Техническая документация на инфракрасный светодиод HIR26-21C/L289/TR8 - Диаметр 1.6 мм, Длина волны 850 нм

1. Обзор изделия

HIR26-21C/L289/TR8 — это миниатюрный инфракрасный излучающий диод для поверхностного монтажа (SMD). Он предназначен для применений, требующих компактного и надежного инфракрасного источника, совместимого с современными автоматизированными процессами сборки. Устройство имеет круглый корпус диаметром 1.6 мм с прозрачной пластиковой линзой сферической формы, оптимизирующей световой выход.

Его ключевое преимущество заключается в спектральном соответствии кремниевым фотодетекторам (фотодиодам и фототранзисторам), что делает его высокоэффективным для систем датчиков. Устройство изготовлено на основе кристалла из GaAlAs (арсенида галлия-алюминия), что является стандартом для высокопроизводительных ИК-излучателей в данном диапазоне длин волн.

Целевой рынок включает разработчиков и производителей потребительской электроники, промышленных датчиков и оборудования для автоматизации, где пространство ограничено, а требуется надежная инфракрасная передача сигналов или сенсорная функция.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эксплуатация за пределами этих значений не рекомендуется.

• Постоянный прямой ток (I_F): 65 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать при температуре окружающей среды (T_a) 25°C.
• Пиковый прямой ток (I_FP): 1.0 А. Такой высокий ток допустим только в импульсном режиме при длительности импульса ≤100 мкс и скважности ≤1%. Это типично для применений в пультах дистанционного управления, где используются короткие мощные вспышки.
• Обратное напряжение (V_R): 5 В. Превышение этого напряжения обратного смещения может вызвать пробой p-n перехода.
• Рабочая температура (T_opr): от -40°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Температура хранения (T_stg): от -40°C до +100°C.
• Температура пайки (T_sol): 260°C в течение не более 5 секунд, что совместимо с бессвинцовыми процессами оплавления.
• Рассеиваемая мощность (P_d): 130 мВт при температуре свободного воздуха 25°C или ниже. Этот параметр учитывает как преобразование электрической мощности, так и способность устройства рассеивать тепло.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при T_a=25°C и определяют производительность устройства в типичных рабочих условиях.

• Сила излучения (I_e): Оптическая мощность на единицу телесного угла (стерадиан). При прямом токе 20 мА типичное значение составляет 17 мВт/ср (минимум 10 мВт/ср). В импульсном режиме (100 мА, ≤100 мкс, скважность ≤1%) типичная сила излучения значительно возрастает до 85 мВт/ср, что подчеркивает преимущество импульсного режима для пиковой выходной мощности.
• Пиковая длина волны (λ_p): 850 нм (тип.). Это ближний инфракрасный спектр, который идеально подходит для кремниевых детекторов и менее заметен для человеческого глаза по сравнению с более короткими длинами волн, такими как 940 нм, при этом обеспечивая хорошую атмосферную передачу.
• Спектральная ширина (Δλ): 30 нм (тип.). Это определяет диапазон излучаемых длин волн, центрированный вокруг пиковой длины волны.
• Прямое напряжение (V_F): При 20 мА типичное прямое напряжение составляет 1.40 В (диапазон от 1.20 В до 1.70 В). При импульсном токе 100 мА V_Fвозрастает до типичного значения 1.60 В (диапазон от 1.40 В до 2.20 В). Эта информация критически важна для проектирования схемы управления и выбора источника питания.
• Обратный ток (I_R): Максимум 10 мкА при обратном напряжении 5 В, что указывает на высокое качество p-n перехода.
• Угол обзора (2θ_1/2): 25 градусов (тип.). Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины от своего пикового значения (на оси). Угол 25° обеспечивает относительно сфокусированный луч, подходящий для направленного зондирования или передачи сигналов.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены несколько ключевых графиков для понимания поведения устройства в различных условиях.

3.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого постоянного прямого тока по мере увеличения температуры окружающей среды выше 25°C. Для предотвращения перегрева ток должен быть уменьшен линейно при приближении температуры к максимальному рабочему пределу в 85°C. Разработчики должны использовать этот график для обеспечения надежной работы в тепловой среде своего применения.

3.2 Спектральное распределение

Этот график отображает относительную силу излучения в зависимости от длины волны, визуально подтверждая пик на 850 нм и спектральную ширину примерно 30 нм. Он показывает, что устройство излучает относительно чистый инфракрасный свет с центром на указанной длине волны.

