IR67-21C/TR8 頂視紅外線發光二極體規格書 - SMD封裝 - 940nm峰值波長 - 120°視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IR67-21C/TR8是一款採用微型表面黏著元件（SMD）封裝的頂視紅外線發光二極體。該元件採用水清塑膠封裝並配有平面頂部透鏡，專為相容現代紅外線與氣相迴焊製程而設計。其主要功能是發射峰值波長與矽光電二極體及光電晶體管相匹配的紅外光，使其成為各種感測與開關應用中的核心元件。

此元件的關鍵優勢包括其低順向電壓需求、寬廣的120度視角，以及符合無鉛與RoHS環保標準。其微型SMD外型允許在印刷電路板上進行高密度佈局，這對於緊湊型消費性與工業電子產品至關重要。

1.1 核心規格與元件選型

定義IR67-21C/TR8的基本規格是其晶片材料與光學特性。發光晶片由砷化鎵鋁（GaAlAs）構成，這是一種非常適合產生紅外輻射的半導體材料。封裝配備水清透鏡，不會過濾發射的紅外光，確保最大的輻射強度輸出。這種GaAlAs晶片與透明透鏡的組合，專為在偵測訊號強度至關重要的感測器應用中實現最佳性能而設計。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節針對IR67-21C/TR8紅外線LED所指定的電氣、光學與熱參數提供詳細、客觀的分析。理解這些額定值對於可靠的電路設計以及確保元件長期運作的完整性至關重要。

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。這些並非建議的操作條件，而是在任何情況下（包括暫態事件期間）都不得超越的門檻值。

• 連續順向電流（I_F)）：65 mA。這是在環境溫度（T_a）為25°C時，可無限期通過LED接面的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP)）：1.0 A。此高電流僅在嚴格的脈衝條件下才被允許：脈衝寬度 ≤ 100 µs 且工作週期 ≤ 1%。此額定值與需要短暫、高強度紅外光脈衝的應用相關。
• 逆向電壓（V_R)）：5 V。施加超過此值的逆向偏壓可能導致接面崩潰。
• 功率耗散（P_d)）：在25°C時為130 mW。這是封裝能以熱量形式耗散的最大功率。實際允許的功率會隨著環境溫度升高而降低，如降額曲線所示。
• 熱阻，接面至環境（R_thj-a)）：400 K/W。此參數量化了熱量從半導體接面傳遞到周圍空氣的效率。數值越低表示散熱效果越好。根據此值，每耗散一瓦功率，接面溫度將比環境溫度高出400°C。
• 焊接溫度（T_sol)）：最高260°C，持續時間不超過5秒。這定義了迴焊製程曲線的耐受度。

2.2 電光特性

這些參數在25°C的標準測試條件下量測，描述了元件在正常操作下的性能。'Typ.'欄位代表典型或預期值，而'Min.'和'Max.'則定義了保證的性能極限。

• 輻射強度（I_e)）：這是每單位立體角發射的光功率（以毫瓦每球面度，mW/sr為單位量測）。在20mA的標準驅動電流下，典型輻射強度為1.5 mW/sr，保證最小值為1.0 mW/sr。在脈衝高電流條件下（100mA，≤100µs，≤1%工作週期），強度可達到20 mW/sr的典型值。
• 峰值波長（λ_p)）：940 nm（典型值）。這是LED發射最多光功率的波長。它在光譜上與常見矽基光電偵測器的峰值靈敏度相匹配。
• 頻譜頻寬（Δλ））：45 nm（典型值）。這定義了發射的波長範圍，通常在半最大強度處量測（半高全寬，FWHM）。以940nm為中心、45nm的頻寬意味著從大約917.5nm到962.5nm都有顯著的發射。
• 順向電壓（V_F)）：在20mA時，典型順向電壓為1.2V，最大值為1.5V。在脈衝100mA條件下，V_F會增加到典型的1.4V（最大1.8V）。這種低V_F對於低電壓和電池供電的應用非常有利。
• 視角（2θ_1/2)）：120度。這是輻射強度降至其峰值一半（在軸上量測）時的總角度。寬廣的120°角度提供了寬闊、漫射的照明，非常適合目標位置可能變化的接近或存在感測。

3. 性能曲線分析

規格書包含數個特性曲線，用以說明關鍵參數如何隨操作條件變化。這些圖表對於動態系統設計至關重要。

3.1 功率耗散 vs. 環境溫度

此降額曲線顯示最大允許功率耗散（P_d）從25°C時的130 mW線性下降到約150°C時的0 mW。設計人員必須使用此圖表來計算其特定最高環境溫度下的安全工作電流。例如，如果最高環境溫度為85°C，圖表顯示允許的功率耗散顯著降低，這反過來限制了最大允許順向電流。

