目錄
- 1. 產品概述
- 2. 技術參數深度解析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣與光學特性
- 3. 性能曲線分析
- 3.1 順向電流 vs. 環境溫度
- 3.2 光譜分佈
- 3.3 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
- 3.4 相對強度 vs. 順向電流
- 3.5 相對輻射強度 vs. 角度位移
- 4. 機械與封裝資訊
- 4.1 封裝尺寸
- 4.2 焊墊佈局與錫膏建議
- 4.3 極性辨識
- 4.4 載帶尺寸
- 5. 焊接與組裝指南
- 5.1 迴焊溫度曲線
- 5.2 手動焊接注意事項
- 5.3 儲存與濕度敏感性
- 5.4 維修與返工
- 6. 應用建議
- 6.1 典型應用電路
- 6.2 設計考量
- 6.3 常見應用情境
- 7. 技術比較與差異化
- 8. 常見問題 (FAQ)
- 8.1 為何限流電阻絕對必要？
- 8.2 我可以用PWM訊號驅動此LED來控制亮度嗎？
- 8.3 輻射強度 (mW/sr) 與發光強度 (mcd) 有何不同？
- 8.4 如何解讀視角25度？
- 9. 工作原理
- 10. 產業趨勢與背景
1. 產品概述
IR26-21C/L447/CT是一款超小型表面黏著元件(SMD)紅外線發光二極體。它採用緊湊的雙端封裝，由水清塑膠模製而成，頂部為球形透鏡。此元件的主要功能是發射峰值波長為940奈米的紅外光，其光譜與矽基光電探測器和光電晶體管相匹配，使其成為感測應用的理想選擇。
此LED採用GaAlAs（砷化鎵鋁）晶片材料製成。其核心優勢包括極低的順向電壓、適合空間受限設計的小型化尺寸以及良好的可靠性。該元件符合關鍵的環保法規，包括無鉛、符合RoHS、符合歐盟REACH以及無鹵素，滿足溴和氯含量的特定閾值。
2. 技術參數深度解析
2.1 絕對最大額定值
此元件設計在嚴格限制內運作，以確保壽命和可靠性。超過這些額定值可能會造成永久性損壞。
- 連續順向電流 (IF)): 65 mA。這是可以持續流經LED的最大直流電流。
- 逆向電壓 (VR)): 5 V。施加高於此值的逆向電壓可能會擊穿LED的半導體接面。
- 工作溫度 (Topr)): -25°C 至 +85°C。正常運作時的環境溫度範圍。
- 儲存溫度 (Tstg)): -40°C 至 +85°C。未使用時儲存元件的溫度範圍。
- 焊接溫度 (Tsol)): 最高260°C，持續時間不超過5秒。這定義了迴焊溫度曲線的限制。
- 功率耗散 (Pd)): 在25°C或以下自由空氣溫度時為130 mW。這是封裝可以作為熱量散發的最大功率。
2.2 電氣與光學特性
這些參數是在25°C環境溫度和20mA順向電流的標準測試條件下測量的，這是一個典型的工作點。
- 輻射強度 (Ie)): 11 mW/sr (最小), 18 mW/sr (典型)。這測量的是每單位立體角（球面度）發射的光功率。典型值表示預期的輸出。
- 峰值波長 (λp)): 940 nm (典型)。LED發射最多光功率的波長。這屬於近紅外光譜，人眼不可見，但對矽感測器來說是最佳的。
- 光譜頻寬 (Δλ)): 55 nm (典型)。發射的波長範圍，通常以峰值強度的一半（半高全寬 - FWHM）來測量。
- 順向電壓 (VF)): 1.3 V (典型), 1.5 V (最大)。在20mA工作時，LED兩端的電壓降。低電壓是一個效率優勢。
- 逆向電流 (IR)): 在5V逆向偏壓下為10 µA (最大)。衡量接面在關閉狀態下的漏電流。
- 視角 (2θ1/2)): 25° (典型)。輻射強度至少為其峰值一半的角度範圍。這定義了光束模式。
3. 性能曲線分析
規格書提供了幾條對設計工程師至關重要的特性曲線。
3.1 順向電流 vs. 環境溫度
此曲線顯示了隨著環境溫度升高，最大允許順向電流的降額情況。為防止過熱，在25°C以上工作時必須降低電流。曲線通常顯示線性下降，強調了在高溫環境中熱管理的重要性。
