IRR15-22C/L491/TR8 SMD LED 規格書 - 封裝尺寸 3.0x1.6x1.1mm - 順向電壓 1.3V(紅外線)/1.9V(紅光) - 功率 100mW(紅外線)/130mW(紅光) - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IRR15-22C/L491/TR8 是一款雙發射極表面黏著元件，在單一微型頂視扁平封裝內整合了紅外線發光二極體與紅光發光二極體。元件採用透明塑膠封裝，能有效傳導兩種波長的光線。其關鍵設計特色在於紅外線發射器的光譜與矽光電二極體及光電晶體相匹配，針對感測與偵測應用進行了最佳化。本產品符合現代環保標準，為無鉛、符合 RoHS 規範、符合歐盟 REACH 規範且無鹵素。

1.1 核心特色與優勢

• 低順向電壓：確保電路具有更高的能源效率並降低功耗。
• 光譜匹配：紅外線二極體的輸出光譜特別匹配矽基光電偵測器的響應曲線，能提升光學感測系統中的訊噪比。
• 雙重發射：將紅外線（用於感測、遙控）與紅光（用於狀態指示、簡易顯示）功能結合於一個緊湊的封裝內，節省電路板空間。
• 環保合規性：符合無鉛、RoHS、REACH 及無鹵素要求，適用於廣泛的全球市場及注重環保的設計。
• 微型 SMD 封裝：頂視扁平封裝（3.0mm x 1.6mm x 1.1mm）非常適合自動化組裝與高密度 PCB 設計。

1.2 目標市場與應用

此元件主要針對需要可靠、低功耗光源進行感測與指示的應用。其主要應用領域為紅外線應用系統，包括但不限於：

• 接近與存在感測器
• 物體偵測與計數系統
• 光學編碼器
• 非接觸式開關與介面
• 簡易資料傳輸鏈路（例如：遙控接收器）
• 需要紅光指示燈與紅外線功能並存的裝置

2. 深入技術參數分析

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。不保證在這些極限下或超過這些極限的操作。

• 連續順向電流（I_F）：紅外線與紅光晶片均為 50 mA。超過此電流將導致過度發熱並加速元件劣化。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。LED 的逆向電壓耐受度有限；適當的電路設計應防止逆向偏壓情況。
• 功率消耗（P_c）：在自由空氣溫度 25°C 或以下時，紅外線晶片為 100 mW，紅光晶片為 130 mW。此參數對於熱管理至關重要。
• 操作與儲存溫度：-25°C 至 +85°C（操作），-40°C 至 +100°C（儲存）。
• 焊接溫度：最高 260°C，持續時間最長 5 秒，符合典型的無鉛迴焊溫度曲線。

2.2 電光特性（Ta=25°C）

這些是在指定測試條件下的典型性能參數。

• 輻射強度（I_E）：以 mW/sr（毫瓦每球面度）為單位測量。在 I_F=20mA 時，典型值為 2.1 mW/sr（紅外線）和 2.3 mW/sr（紅光）。這表示發射到特定立體角內的光功率。
• 峰值波長（λ_p）：紅外線為 940 nm（典型值），紅光為 660 nm（典型值）。紅外線波長非常適合矽光電偵測器，其峰值靈敏度約在 900-1000 nm 附近。
• 頻譜頻寬（Δλ）：紅外線約為 30 nm，紅光約為 20 nm，定義了發射光的光譜純度。
• 順向電壓（V_F）：在 I_F=20mA 時，典型值為紅外線 1.30 V，紅光 1.90 V。紅光晶片因使用不同的半導體材料（AlGaInP 相對於 GaAlAs）而具有較高的 V_F。
• 視角（2θ_1/2）：120 度。此寬廣視角是頂視、無透鏡透明封裝的特點，提供了寬廣的發射模式。