3.2 頻譜分佈

頻譜分佈曲線繪製了相對輻射強度與波長的關係。它直觀地確認了940nm的峰值波長與大約45nm的頻譜頻寬。該曲線通常呈高斯分佈形狀，以峰值波長為中心。

3.3 峰值發射波長 vs. 環境溫度

此曲線展示了峰值波長的溫度依賴性。通常，LED的峰值波長會隨著接面溫度升高而向更長波長偏移（"紅移"）。該圖表量化了這種偏移，對於需要精確頻譜匹配的應用非常重要，因為偵測器的靈敏度也可能與溫度相關。

3.4 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

I-V曲線是非線性的，就像標準二極體一樣。它顯示了通過LED的電流與其兩端電壓之間的關係。該曲線的"膝點"大約在典型順向電壓附近。此曲線有助於設計限流電路，特別是在使用電壓源驅動LED時。

3.5 相對輻射強度 vs. 角度位移

此極座標圖說明了空間發射模式。它確認了120°的視角，顯示了強度是如何分佈的。透明封裝中平面頂部LED的模式通常接近朗伯分佈，即強度與法線（中心）夾角的餘弦值成正比。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

IR67-21C/TR8採用微型SMD封裝。尺寸圖提供了PCB焊墊設計所需的所有關鍵尺寸，包括本體長度、寬度、高度、引腳間距和焊墊尺寸。關鍵尺寸包括整體尺寸（例如，約3.2mm x 2.8mm，但確切值必須取自圖紙）、焊墊之間的距離，以及為確保可靠焊接而推薦的焊盤圖案。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.1mm。

封裝包含標記或特徵（例如凹口、斜角或陰極標記）以識別陽極和陰極端子。組裝時必須注意正確的極性，因為施加逆向偏壓可能會損壞元件。

4.3 載帶與捲盤規格

為實現自動化組裝，元件以壓紋載帶形式提供，並捲繞在捲盤上。規格書提供了載帶尺寸，包括凹槽尺寸、間距和帶寬。捲盤通常包含2000個元件。這些尺寸對於編程貼片機至關重要。

5. 焊接與組裝指南

正確的處理和焊接對於防止LED損壞並確保長期可靠性至關重要。

5.1 迴焊製程

該元件相容於紅外線和氣相迴焊製程。提供了推薦的無鉛焊接溫度曲線，規定了預熱、浸潤、迴焊峰值溫度（不得超過260°C）和冷卻速率。迴焊次數不應超過兩次。加熱期間不應對LED本體施加應力，且焊接後PCB不應翹曲。

5.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，則需要極度小心。烙鐵頭溫度必須低於350°C，每個端子的接觸時間不應超過3秒。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。焊接每個端子之間應觀察至少2秒的冷卻間隔。規格書強烈建議，手工焊接通常會導致損壞。

5.3 返工與維修

不建議在LED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，以最小化熱應力。必須事先評估返工過程中損壞LED特性的可能性。

6. 儲存與濕度敏感性

IR67-21C/TR8對濕度敏感。必須採取預防措施，以防止在迴焊過程中發生"爆米花"現象（因水蒸氣快速膨脹導致封裝破裂）。

防潮袋在元件準備使用前不應打開。

• 打開前，儲存於≤30°C且≤90%相對濕度（RH）的環境中。保存期限為一年。
• 打開後，儲存於≤30°C且≤70% RH的環境中。"車間壽命"（允許離開防潮袋的時間）為168小時（7天）。
• 如果矽膠乾燥劑變色（表示已飽和）或超過儲存時間，則需要在迴焊前以60 ±5°C烘烤24小時。
• 7. 應用建議

7.1 典型應用場景

IR67-21C/TR8專為廣泛的光電應用而設計，這些應用使用不可見的紅外光進行感測或信號傳輸。

感測器

• ：用作接近感測器、物體偵測和循線機器人中的光源。光電開關
• ：構成光遮斷器或槽型開關的一半，其中物體會中斷LED與光電偵測器之間的光束。消費性電子產品
• ：電視、錄影機和其他影音設備的遙控器發射器（儘管通常使用更高功率的LED以獲得更長距離）。影像
• ：安全攝影機的紅外線照明，特別是在低光源或夜視模式下。安全裝置
• ：可用作某些使用光學散射原理的煙霧偵測器中的元件。7.2 關鍵設計考量

限流

• ：外部限流電阻絕對是必需的。LED呈現出陡峭的I-V特性，意味著電壓的微小增加會導致電流大幅增加，如果控制不當會立即燒毀。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V電源_{- V}) / I_F熱管理_F.
• ：雖然SMD封裝通過PCB焊墊散熱，但必須仔細注意功率耗散降額曲線，特別是在高環境溫度環境中。足夠的PCB銅箔面積（散熱焊盤）有助於降低接面溫度。頻譜匹配
• ：確保所選的光電偵測器（光電二極體、光電晶體管）在940nm附近具有峰值靈敏度，以獲得最佳的系統信噪比。光學設計
• ：120°的視角提供了廣泛的覆蓋範圍。對於更長距離或更定向的光束，可能需要二次光學元件（透鏡）。8. 包裝與訂購資訊

