書中的封裝尺寸圖。通常陰極會以綠色圓點、封裝上的凹口或切角來標記。極性連接錯誤將導致LED無法發光，並且如果施加超過5V的反向電壓，可能會損壞元件。

9. 實務設計案例研究

考慮使用此LED和一個矽光電晶體管設計一個簡單的物體偵測感測器。LED透過一個180歐姆的電阻由5V電源驅動（假設V_F=1.5V，限流約20mA）。光電晶體管放置在幾公分遠的地方，並在同一光軸上對準。當沒有物體存在時，來自LED的紅外光無法到達光電晶體管，其輸出為低電平。當物體通過兩者之間時，它會將部分紅外光反射到光電晶體管上，導致其輸出電流增加。此訊號可以被放大並送入比較器或微控制器ADC，以偵測物體的存在。LED的橢圓形光束圖案意味著感測器的有效偵測區域在水平方向上比垂直方向更寬，在定義感測器的視野時必須考慮這一點。

10. 工作原理

紅外線發光二極體（IR LED）基於半導體材料中的電致發光原理運作。IR26-91C/L510/2D使用砷化鎵鋁（GaAlAs）晶片。當施加超過二極體能隙電壓的順向電壓時，來自n型區域的電子被注入穿過p-n接面進入p型區域，而電洞則以相反方向注入。這些電荷載子（電子和電洞）在接面的主動區域中復合。復合過程中釋放的能量以光子（光粒子）的形式發射出來。GaAlAs半導體的特定成分決定了能隙能量，這直接決定了發射光子的波長——在本例中，中心位於紅外光譜的940nm附近。

11. 產業趨勢

紅外線LED市場持續發展。主要趨勢包括推動更小封裝實現更高的輻射強度和效率，以便在緊湊裝置中實現更強大的感測功能。將IR LED與驅動器和感測器整合到完整模組或系統級封裝（SiP）中的趨勢日益增長。對特定波長的需求正在多樣化；雖然940nm仍是標準，但像850nm（用於監控）和1050nm/1300nm（用於特定感測應用）等波長正獲得關注。此外，在汽車（例如車內監控）、消費性電子（例如臉部辨識）和工業物聯網應用中，對更低功耗和更高可靠性的追求，正推動著紅外線發射器在晶片技術、封裝和熱管理方面的進步。