Spesifikasi Teknikal LED Inframerah Kuasa Tinggi HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR - Pakej SMD - 850nm - 3.5V - 3W

1. Gambaran Keseluruhan Produk

HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR ialah diod pemancar inframerah kuasa tinggi yang direka untuk aplikasi mencabar yang memerlukan pencahayaan inframerah yang teguh dan cekap. Ia dibungkus dalam pakej peranti permukaan-pasang (SMD) yang padat, menjadikannya sesuai untuk proses pemasangan automatik. Peranti ini dicetak dengan bahan silikon lut air yang mempunyai kanta atas sfera, yang membantu mencapai sudut pandangan dan profil keamatan sinaran yang ditetapkan.

Kelebihan teras LED ini terletak pada gabungan faktor bentuk kecil dan kecekapan keluaran optik yang tinggi. Ia dibina menggunakan bahan cip GaAlAs (Gallium Aluminum Arsenide), yang dioptimumkan untuk pancaran dalam spektrum inframerah-dekat. Ciri utama ialah padanan spektrumnya dengan fotodiod dan fototransistor silikon, menjadikannya sumber cahaya ideal untuk sistem penderiaan dan pengimejan yang menggunakan pengesan berasaskan silikon biasa ini. Ini memastikan responsiviti maksimum dan nisbah isyarat-ke-hingar dalam aplikasi sasaran.

Pasaran dan aplikasi sasaran utama termasuk sistem pengawasan dan keselamatan, terutamanya kamera berasaskan CCD untuk penglihatan malam, dan pelbagai sistem aplikasi inframerah seperti penderia jarak, automasi perindustrian, dan penglihatan mesin. Pematuhannya terhadap piawaian alam sekitar seperti RoHS, REACH, dan keperluan bebas halogen menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam produk yang mempunyai permintaan kawal selia yang ketat.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Had Maksimum Mutlak

Peranti ini dinilai untuk arus hadapan berterusan (I_F) sebanyak 1500 mA. Untuk operasi berdenyut, ia boleh mengendalikan arus hadapan puncak (I_FP) sebanyak 5000 mA di bawah keadaan tertentu (lebar denyut ≤100μs, kitar tugas ≤1%). Voltan songsang maksimum (V_R) ialah 5V, iaitu nilai tipikal untuk LED dan menunjukkan peranti tidak boleh dikenakan bias songsang yang ketara. Julat suhu operasi dan penyimpanan ditetapkan dari -40°C hingga +100°C, dengan suhu simpang maksimum (T_j) 125°C. Melebihi penarafan ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.

Rintangan haba dari simpang ke bingkai plumbum (R_th(j-L)) ialah 18 K/W. Parameter ini adalah kritikal untuk pengurusan haba. Ia mentakrifkan berapa banyak suhu simpang meningkat untuk setiap watt kuasa yang diserakkan. Dengan penyerakan kuasa (P_d) yang ditetapkan sebanyak 3W pada I_F=700mA, penyingkiran haba yang berkesan adalah penting untuk mengekalkan suhu simpang dalam had selamat, terutamanya pada arus pacuan yang lebih tinggi.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter optik utama diukur pada suhu ambien piawai 25°C. Panjang gelombang puncak (λ_p) ialah 850 nm, yang berada dalam kawasan inframerah-dekat dan tidak kelihatan oleh mata manusia tetapi sangat boleh dikesan oleh penderia silikon. Lebar jalur spektrum (Δλ) biasanya 25 nm, menunjukkan ketulenan spektrum cahaya yang dipancarkan.

Prestasi sinaran berskala dengan arus pacuan:

• Pada I_F=350 mA: Jumlah Kuasa Sinaran (P_o) ialah 500 mW (tipikal), Keamatan Sinaran (I_E) ialah 200 mW/sr (tipikal).
• Pada I_F=700 mA: P_oialah 900 mW (tipikal), I_Eialah 400 mW/sr (tipikal).
• Pada I_F=1 A: P_oialah 1300 mW (tipikal), I_Eialah 560 mW/sr (tipikal).

Voltan hadapan (V_F) meningkat dengan arus disebabkan oleh rintangan semula jadi diod:

• 3.0V (tipikal) pada 350 mA.
• 3.3V (tipikal) pada 700 mA.
• 3.5V (tipikal) pada 1 A.
• 3.8V (tipikal) pada 5 A (berdenyut).

Arus songsang (I_R) adalah maksimum 10 μA pada V_R=5V. Sudut pandangan (2θ_1/2), ditakrifkan sebagai sudut penuh pada separuh keamatan, ialah 90 darjah, menyediakan corak pancaran yang agak luas sesuai untuk pencahayaan kawasan.