3. 性能曲線分析

3.1 紅外線晶片特性

提供的紅外線晶片曲線提供了關鍵的設計見解：

• 光譜分佈：曲線顯示在 940 nm 處有一個尖銳的峰值，半高全寬約為 30 nm，證實了與矽偵測器良好的光譜匹配性。
• 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）：此指數曲線對於選擇限流電阻至關重要。電壓的微小變化會導致電流大幅變化，強調了使用恆流驅動或精確計算的串聯電阻的必要性。
• 相對強度 vs. 順向電流：顯示輻射強度隨電流線性增加，直至達到最大額定值，允許透過電流控制進行亮度調變。
• 順向電流 vs. 環境溫度：展示了降額要求。為防止超過功率消耗極限，最大允許順向電流會隨著環境溫度升高而降低。

3.2 紅光晶片特性

紅光晶片的曲線遵循類似原理，但具有材料特定的差異：

• 光譜分佈：中心波長為 660 nm（深紅色），頻寬較窄（約 20 nm），產生飽和的紅色光。
• I-V 曲線、強度 vs. 電流、以及熱降額：這些曲線與紅外線晶片類似，但具有不同的電壓和功率消耗值，如絕對最大額定值和電光特性表所示。

3.3 角度特性

該相對光電流 vs. 角位移曲線（推測來自配對的偵測器）說明了空間發射模式。120 度的視角導致類似朗伯分佈的圖形，強度在 0°（垂直於發射表面）時最高，在 ±60° 時降至一半。這對於設計光路及確保接收端有足夠的訊號強度非常重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

元件採用微型 SMD 封裝。關鍵尺寸（單位：mm）包括本體尺寸約為 3.0 x 1.6，高度為 1.1。陰極通常由封裝上的標記或凹口識別。尺寸圖顯示了引腳間距以及 PCB 焊盤圖案的建議，這些對於可靠的焊接和機械穩定性至關重要。

4.2 極性識別

正確的極性連接至關重要。規格書的封裝圖標示了陽極和陰極端子。施加超過 5V 逆向電壓額定值的反向極性可能會立即損壞二極體接面。

5. 焊接、組裝與操作指南

5.1 關鍵注意事項

• 過電流保護：外部限流電阻是必需的。陡峭的 I-V 曲線意味著即使電壓微小增加也可能導致破壞性的電流突波。
• 儲存與濕度敏感性：元件對濕度敏感。必須儲存在原裝的防潮袋中並附有乾燥劑。開封後，應在 168 小時（7 天）內使用，除非重新烘烤（60°C 烘烤 24 小時）。

5.2 焊接條件

• 迴焊焊接：建議採用無鉛溫度曲線，峰值溫度為 260°C，持續時間最長 5 秒。迴焊次數不應超過兩次。
• 手工焊接：如有必要，使用烙鐵頭溫度 <350°C 的烙鐵，對每個端子加熱 <3 秒，並使用低功率烙鐵（<25W）。焊接點之間應允許冷卻。
• 維修：不建議進行維修。若不可避免，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，並避免對焊點施加機械應力。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 包裝規格

元件以凸版載帶包裝，捲繞在捲盤上供應。標準包裝數量為每捲 2000 顆。載帶尺寸確保與標準 SMD 貼片設備相容。

6.2 標籤與可追溯性

包裝包括防潮袋和捲盤上的標籤。這些標籤包含可追溯資訊，例如零件編號、批號、數量及生產地。這對於品質控制和供應鏈管理至關重要。

7. 應用設計考量

7.1 電路設計

設計驅動電路時：

1. 計算串聯電阻（R_s）：使用公式 R_s= (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大 V_F值，以確保在所有條件下都有足夠的電流。例如，對於紅光 LED，在 20mA 電流和 5V 電源下：R_s= (5V - 2.5V) / 0.02A = 125Ω。請選用下一個標準值（例如 130Ω 或 150Ω）。
2. 考慮使用 PWM 進行調光：對於強度控制，請使用脈衝寬度調變而非類比降流，因為這樣能保持一致的顏色（對紅光而言）和波長。
3. 熱管理：確保 PCB 佈局提供足夠的銅箔面積用於散熱，特別是在接近最大電流或環境溫度較高的情況下操作時。

