Техническая документация на мощный инфракрасный светодиод HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR - 5.0x5.0x1.9мм - 850нм - 3.1В - 3Вт

1. Обзор продукта HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR — это мощный инфракрасный светоизлучающий диод, предназначенный для требовательных приложений освещения. Он выполнен в миниатюрном корпусе для поверхностного монтажа (SMD) с прозрачной силиконовой заливкой и сферической верхней линзой, что оптимизирует выход света и диаграмму направленности. Спектральный максимум излучения приходится на 850 нм, что идеально согласуется с кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами в системах датчиков и видеонаблюдения. Его ключевые преимущества включают высокую излучаемую мощность при компактных размерах, отличные характеристики теплового управления и соответствие современным экологическим и безопасностным стандартам, таким как RoHS, REACH и требованиям по отсутствию галогенов.

1.1 Целевые области применения Данный инфракрасный светодиод в первую очередь предназначен для приложений, требующих надежного, невидимого освещения. Ключевые области применения включают системы видеонаблюдения и безопасности, где он используется для обеспечения ночной подсветки камер CCD. Он также подходит для различных инфракрасных систем, таких как датчики приближения, модули распознавания жестов и промышленные системы машинного зрения. Высокая излучаемая мощность позволяет обеспечить освещение на большей дальности или покрытие более широкой площади по сравнению со стандартными инфракрасными светодиодами.

2. Технические характеристики и объективная интерпретация Характеристики устройства определены при стандартных условиях испытаний (T

=25°C). Ниже представлен подробный объективный анализ его ключевых параметров.

2.1 Абсолютные максимальные параметры Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

Постоянный прямой ток (I_A): 1500 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно прикладывать неограниченно долго без превышения предела температуры перехода.

Пиковый прямой ток (I

): 5000 мА. Такой высокий ток допустим только в импульсном режиме (длительность импульса ≤100 мкс, скважность ≤1%), что полезно для кратковременной вспышки высокой интенсивности.

• Обратное напряжение (V_F)): 5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой перехода.
• Температура перехода (T_FP)): 115 °C. Максимально допустимая температура в полупроводниковом переходе.
• Рассеиваемая мощность (P_R)): 3 Вт при I
• =700мА. Этот параметр указывает на способность устройства справляться с выделением тепла в определенной рабочей точке._j)2.2 Электрооптические характеристики Эти параметры определяют световой выход и электрическое поведение в типичных рабочих условиях.
• Полная излучаемая мощность (P_d)): Оптическая мощность, излучаемая во всех направлениях. При токе накачки 1А типичное значение составляет от 900мВт до 1100мВт, что указывает на высокую эффективность._FСила излучения (I

): Оптическая мощность на единицу телесного угла, измеряется в мВт/ср. При 1А она обычно составляет от 230 до 270 мВт/ср. Этот показатель важен для приложений с направленным лучом.

Пиковая длина волны (λ

• ): 850 нм. Это длина волны, на которой спектральное излучение наиболее интенсивно, что идеально согласуется с пиком чувствительности кремниевых детекторов._o)Спектральная ширина (Δλ)
• : 25 нм. Определяет диапазон излучаемых длин волн, обычно полная ширина на половине максимума (FWHM)._E)Прямое напряжение (V
• ): Обычно 3.10В при 1А. Это падение напряжения на светодиоде при работе, что критически важно для проектирования драйвера и расчетов рассеиваемой мощности._P)Угол обзора (2θ
• 1/2): 150 градусов. Этот очень широкий угол обзора обеспечивает рассеянное освещение большой площади, а не узкий луч, что идеально для равномерного покрытия.
• 2.3 Тепловые характеристики Эффективное тепловое управление критически важно для мощных светодиодов для поддержания производительности и долговечности._F)Тепловое сопротивление (R
• th(j-L)_{): 18 К/Вт (переход-выводы). Это низкое значение указывает на хороший внутренний отвод тепла от кристалла к выводам корпуса, но для работы на высоких токах настоятельно рекомендуется внешний теплоотвод.})3. Объяснение системы сортировки (бининга) Устройство сортируется (биннируется) на основе его излучаемой мощности при стандартном испытательном токе 1000мА. Это обеспечивает стабильность характеристик в приложениях.

Бин F

: Излучаемая мощность от 640 мВт до 1000 мВт.

• Бин G_{: Излучаемая мощность от 800 мВт до 1260 мВт.})Бин H

: Излучаемая мощность от 1000 мВт до 1600 мВт.

Код бина позволяет разработчикам выбирать светодиоды с гарантированным минимальным выходом для конкретных потребностей приложения. Все измерения включают допуск испытаний ±10%.