3. Penjelasan Sistem Pengelasan (Binning)

Produk ini menggunakan sistem pengelasan untuk Jumlah Kuasa Sinaran yang diukur pada arus pacuan 1000 mA (1A). Sistem ini mengkategorikan LED berdasarkan keluaran optik mereka untuk memastikan konsistensi dalam prestasi aplikasi. Kod pengelasan dan julat kuasa sepadan mereka (termasuk toleransi ujian ±10%) adalah:

• Pengelasan G:Minimum 800 mW, Maksimum 1260 mW.
• Pengelasan H:Minimum 1000 mW, Maksimum 1600 mW.
• Pengelasan I:Minimum 1260 mW, Maksimum 2000 mW.

Ini membolehkan pereka memilih komponen yang memenuhi keperluan kecerahan minimum tertentu untuk sistem mereka. Spesifikasi teknikal tidak menunjukkan pengelasan berasingan untuk panjang gelombang atau voltan hadapan untuk nombor bahagian khusus ini, mencadangkan kawalan ketat ke atas parameter ini dalam pembuatan.

4. Analisis Keluk Prestasi

Spesifikasi teknikal merujuk kepada beberapa keluk ciri tipikal yang penting untuk memahami tingkah laku peranti di bawah keadaan operasi yang berbeza.

Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Rajah 1):Keluk IV ini menunjukkan hubungan eksponen tipikal diod. Ia adalah penting untuk mereka bentuk litar pacuan arus dan mengira penggunaan kuasa (V_F* I_F). Keluk akan berubah dengan suhu.

Arus Hadapan vs. Keamatan Sinaran / Jumlah Kuasa (Rajah 2 & Rajah 3):Graf ini menggambarkan keluaran cahaya sebagai fungsi arus pacuan. Hubungannya secara amnya linear pada arus yang lebih rendah tetapi mungkin menunjukkan tanda-tanda penurunan kecekapan (peningkatan sub-linear) pada arus yang sangat tinggi disebabkan oleh kesan haba dan elektrik. Ini membantu dalam memilih titik operasi optimum untuk mengimbangi keluaran dan kecekapan/haba.

Keamatan Sinaran Relatif vs. Anjakan Sudut (Rajah 4):Plot kutub ini mentakrifkan corak sinaran spatial. Sudut pandangan 90 darjah disahkan di sini. Bentuk keluk (contohnya, Lambertian, sayap kelawar) memberi kesan kepada bagaimana cahaya diagihkan ke atas kawasan sasaran.

Arus Hadapan vs. Suhu Ambien (Rajah 5):Keluk penurunan nilai ini adalah salah satu yang paling kritikal untuk kebolehpercayaan. Ia menunjukkan arus hadapan maksimum yang dibenarkan untuk mengekalkan suhu simpang di bawah 125°C apabila suhu ambien meningkat. Pada ambien 100°C, arus berterusan yang dibenarkan dikurangkan dengan ketara. Graf ini mesti digunakan untuk sebarang reka bentuk yang beroperasi dalam persekitaran bukan 25°C.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

LED ini dibungkus dalam pakej permukaan-pasang. Dimensi utama dari lukisan termasuk saiz badan, ketinggian kanta, dan jarak plumbum. Toleransi biasanya ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Nota pengendalian kritikal memberi amaran terhadap penggunaan daya pada kanta, kerana ini boleh merosakkan struktur dalaman dan membawa kepada kegagalan peranti. Peranti harus dikendalikan melalui badan atau plumbumnya semasa pemasangan.

5.2 Konfigurasi Pad dan Polariti

Peranti ini mempunyai tiga pad elektrik: Pad 1 ialah Anod (+), Pad 2 ialah Katod (-), dan Pad P ialah Pad Haba khusus. Pad haba adalah penting untuk memindahkan haba dari simpang LED ke papan litar bercetak (PCB). Untuk prestasi haba dan elektrik yang optimum, susun atur PCB mesti termasuk tuangan kuprum bersaiz sesuai yang disambungkan ke pad ini, dengan via haba ke lapisan dalam atau bawah jika perlu. Sambungan polariti yang betul (Anod ke bekalan positif) adalah wajib untuk operasi.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

6.1 Profil Pateri Semula Alir (Reflow)

Peranti ini sesuai untuk proses semula alir SMT piawai. Profil semula alir bebas plumbum disediakan:

• Kadar Peningkatan:2~3 °C/saat.
• Pemanasan Awal:150~200°C selama 60~120 saat.
• Suhu Cecair (T_L):217°C.
• Masa Di Atas T_L:60~90 saat.
• Suhu Puncak (T_P):240 ±5°C.
• Masa di Puncak (t_P):Maksimum 20 saat.
• Kadar Penurunan:3~5 °C/saat.

