目錄
- 1. 產品概述
- 2. 技術參數深入解析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 光電特性
- 3. 性能曲線分析
- 3.1 紅外線發射器 (905nm) 特性
- 3.2 紅光發射器 (660nm) 特性
- 3.3 角度特性
- 4. 機械與封裝資訊
- 4.1 封裝尺寸
- 4.2 極性識別
- 4.3 載帶與捲盤規格
- 5. 焊接與組裝指南
- 5.1 儲存與處理
- 5.2 迴焊焊接
- 5.3 手工焊接
- 5.4 返工與維修
- 6. 應用建議與設計考量
- 6.1 典型應用電路
- 6.2 熱管理
- 6.3 光學設計
- 7. 技術比較與差異化
- 8. 常見問題解答 (基於技術參數)
- 9. 實務設計與使用案例
- 10. 工作原理簡介
- 11. 技術趨勢與背景
1. 產品概述
BR15-22C/L586/R/TR8 是一款雙發射器表面黏著元件(SMD) LED，將一個紅外線(IR)與一個紅光發光二極體整合於單一微型頂視扁平封裝內。元件採用透明塑膠封裝，確保高效的光線傳輸。其關鍵設計特點在於光譜輸出，特別針對矽光電二極體與光電晶體管的靈敏度進行匹配，使其成為光學感測與偵測系統的理想光源。
此元件的核心優勢包括低順向電壓，有助於提升電路設計的能源效率。其製造符合無鉛(Pb-free)標準，並遵循主要環保法規，包括RoHS、歐盟REACH及無鹵素標準(Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)，確保適用於現代注重環保的電子產品製造。
主要目標市場與應用為紅外線應用系統，例如接近感測器、物體偵測、編碼器以及其他需要可靠且匹配光源的光電介面。
2. 技術參數深入解析
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。在此條件下操作不保證正常運作。
- 連續順向電流 (IF)：紅外線與紅光晶片均為 50 mA。
- 逆向電壓 (VR)：5 V。超過此值可能導致接面崩潰。
- 操作溫度 (Topr)：-40°C 至 +85°C。此為確保可靠運作的環境溫度範圍。
- 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +100°C。
- 焊接溫度 (Tsol)：最高 260°C，持續時間不超過 5 秒，此為迴焊組裝製程的關鍵參數。
- 功率消耗 (Pc)：在自由空氣溫度 25°C 或以下時，紅外線發射器為 100 mW，紅光發射器為 125 mW。此參數對於熱管理設計至關重要。
2.2 光電特性
這些是在 Ta=25°C 下量測的典型性能參數，代表正常操作條件下的預期行為。
- 輻射強度 (IE)：紅外線發射器(BR)在 IF=20mA 時的典型值為 0.50 mW/sr。紅光發射器在相同電流下為 1.50 mW/sr。此參數量測每單位立體角發射的光功率。
- 峰值波長 (λp)：紅外線發射器峰值為 905 nm，而紅光發射器峰值為 660 nm。此定義了發射光的主導顏色。
- 光譜頻寬 (Δλ)：兩個發射器均約為 30 nm，表示峰值波長周圍的波長分布範圍。
- 順向電壓 (VF)：在 IF=20mA 時，紅外線晶片的典型 VF 為 1.30V (最大 1.80V)，紅光晶片的典型 VF 為 1.80V (最大 2.60V)。低 VF 是提升電源效率的關鍵特性。
- 逆向電流 (IR)：在 VR=5V 時，兩個晶片的最大值均為 10 µA，表示關閉狀態下的漏電流。
- 視角 (2θ1/2)：140 度。此寬廣視角是頂視、無透鏡封裝的特點，提供廣泛的發射範圍。
