Dokumen Teknikal LED Inframerah Kuasa Tinggi HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR - 5.0x5.0x1.9mm - 850nm - 3.1V - 3W

1. Gambaran Keseluruhan Produk

HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR ialah diod pancaran inframerah kuasa tinggi yang direka untuk aplikasi pencahayaan yang mencabar. Ia mempunyai pakej peranti permukaan-pasang (SMD) miniatur dengan enkapsulasi silikon jernih-air dan kanta atas sfera, mengoptimumkan pengekstrakan cahaya dan corak sinaran. Output spektrum peranti ini berpusat pada 850nm, menjadikannya sesuai dengan fotodiod silikon dan fototransistor untuk sistem penderiaan dan pengimejan. Kelebihan utamanya termasuk output sinaran tinggi daripada faktor bentuk padat, ciri pengurusan haba yang cemerlang, dan pematuhan kepada piawaian alam sekitar dan keselamatan moden seperti RoHS, REACH, dan keperluan bebas halogen.

1.1 Aplikasi Sasaran

LED inframerah ini terutama disasarkan untuk aplikasi yang memerlukan pencahayaan tidak kelihatan yang kukuh. Bidang aplikasi utamanya termasuk sistem pengawasan dan keselamatan, di mana ia digunakan untuk menyediakan pencahayaan waktu malam untuk kamera CCD. Ia juga sesuai untuk pelbagai sistem berasaskan inframerah seperti sensor jarak dekat, modul pengecaman isyarat, dan penglihatan mesin industri. Kuasa sinaran tinggi membolehkan pencahayaan jarak lebih jauh atau liputan kawasan lebih luas berbanding LED inframerah standard.

2. Spesifikasi Teknikal dan Tafsiran Objektif

Prestasi peranti ditakrifkan di bawah keadaan ujian piawai (T_A=25°C). Analisis objektif terperinci bagi parameter utamanya disediakan di bawah.

2.1 Had Maksimum Mutlak

Had ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ia tidak bertujuan untuk operasi biasa.

• Arus Hadapan Berterusan (I_F): 1500 mA. Ini ialah arus DC maksimum yang boleh digunakan secara berterusan tanpa melebihi had suhu simpang.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP): 5000 mA. Arus tinggi ini hanya dibenarkan di bawah keadaan berdenyut (lebar denyut ≤100μs, kitar tugas ≤1%), berguna untuk pencahayaan intensiti tinggi letupan pendek.
• Voltan Songsang (V_R): 5 V. Melebihi voltan ini dalam bias songsang boleh menyebabkan kerosakan simpang.
• Suhu Simpang (T_j): 115 °C. Suhu maksimum yang dibenarkan pada simpang semikonduktor.
• Pelesapan Kuasa (P_d): 3 W pada I_F=700mA. Ini menunjukkan keupayaan peranti untuk mengendalikan penjanaan haba pada titik operasi tertentu.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini mentakrifkan output cahaya dan tingkah laku elektrik di bawah keadaan operasi tipikal.

• Jumlah Kuasa Sinaran (P_o): Kuasa optik yang dipancarkan ke semua arah. Pada arus pacuan 1A, nilai tipikal adalah dari 900mW hingga 1100mW, menunjukkan kecekapan tinggi.
• Keamatan Sinaran (I_E): Kuasa optik per sudut pepejal, diukur dalam mW/sr. Pada 1A, ia biasanya antara 230 dan 270 mW/sr. Metrik ini relevan untuk aplikasi pancaran terarah.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_P): 850 nm. Ini ialah panjang gelombang di mana output spektrum paling kuat, selaras dengan sensitiviti puncak pengesan berasaskan silikon.
• Lebar Jalur Spektrum (Δλ): 25 nm. Ini mentakrifkan julat panjang gelombang yang dipancarkan, biasanya lebar penuh pada separuh maksimum (FWHM).
• Voltan Hadapan (V_F): Biasanya 3.10V pada 1A. Ini ialah susut voltan merentasi LED semasa beroperasi, penting untuk reka bentuk pemacu dan pengiraan pelesapan kuasa.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2): 150 darjah. Sudut pandangan yang sangat luas ini menyediakan pencahayaan luas dan meresap berbanding sorotan sempit, sesuai untuk liputan kawasan.

2.3 Ciri Terma

Pengurusan haba berkesan adalah kritikal untuk LED kuasa tinggi untuk mengekalkan prestasi dan jangka hayat.

• Rintangan Terma (R_th(j-L)): 18 K/W (simpang ke rangka plumbum). Nilai rendah ini menunjukkan pemindahan haba dalaman yang baik dari cip ke plumbum pakej, tetapi penyejukan haba luaran sangat disyorkan untuk operasi pada arus tinggi.

