紅外線LED元件規格書 - 峰值波長940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款紅外線發光二極體元件的技術規格。此類元件主要應用於需要非可見光源的系統，例如遙控器、接近感測器、夜視照明與光學資料傳輸。此特定元件的核心優勢在於其峰值發射波長為940nm，非常適合需要最小化可見光發射的應用，因為此波長的光線對人眼幾乎不可見。目標市場包括消費性電子產品、工業自動化、安防系統與汽車應用。

2. 深入技術參數分析

所提供的內容指定了一個關鍵的光度參數：峰值波長。這是紅外線LED的一項關鍵規格。

2.1 光度特性

峰值波長：940奈米。此參數定義了LED發出最大光功率的波長。940nm波長屬於近紅外光譜範圍。此波長之所以常用，是因為紅外系統中典型的接收器——矽光電二極體——在此波長範圍附近具有高靈敏度。此外，與較短的紅外波長相比，940nm的光線較不易被察覺為微弱的紅光，因此更適合用於隱蔽照明。

分析：選擇940nm表明此元件針對使用標準矽感測器的偵測系統效率以及需要低可見光污染的應用進行了優化。輻射強度與視角等常見的補充規格雖未提供，但對於設計中計算有效範圍與覆蓋區域至關重要。

2.2 電氣參數

雖然摘要中未列出特定的順向電壓、順向電流與逆向電壓值，但這些是任何LED的基本參數。設計師必須查閱完整的規格書以獲取絕對最大額定值與典型工作條件，以確保可靠運作與使用壽命。超過最大順向電流是導致LED因過熱而失效的主要原因。

2.3 熱特性

熱管理對於LED的性能與壽命至關重要。關鍵參數包括從接面到環境空氣的熱阻以及最高接面溫度。透過LED封裝與印刷電路板進行有效的散熱是必要的，以將接面溫度維持在安全範圍內，特別是在高電流或高環境溫度下運作時。

3. 分級系統說明

LED製造存在自然變異。分級系統根據關鍵參數對元件進行分類，以確保生產批次內的一致性。

3.1 波長分級

對於紅外線LED，峰值波長是主要的分級參數。元件可能會被分到標稱值940nm附近具有嚴格容差的等級中。這確保了系統中的所有LED具有幾乎相同的發射特性，這對於接收端的光學濾波器性能與感測器調校至關重要。

3.2 順向電壓分級

LED也會根據在指定測試電流下的順向電壓進行分級。將具有相似順向電壓值的LED分組有助於設計驅動電路，特別是在多個LED串聯連接時，以確保均勻的電流分配與亮度。

4. 性能曲線分析

圖形數據對於理解元件在不同條件下的行為至關重要。

4.1 電流對電壓曲線

I-V曲線顯示了順向電壓與流經LED的電流之間的關係。它是非線性的。"膝點"電壓是LED開始顯著導通並發光的近似點。曲線在工作區域的斜率有助於確定LED的動態電阻。

4.2 溫度特性

LED性能與溫度相關。通常，順向電壓會隨著接面溫度的升高而降低。相反地，發光強度或輻射功率也會隨著溫度升高而下降。顯示相對強度對接面溫度以及順向電壓對溫度的圖表，對於設計補償熱效應的電路至關重要。

3.3 光譜分佈

光譜分佈圖繪製了輻射功率對波長的關係。對於940nm LED，此圖表會顯示在940nm或附近有一個主峰，並具有特定的光譜頻寬。較窄的半高全寬表示光源的單色性更好，這對於使用光學濾波器的應用可能很重要。

5. 機械與封裝資訊

摘要提到了封裝類型，但未提及特定的LED封裝。完整的規格書應包含詳細的機械圖。

5.1 尺寸圖

需要提供標註尺寸的圖紙，顯示長度、寬度、高度、引腳間距或焊墊尺寸。必須指定所有尺寸的公差。

5.2 焊墊佈局設計

對於表面黏著封裝，會提供建議的PCB焊墊圖形。這包括銅焊墊的尺寸、形狀與間距，以確保正確的焊接與機械穩定性。

5.3 極性識別

必須清楚標示識別陽極與陰極的方法。對於插件式LED，陰極通常是較短的引腳或靠近透鏡平面側的引腳。對於表面黏著LED，封裝上的標記表示陰極。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

