Техническая документация на инфракрасный светодиод HIR25-21C/L423/TR8 с высотой 0.8 мм - Габариты 2.0x1.25x0.8 мм - Напряжение 1.35 В - Мощность 100 мВт - Прозрачная линза

1. Обзор продукта

HIR25-21C/L423/TR8 — это миниатюрный инфракрасный излучающий диод для поверхностного монтажа (SMD). Он заключен в компактный двухвыводной корпус с исключительно малой высотой профиля 0.8 мм, что делает его подходящим для применений с ограниченным пространством. Корпус выполнен из прозрачной пластмассы с плоской верхней линзой, обеспечивающей определенную диаграмму направленности излучения. Основной полупроводниковый материал — арсенид галлия-алюминия (GaAlAs), разработанный для оптимального спектрального соответствия кремниевым фотодиодам и фототранзисторам, что обеспечивает высокую эффективность в системах детектирования.

Продукт спроектирован с характеристикой низкого прямого напряжения, что способствует общей энергоэффективности системы. Он полностью соответствует современным экологическим и стандартам безопасности, включая отсутствие свинца (Pb-free), соответствие регламенту ЕС REACH и требованиям по отсутствию галогенов (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). Устройство поставляется на 8-миллиметровой ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что облегчает процессы автоматизированной сборки.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Пределы работы устройства определены при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Превышение этих параметров может привести к необратимому повреждению. Обратное напряжение (V_R) составляет 5В. Максимальный прямой ток (I_F) равен 100мА. Рассеиваемая мощность (P_D) составляет 100мВт. Диапазон рабочих температур от -40°C до +85°C, а диапазон температур хранения от -40°C до +100°C. Температура пайки должна тщательно контролироваться, с пиковым значением 260°C в течение 10 секунд в соответствии с профилем бессвинцовой пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики

Ключевые параметры производительности обычно измеряются при I_F=20мА и Ta=25°C. Прямое напряжение (V_F) обычно составляет 1.35В. Сила излучения (I_e) задается минимальным значением, определяющим оптическую выходную мощность. Пиковая длина волны излучения (λ_p) находится в инфракрасном спектре, обычно около 940нм, что идеально совпадает с пиком чувствительности распространенных кремниевых приемников. Также определена спектральная ширина (полуширина), указывающая диапазон излучаемых длин волн. Угол обзора определяется конструкцией плоской линзы, обеспечивая определенную диаграмму направленности, подходящую для целевых применений.

3. Объяснение системы сортировки (биннинга)

Артикул HIR25-21C/L423/TR8 включает в себя структуру биннинга для обеспечения стабильных характеристик. В то время как техническое описание предоставляет общее руководство по выбору устройства, указывая материал чипа GaAlAs и прозрачную линзу, конкретные бинны для таких параметров, как пиковая длина волны (HUE) и сила излучения (CAT), управляются в процессе производства. Клиенты получают компоненты в пределах заданных допусков для этих ключевых параметров, что гарантирует требуемую работу устройства в их конкретной схеме и приложении. Коды 'L423' и 'TR8' в артикуле относятся к конкретным биннам характеристик и спецификациям упаковки на ленте/катушке соответственно.

4. Анализ характеристических кривых

Техническое описание включает несколько характеристических кривых, которые дают более глубокое понимание поведения устройства, выходящее за рамки табличных данных.

4.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта кривая иллюстрирует зависимость между током, протекающим через светодиод, и напряжением на его выводах. Обычно она показывает экспоненциальную зависимость с определенным "пороговым" напряжением. Характеристика низкого прямого напряжения этого светодиода визуально подтверждается здесь, показывая, что он начинает значительно проводить ток при более низком напряжении по сравнению с некоторыми аналогами, что полезно для схем с низким напряжением питания.

4.2 Зависимость силы излучения от прямого тока

Этот график показывает оптическую выходную мощность (силу излучения) как функцию тока накачки. Обычно он демонстрирует линейную зависимость в рекомендуемом диапазоне рабочих токов, подтверждая, что световой выход прямо пропорционален току. Эта линейность критически важна для применений, требующих модулированных сигналов, например, в инфракрасной передаче данных.

4.3 Зависимость силы излучения от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает, как оптическая выходная мощность уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Как и у всех светодиодов, эффективность этого инфракрасного излучателя падает с повышением температуры. Понимание этого снижения номинальных характеристик критически важно для проектирования систем, надежно работающих во всем температурном диапазоне, особенно в условиях высоких температур. В мощных или высокотемпературных применениях может потребоваться адекватный тепловой менеджмент для поддержания стабильного выходного сигнала.

4.4 Спектральное распределение

График спектрального распределения показывает относительную излучаемую мощность на разных длинах волн. Он будет отображать четкий пик на номинальной длине волны (например, 940нм) с характерной формой и полушириной. Это визуально подтверждает хорошее спектральное соответствие кремниевым фотодетекторам, кривая чувствительности которых имеет пик в той же ближней инфракрасной области.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод имеет очень компактные размеры. Габариты корпуса: длина 2.0 мм, ширина 1.25 мм и высота 0.8 мм (номинальные значения). Подробные чертежи предоставляют все критические размеры, включая расстояние между выводами, положение контактных площадок и геометрию линзы. Допуски для большинства размеров составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Анод и катод четко обозначены на корпусе для правильной идентификации полярности во время сборки.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка (площадка для пайки)

Предоставляется рекомендуемый посадочный рисунок (footprint) для проектирования печатной платы. Это включает рекомендации по размеру и расстоянию между контактными площадками для обеспечения надежной пайки и механической стабильности. В техническом описании явно указано, что это только для справки, и разработчики должны изменять размеры площадок в зависимости от возможностей их конкретного производства печатных плат и требований применения, таких как тепловые или механические нагрузки.

5.3 Размеры упаковочной ленты

Устройство поставляется в формованной упаковочной ленте для автоматизированной сборки методом "pick-and-place". Ширина ленты составляет 8 мм. Предоставлены подробные размеры кармана для светодиода, расстояние между карманами (шаг) и позиционирование приводных отверстий. Каждая катушка содержит 2000 штук (PCS).

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Чувствительность к влаге и условия хранения

Светодиоды упакованы в влагозащитный пакет с осушителем. Пакет не следует открывать до тех пор, пока компоненты не будут готовы к использованию. После вскрытия светодиоды должны храниться при температуре 30°C или ниже и относительной влажности 60% или ниже. Их необходимо использовать в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия пакета. Если время хранения превышено или осушитель указывает на поглощение влаги, перед использованием требуется термообработка (прокалка) при 60 ± 5°C в течение 24 часов, чтобы предотвратить "вспучивание" ("popcorning") во время пайки оплавлением.

6.2 Профиль оплавления при пайке

Рекомендуется профиль бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевые параметры включают стадию предварительного нагрева, постепенный нагрев, пиковую температуру не выше 260°C и время выше температуры ликвидуса (обычно 217°C) от 30 до 60 секунд. Пиковая температура должна поддерживаться не более 10 секунд. Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз на одном и том же устройстве, чтобы избежать термического повреждения пластикового корпуса и полупроводникового кристалла.

6.3 Ручная пайка и ремонт

Если необходима ручная пайка, необходимо соблюдать крайнюю осторожность. Температура жала паяльника должна быть ниже 350°C, а время контакта на каждый вывод должно быть ограничено 3 секундами или менее. Рекомендуется маломощный паяльник (25 Вт или менее). Между пайкой двух выводов должен быть интервал охлаждения не менее 2 секунд. Ремонт после пайки настоятельно не рекомендуется. Если это неизбежно, следует использовать специализированный двусторонний паяльник для одновременного нагрева обоих выводов, предотвращая термическое напряжение, которое может оторвать одну контактную площадку, пока другая еще припаяна. Риск повреждения во время ремонта высок и должен быть оценен заранее.

7. Информация об упаковке и заказе

Стандартная упаковка — 2000 штук на 7-дюймовой катушке на 8-миллиметровой ленте. Артикул HIR25-21C/L423/TR8 включает серию продукта, конкретные бинны характеристик и тип упаковки. На этикетках катушки будут указаны: Артикул (P/N), Номер партии (LOT No), Количество (QTY), Пиковая длина волны (HUE), Ранг (CAT) и Уровень чувствительности к влаге (MSL-X).

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы применения

Инфракрасный датчик на печатной плате:Светодиод используется в качестве источника света в датчиках приближения, детекторах объектов и роботах, следующих по линии. Он часто используется в паре с фототранзистором или фотодиодом. Ограничительный резистор, включенный последовательно со светодиодом, абсолютно необходим для предотвращения повреждения от перегрузки по току, поскольку прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент и не является надежным ограничителем тока.

Инфракрасный пульт дистанционного управления:Для пультов ДУ с высокими требованиями к мощности этот светодиод может обеспечить достаточную силу излучения для большей дальности или работы через препятствия. Обычно он управляется импульсными токами, превышающими номинальный постоянный ток (например, импульсы 100 мА), для создания ярких вспышек света при передаче данных.

Сканеры и инфракрасные системы:Используется в сканерах штрих-кодов, системах распознавания жестов и оптических энкодерах.

8.2 Вопросы проектирования

Управление током:Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока. Значение резистора рассчитывается как R = (V_{питания}- V_F) / I_F.

Тепловой менеджмент:Хотя корпус мал, непрерывная работа при высоких токах в условиях высокой температуры окружающей среды может привести к перегреву и сокращению срока службы. При необходимости обеспечьте достаточную площадь медной фольги на печатной плате или тепловые переходные отверстия.

Оптическое выравнивание:Плоская линза обеспечивает определенную форму луча. Для оптимальной связи с приемником учитывайте относительное расположение и любые необходимые линзы или диафрагмы.