3. 性能曲線分析
3.1 紅外線發射器 (905nm) 特性
提供的圖表說明了紅外線晶片關鍵參數之間的關係。輻射強度 vs. 順向電流曲線顯示光學輸出隨電流增加呈近乎線性增長，直至達到最大額定值。順向電流 vs. 順向電壓曲線展示了二極體的指數型 IV 關係，對於設計限流電路至關重要。光譜分布圖確認了在 905nm 處的峰值及其定義的頻寬。順向電流 vs. 環境溫度曲線對於理解降額要求至關重要；隨著溫度升高，最大允許連續電流必須降低以防止過熱。
3.2 紅光發射器 (660nm) 特性
紅光發射器提供了類似的曲線。值得注意的是，在給定電流下，其輻射強度高於紅外線發射器。光譜圖顯示在可見紅光譜內的 660nm 處有一個尖銳的峰值。其電氣特性(IV曲線)遵循相同的二極體定律，但具有較高的典型順向電壓。
3.3 角度特性
參考了一張標題為相對光電流 vs. 角度位移的圖表。此曲線對於應用設計極為重要，它顯示了偵測器感知的強度如何隨著 LED 與偵測器之間的角度而變化。140 度的視角定義為強度降至軸上值一半時的角度。
4. 機械與封裝資訊
4.1 封裝尺寸
元件採用緊湊的 SMD 封裝。關鍵尺寸(單位：mm)包括本體長度約 3.2、寬度 1.6、高度 1.1。詳細圖紙指定了焊墊佈局、元件外型和公差(除非另有說明，通常為 ±0.1mm)，這些對於 PCB 焊盤設計至關重要。
4.2 極性識別
封裝包含標記或特定的焊墊設計(通常是切角或圓點)來指示陰極。組裝時必須正確辨識極性，以防止逆向偏壓損壞。
4.3 載帶與捲盤規格
產品以載帶和捲盤形式供應，適用於自動化組裝。載帶尺寸有明確規範，標準捲盤包含 2000 個元件。此資訊對於設定貼片機是必要的。
5. 焊接與組裝指南
5.1 儲存與處理
LED 對濕氣敏感。注意事項包括：使用前保持密封防潮袋未開封；未開封的袋子儲存於 ≤30°C/90%RH 環境，並在一年內使用；開封後，儲存於 ≤30°C/60%RH 環境，並在 168 小時(7天)內使用。若超過儲存時間，則需要在 60±5°C 下烘烤至少 24 小時。
5.2 迴焊焊接
建議採用無鉛焊料溫度曲線。迴焊次數不應超過兩次，以避免熱應力。加熱過程中，不應對 LED 本體施加機械應力。焊接後 PCB 不應變形。
5.3 手工焊接
若需手工焊接，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，並使用容量為 25W 或更低的烙鐵。焊接每個端子之間需有超過 2 秒的冷卻間隔。
5.4 返工與維修
不建議在焊接後進行維修。若不可避免，應使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以最小化封裝上的熱應力。必須事先評估損壞 LED 特性的可能性。
6. 應用建議與設計考量
6.1 典型應用電路
最關鍵的設計規則是過電流保護。必須使用外部限流電阻。由於二極體的指數型 IV 特性，電壓的微小增加可能導致電流大幅且具破壞性的增加。電阻值必須根據電源電壓(Vs)、期望的順向電流(If)和 LED 的順向電壓(Vf)，使用公式計算：R = (Vs - Vf) / If。若需獨立驅動紅外線和紅光發射器，則需要分別的電阻。
6.2 熱管理
雖然功率消耗低，但適當的 PCB 佈局有助於散熱。確保有足夠的銅面積連接到散熱焊墊(如有)或元件引腳。遵循最大額定值所隱含的功率降額指南——在高環境溫度下操作需要降低順向電流。
6.3 光學設計
對於需要廣泛覆蓋的應用，可利用 140 度的寬廣視角。對於更長距離或更定向的感測，可能需要外部透鏡或反射器。透明透鏡適用於需要精確晶片發射模式且無需濾色的應用。
