紅外線 LED RE30A0-IPX-FR 規格書 - 3.0x3.0x2.53mm - 1.5V - 0.85W - 950nm - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款高功率紅外線發光二極體（LED）的規格，該元件專為需要可靠、不可見照明的嚴苛應用而設計。此裝置採用環氧樹脂模封（EMC）封裝，相較於傳統塑膠封裝，能提供更佳的熱性能與長期可靠性。其主要發射波長在950奈米範圍，使其非常適合用於對近紅外光譜敏感的CCD和CMOS影像感測器。

本產品的核心優勢在於其結合了堅固的EMC封裝、針對常見攝影機感測器優化的峰值波長，以及專注於表面黏著技術（SMT）組裝的設計。它是為那些要求性能穩定、抵抗環境因素及高效散熱至關重要的應用所設計。

此LED的主要目標市場是安全監控產業，用於夜視攝影機和紅外線照明器。它也非常適合機器視覺系統、工業自動化以及其他需要受控紅外線照明的感測應用。

2. 深入技術參數分析

2.1 Electrical & Optical Characteristics

此元件的性能是在標準測試條件下（Ts=25°C）進行表徵。關鍵參數定義了其工作範圍與預期輸出。

• 順向電壓 (V_F)：在典型的500mA驅動電流下，順向電壓為1.5V（最小值：1.4V）。此相對較低的電壓有助於降低LED本身的功率損耗，從而提高系統效率。
• 峰值波長 (λ_p)：發射的主波長為950nm（最小值：942nm）。此波長人眼不可見，但落在矽基影像感測器的高靈敏度範圍內，能提供有效照明而不會產生可見的紅光（「紅光洩漏」）。
• 總輻射通量 (Φ_e)：當以500mA驅動時，總光功率輸出為224mW（最小值：140mW）。此參數對於決定紅外線光源的照明強度和覆蓋範圍至關重要。
• 視角 (2θ_1/2)：半強度角為120度，提供寬廣的照明視野，適用於監控應用中的一般區域覆蓋。
• 熱阻 (R_THJ-S): 接點至焊點熱阻為14°C/W。此數值對於熱管理設計至關重要，因為它決定了在給定的功耗下，接面溫度將會上升多少。
• 逆向電流 (I_R): 施加5V逆向電壓時，漏電流最大為10µA。

2.2 絕對最大額定值

這些額定值定義了應力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。不保證在此極限之外的操作。

• 功耗 (P_D): 0.85W。轉換為熱和光的總電功率不得超過此值。
• 順向電流 (I_F): 500mA (直流電)。
• 反向電壓 (V_R): 5V。
• 靜電放電 (ESD): 2000V (人體放電模型)。必須遵循正確的ESD處理程序。
• 工作溫度 (T_OPR): -40°C 至 +85°C。
• 儲存溫度 (T_STG)：-40°C 至 +100°C。
• 接面溫度 (T_J)：95°C（最高）。這是影響 LED 壽命最關鍵的溫度限制。

3. Binning System 說明

本產品針對關鍵參數採用分級系統，以確保同一生產批次的產品一致性，並能根據應用需求進行精確選擇。主要的分級參數為順向電壓 (V_F) 與總輻射通量 (Φ_e)，兩者均在 I_F = 500mA 的條件下量測。

此分級機制讓設計師能選取電氣與光學特性緊密集中的 LED，這對於需要均勻照明或特定驅動電路參數的應用至關重要。提供的規格書列出典型值；如需特定分級代碼及其範圍，請參閱製造商的詳細分級文件。

4. 性能曲線分析

特性曲線有助於深入了解裝置在不同條件下的行為。

• 順向電壓 vs. 順向電流 (IV 曲線)：此曲線顯示電壓與電流之間的非線性關係。對於設計電流驅動電路（例如恆流驅動器）以確保穩定運作至關重要。
• 順向電流 vs. 相對強度：此曲線展示了光學輸出對驅動電流的依賴性。通常在極高電流下，由於效率下降和熱效應，會呈現次線性關係。
• 外殼溫度 vs. 相對強度此圖表說明熱淬滅效應。隨著LED外殼溫度升高，其光輸出通常會降低。適當的散熱設計對於維持穩定的光輸出至關重要。
• 光譜分佈光譜圖確認了峰值發射波長為950nm，並顯示了光譜帶寬（典型值為40nm FWHM）。對於需要特定波長濾波的應用，較窄的光譜可能更為有利。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸

該元件採用表面黏著封裝，尺寸為3.00毫米（長）x 3.00毫米（寬）x 2.53毫米（高）。封裝佔位面積與焊墊佈局專為標準SMT組裝製程而設計。除非另有說明，所有尺寸公差均為±0.2毫米。

5.2 Polarity Identification & Pad Design

封裝頂部提供清晰的極性標記，以防止組裝過程中錯誤放置。提供建議的焊墊圖案（銲墊圖形），以確保形成可靠的焊點並與印刷電路板（PCB）建立良好的熱連接。遵循此建議的焊盤布局對於機械穩定性以及從LED接面到PCB的最佳熱傳遞至關重要。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 SMT 迴焊焊接

本產品相容於無鉛（Pb-free）迴流焊接製程。其濕度敏感等級（MSL）為3級。這意味著在進行迴流焊接前，元件可在工廠環境條件下暴露長達168小時（7天）而無需烘烤。若超過此暴露時間，則必須按照標準IPC/JEDEC J-STD-033指南對元件進行烘烤，以去除吸收的濕氣，並防止在高溫迴流過程中發生「爆米花」現象（封裝開裂）。

具體的迴流溫度曲線參數（預熱、恆溫、迴流峰值溫度、液相線以上時間）應根據所使用的焊錫膏及整體電路板組裝要求來制定，確保封裝本體的峰值溫度不超過最大額定值。

6.2 Handling & Storage Precautions

• 請務必遵循ESD（靜電放電）安全處理程序。使用接地工作站和防靜電手環。
• 請在指定的儲存溫度範圍內，存放於乾燥、受控的環境中。
• 請遵守MSL 3處理要求，以避免迴焊過程中因濕氣造成損壞。
• 避免對鏡頭或封裝本體施加機械應力。
• 在操作期間，請確保最高接面溫度（T_J）不被超過，應實施充分的熱管理，例如使用帶有散熱孔的PCB或外部散熱器。

7. Packaging & Ordering Information

這些LED採用業界標準封裝，以便於自動化組裝。

• Carrier Tape：元件被放置於壓紋Carrier Tape中，以便取放機進行保護和操作。並指定了膠帶尺寸（凹槽尺寸、間距）。
• Reel：Carrier Tape會捲繞在Reel上。並提供了Reel的尺寸（直徑、寬度、軸心尺寸）。
• Moisture Barrier Bag：Reel被包裝在防潮阻隔袋中，袋內附有濕度指示卡，以在儲存和運輸過程中保護MSL 3等級的元件。
• Labeling：捲盤與包裝盒包含標籤，標籤上具有產品識別、數量、批號及其他追溯資訊，符合指定的標籤格式。

零件編號「RE30A0-IPX-FR」遵循製造商的內部命名慣例，通常編碼了封裝類型、晶片技術、波長及性能分級等資訊。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 監控攝影機紅外線照明器：為安防攝影機提供不可見的夜間照明。950nm波長是理想選擇，因其超出人眼可見範圍但在攝影機感光靈敏度內。
• 機器視覺照明：用於檢測、分揀或引導系統，其中受控的紅外線照明可增強對比度或消除環境可見光干擾。
• 工業感測器：接近感測、物體偵測和光學編碼器。

8.2 設計考量

• 熱管理：這至關重要。在功耗高達0.85W且熱阻為14°C/W的情況下，溫升可能相當顯著。請使用具有足夠銅箔面積（散熱焊盤）的PCB、封裝下方的散熱孔，並可能需要外部散熱器，以將接面溫度保持在95°C以下，從而實現最高的可靠性和光輸出穩定性。
• 驅動電路使用恒流驅動器，而非恆壓源，以確保穩定的光學輸出並防止熱失控。驅動器額定電流應至少為500mA。若需調光控制，可考慮採用脈衝寬度調變（PWM）。
• 光學設計120度視角可提供廣泛的覆蓋範圍。對於更長的投射距離或特定的光束模式，可能需要二次光學元件（透鏡）。
• 靜電放電保護若組裝環境或終端使用存在靜電放電風險，應在PCB輸入端加入瞬態電壓抑制（TVS）二極體或其他保護電路。