Защита от электростатического разряда (ESD):Хотя в этом техническом описании явно не указано, что устройство чувствительно к ESD, хорошей практикой является обращение со всеми полупроводниковыми приборами с соблюдением мер предосторожности от электростатического разряда.

9. Техническое сравнение и отличия

Основными отличительными факторами HIR25-21C/L423/TR8 являются егосверхнизкий профиль 0.8 мм, что тоньше, чем у многих стандартных SMD светодиодов, и егоплоская прозрачная линза. По сравнению с купольными линзами, плоская линза может обеспечивать более сфокусированную или иную форму диаграммы направленности, что может быть полезно в конкретных сенсорных применениях, где свет необходимо направлять определенным образом. Низкое прямое напряжение способствует энергоэффективности. Использование материала GaAlAs и точный биннинг обеспечивают отличное и стабильное соответствие кремниевым детекторам, что может улучшить соотношение сигнал/шум в сенсорных системах по сравнению со светодиодами с более широким или несоответствующим спектром.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Почему последовательный резистор обязателен?

О: Вольт-амперная характеристика светодиода экспоненциальна. Небольшое увеличение напряжения за пороговую точку вызывает очень большое, потенциально разрушительное, увеличение тока. Резистор обеспечивает линейную зависимость между напряжением питания и током, стабилизируя рабочую точку.

В: Могу ли я управлять этим светодиодом импульсами выше 100 мА?

О: Возможно, но только при определенных импульсных условиях (низкий коэффициент заполнения, короткая длительность импульса), как определено кривыми снижения номинальных характеристик, которые не приведены в этом отрывке. Превышение абсолютного максимального параметра в любых условиях рискует немедленным повреждением.

В: Что означает "спектральное соответствие кремниевому фотодетектору"?

О: Это означает, что пиковая длина волны и спектральная ширина излучаемого светодиодом света тесно соответствуют области пиковой чувствительности стандартного кремниевого фотодиода или фототранзистора. Это максимизирует электрический сигнал, генерируемый детектором при заданной оптической мощности, улучшая эффективность системы и дальность действия.

В: Насколько критичен срок хранения 7 дней после вскрытия пакета?

О: Очень критичен, если устройства будут подвергаться пайке оплавлением. Поглощенная влага может испариться во время высокотемпературного процесса оплавления, вызывая внутреннее расслоение или растрескивание ("вспучивание"). Если срок хранения превышен, требуется прокалка.

11. Примеры практического применения

Пример 1: Бесконтактный выключатель обнаружения объекта.Светодиод установлен с одной стороны зазора, а фототранзистор — напротив. Объект, проходящий через зазор, прерывает инфракрасный луч, вызывая изменение выходного сигнала фототранзистора. Низкий профиль позволяет интегрировать этот датчик в очень тонкие устройства. Стабильная длина волны обеспечивает надежное срабатывание при изменении температуры.

Пример 2: Усовершенствованный пульт ДУ для телевизора.Разработчику нужен пульт, работающий под более широкими углами или через небольшие препятствия. Использование этого светодиода с более высоким импульсным током накачки может обеспечить большую силу излучения, чем у стандартного ИК-светодиода, улучшая производительность. Плоская линза также может помочь немного иначе рассеивать свет для более широкого покрытия.

Пример 3: Миниатюрный оптический энкодер.В небольшом поворотном энкодере светодиод и детектор размещены по обе стороны от кодирующего диска. Тонкий корпус высотой 0.8 мм имеет решающее значение для размещения в тесной механической сборке энкодера. Хорошее спектральное соответствие обеспечивает чистый цифровой сигнал от детектора при вращении диска.

12. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переход. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В используемом здесь материале GaAlAs эта энергия соответствует фотону в инфракрасном спектре (обычно около 940 нм). Конкретный состав атомов галлия, алюминия и мышьяка определяет ширину запрещенной зоны и, следовательно, длину волны излучаемого света. Прозрачная эпоксидная оболочка инкапсулирует кристалл, обеспечивает механическую защиту, а плоская верхняя поверхность действует как первичная линза для формирования диаграммы направленности излучаемого света.

13. Тенденции и развитие технологии

Тенденция в области SMD инфракрасных светодиодов продолжается в направленииповышения эффективности(больше излучаемой мощности на ватт электрической мощности),уменьшения размеров корпусовдля все более компактных устройств иповышения надежностив жестких условиях. Также ведутся разработки по созданию светодиодов со специфичным узким спектральным выходом для продвинутых сенсорных применений и интеграции нескольких излучателей (например, разных длин волн) в один корпус. Стремление к снижению энергопотребления в устройствах IoT с батарейным питанием подталкивает к снижению прямого напряжения и повышению эффективности. Кроме того, достижения в области материалов для корпусов направлены на улучшение тепловых характеристик и влагостойкости, потенциально смягчая некоторые строгие требования к обращению.