3. Penjelasan Sistem Pengelasan (Binning)

Peranti ini disusun (dibin) berdasarkan output kuasa sinarannya pada arus ujian piawai 1000mA. Ini memastikan konsistensi dalam prestasi aplikasi.

• Bin F: Kuasa Sinaran dari 640 mW hingga 1000 mW.
• Bin G: Kuasa Sinaran dari 800 mW hingga 1260 mW.
• Bin H: Kuasa Sinaran dari 1000 mW hingga 1600 mW.

Kod bin membolehkan pereka memilih LED dengan output minimum terjamin untuk keperluan aplikasi khusus mereka. Semua ukuran termasuk toleransi ujian ±10%.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data menyediakan beberapa lengkung ciri yang penting untuk memahami tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan.

4.1 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Lengkung IV)

Lengkung ini menunjukkan hubungan tidak linear antara arus dan voltan. Ia penting untuk mereka bentuk litar had arus. Lengkung akan menunjukkan voltan ambang (sekitar 1.2V untuk GaAlAs) selepas itu arus meningkat dengan cepat dengan peningkatan kecil dalam voltan.

4.2 Arus Hadapan vs. Keamatan Sinaran/Kuasa

Lengkung ini menunjukkan pergantungan output cahaya pada arus pacuan. Biasanya, output meningkat secara super-linear pada arus rendah dan kemudian cenderung tepu pada arus tinggi disebabkan kesan haba dan penurunan kecekapan. Lengkung yang disediakan untuk peranti ini pada 350mA, 700mA, dan 1A menggambarkan trend ini.

4.3 Keamatan Sinaran Relatif vs. Sesaran Sudut

Plot kutub ini menggambarkan sudut pandangan 150 darjah. Ia menunjukkan corak sinaran, yang hampir Lambertian (taburan kosinus) disebabkan kanta sfera, menyediakan pencahayaan seragam merentasi kawasan luas.

4.4 Arus Hadapan vs. Suhu Persekitaran

Graf ini adalah kritikal untuk penyahkadaran. Ia menunjukkan bagaimana arus hadapan maksimum yang dibenarkan mesti dikurangkan apabila suhu persekitaran meningkat untuk mengelakkan suhu simpang melebihi had 115°C. Lengkung ini secara langsung memaklumkan keperluan reka bentuk terma dan penyejuk haba.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

Peranti ini dibungkus dalam pakej SMD padat 5.0mm x 5.0mm dengan ketinggian 1.9mm. Kanta adalah kubah sfera yang ketara. Toleransi dimensi kritikal adalah ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Amaran khusus diberikan untuk tidak mengendalikan peranti melalui kanta, kerana tekanan mekanikal boleh menyebabkan kegagalan.

5.2 Konfigurasi Pad dan Pengenalpastian Polarity

Pakej ini mempunyai tiga pad: Pad 1 (Anod), Pad 2 (Katod), dan pad haba tengah besar (P). Pad haba adalah penting untuk memindahkan haba dari die LED ke papan litar bercetak (PCB). Gambarajah susun atur pad jelas menunjukkan kedudukan anod dan katod untuk sambungan elektrik yang betul.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

6.1 Profil Pateri Semula Alir (Reflow)

Peranti ini sesuai untuk proses pateri semula alir SMT bebas plumbum piawai. Profil yang disyorkan adalah seperti berikut:

• Kadar Naik: 2–3 °C/saat
• Pemanasan Awal: 150–200 °C selama 60–120 saat
• Masa Melebihi Cecair (T_L=217°C): 60–90 saat
• Suhu Puncak (T_P): 240 ±5 °C
• Masa dalam 5°C dari Puncak: Maksimum 20 saat
• Kadar Turun: 3–5 °C/saat

6.2 Nota Pemasangan Kritikal

• Pateri semula alir tidak boleh dilakukan lebih daripada dua kali untuk mengelakkan tekanan haba berlebihan pada pakej dan ikatan wayar.
• Tekanan mekanikal pada LED semasa pemanasan (contohnya, daripada lenturan papan) mesti dielakkan.
• PCB tidak boleh dibengkokkan selepas pateri, kerana ini boleh memecahkan sendi pateri atau pakej LED itu sendiri.
• Penyejukan haba yang mencukupi, seperti yang dicadangkan dalam nota, adalah wajib untuk operasi yang boleh dipercayai pada arus tinggi.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

7.1 Spesifikasi Pita dan Gegelung (Tape and Reel)

Peranti dibekalkan pada pita pembawa dan gegelung untuk pemasangan automatik. Setiap gegelung mengandungi 400 keping. Dimensi pita pembawa dan gegelung terperinci disediakan untuk memastikan keserasian dengan peralatan pick-and-place.