Adalah disyorkan agar pateri semula alir tidak dilakukan lebih daripada dua kali untuk mengurangkan tekanan haba pada pakej dan ikatan dalaman. Tekanan pada LED semasa pemanasan harus dielakkan, dan papan litar tidak boleh dibengkokkan selepas pateri untuk mengelakkan kerosakan mekanikal pada sendi pateri atau LED itu sendiri.

6.2 Keadaan Penyimpanan

Peranti ini dihantar dalam pembungkusan tahan lembapan, termasuk beg kalis lembapan aluminium dengan penyerap lembapan. Jika pembungkusan dibuka, peranti sensitif kepada penyerapan lembapan dan harus digunakan dalam masa yang ditetapkan atau dibakar mengikut prosedur MSL (Tahap Kepekaan Lembapan) piawai sebelum semula alir untuk mengelakkan kerosakan "popcorning" semasa pateri. Tahap MSL khusus tidak dinyatakan dalam petikan yang diberikan.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Peranti ini dibekalkan pada pita pembawa dan gegelung untuk pemasangan pilih-dan-letak automatik. Setiap gegelung mengandungi 400 keping. Dimensi pita pembawa disediakan untuk memastikan keserasian dengan peralatan pemakan. Label pembungkusan termasuk maklumat piawai seperti Nombor Bahagian (P/N), kuantiti (QTY), dan nombor lot (LOT No.) untuk kebolehjejakan. Kod pengelasan untuk kuasa sinaran (CAT) juga akan ditunjukkan di sini.

8. Nota Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

8.1 Litar Aplikasi Biasa

LED inframerah ini memerlukan sumber arus malar untuk operasi stabil, bukan voltan malar. Perintang bersiri mudah boleh digunakan untuk aplikasi arus rendah, tetapi untuk arus tinggi yang mampu ditangani oleh peranti ini, pemacu LED IC khusus atau pengatur arus berasaskan transistor adalah disyorkan untuk memastikan keluaran cahaya konsisten dan melindungi LED dari lonjakan arus. Pemacu mesti mampu membekalkan sehingga arus hadapan yang diperlukan dan mengendalikan penurunan voltan hadapan.

8.2 Pengurusan Haba

Ini adalah aspek paling kritikal dalam menggunakan LED kuasa tinggi ini. Spesifikasi teknikal secara jelas mencadangkan penambahan penyingkiran haba. Reka bentuk PCB mesti menggabungkan pad haba yang besar yang disambungkan ke pad haba LED dengan kawasan kuprum yang mencukupi. Penggunaan via haba untuk mengalirkan haba ke lapisan PCB lain atau penyingkiran haba luaran sangat disyorkan. Suhu simpang maksimum 125°C tidak boleh dilebihi; oleh itu, pengiraan atau pengukuran haba harus dilakukan berdasarkan arus operasi sebenar, suhu ambien, dan sifat haba PCB.

8.3 Reka Bentuk Optik

Untuk aplikasi seperti pencahayaan kamera, optik sekunder (kanta atau pemantul) boleh digunakan untuk mengkolimat atau membentuk pancaran 90 darjah menjadi corak yang lebih fokus untuk meningkatkan jarak lontaran atau kecekapan. Kanta lut air memastikan penyerapan cahaya inframerah yang minimum. Pereka harus mempertimbangkan keamatan sinaran (mW/sr) dan bukan hanya jumlah kuasa semasa mereka bentuk untuk pencahayaan pada jarak.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan LED inframerah lubang-lalui 5mm atau 3mm piawai, peranti SMD ini menawarkan keluaran kuasa optik yang jauh lebih tinggi (sehingga 1300+ mW berbanding puluhan mW) dalam pakej yang lebih padat dan boleh dikilangkan. Rintangan haba 18 K/W adalah agak rendah untuk LED SMD, menunjukkan laluan haba yang baik, tetapi masih memerlukan pengurusan yang teliti berbanding LED yang dipasang pada PCB teras logam atau dengan penyingkiran haba bersepadu. Panjang gelombang 850nm adalah piawai biasa, menawarkan keseimbangan yang baik antara kepekaan pengesan silikon dan keterlihatan yang lebih rendah berbanding LED 940nm (yang hampir tidak kelihatan tetapi menghasilkan respons penderia yang lebih rendah).

10. Soalan Lazim (FAQ)

S: Bolehkah saya memacu LED ini terus dari bekalan 5V dengan perintang?

J: Mungkin, tetapi ia memerlukan pengiraan yang teliti. Pada 1A, V_Fadalah ~3.5V. Perintang bersiri perlu menurunkan 1.5V pada 1A, bermakna R = 1.5Ω dan ia akan menyerakkan 1.5W. Ini tidak cekap dan menghasilkan lebih banyak haba. Pengatur arus khusus sangat digemari untuk arus melebihi 350mA.

