IR29-01C/L510/R/TR8 LED 規格書 - 1.2mm 圓形 SMD - 1.6V 順向電壓 - 940nm 紅外線 - 100mW 功率 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IR29-01C/L510/R/TR8 是一款專為表面黏著應用設計的超小型側發光紅外線（IR）發光二極體。其採用緊湊的雙端封裝，以水清塑膠模製而成，並配有球形頂部透鏡，以優化紅外線發射效率。此元件的頻譜輸出特別匹配矽光電二極體與光電晶體，使其成為紅外線感測系統的理想光源。其主要優勢包括小巧的外形尺寸、低順向電壓，以及符合 RoHS、REACH 與無鹵素要求等現代環保標準。

1.1 核心功能與目標市場

此元件的關鍵功能包括其微型 SMD 封裝，有助於實現高密度 PCB 設計。低順向電壓則有助於節能運作。產品以 8mm 載帶包裝，捲繞於直徑 7 英吋的捲盤上，相容於自動化取放組裝製程。元件為無鉛（Pb-free）設計，並符合嚴格的環保法規，包括溴（Br）與氯（Cl）含量的限制。此紅外線 LED 主要針對開發紅外線基礎系統的設計師與工程師，例如接近感測器、物體偵測、編碼器與資料傳輸模組等，這些應用皆需要可靠且匹配的紅外線發射。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節將根據規格書，詳細分析元件的電氣、光學與熱特性。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非操作條件。

• 連續順向電流（IF）：50 mA。這是可連續施加於 LED 的最大直流電流。
• 峰值順向電流（IFP）：500 mA。此高電流僅允許在脈衝條件下使用，且脈衝寬度 ≤ 100 μs，工作週期 ≤ 1%。此額定值適用於需要短暫、高強度脈衝的應用。
• 逆向電壓（VR）：5 V。超過此逆向偏壓可能導致接面崩潰。
• 操作與儲存溫度（Topr, Tstg）：-40°C 至 +100°C。此寬廣範圍確保了在惡劣環境下的可靠性。
• 焊接溫度（Tsol）：最高 260°C，持續時間最長 5 秒，定義了迴焊溫度曲線。
• 功率損耗（Pc）：在環境溫度 25°C 或以下時為 100 mW。此參數對於熱管理設計至關重要。

2.2 電氣光學特性

電氣光學特性（典型值於 Ta=25°C）定義了正常操作條件下的預期性能。

• 輻射強度（IE）：典型值為 IF=20mA 時 25 mW/sr，IF=70mA（脈衝）時 100 mW/sr。輻射強度衡量每單位立體角發射的光功率，表示紅外線光源的亮度。
• 峰值波長（λp）：940 nm。這是發射光功率達到最大值的波長，與常見矽光電偵測器的峰值靈敏度完美匹配。
• 頻譜頻寬（Δλ）：典型值為 30 nm。這定義了以峰值波長為中心所發射的波長範圍。
• 順向電壓（VF）：典型值為 1.30V，IF=20mA 時最大值為 1.60V。IF=70mA（脈衝）時，典型值為 1.50V，最大值為 2.00V。此低 VF 有利於低電壓電路設計。
• 逆向電流（IR）：VR=5V 時最大值為 10 μA，表示接面品質良好。
• 視角（2θ1/2）：15 度。此窄視角表示光束集中，這是帶有透鏡的側發光 LED 的特性，適用於定向紅外線應用。

3. 性能曲線分析

規格書包含數個特性曲線，可更深入了解元件在不同條件下的行為。

3.1 順向電流 vs. 環境溫度

此圖表顯示了最大允許順向電流隨著環境溫度升高而降額的情況。為防止過熱並確保長期可靠性，在超過 25°C 操作時必須降低順向電流。曲線通常顯示從 25°C 的額定電流線性下降至最高接面溫度時為零。

3.2 輻射強度 vs. 順向電流

此圖說明了驅動電流（IF）與光輸出功率（輻射強度）之間的關係。在正常操作範圍內通常是線性的，證實光輸出與電流成正比。然而，在極高電流下，效率可能因熱效應而下降。

3.3 順向電流 vs. 順向電壓

此 IV 曲線描繪了典型的二極體指數關係。"膝點"電壓約在典型 VF 值附近。理解此曲線對於設計限流驅動電路至關重要。

3.4 頻譜分佈

此圖表顯示相對輻射功率隨波長的變化，以 940 nm 為中心並具有定義的頻寬。它直觀地證實了與矽偵測器的頻譜匹配性，後者在 800-1000 nm 範圍內具有峰值靈敏度。