9. Technical Comparison & Differentiation

此LED的關鍵差異化因素在於其EMC封裝與950nm波長。

• EMC與標準塑料（PPA/PCT）：EMC 封裝具有優異的耐高溫和耐濕性，從而提供更好的長期可靠性（流明維持率）和抗硫化能力，而標準塑膠透鏡隨著時間推移可能會變暗。這使得它們非常適合惡劣的戶外或工業環境。
• 950nm 與 850nm：雖然 850nm LED 更為常見且通常具有更高的輻射效率，但它們在黑暗中會發出微弱的紅光。950nm 波長則完全不可見，因此更適合隱蔽監控應用。然而，相機在 950nm 的靈敏度通常低於 850nm，這可能需要更高的功率或更靈敏的相機。

10. 常見問題 (FAQs)

10.1 為什麼正向電壓這麼低 (1.5V)？

紅外線 LED，特別是基於某些半導體材料（如 GaAlAs）的 LED，其固有的正向電壓本就低於可見光 LED（白/藍光 LED 通常約為 3.0V）。這是由於用於產生紅外光的半導體材料的能隙較小。

10.2 如何控制亮度？

亮度（輻射通量）主要受正向電流（I_F）控制。最穩定且推薦的方法是使用恆流驅動器並調整其電流設定點。對於動態控制，對恆流源進行PWM調光是有效的，並能避免色偏。

10.3 「free of red」是什麼意思？

「無紅光」或「無紅光洩漏」表示該LED幾乎不發射或完全不發射可見紅光（約650-700nm）。一個純粹的950nm LED在直視時應呈現完全黑暗，這是隱蔽照明的關鍵特性。

10.4 MSL 3 等級有多關鍵？

對組裝良率非常關鍵。如果元件從空氣中吸收了過多濕氣，然後又經歷迴流焊的高溫，濕氣的快速汽化可能導致內部層狀分離或破裂（「爆米花效應」）。務必遵循與MSL等級相關的操作說明。

11. 實務設計案例研究

情境：為戶外安防攝影機設計一款緊湊型紅外線照明器。

1. 需求：在15公尺距離處，提供覆蓋90度水平視場角的均勻照明。照明器必須具備防水防塵能力，且使用壽命需達數年。
2. LED選擇：選擇此款950nm EMC封裝LED，因其輸出不可見、視角寬廣（120°），且封裝堅固耐用，適合戶外使用。
3. 散熱設計採用雙層FR4 PCB，頂層有大面積銅箔連接LED的散熱焊盤。一系列散熱孔將熱量傳導至底層銅面，作為散熱器。執行熱模擬以確保溫度_J < 85\u00b0C under worst-case ambient temperature.
4. 電氣設計選用開關式恆流LED驅動IC，配置為輸出450mA（從500mA略微降額以提升可靠性）。提供PWM輸入供相機系統同步或調暗IR LED。
5. 光學/機械設計將多個LED排列成陣列。陣列上方放置擴散透鏡，以混合各光束並達成所需的90度光型。外殼採用IP67等級墊圈密封。

12. 技術原理介紹

此LED是一種透過電致發光原理發光的半導體元件。當在p-n接面施加正向電壓時，電子和電洞被注入發光區域並在此復合。復合過程中釋放的能量以光子（光）形式發射。發射光的波長由發光區域所用半導體材料的能隙能量決定。為輸出950nm波長，通常採用砷化鎵鋁（GaAlAs）系列材料。EMC封裝包裹半導體晶片，提供機械保護，內含塑造光束的主透鏡，並包含作為電氣連接及晶片熱傳導主要路徑的導線架。

13. Industry Trends & Developments

紅外線LED市場的成長動力，來自安防、汽車（LiDAR、駕駛員監控）及消費性電子（臉部辨識）領域日益增長的需求。主要趨勢包括：

• Higher Power & Efficiency：持續發展晶片與封裝技術，以實現更高的單位面積輻射通量（W/mm²）及更高的電光轉換效率（輸出光功率／輸入電功率）。
• 先進封裝：採用晶片級封裝（CSP）、覆晶設計及改良的熱介面，以管理日益高功率元件所產生的熱量。
• Multi-Wavelength & VCSELs針對結構光與飛時測距應用而生長的垂直腔面射型雷射（VCSELs），其光束特性與傳統邊射型LED晶片有所不同。
• 整合朝向整合模組的趨勢，將LED、驅動器、光學元件，有時還包括感測器，結合為單一緊湊單元，簡化終端使用者的設計。