7. 技術比較與差異化
BR15-22C/L586/R/TR8 的主要差異化在於其雙波長能力整合於單一緊湊的 SMD 封裝中。與使用兩個獨立 LED 相比，節省了電路板空間。其與矽偵測器的光譜匹配經過優化，有潛力提升感測應用中的訊噪比。低順向電壓，特別是紅外線發射器，提供了效率優勢。符合嚴格的環保標準(RoHS、REACH、無鹵素)使其適用於廣泛的全球市場。
8. 常見問題解答 (基於技術參數)
問：我可以同時以各自的最大電流 50mA 驅動紅外線和紅光 LED 嗎？
答：不行。連續順向電流的絕對最大額定值是每個晶片 50mA。同時以 50mA 驅動兩者很可能會超過封裝的總功率消耗限制(Pc)並導致過熱。驅動電流必須根據總功率和熱條件進行降額。
問：為什麼限流電阻絕對必要？
答：LED 是電流驅動元件。其順向電壓會隨電流和溫度輕微變化。將其直接連接到電壓源(即使是穩壓源)，由於沒有內部電阻限制電流，將導致電流不受控制地上升，直到元件損壞。電阻提供了穩定、可預測的電流。
問：光譜匹配矽光電偵測器是什麼意思？
答：矽光電二極體和光電晶體管具有特定的光譜響應曲線；它們對某些波長(通常在近紅外線和紅光區域)最為敏感。此 LED 的峰值波長(905nm 紅外線和 660nm 紅光)被選擇落在這些偵測器的高靈敏度區域內，從而最大化給定光功率下產生的電訊號。
問：如何解讀 140 度的視角？
答：這是指輻射強度降至直接軸上(0度)測量值一半(50%)時的全角度。因此，在從中心算起非常寬廣的 ±70 度錐形範圍內，發射都是有效可用的。
9. 實務設計與使用案例
案例：設計行動裝置的接近感測器
BR15-22C/L586/R/TR8 可用於接近感測器，以偵測物體(例如通話時使用者的耳朵)是否靠近手機。紅外線發射器(905nm)以脈衝方式驅動。附近的矽光電二極體偵測反射的紅外線。紅光發射器在此特定模式下不使用，但可用於其他功能，如狀態指示燈。設計步驟包括：1) 根據驅動 IC 的輸出電壓和期望的脈衝電流(例如，20mA 以獲得良好強度)計算紅外線 LED 的限流電阻。2) 將 LED 和光電二極體放置在 PCB 上，並在兩者之間設置光學屏障以防止直接串擾。3) 精確遵循迴焊溫度曲線，以避免損壞對濕氣敏感的封裝。4) 實作韌體以脈衝驅動 LED 並讀取光電二極體訊號，使用閾值來判定接近或遠離狀態。
10. 工作原理簡介
發光二極體(LED)是透過電致發光發射光線的半導體元件。當順向電壓施加於 p-n 接面時，來自 n 型區域的電子與來自 p 型區域的電洞重新結合。此重新結合過程以光子(光)的形式釋放能量。發射光的特定波長(顏色)由所用半導體材料的能隙能量決定。紅外線發射器使用砷化鎵鋁(GaAlAs)，其能隙對應於 905nm 紅外線。紅光發射器使用磷化鋁鎵銦(AlGaInP)，產生 660nm 紅光。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。
11. 技術趨勢與背景
像 BR15-22C/L586/R/TR8 這類 SMD LED 的發展，是由電子產品微型化、自動化和多功能化的趨勢所驅動。轉向無鉛和無鹵素製造反映了全球對環境永續元件的推動。在感測應用中，持續存在對更高效率(每電瓦產生更多光輸出)和更緊密光譜匹配的需求，以提升系統性能並降低功耗。將多種波長或功能整合到單一封裝中，是在日益複雜的裝置中節省空間和成本的合理步驟。此外，封裝材料和設計的改進旨在增強在熱應力和濕氣暴露下的可靠性，這對於汽車、工業和消費性應用至關重要。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |