SMD紅外線LED RE30AX 規格書 - 尺寸3.00x3.00x2.10mm - 電壓1.7V - 功率0.9W - 峰值波長850nm - 技術規格文件

1. 產品概述

本技術文件詳細說明一款大功率表面黏著紅外線發光二極體的規格與應用指南。此元件採用環氧樹脂封裝，為嚴苛的操作環境提供了優異的機械強度、熱穩定性及可靠性。

核心優勢：此元件的關鍵優勢包括緊湊的SMD封裝尺寸（3.0mm x 3.0mm）、高的總輻射通量輸出，以及100度的寬廣視角，確保了廣泛的照明覆蓋。其設計兼容標準的無鉛迴流焊接製程。

目標市場：此紅外線LED的主要應用領域為安全監控系統，作為夜視攝影機的不可見照明光源。同時，它也高度適用於工業自動化中的機器視覺系統，可在低光環境下實現可靠的物體偵測與定位。

1.1 封裝尺寸

元件封裝於緊湊的矩形封裝內，長3.00 mm、寬3.00 mm、高2.10 mm。除非另有說明，尺寸公差通常為±0.2 mm。封裝上有清晰的極性標記，以確保在PCB組裝時的正確方向。文件中提供了建議的焊接焊盤圖案（Footprint），以利實現最佳的熱電性能和與印刷電路板的可靠機械附著。

2. 深入技術參數分析

以下章節將對元件的電氣、光學及熱特性進行詳細且客觀的說明。

2.1 電氣與光學特性

所有測量均在標準焊接點溫度（Ts）25°C下規定。

• 順向電壓（V_F）：當施加500 mA的順向電流（I_F）時，LED兩端的典型壓降為1.7 V，最低為1.4 V。此低順向電壓有助於提高系統效率。
• 峰值波長（λ_p）：發射紅外光的主要波長為850 nm，接近許多矽基影像感測器的峰值靈敏度，同時對人眼不可見。
• 頻譜寬度（Δλ）：半高全寬的頻譜寬度典型值為30 nm，這定義了發射紅外光的純度。
• 總輻射通量（Φ_e）：此參數以毫瓦為單位測量總光學功率輸出。在I_F= 500 mA時，典型值為350 mW，範圍從280 mW（最小）到450 mW（最大）。
• 視角（2θ_1/2）：輻射強度為最大強度一半時的角度為100度，提供寬廣的光束模式。
• 熱阻（R_θJ-S）：接面至焊接點的熱阻為16 °C/W。此數值對於計算工作時的接面溫度至關重要，以確保長期可靠性。

2.2 絕對最大額定值

此為壓力極限，超出這些極限可能會對元件造成永久性損壞。不建議長時間在或接近這些極限下操作。

• 最大功率耗散（P_D）：0.9 W。
• 最大連續順向電流（I_F）：500 mA。
• 最大逆向電壓（V_R）：5 V。超過此電壓可能導致立即崩潰。
• 靜電放電（ESD）耐受度：人體模型（HBM）額定值為2000 V。必須遵循適當的ESD處理程序。
• 溫度範圍：操作溫度：-40°C 至 +85°C。儲存溫度：-40°C 至 +100°C。
• 最高接面溫度（T_J）：105°C。必須降額使用操作電流以確保T_J低於此限制。

3. 性能曲線分析

3.1 順向電壓 vs. 順向電流（IV曲線）

IV曲線顯示了半導體二極體典型的非線性關係。當電流從0增加到600 mA時，順向電壓從約1.3 V上升至1.7 V。此曲線對於選擇適當的限流電路和理解功率耗散至關重要。

3.2 相對強度 vs. 順向電流

此圖表表明，光學輸出（相對強度）在達到額定最大值之前幾乎與驅動電流呈線性增加。此可預測的關係允許設計師透過調整驅動電流來調節亮度。

3.3 相對強度 vs. 環境溫度

圖表顯示光學輸出隨著環境溫度升高而降低。從25°C到85°C，相對強度下降至室溫值的約85-90%。此熱衰減必須納入設計考量，以確保在操作溫度範圍內性能穩定。

3.4 光譜分佈

光譜圖確認了峰值發射在850 nm，頻寬相對較窄，圍繞著典型的矽感測器響應峰值。其形狀為基於AlGaAs的LED結構特性。

3.5 輻射模式

極座標圖可視化100度的視角，顯示出接近朗伯分佈的發射模式，在中心視角錐體內強度相當均勻，然後在更寬的角度處下降。

3.6 焊接點溫度 vs. 順向電流

此曲線說明了LED接面與其焊接點之間的熱耦合。對於給定的順向電流，焊接點溫度將會上升。此數據結合熱阻，用於精確的熱管理設計。

4. 包裝與SMT組裝資訊

4.1 包裝規格

產品以帶裝（Tape-and-Reel）包裝供應，用於自動化SMT組裝。每卷包含3000片。載帶尺寸（間距、寬度、深度）和捲盤尺寸（直徑、軸心尺寸）符合EIA標準規格，確保與標準取放設備兼容。

4.2 SMT迴流焊接指南

此元件適用於無鉛迴流焊接製程。關鍵注意事項包括：

• 濕度敏感等級（MSL）：等級3。若包裝已拆封並暴露於環境條件中超過指定的車間壽命，必須根據IPC/JEDEC標準進行烘烤。
• 溫度曲線參數：建議採用峰值溫度不超過260°C的標準無鉛迴流溫度曲線。液相線以上時間（通常為217°C）應加以控制，以最小化對環氧樹脂封裝和半導體晶片的熱應力。
• 處理注意事項：避免對封裝施加機械應力。使用適當尺寸的真空吸取噴嘴。維持防靜電安全工作環境和設備。

5. 應用與設計建議

5.1 典型應用場景

• 監控與安全攝影機：為閉路電視、行車記錄器和門鈴攝影機的夜視功能提供隱蔽照明。
• 機器視覺與工業自動化：為條碼閱讀器、光學感測器、機器人導引和品質檢測系統提供一致的照明。
• 生物辨識感測器：可用於臉部辨識或虹膜掃描系統的紅外線照明模組。

5.2 設計考量

• 熱管理：由於功率耗散高（達0.9W），有效的散熱至關重要。請使用在LED焊墊下方具有足夠散熱通孔的PCB，並連接到接地層或專用散熱片。使用公式 T_J= T_S+ (P_D* R_θJ-S) 計算預期接面溫度，並確保其低於105°C。
• 驅動電路：強烈建議使用恆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。驅動器應能提供高達500 mA的電流。
• 光學設計：100度的寬廣視角適用於一般的泛光照明。如需聚焦光束，則需要二次光學元件（透鏡）。

5.3 比較分析

與標準穿孔式紅外線LED相比，此SMD版本為現代製造提供了顯著優勢：佔用空間更小、適用於自動化組裝，並且由於直接附著於PCB而具有更好的熱性能。與其他SMD紅外線LED相比，其在3.0mm x 3.0mm封裝內，結合了500mA下350 mW的輸出和100度視角，為高輸出、廣覆蓋的應用提供了平衡的解決方案。

6. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以用3.3V電源驅動這顆LED嗎？

答：可以，但您必須使用恆流驅動器。在500mA下，典型的順向電壓為1.7V，因此需要一個串聯電阻或主動式驅動電路來限制來自3.3V電源的電流。

問：我可以串聯多少顆LED？

答：這取決於您的驅動電壓。對於12V驅動器，理論上最多可以串聯7顆LED（12V / 1.7V ≈ 7）。然而，您必須考慮電壓容差和驅動器餘裕。不建議在沒有個別電流平衡的情況下並聯LED。

問：預期壽命是多少？

答：LED壽命主要由操作接面溫度決定。當在指定的絕對最大額定值內操作，特別是保持T_J遠低於105°C時，元件可以達到數萬小時的操作時間。高溫會加速光衰。

問：攝影機需要紅外線濾光片嗎？

答：大多數的日間攝影機都有紅外線截止濾光片以防止色彩失真。為了有效的紅外線夜視，必須將此濾光片機械式移開，或者必須使用未安裝永久性紅外線截止濾光片的攝影機。

7. 技術原理與趨勢

7.1 工作原理

紅外線LED是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向電壓時，電子和電洞在主動區域複合，以光子的形式釋放能量。這些光子的波長（本例中為850nm）由所用半導體材料的能隙決定，對於此波長範圍，通常使用砷化鋁鎵（AlGaAs）。

7.2 產業趨勢

用於成像應用的紅外線LED趨勢朝向更高效率（每mA產生更多mW）、更小封裝尺寸以實現更密集的陣列，以及更高的可靠性。同時，也持續開發針對特定感測器類型和需要眼安全的應用而優化的波長。將驅動IC與LED整合在單一封裝內是另一個日益增長的趨勢，以簡化系統設計。