3.5 相對輻射強度 vs. 角度位移

此極座標圖定義了 LED 的輻射圖案或光束輪廓。此處確認了 15 度的視角（半高全寬，FWHM）。帶有透鏡的側發光設計創造了此定向發射圖案，這對於在感測器組裝中將 LED 與偵測器對準至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

元件為 1.2mm 圓形超小型 SMD 封裝。詳細的尺寸圖標明了所有關鍵尺寸，包括本體直徑、高度、引腳間距與焊墊尺寸。除非另有說明，關鍵公差通常為 ±0.1mm。精確的尺寸對於 PCB 佔位面積設計與確保組裝過程中的正確放置至關重要。

4.2 極性識別

陰極通常由封裝上的視覺標記指示，例如凹口、平邊或綠色標記。規格書的尺寸圖應清楚顯示此識別特徵，以防止組裝時反向安裝。

4.3 載帶與捲盤尺寸

產品以 8mm 寬的凸版載帶包裝，置於直徑 7 英吋的捲盤上。規格書提供了凹槽尺寸、間距與捲盤規格的詳細圖示。此包裝支援自動化高速組裝設備。標準捲盤包含 1500 個元件。

5. 焊接與組裝指南

正確的處理與焊接對於維持元件性能與可靠性至關重要。

5.1 迴焊溫度曲線

建議採用無鉛（Pb-free）迴焊溫度曲線。峰值溫度不應超過 260°C，且高於 240°C 的時間應受限制（根據絕對最大額定值，通常為 5 秒）。必須控制預熱、浸泡、迴焊與冷卻階段，以最小化熱衝擊。迴焊次數不應超過兩次。

5.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，則需格外小心。烙鐵頭溫度應低於 350°C，且與每個端子的接觸時間應限制在 3 秒或更短。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。在焊接每個引腳之間應留出足夠的冷卻時間，以防止塑膠封裝受熱損壞。

5.3 儲存與濕度敏感性

LED 包裝在含有乾燥劑的防潮袋中。主要注意事項包括：

• 準備使用前請勿打開袋子。
• 將未開封的袋子儲存在 ≤30°C 且 ≤60% 相對濕度的環境中。
• 請在出貨後一年內使用。
• 開封後，請在相同儲存條件下於 168 小時（7 天）內使用元件。
• 若超過儲存時間或乾燥劑顯示受潮，則在焊接前需要進行烘烤處理，溫度為 60±5°C，至少 24 小時，以防止迴焊過程中發生 "爆米花" 效應。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 包裝程序

元件包裝在含有乾燥劑的鋁箔層壓防潮袋中。袋上標籤包含關鍵資訊，包括料號（P/N）、數量（QTY）、批號（LOT No.）以及其他相關代碼，如峰值波長（HUE）。

6.2 元件選型指南

特定元件 IR29-01C/L510/R/TR8 使用砷化鎵鋁（GaAlAs）晶片材料與水清透鏡。料號本身可能編碼了關鍵屬性：IR 代表紅外線，29 可能指系列或尺寸，01C 可能是變體代碼，L510 可能表示峰值波長分級，R 代表捲盤包裝，TR8 代表 8mm 載帶。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此紅外線 LED 適用於廣泛的紅外線感測與傳輸應用，包括：

• 接近與存在感測：用於自動水龍頭、皂液器、烘手機與非接觸式開關。
• 物體偵測與計數：用於自動販賣機、工業自動化與輸送帶系統。
• 光學編碼器：用於馬達與旋轉設備中的位置與速度感測。
• 紅外線資料傳輸：用於遙控器與短距離資料鏈路（需要適當的調變）。
• 安全系統：作為夜視攝影機與遮斷光束感測器的不可見光源。

7.2 設計考量與電路保護

必須進行限流：如規格書中明確警告，必須始終使用一個外部限流電阻與 LED 串聯。順向電壓具有負溫度係數（隨溫度升高而降低）。若沒有電阻，供應電壓的微小增加或 VF 因加熱而降低，都可能導致電流大幅且不受控制地增加，從而立即引發熱失控並導致元件故障。

驅動電路設計：對於直流操作，使用歐姆定律計算的簡單串聯電阻（R = (Vcc - VF) / IF）即足夠。對於需要更高峰值強度的脈衝操作，可以使用由脈衝產生器驅動的電晶體或 MOSFET 開關。確保脈衝寬度與工作週期保持在指定限制內（≤100μs，≤1%）。

光學對準：15 度的窄光束需要與接收光電偵測器進行精心的機械對準，以最大化訊號強度。設計感測器外殼時請考慮輻射圖案圖。

8. 技術比較與差異化

與標準的頂部發光紅外線 LED 相比，IR29-01C 的側發光（或側視）封裝在 PCB 必須平行於感測平面安裝的應用中提供了明顯優勢。這消除了需要導光管或額外光學元件將光束轉向 90 度的需求，簡化了機械設計並減少了元件數量。其 940nm 波長在矽偵測器靈敏度與相較於 850nm 光源更低的可見度之間取得了良好平衡，使其在操作時較不顯眼。微型 1.2mm 尺寸允許實現非常緊湊的感測器設計。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：為什麼限流電阻絕對必要？
A1：LED 的 I-V 特性是指數性的。順向電壓的微小變化（其本身隨溫度降低）可能導致電流大幅變化。若沒有串聯電阻來穩定電流，就會發生熱失控，迅速損壞 LED。

Q2：我可以直接用 3.3V 或 5V 微控制器引腳驅動此 LED 嗎？
A2：不行。微控制器引腳的電流供應/吸收能力有限（通常最大 20-40mA），且並非設計用於直接驅動 LED。應始終使用由 MCU 引腳控制的驅動電路（例如電晶體），並在 LED 上串聯一個限流電阻。

Q3：輻射強度（mW/sr）與發光強度（mcd）有何不同？
A3：發光強度（以燭光為單位）是根據人眼靈敏度（明視覺曲線）加權的，在紅外線頻譜中幾乎為零。輻射強度衡量每立體角發射的實際光功率，使其成為適用於機器（而非人類）偵測的紅外線裝置的正確度量標準。

Q4：如何解讀 15 度的視角？
A4：這是半高全寬（FWHM）角度。輻射強度在 0 度（從封裝側面直射）時最高，在偏離中心線 ±7.5 度時降至其最大值的 50%，使得總光束寬度為 15 度。

10. 實務設計與使用案例

案例：設計擦手紙分配器感測器。IR29-01C 是理想的選擇。它將安裝在 PCB 邊緣，側向面對分配槽。一個匹配的矽光電晶體將放置在對面。在正常情況下，紅外線光束會被偵測到。當手遮斷光束時，微控制器觸發馬達分配擦手紙。側發光封裝允許 PCB 垂直安裝在前面板後方，LED 與偵測器透過小孔露出，創造出非常簡潔的設計。940nm 波長不可見，因此不會出現令人分心的紅光。設計師必須為來自 5V 系統電源的 20mA 驅動電流計算適當的串聯電阻（R ≈ (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω，180Ω 或 200Ω 的標準值將是合適的）。

11. 原理介紹

紅外線發光二極體（IR LED）是一種半導體 p-n 接面二極體，當在順向偏壓下通電時，會發射不可見的紅外線。電子在元件內與電洞復合，以光子的形式釋放能量。發射光的波長由半導體材料的能隙決定。對於 IR29-01C，使用砷化鎵鋁（GaAlAs）材料系統來產生峰值能量對應於 940nm 波長的光子。水清環氧樹脂封裝充當透鏡，將發射光塑造成聚焦光束。側視結構是透過將半導體晶片側向安裝在封裝內實現的，使光線平行於 PCB 平面發射。

12. 發展趨勢

像 IR29-01C 這樣的超小型紅外線 LED 的趨勢是朝向更小的封裝尺寸（例如晶片級封裝）、更高的輻射強度與效率，以及更寬廣的操作溫度範圍，以支援汽車與工業應用。整合是另一個關鍵趨勢，將紅外線發射器、驅動器，有時還包括光電偵測器結合到單一模組中。同時也專注於提高資料通訊應用（如紅外線資料協會（IrDA）與消費性電子產品遙控器）的速度（調變能力）。此外，持續開發以增強對靜電放電（ESD）與惡劣環境條件的可靠性和穩健性。