S: Mengapa penyingkiran haba diperlukan?

J: Pada 700mA, penyerakan kuasa adalah lebih kurang 3.3V * 0.7A = 2.31W. Dengan rintangan haba 18 K/W, simpang akan meningkat 2.31W * 18 K/W = ~41.6°C melebihi suhu plumbum. Jika PCB/plumbum tidak disejukkan, simpang boleh dengan mudah melebihi 125°C, membawa kepada degradasi pantas atau kegagalan.

S: Apakah perbezaan antara Jumlah Kuasa Sinaran (mW) dan Keamatan Sinaran (mW/sr)?

J: Jumlah Kuasa Sinaran ialah kuasa optik bersepadu yang dipancarkan ke semua arah. Keamatan Sinaran ialah kuasa yang dipancarkan per unit sudut pepejal dalam arah tertentu (biasanya pada paksi). Keamatan lebih relevan untuk aplikasi terarah, manakala jumlah kuasa penting untuk kecekapan keseluruhan sistem.

S: Adakah LED ini selamat untuk pendedahan mata?

J: LED inframerah, terutamanya yang berkuasa tinggi, boleh berbahaya kepada mata. Ia memancarkan sinaran tidak kelihatan yang boleh menyebabkan kerosakan retina sebelum refleks kelipan berlaku. Sentiasa ikuti piawaian keselamatan produk laser/inframerah yang relevan (seperti IEC 62471) dan laksanakan langkah keselamatan yang sesuai (penyebar, selungkup, had keamatan) dalam produk akhir.

11. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario: Pencahayaan Penglihatan Malam untuk Kamera Keselamatan.

Seorang pereka mencipta kamera IP padat dengan keupayaan penglihatan malam menggunakan penderia imej berasaskan silikon. Mereka memilih LED 850nm ini untuk keluaran tinggi dan padanan spektrumnya. Empat LED diletakkan di sekeliling kanta kamera. Setiap satu dipacu pada 700mA oleh pemacu LED penukar padat untuk memastikan keluaran stabil apabila voltan bateri berubah. PCB adalah papan 4 lapisan dengan satah bumi dalam disambungkan melalui pelbagai via haba ke pad kuprum besar di bawah setiap LED untuk penyebaran haba. Filem penyebar ringan diletakkan di atas LED untuk mencampurkan pancaran dan mengurangkan titik panas dalam imej. Reka bentuk haba disahkan dengan kamera haba, mengesahkan suhu kes LED kekal di bawah 85°C dalam persekitaran ambien 40°C, mengekalkan simpang dengan selamat di bawah hadnya. Sistem yang terhasil menyediakan rakaman penglihatan malam yang jelas dan diterangi secara sekata sehingga 30 meter.

12. Pengenalan Prinsip Teknikal

LED inframerah beroperasi pada prinsip asas yang sama seperti LED boleh lihat: elektroluminesens dalam simpang p-n semikonduktor. Apabila voltan hadapan dikenakan, elektron dan lubang disuntik ke dalam kawasan aktif di mana mereka bergabung semula, membebaskan tenaga dalam bentuk foton. Panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkan ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor. GaAlAs (Gallium Aluminum Arsenide) ialah semikonduktor sebatian yang jurang jalurnya boleh dilaraskan dengan mengubah kandungan Aluminium untuk memancar dalam julat inframerah-dekat, khususnya sekitar 850nm. Enkapsulasi silikon lut air adalah telus kepada panjang gelombang ini dan dibentuk menjadi kanta untuk membentuk pancaran keluaran. Keupayaan kuasa tinggi dicapai dengan menggunakan die semikonduktor yang lebih besar dan pakej cekap yang direka untuk mengekstrak haba.

13. Trend Teknologi

Trend dalam LED inframerah, terutamanya untuk penderiaan dan pengimejan, adalah ke arah kecekapan yang lebih tinggi (lebih banyak kuasa sinaran per watt elektrik), yang mengurangkan penjanaan haba dan penggunaan kuasa. Ini dicapai melalui kemajuan dalam reka bentuk lapisan epitaksial dan teknik pengekstrakan cahaya. Terdapat juga pergerakan ke arah integrasi yang lebih ketat, seperti LED dengan pemacu terbina dalam atau digabungkan dengan pengesan foto dalam satu pakej. Panjang gelombang seperti 940nm semakin popular untuk pencahayaan "tersembunyi" kerana ia kurang kelihatan oleh mata manusia berbanding 850nm, walaupun ia memerlukan penderia dengan kepekaan yang lebih tinggi. Tambahan pula, dorongan untuk pengecilan berterusan, mendorong kuasa tinggi dalam pakej SMD yang semakin kecil, yang seterusnya meningkatkan kepentingan penyelesaian pengurusan haba maju pada tahap PCB dan sistem.