8.1 包裝程序

LED包裝在含有乾燥劑和濕度指示卡的防潮鋁袋中。袋上標有可追溯性和正確應用的關鍵資訊。

8.2 標籤規格

標籤包含以下欄位：客戶零件編號（CPN）、製造商零件編號（P/N）、包裝數量（QTY）、批號（LOT NO），以及光學分檔資訊，如類別（CAT，可能用於輻射強度）和色調（HUE，用於峰值波長）。也可能包含參考代碼（REF）。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：如果連續電流僅為65mA，那麼1.0A峰值順向電流額定值的目的是什麼？

答：峰值電流額定值允許LED以非常短暫的高功率脈衝驅動。這在如距離量測（飛行時間）或數據傳輸等應用中非常有用，這些應用需要短暫、強烈的紅外光爆發來克服環境噪音或傳播更長距離，而不會產生過多的平均熱量。
問：如果環境溫度為50°C，我如何確定我的應用中的安全工作電流？

答：您必須使用功率耗散 vs. 環境溫度的降額曲線。在曲線上找到對應於50°C的點，以確定在該溫度下的最大允許功率耗散（P
d(max)_{）。然後，使用您期望電流下的典型順向電壓（V}），計算最大安全電流：I_FF(max)_{= P}d(max)_{/ V}。請務必包含安全裕度。_F問：我可以將此LED用於電視遙控器嗎？

答：雖然它以正確的波長發射（940nm是遙控器的標準），但其在20mA下的輻射強度（典型值1.5 mW/sr）可能低於專用的遙控器LED，後者通常驅動電流更大或具有不同的光學設計以獲得更長距離。它可能適用於短距離遙控器，但對於典型的客廳距離，專門為更高輸出而設計的元件可能更合適。
問：為什麼儲存和烘烤程序如此具體？

答：塑膠SMD封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些吸收的濕氣會迅速轉化為蒸汽，產生內部壓力，可能導致封裝分層或晶片破裂（"爆米花"現象）。受控的儲存和烘烤程序是行業標準（基於JEDEC MSL等級），旨在焊接前安全地去除這些濕氣。
10. 操作原理與技術背景

10.1 基本操作原理

紅外線發光二極體（IR LED）基於半導體p-n接面中的電致發光原理運作。當施加順向電壓時，來自n型材料的電子和來自p型材料的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，它們會釋放能量。在GaAlAs半導體中，此能量主要以紅外光譜（約940nm）的光子形式釋放。特定波長由半導體材料的能隙能量決定，該能量通過調整晶體中鋁與鎵的比例來設計。

10.2 在光電系統中的作用

在典型的感測系統中，IR67-21C/TR8充當主動信號源。其光線要么直接被偵測器接收（用於透射感測），要么從目標反射回來（用於接近/反射感測），要么被物體中斷（用於遮斷光束感測）。偵測器將調製或中斷的紅外光轉換為電信號進行處理。940nm波長是理想的選擇，因為它對人眼不可見，避免了大多數環境可見光的干擾，並且與廉價矽偵測器的高靈敏度區域對齊，同時與更長的紅外波長相比，不易被空氣和常見材料吸收。

10.3 行業趨勢與背景

像IR67-21C/TR8這樣的SMD紅外線LED的發展是由電子組裝的小型化和自動化推動的。趨勢是朝向更小的封裝尺寸、更高的單位面積輻射強度、改善的熱性能以及更嚴格的分檔以確保一致的性能。同時，針對新型半導體材料（如用於不同紅外波段的矽基氮化銦鎵）以及將LED驅動器、感測器和信號處理整合在單一模組中的集成解決方案（例如接近感測器模組）的研究也在持續進行。隨著物聯網（IoT）、汽車感測（例如車內監控）和工業自動化的擴展，對可靠、低成本紅外元件的需求持續增長。

The development of SMD infrared LEDs like the IR67-21C/TR8 is driven by the miniaturization and automation of electronics assembly. The trend is towards smaller package footprints, higher radiant intensity per unit area, improved thermal performance, and tighter binning for consistent performance. There is also ongoing research into new semiconductor materials (like InGaN on silicon for different IR bands) and integrated solutions that combine the LED driver, sensor, and signal processing in a single module (e.g., proximity sensor modules). The demand for reliable, low-cost IR components continues to grow with the expansion of the Internet of Things (IoT), automotive sensing (e.g., in-cabin monitoring), and industrial automation.