7.2 Pembungkusan Sensitif Kelembapan

Produk ini dibungkus dalam beg aluminium tahan lembapan dengan bahan pengering untuk melindunginya daripada kelembapan persekitaran semasa penyimpanan dan pengangkutan, yang merupakan amalan standard untuk komponen SMD.

8. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

8.1 Reka Bentuk Litar Pemacu

Disebabkan arus hadapan tinggi (sehingga 1.5A berterusan), pemacu arus malar adalah penting. Pemacu mesti mampu membekalkan arus yang diperlukan sambil menahan susut voltan hadapan (lebih kurang 3.1V pada 1A). Pengatur suis sering lebih disukai berbanding pengatur linear untuk kecekapan pada tahap kuasa ini. Reka bentuk pemacu juga mesti menggabungkan perlindungan terma atau penyahkadaran arus berdasarkan lengkung suhu persekitaran.

8.2 Reka Bentuk Pengurusan Haba

Ini ialah aspek paling kritikal dalam menggunakan LED kuasa tinggi ini. Rintangan terma simpang-ke-plumbum rendah (18K/W) hanyalah sebahagian daripada sistem. Laluan terma keseluruhan dari simpang ke persekitaran (R_th(j-A)) mesti diminimumkan. Ini melibatkan:

• Menggunakan PCB dengan tatasusunan laluan terma di bawah pad haba yang disambungkan ke satah kuprum besar atau lapisan bumi dalaman.
• Kemungkinan memasang penyejuk haba luaran pada PCB.
• Memastikan aliran udara yang baik dalam aplikasi akhir.
• Menggunakan bahan antara muka haba jika perlu.

Suhu simpang maksimum 115°C tidak boleh dilebihi. Lengkung penyahkadaran (Arus Hadapan vs. Suhu Persekitaran) menyediakan data yang diperlukan untuk mengira prestasi penyejuk haba yang diperlukan.

8.3 Reka Bentuk Optik

Sudut pandangan 150 darjah menyediakan liputan luas. Untuk aplikasi yang memerlukan pancaran lebih fokus, optik sekunder (kanta atau pemantul) boleh digunakan. Panjang gelombang 850nm tidak kelihatan oleh mata manusia tetapi mudah dikesan oleh sensor silikon dan kebanyakan kamera CCD/CMOS, yang selalunya mempunyai penapis potong inframerah yang mesti dialihkan atau diganti dengan yang membenarkan 850nm untuk penggunaan berkesan.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding LED inframerah lubang-lalu 5mm atau 3mm standard, peranti ini menawarkan output sinaran jauh lebih tinggi (dengan magnitud atau lebih) dalam pakej permukaan-pasang, membolehkan reka bentuk lebih padat dan kukuh. Pembeza utamanya ialah gabungan kuasa tinggi (sehingga 3W pelesapan), sudut pandangan luas, dan pad haba bersepadu untuk penyingkiran haba berkesan—ciri yang sering tiada dalam LED SMD kuasa rendah. Penggunaan bahan cip GaAlAs adalah piawai untuk pemancar inframerah berkecekapan tinggi dalam julat panjang gelombang ini.

10. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

10.1 Apakah perbezaan antara Kuasa Sinaran dan Keamatan Sinaran?

Kuasa Sinaran (P_o, dalam mW) ialah jumlah kuasa optik yang dipancarkan ke semua arah. Keamatan Sinaran (I_E, dalam mW/sr) ialah kuasa yang dipancarkan per unit sudut pepejal dalam arah tertentu. Untuk LED sudut lebar seperti ini, jumlah kuasa adalah tinggi, tetapi keamatan dalam mana-mana arah tunggal adalah lebih rendah daripada LED pancaran sempit dengan jumlah kuasa yang sama.

10.2 Bolehkah saya memacu LED ini terus dari sumber voltan?

Tidak. LED adalah peranti pacuan arus. Voltan hadapannya mempunyai toleransi dan berubah dengan suhu. Menyambung terus ke sumber voltan akan menyebabkan arus tidak terkawal mengalir, berkemungkinan melebihi had maksimum dan memusnahkan LED. Pemacu arus malar atau litar had arus adalah wajib.