3.2 光譜分佈
此圖表繪製了相對輻射強度與波長的關係。它直觀地確認了940nm的峰值和約55nm的光譜頻寬。其形狀是GaAlAs紅外線LED的特徵。
3.3 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
這條基本曲線說明了二極體電流與電壓之間的指數關係。它有助於設計限流驅動電路。曲線將在典型VF約1.3V附近顯示出急遽的開啟。
3.4 相對強度 vs. 順向電流
此曲線展示了光輸出相對於驅動電流的線性度（或在極高電流下可能出現的非線性）。對於大多數LED，在建議的工作範圍內，這種關係相當線性，允許通過電流調變進行簡單的亮度控制。
3.5 相對輻射強度 vs. 角度位移
此極座標圖定義了空間輻射模式。對於這種帶有球形透鏡的LED，其模式預計大致為朗伯分佈（餘弦分佈）或稍窄，以垂直於發光面的軸線為中心。25度的視角就是從這條曲線推導出來的。
4. 機械與封裝資訊
4.1 封裝尺寸
此元件為圓形超小型SMD封裝，本體直徑為1.6mm。規格書中的詳細機械圖提供了所有關鍵尺寸，包括總高度、引腳間距和透鏡幾何形狀。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.1mm。
4.2 焊墊佈局與錫膏建議
提供了用於PCB設計的建議焊墊佈局以供參考。建議設計師根據其特定的製造工藝和可靠性要求進行修改。規格書建議使用Sn/Ag3.0/Cu0.5的錫膏成分和0.10mm的鋼板厚度，以獲得最佳的焊點形成效果。
4.3 極性辨識
該封裝採用雙端設計。極性通常由陰極側的標記或封裝/載帶中的特定形狀特徵來指示。確切的標記應與封裝尺寸圖進行核對。
4.4 載帶尺寸
LED以凸版載帶形式供應，捲繞在7英吋直徑的捲盤上，用於自動貼片組裝。載帶尺寸（口袋大小、間距等）均有規定，以確保與標準SMD組裝設備的兼容性。每捲包含1500個元件。
5. 焊接與組裝指南
5.1 迴焊溫度曲線
建議採用無鉛焊接溫度曲線。關鍵參數包括預熱階段、峰值溫度不超過260°C，以及控制液相線以上時間(TAL)以防止熱損壞。同一元件不應進行超過兩次的迴焊。
5.2 手動焊接注意事項
如果必須進行手動焊接，則必須極其小心。烙鐵頭溫度應低於350°C，每個引腳的接觸時間不應超過3秒。建議使用低功率烙鐵（≤25W），焊接每個引腳之間至少間隔2秒以利冷卻。
5.3 儲存與濕度敏感性
LED包裝在防潮袋中。請在準備使用前才打開袋子。打開後，未使用的元件應儲存在≤30°C且相對濕度(RH)≤60%的環境中。打開後的車間壽命為168小時（7天）。如果超過此時間，或濕度指示劑（矽膠）顯示飽和，則在使用前需要進行60±5°C烘烤24小時的處理，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中的爆米花現象。
5.4 維修與返工
強烈不建議在焊接後進行維修。如果不可避免，必須使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個引腳，以最小化對塑膠封裝的熱應力。必須事先評估維修過程中損壞LED特性的可能性。
6. 應用建議
6.1 典型應用電路
最關鍵的設計考量是限流。外部串聯電阻是強制性的。由於二極體的指數型I-V特性，電壓的微小增加會導致電流大幅且具破壞性的增加。電阻值(R)的計算公式為：R = (V電源- VF) / IF。對於5V電源，目標IF為20mA，VF約1.3V，則R ≈ (5 - 1.3) / 0.02 = 185 Ω。標準的180Ω或200Ω電阻將是合適的。
6.2 設計考量
- 散熱：雖然體積小，但必須考慮功率耗散（高達130mW），特別是在高環境溫度或較高驅動電流下。焊墊周圍足夠的PCB銅箔面積可以作為簡單的散熱片。
- 光學對準：在遮斷式或反射式感測器設計中，25度的視角需要與配對的光電探測器仔細對準，以確保足夠的信號強度。
- 電氣雜訊：在敏感的類比感測電路中，LED驅動器應與敏感的探測器放大器去耦，以防止電氣串擾。
6.3 常見應用情境
- PCB安裝紅外線感測器：用作接近感測器、物體檢測和轉速計中的光源。
- 微型光遮斷器 / 槽型光遮斷器：與光電晶體管配對，用於檢測遮斷光束的物體，應用於印表機、編碼器和自動販賣機。
- 軟碟機：歷史上用於零軌檢測和防寫保護感測。
- 光電開關：用於反射式感測器，檢測表面存在或對比度（例如，循線機器人）。
- 煙霧偵測器：用於遮光型煙霧偵測器，其中煙霧顆粒散射或阻擋LED和光電二極體之間的內部紅外光束。
7. 技術比較與差異化
IR26-21C/L447/CT在紅外線LED市場中佔據了一個特定的利基。其主要差異化特點是其極小的1.6mm圓形封裝和低順向電壓。與較大的3mm或5mm穿孔式紅外線LED相比，它實現了終端產品的小型化。與其他SMD紅外線LED相比，其水清透鏡（相對於有色或擴散透鏡）以及特定的940nm波長與矽的良好匹配性，使其在將能量最大化傳輸到矽接收器方面進行了優化，從而提高了感測應用中的系統信噪比和範圍。無鹵素和RoHS合規性確保其符合全球電子製造的現代環保標準。
8. 常見問題 (FAQ)
8.1 為何限流電阻絕對必要？
LED是電流驅動元件，而非電壓驅動元件。其順向電壓在寬廣的電流範圍內保持相對恆定。如果沒有串聯電阻，將其直接連接到電壓源，將試圖僅受電源內阻和LED動態電阻（非常低）的限制來汲取電流。這幾乎肯定會超過最大順向電流（65mA）並立即損壞LED。
8.2 我可以用PWM訊號驅動此LED來控制亮度嗎？
可以，脈衝寬度調變(PWM)是控制平均輻射強度的絕佳方法。您在開啟脈衝期間以額定電流（例如20mA）驅動LED。頻率應足夠高以避免感測系統中出現可見閃爍（通常>100Hz）。驅動電路（電晶體/MOSFET）必須能夠處理峰值電流。
8.3 輻射強度 (mW/sr) 與發光強度 (mcd) 有何不同？
發光強度（以燭光為單位）是根據人眼的敏感度（明視覺反應）加權的。由於這是一款發射940nm紅外光的LED，而人眼對此波長的敏感度為零，因此其發光強度實際上為零。輻射強度測量的是每立體角發射的實際光功率，這是機器感測器的相關度量。
8.4 如何解讀視角25度？
視角 (2θ1/2= 25°) 表示強度至少為峰值一半的總角度範圍。半角 (θ1/2) 是從中心軸線算起的12.5度。這定義了一個相對較窄的光束，與角度更寬的LED（例如60°或120°）相比，能將紅外能量集中，以實現更長的距離或更定向的感測。
9. 工作原理
紅外線LED是一種半導體p-n接面二極體。當施加超過接面內建電位的順向電壓時，來自n區的電子和來自p區的電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子在半導體（由GaAlAs製成）的主動區複合時，能量被釋放。在這種特定的材料組成中，能量對應於紅外光譜中的光子，峰值波長為940nm。水清環氧樹脂封裝既作為保護外殼，也作為透鏡來塑造發射光的輻射模式。
10. 產業趨勢與背景
在物聯網(IoT)、智慧家庭感測器、工業自動化和穿戴式裝置普及的推動下，對小型化、高可靠性紅外線元件的需求持續增長。影響IR26-21C/L447/CT等元件的關鍵趨勢包括：
- 整合度提高：朝向將紅外線LED、光電探測器和信號調理電路整合在單一封裝中的模組發展。
- 更高效率：持續開發半導體材料和晶片設計，以在給定輸入電流下實現更高的輻射輸出，從而改善可攜式裝置的電池壽命。
- 可靠性增強：專注於堅固的封裝，以承受汽車和工業應用所需的高迴焊溫度和更惡劣的環境條件。
- 標準化：遵守全球環保（RoHS、REACH、無鹵素）和製造（MSL、載帶捲盤）標準，現已成為進入全球市場的基本要求。
像這種超小型紅外線LED的元件是實現非接觸式感測的基本構建模組，而這項技術在這些不斷發展的領域中至關重要。
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。 |