3.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта фундаментальная характеристическая кривая показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением для диода. Она необходима для определения рабочей точки и проектирования схемы ограничения тока. Кривая смещается с изменением температуры.

3.4 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Этот график иллюстрирует оптическую выходную мощность как функцию тока накачки. Обычно он показывает сублинейную зависимость, где эффективность (сила излучения на мА) может снижаться при очень высоких токах из-за тепловых и других эффектов. График помогает оптимизировать ток накачки для достижения желаемого уровня оптической мощности.

3.5 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма визуально представляет угол обзора и диаграмму направленности светодиода. Она показывает, как интенсивность уменьшается по мере отклонения угла наблюдения от центральной оси (0°), падая до 50% примерно при ±12.5° (что подтверждает полный угол обзора 25°). Это критически важно для проектирования оптических систем, юстировки и понимания зоны покрытия излучаемого света.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство представляет собой SMD-корпус с двумя выводами и диаметром корпуса 1.6 мм. Подробные механические чертежи в техническом описании предоставляют все критические размеры, включая общую высоту, расстояние между выводами и геометрию линзы. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.1 мм, если не указано иное.

4.2 Рекомендации по контактным площадкам и трафарету

Для обеспечения надежной пайки и избежания таких проблем, как образование шариков припоя, предоставляются рекомендуемая разводка контактных площадок и конструкция трафарета. Ключевые рекомендации включают:

• Паяльная паста: Sn/Ag3.0/Cu0.5 (распространенный бессвинцовый сплав).
• Толщина трафарета: 0.10 мм.
• Чертеж апертуры трафарета показывает рисунок, разработанный для контроля объема пасты для небольших контактных площадок.

Важное примечание: Предлагаемые размеры контактных площадок приведены только для справки. Окончательный рисунок контактных площадок на печатной плате должен быть скорректирован с учетом конкретных производственных процессов, тепловых требований и индивидуальных потребностей проекта.

4.3 Определение полярности

Катод обычно обозначается визуальным маркером на корпусе, таким как выемка, плоский край или зеленая метка на основании. Чертеж в техническом описании четко идентифицирует сторону катода, что необходимо для правильной ориентации на печатной плате.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Влагочувствительность и условия хранения

Устройство чувствительно к влаге. Необходимо принять меры предосторожности, чтобы предотвратить "вспучивание" (растрескивание корпуса из-за быстрого расширения пара во время оплавления).

• Не вскрывайте влагозащитный пакет до момента готовности к использованию.
• После вскрытия храните при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤60%.
• Используйте в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия пакета.
• Если время хранения превышено или индикатор влажности показывает проникновение влаги, прогрейте компоненты при 60 ±5°C в течение 24 часов перед использованием.

5.2 Процесс групповой пайки оплавлением

Устройство совместимо с инфракрасными и парофазными процессами оплавления. В техническом описании предлагается температурный профиль для бессвинцового оплавления. Ключевые параметры включают предварительный нагрев, выдержку, пиковую температуру оплавления (не превышающую 260°C в течение ≤5 секунд) и скорость охлаждения. Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз, чтобы минимизировать термическую нагрузку на компонент.

5.3 Ручная пайка и ремонт

Если необходима ручная пайка, требуется особая осторожность:

• Используйте паяльник с температурой жала <350°C.
• Ограничьте время контакта до ≤3 секунд на каждый вывод.Используйте паяльник мощностью 25 Вт или менее.
• Соблюдайте интервал ≥2 секунд между пайкой каждого вывода, чтобы предотвратить накопление тепла.
• Ремонт после первоначальной пайки не рекомендуется. Если это неизбежно, используйте паяльник с двумя жалами для одновременного нагрева обоих выводов во время демонтажа, чтобы предотвратить механическую нагрузку на паяные соединения и сам светодиод. Всегда проверяйте работоспособность устройства после любого ремонта.

5.4 Обращение с печатной платой

Избегайте механической нагрузки на светодиод во время нагрева (пайки) и не деформируйте печатную плату после пайки, так как это может привести к растрескиванию компонента или его паяных соединений.

6. Информация об упаковке и заказе

6.1 Спецификация на ленту и катушку

Устройство поставляется на промышленных стандартных тисненых транспортных лентах на катушках диаметром 7 дюймов. Предоставляется подробный чертеж размеров транспортной ленты (размер гнезда, шаг и т.д.). Каждая катушка содержит 1500 штук.

6.2 Спецификация этикетки

Этикетка на катушке включает стандартную информацию для прослеживаемости и производства:

• CPN (Партномер заказчика)
• P/N (Партномер производителя: HIR26-21C/L289/TR8)
• QTY (Количество)
• CAT (Категория/Бининг)
• HUE (Пиковая длина волны)
• REF (Ссылка)
• LOT No. (Номер партии)
• MSL-X (Уровень чувствительности к влаге)
• Made In (Страна производства)

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

• Инфракрасные датчики на печатной плате: Датчики приближения, обнаружение объектов, следование по линии в робототехнике.
• Блоки инфракрасных пультов дистанционного управления: Идеально подходят для применений, требующих большей выходной мощности, чем стандартные светодиоды для пультов ДУ, что потенциально позволяет увеличить дальность действия или улучшить работу в условиях яркой освещенности.
• Счетчики газа/расходомеры: Часто используются в оптических механизмах датчиков внутри коммунальных счетчиков.
• Общие инфракрасные системы: Любая встраиваемая система, требующая компактного и надежного ИК-источника для передачи данных, кодирования или сенсорных функций.

7.2 Особенности проектирования

• Ограничение тока обязательно: Как прямо указано в "Мерах предосторожности", последовательно со светодиодом ДОЛЖЕН использоваться внешний токоограничивающий резистор (или источник постоянного тока). Прямое напряжение имеет разброс, и даже небольшое увеличение напряжения питания может вызвать большое, разрушительное увеличение тока, если он не ограничен должным образом.
• Тепловой менеджмент: Учитывайте рассеиваемую мощность (P_d=V_F*I_F) и снижение максимального тока с температурой. Обеспечьте достаточную площадь медных проводников на печатной плате или другие средства для отвода тепла, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или при импульсной работе с высокой скважностью.
• Оптическое проектирование: Угол обзора 25° обеспечивает направленность. Для более широкого покрытия могут потребоваться вторичная оптика (рассеиватели). Для увеличения дальности можно использовать линзы для коллимации луча.
• Схема управления: Для импульсной работы на 1 А требуется транзисторный или MOSFET-ключ. Убедитесь, что драйвер может выдерживать пиковый ток и необходимые быстрые времена нарастания/спада.

8. Техническое сравнение и отличительные особенности

По сравнению со стандартными инфракрасными светодиодами в корпусах 5 мм или 3 мм для монтажа в отверстия, HIR26-21C/L289/TR8 предлагает значительные преимущества:

• Размер: Корпус SMD размером 1.6 мм позволяет миниатюризировать конечные продукты и совместим с высокоскоростной автоматической установкой компонентов.
• Производительность: Типичная сила излучения 17 мВт/ср при 20 мА является конкурентоспособной, а 85 мВт/ср в импульсном режиме — ключевая особенность для применений, требующих высокой выходной мощности.
• Надежность: Конструкция SMD и совместимость со стандартными процессами оплавления обеспечивают более надежные и стабильные паяные соединения по сравнению с компонентами для монтажа в отверстия, паяемыми вручную.
• Соответствие стандартам: Устройство не содержит свинца, соответствует директивам RoHS и REACH, а также не содержит галогенов (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm), что соответствует строгим экологическим нормам для мировых рынков.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 Можно ли управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3В или 5В?

No.Типичное прямое напряжение составляет всего 1.4В-1.6В. Подключение его напрямую к источнику 3.3В или 5В без токоограничивающего резистора почти наверняка приведет к разрушению светодиода из-за чрезмерного тока. Всегда используйте последовательный резистор, рассчитанный по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F.

9.2 В чем разница между номиналами 20 мА постоянного тока и 100 мА импульсного тока?

Номинал 20 мА предназначен длянепрерывнойработы. Номинал 100 мА предназначен для очень короткихимпульсов(≤100 мкс) с низкой скважностью (≤1%). Это позволяет кратковременно подавать на светодиод значительно больший ток, создавая гораздо более яркую вспышку (85 мВт/ср против 17 мВт/ср) без перегрева, поскольку средняя мощность остается низкой. Это идеально подходит для пультов дистанционного управления.

9.3 Как интерпретировать "Угол обзора" в 25 градусов?

Этополныйугол, при котором интенсивность света составляет половину от максимального (осевого) значения. Представьте его как ширину основного "луча" или лепестка диаграммы направленности. Свет излучается и за пределами этого угла, но с меньшей интенсивностью. Угол 25° является умеренно сфокусированным.

9.4 Почему важны влагочувствительность и процедура прогрева (сушки)?

Пластиковые SMD-корпуса могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта влага быстро превращается в пар, создавая внутреннее давление, которое может привести к растрескиванию корпуса или его отслоению от кристалла ("вспучивание"). Соблюдение рекомендаций по хранению и сушке предотвращает этот вид отказа.

10. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование дальнобойного инфракрасного маяка

Разработчику нужен компактный маяк с батарейным питанием, который может быть обнаружен датчиком на расстоянии 20 метров в помещении с некоторым уровнем фонового ИК-шума.

1. Выбор метода управления: Чтобы максимизировать дальность обнаружения, разработчик выбирает импульсный режим работы, чтобы использовать высокую импульсную силу излучения 85 мВт/ср.
2. Проектирование схемы: Вывод GPIO микроконтроллера управляет N-канальным MOSFET. Светодиод соединен последовательно с токоограничивающим резистором между источником питания (например, 3.3В) и стоком MOSFET. Значение резистора рассчитывается для 100 мА: R = (3.3В - 1.6В) / 0.1А = 17 Ом (используйте стандартное значение 18 Ом). Микроконтроллер генерирует импульсы длительностью 100 мкс со скважностью 1% (например, 100 мкс включен, 9900 мкс выключен).
3. Разводка печатной платы: Рекомендуемая разводка контактных площадок используется в качестве отправной точки. Добавлены дополнительные тепловые переходы и медные полигоны вокруг площадок для улучшения теплоотвода во время импульсов высокого тока.
4. Сборка: Компоненты устанавливаются на печатную плату. Катушка со светодиодами хранится должным образом, а собранная плата проходит однократный процесс оплавления с использованием рекомендуемого бессвинцового профиля.
5. Оптика (опционально): Для дальнейшего увеличения дальности можно установить простую пластиковую коллимирующую линзу над светодиодом, чтобы сузить луч и сконцентрировать выходную мощность на меньшей площади на заданном расстоянии.

Этот пример демонстрирует, как ключевые параметры технического описания — импульсная сила излучения, прямое напряжение, номинальные токи и размер корпуса — напрямую влияют на практическое проектирование.

11. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются через переход. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В диоде на основе GaAlAs, таком как данный, ширина запрещенной зоны полупроводникового материала сконструирована таким образом, что эта высвобождаемая энергия соответствует фотону в инфракрасном спектре, в частности около 850 нанометров. Прозрачная эпоксидная линза корпуса формирует излучаемый свет в заданную диаграмму направленности (угол обзора 25°).

12. Тенденции и развитие отрасли

Рынок миниатюрных инфракрасных светодиодов продолжает развиваться. Ключевые тенденции, относящиеся к устройствам типа HIR26-21C/L289/TR8, включают:

• Повышенная интеграция: Тенденция к объединению ИК-излучателя с драйверной ИС или даже с фотодетектором в одном корпусе для создания более простых сенсорных модулей.
• Повышенная эффективность: Постоянные исследования в области материаловедения направлены на повышение эффективности (отношение выходной оптической мощности к входной электрической) ИК-светодиодов, что приводит к снижению энергопотребления или увеличению выходной мощности при том же размере корпуса.
• Новые длины волн: Хотя доминируют 850 нм и 940 нм, растет интерес к другим длинам волн в ИК-диапазоне для специфических применений, таких как газовый анализ или повышенная безопасность для глаз.
• Передовая упаковка: Разработка корпусов на уровне кристалла (CSP) и упаковки на уровне пластины для дальнейшего уменьшения размеров и стоимости при одновременном улучшении тепловых характеристик.
• Расширение областей применения:
  • Биометрия и безопасность: Распознавание лиц, сканирование радужной оболочки глаза.
  • Автомобильная промышленность: Датчики присутствия в салоне, системы мониторинга состояния водителя.
  • Потребительская электроника: Датчики приближения для телефонов/планшетов, распознавание жестов.
  • Промышленный Интернет вещей (IIoT): Машинное зрение, мониторинг состояния оборудования.

Устройства, подобные HIR26-21C/L289/TR8, с их малыми размерами, надежной производительностью и соответствием экологическим стандартам, хорошо подходят для обслуживания этих растущих рынков, где компактные и эффективные инфракрасные источники являются фундаментальным требованием.