對於表面黏著元件，需要詳細的迴焊溫度曲線。這包括預熱溫度與時間、浸潤時間、峰值溫度、液相線以上時間以及冷卻速率。遵循此曲線可防止熱衝擊並確保可靠的焊點。

6.2 注意事項

一般注意事項包括：避免對LED透鏡施加機械應力、在處理時使用靜電防護、確保光學表面無污染。對於插件式零件，引腳彎曲應在距離封裝體足夠遠的地方進行。

6.3 儲存條件

LED應儲存在涼爽乾燥的環境中，通常在指定的溫度與濕度範圍內。它們通常以帶有乾燥劑的防潮包裝供應，如果包裝已開啟一段時間，可能需要在使 用前進行烘烤。

7. 包裝與訂購資訊

PDF摘要明確列出了包裝要素，這是所提供內容的關鍵部分。

7.1 包裝規格

包裝層級定義如下：

• 靜電袋：主要容器，旨在保護元件免受靜電放電與濕氣的影響。
• 內盒：一個裝有多個靜電袋或元件捲帶的盒子或托盤。
• 外箱：包含多個內盒的主要運輸紙箱。

7.2 包裝數量

必須指定每個靜電袋、每個內盒以及每個外箱中LED元件的具體數量。常見的數量是表面黏著零件捲帶的1000、2000或5000的倍數，或是散裝包裝的特定數量。

7.3 標籤資訊

每個包裝層級都應有標籤，標示零件編號、數量、日期代碼、批號以及靜電防護/濕度敏感等級。

7.4 型號命名規則

完整的零件編號通常編碼了關鍵屬性。例如，型號可能表示封裝尺寸、峰值波長、視角與光通量等級。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此940nm紅外線LED適用於：

• 紅外線遙控器：用於電視、音響系統與機上盒。
• 接近與存在感測器：用於智慧型手機、家電與自動水龍頭。
• 夜視照明：與安防監控系統中的紅外線敏感攝影機配對使用。
• 光學開關與編碼器：用於偵測位置或旋轉。
• 資料傳輸：用於符合IrDA標準的設備，進行短距離無線通訊。

8.2 設計考量

驅動電路：建議使用恆流源而非帶有串聯電阻的電壓源，以獲得穩定的輸出，特別是在溫度變化時。驅動器必須能承受LED的順向電流。
光學設計：LED與目標之間的透鏡或蓋板材料必須對940nm光線透明。許多塑膠材料是合適的，但某些類型的玻璃或有色材料可能會衰減訊號。
散熱：如果以高連續電流運作，請確保有足夠的PCB銅箔面積或外部散熱器。
接收器匹配：光電偵測器應在940nm附近具有峰值靈敏度。與LED光譜匹配的光學濾波器可以通過阻擋環境光來提高訊噪比。

9. 技術比較

與其他紅外線LED相比，940nm元件具有特定的優勢與取捨。

與850nm紅外線LED比較：由於在該波長下材料效率更好，850nm LED通常能在相同的電氣輸入下提供略高的輻射輸出。然而，850nm會發出微弱的紅光，在黑暗條件下可能可見，這對於隱蔽應用可能是不希望的。940nm幾乎不可見，使其在隱蔽照明方面更優越。

與可見光LED比較：主要區別在於波長。紅外線LED實現了對使用者不可見的功能，允許實現自動操作或控制等功能，而不會發出干擾光線。

10. 常見問題

問：為什麼峰值波長940nm很重要？
答：它匹配了常見矽光電偵測器的高靈敏度範圍，同時最小化了可見光發射，使其成為感測器與隱蔽照明應用的理想選擇。

問：如何驅動此LED？
答：使用恆流驅動電路。一個簡單的實現方式是使用帶有限流電阻的電壓源，根據完整規格書中LED的典型順向電壓與所需順向電流計算：R = (電源電壓 - 順向電壓) / 順向電流。

問：我能看到此LED發出的光嗎？
答：940nm波長對大多數人來說在可見光譜之外。有些人在極暗的條件下可能會感知到非常深的紅光，但它基本上是看不見的。然而，智慧型手機的相機通常可以清楚地看到它，因為相機感測器對近紅外光敏感。

問：靜電袋的目的是什麼？
答：它保護LED免受靜電放電的損害，即使人體感覺不到放電，也可能損壞半導體接面。

11. 實際應用案例

案例研究1：自動給皂機。一個940nm紅外線LED與光電晶體管配對，創建一個接近感測器。LED持續發射不可見的光束。當手遮斷光束時，偵測到的光線變化觸發泵浦馬達。940nm波長確保操作無縫且沒有任何可見光指示。

案例研究2：長距離電視遙控器。在萬用遙控器中使用了一組940nm LED陣列。高輻射強度允許訊號從更寬的角度和更遠的距離到達電視感測器。沒有可見光可防止在黑暗的家庭劇院中造成干擾。

12. 原理介紹

紅外線發光二極體是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向偏壓時，來自n區的電子與來自p區的電洞在主動區複合。此複合過程以光子的形式釋放能量。所發射光子的特定波長由LED結構中使用的半導體材料的能隙能量決定。較大的能隙導致較短的波長，而較小的能隙導致較長的波長。940nm的輸出是通過設計半導體組成以實現此特定能隙能量的直接結果。

13. 發展趨勢

紅外線LED領域受到對更高效率、更小封裝與更大整合度的需求驅動。

提高效率：研究重點在於提高內部量子效率與光提取效率。這導致在相同的電氣輸入下獲得更高的輻射輸出，從而使便攜式設備的電池壽命更長。

微型化：消費性電子產品趨向更小的趨勢推動了紅外線LED向更小的表面黏著封裝發展，同時保持或提高性能。

整合解決方案：有將紅外線LED、光電偵測器與控制邏輯整合到單一模組或晶片的趨勢。這簡化了終端使用者的設計，減少了PCB佔用面積，並通過確保匹配的光學特性提高了系統可靠性。

新波長：雖然850nm與940nm佔主導地位，但其他波長正在為專業應用開發，例如光譜學、氣體感測以及使用塑膠光纖的光通訊。