7.2 光學設計

• 對於感測（紅外線）：在光學上對齊紅外線發射器和光電偵測器。使用光圈、透鏡或導光管來定義感測區域並阻擋環境光干擾。寬廣的 120° 角度可能需要遮罩來產生更定向的光束，以用於更長距離的感測。
• 對於指示（紅光）：透明透鏡和寬廣視角提供了良好的可見度。如果需要更柔和、更均勻的指示效果，請考慮使用擴散片。

8. 技術比較與差異化

IRR15-22C/L491/TR8 的主要差異化優勢在於其雙波長、單一封裝的設計。與使用兩個獨立 LED 相比，它提供了：

• 節省空間：減少 PCB 佔用面積達 50%。
• 簡化組裝：只需一次貼片操作，而非兩次。
• 成本效益：可能降低總元件和組裝成本。
• 最佳化的紅外線性能：選擇特定的 940nm GaAlAs 晶片是為了與矽偵測器達到最佳性能，相較於通用紅外線 LED，可能提供更好的靈敏度和偵測範圍。

9. 常見問題解答

9.1 我可以同時驅動紅外線和紅光 LED 嗎？

可以，但它們必須由獨立的限流電路（電阻或驅動器）驅動。它們共用一個封裝，但具有獨立的半導體晶片和電氣連接。

9.2 為什麼限流電阻絕對必要？

LED 是電流驅動元件。其順向電壓具有負溫度係數，且每個元件之間存在差異。沒有串聯電阻的電壓源會導致電流不受控制地流動，從而立即引發熱失控並損壞元件。

9.3 此 LED 的典型壽命是多久？

LED 壽命通常定義為光輸出衰減至初始值 50% 的時間點。雖然此規格書未明確說明，但在額定值內操作且具有良好熱管理的 SMD LED，其壽命通常超過 50,000 小時。

9.4 對於我的感測器設計，應如何解讀輻射強度（mW/sr）值？

輻射強度描述了單位立體角內的光功率。要估算偵測器接收到的功率，您需要知道偵測器的有效面積及其與 LED 的距離/角度。角位移曲線有助於計算非軸向對齊的情況。

10. 實際應用範例

10.1 簡易接近感測器

情境：偵測物體何時進入裝置 5 公分範圍內。
實作方式：將 IRR15-22C/L491/TR8 安裝在 PCB 上。使用 20mA 恆定電流驅動紅外線發射器（使用從 3.3V 電源計算出的電阻）。在其對面放置一個矽光電晶體，兩者之間設置一個小隔板以防止直接光耦合。當物體進入間隙時，它會將紅外線發射器的光反射到偵測器。偵測器的輸出電流增加，可透過負載電阻轉換為電壓，並由微控制器的 ADC 或比較器讀取。紅光 LED 可以連接到 GPIO 引腳，提供視覺化的偵測啟動或物體存在指示。

11. 工作原理

發光二極體是半導體 p-n 接面元件。當施加順向電壓時，來自 n 區的電子和來自 p 區的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，它們以光子（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決定。IRR15-22C/L491/TR8 使用GaAlAs（砷化鎵鋁）作為紅外線發射器（940nm），並使用AlGaInP（磷化鋁鎵銦）作為紅光發射器（660nm）。透明環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護並塑造光輸出模式。

12. 技術趨勢

此類 SMD LED 的發展遵循幾個關鍵產業趨勢：

• 微型化：持續縮小封裝尺寸，以實現更小的終端產品。
• 多晶片封裝：在單一封裝內整合多個 LED 晶片，以實現更高輸出、混色或多功能性，正如本雙波長元件所示。
• 更高效率：內部量子效率和光提取效率的持續改進，使得在相同輸入電流下獲得更高的輻射強度，從而改善系統的功率預算。
• 增強可靠性：封裝材料和晶片貼裝技術的進步，提高了在高溫高濕環境下的性能，延長了操作壽命。
• 智慧整合：一個日益增長的趨勢是將控制 IC 整合到 LED 封裝內，創造出簡化系統設計的智慧 LED模組。