10.3 Mengapa penyejukan haba sangat ditekankan?

LED kuasa tinggi menukar sebahagian besar input elektrik kepada haba. Jika haba ini tidak dikeluarkan dengan berkesan, suhu simpang meningkat. Suhu simpang tinggi membawa kepada pengurangan output cahaya (penurunan kecekapan), degradasi dipercepatkan bahan semikonduktor, dan akhirnya kegagalan bencana. Reka bentuk terma yang betul memastikan prestasi, kebolehpercayaan, dan jangka hayat.

10.4 Apakah maksud Kod Bin untuk reka bentuk saya?

Memilih bin lebih tinggi (contohnya, Bin H berbanding Bin F) menjamin output sinaran minimum lebih tinggi. Ini membolehkan anda mereka bentuk sistem anda dengan tahap pencahayaan yang diketahui dan terjamin. Jika reka bentuk anda mempunyai margin yang mencukupi, bin lebih rendah mungkin lebih kos efektif. Jika anda mendorong had julat pencahayaan atau sensitiviti kamera, bin lebih tinggi adalah perlu.

11. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

Senario: Mereka Bentuk Pemancar IR untuk Kamera Keselamatan

Seorang pereka perlu mencipta pemancar IR dinding-pasang yang padat untuk melanjutkan julat penglihatan malam kamera keselamatan dari 10 meter kepada 25 meter. Sensor kamera sensitif kepada 850nm. Pereka memilih LED HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR dalam Bin H untuk output maksimum.

Langkah Reka Bentuk:

1. Reka Bentuk Elektrik: Pemacu arus malar suis direka untuk membekalkan 1000mA kepada LED daripada bekalan DC 12V. Pemacu termasuk perlindungan lampau arus dan penutupan terma.
2. Reka Bentuk Terma: PCB 2 lapisan digunakan dengan berat kuprum 2oz. Tatasusunan laluan terma menyambungkan pad haba LED kepada tuangan kuprum bawah besar, yang bertindak sebagai penyejuk haba. Kandungan diperbuat daripada aluminium dengan PCB dipasang terus padanya menggunakan pes haba untuk menyingkirkan haba lebih lanjut.
3. Reka Bentuk Optik/Mekanikal: Empat LED disusun dalam corak segi empat sama pada PCB. Tingkap polikarbonat jernih rata melindungi LED. Pancaran luas 150 darjah setiap LED bertindih untuk mencipta banjir cahaya inframerah seragam meliputi medan pandangan kamera pada julat yang dikehendaki.
4. Pengesahan: Prototaip diuji dalam bilik gelap. Kamera terma mengesahkan suhu simpang LED kekal di bawah 100°C. Kamera keselamatan berjaya mengenal pasti objek pada 25 meter dengan kontras yang jelas.

Kajian kes ini menyerlahkan saling pergantungan reka bentuk pemacu, pengurusan haba, dan susun atur optik apabila menggunakan komponen kuasa tinggi ini.

12. Prinsip Operasi

HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR ialah sumber cahaya semikonduktor berasaskan struktur hetero Gallium Aluminium Arsenide (GaAlAs). Apabila voltan hadapan melebihi tenaga jurang jalur diod dikenakan, elektron dan lubang disuntik ke dalam kawasan aktif di mana mereka bergabung semula. Proses penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton. Komposisi spesifik lapisan GaAlAs menentukan tenaga jurang jalur, yang seterusnya mentakrifkan panjang gelombang puncak foton yang dipancarkan—dalam kes ini, 850 nanometer, yang berada dalam spektrum inframerah dekat. Enkapsulasi silikon jernih-air melindungi cip semikonduktor dan bertindak sebagai elemen optik utama, dengan bentuk sferanya membantu mengekstrak cahaya dengan cekap dan membentuk corak sinaran.

13. Trend Teknologi

Bidang LED inframerah kuasa tinggi terus berkembang dengan beberapa trend yang jelas. Terdapat dorongan berterusan untuk kecekapan dinding-soket lebih tinggi (kuasa optik keluar / kuasa elektrik masuk) untuk mengurangkan penjanaan haba dan penggunaan tenaga untuk output cahaya yang sama. Ini melibatkan kemajuan dalam teknik pertumbuhan epitaksial dan reka bentuk cip. Teknologi pakej juga bertambah baik untuk menawarkan rintangan terma lebih rendah, membenarkan lebih banyak haba diekstrak dari cip. Tambahan pula, terdapat integrasi yang semakin berkembang, dengan pemacu dan kadang-kadang logik kawalan mudah dibungkus bersama die LED untuk mencipta modul pencahayaan lebih pintar dan mudah digunakan. Permintaan untuk sumber inframerah kuasa tinggi yang boleh dipercayai dikekalkan oleh aplikasi yang berkembang dalam LiDAR automotif, pengecaman muka, dan automasi industri maju.