• 4. Анализ характеристических кривых В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, необходимых для понимания поведения устройства в различных условиях.4.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (IV-кривая) Эта кривая показывает нелинейную зависимость между током и напряжением. Она необходима для проектирования схемы ограничения тока. Кривая показывает пороговое напряжение (около 1.2В для GaAlAs), после которого ток быстро возрастает при небольшом увеличении напряжения.
• 4.2 Зависимость прямого тока от силы излучения/мощности Эти кривые демонстрируют зависимость светового выхода от тока накачки. Обычно выходная мощность увеличивается суперлинейно при низких токах, а затем стремится к насыщению при высоких токах из-за тепловых эффектов и падения эффективности. Кривые, предоставленные для этого устройства при 350мА, 700мА и 1А, иллюстрируют эту тенденцию.4.3 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения Эта полярная диаграмма визуализирует угол обзора 150 градусов. Она показывает диаграмму направленности, которая из-за сферической линзы близка к ламбертовской (косинусное распределение), обеспечивая равномерное освещение на большой площади.
• 4.4 Зависимость прямого тока от температуры окружающей среды Этот график критически важен для снижения номинальных параметров. Он показывает, как максимально допустимый прямой ток должен быть уменьшен с ростом температуры окружающей среды, чтобы предотвратить превышение предела температуры перехода в 115°C. Эта кривая напрямую информирует о требованиях к тепловому проектированию и теплоотводу.5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса Устройство размещено в компактном корпусе для поверхностного монтажа (SMD) размером 5.0мм x 5.0мм и высотой 1.9мм. Линза представляет собой выступающую сферическую полусферу. Критические размерные допуски составляют ±0.1мм, если не указано иное. Дается конкретное предупреждение не брать устройство за линзу, так как механическое напряжение может вызвать отказ.

5.2 Конфигурация контактных площадок и идентификация полярности Корпус имеет три контактные площадки: Площадка 1 (Анод), Площадка 2 (Катод) и большая центральная тепловая площадка (P). Тепловая площадка критически важна для передачи тепла от кристалла светодиода на печатную плату (PCB). Схема расположения площадок четко показывает позиции анода и катода для правильного электрического подключения.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль оплавления при пайке Устройство подходит для стандартных процессов бессвинцовой SMT пайки оплавлением. Рекомендуемый профиль следующий:

Скорость нагрева

: 2–3 °C/сек

Предварительный нагрев

: 150–200 °C в течение 60–120 секунд

Время выше температуры ликвидуса (T

=217°C)

: 60–90 секунд

Пиковая температура (T

): 240 ±5 °C

Время в пределах 5°C от пика

: Максимум 20 секунд

Скорость охлаждения

: 3–5 °C/сек

6.2 Критические замечания по сборке Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз, чтобы избежать чрезмерного термического напряжения на корпусе и проводных соединениях. Механическое напряжение на светодиоде во время нагрева (например, от изгиба платы) должно быть исключено. Печатную плату не следует изгибать после пайки, так как это может привести к растрескиванию паяных соединений или самого корпуса светодиода. Адекватный теплоотвод, как указано в примечаниях, обязателен для надежной работы на высоких токах.

7. Упаковка и информация для заказа

• 7.1 Спецификации на ленте и в катушке Устройства поставляются на несущей ленте в катушках для автоматизированной сборки. Каждая катушка содержит 400 штук. Предоставлены подробные размеры несущей ленты и катушки для обеспечения совместимости с оборудованием для установки компонентов.7.2 Влагозащитная упаковка Продукт упакован в влагозащитный алюминиевый пакет с осушителем для защиты от влажности окружающей среды во время хранения и транспортировки, что является стандартной практикой для SMD компонентов.
• 8. Рекомендации по применению и конструктивные соображения8.1 Проектирование схемы драйвера Из-за высокого прямого тока (до 1.5А постоянного) необходим драйвер постоянного тока. Драйвер должен быть способен обеспечивать требуемый ток, выдерживая падение прямого напряжения (примерно 3.1В при 1А). Импульсные стабилизаторы часто предпочтительнее линейных для эффективности на таких уровнях мощности. Конструкция драйвера также должна включать тепловую защиту или снижение номинального тока на основе кривой зависимости от температуры окружающей среды.
• 8.2 Проектирование системы теплового управления Это самый критический аспект использования этого мощного светодиода. Низкое тепловое сопротивление переход-выводы (18К/Вт) — это лишь часть системы. Общий тепловой путь от перехода к окружающей среде (R_Lth(j-A)) должен быть минимизирован. Это включает: Использование печатной платы с массивом тепловых переходных отверстий под тепловой площадкой, соединенных с большими медными полигонами или внутренним слоем земли. Возможно, присоединение внешнего радиатора к печатной плате. Обеспечение хорошего воздушного потока в конечном приложении. Использование теплопроводящего интерфейсного материала при необходимости. Максимальная температура перехода 115°C никогда не должна быть превышена. Кривая снижения номинальных параметров (Прямой ток vs. Температура окружающей среды) предоставляет необходимые данные для расчета требуемых характеристик радиатора.
• 8.3 Оптическое проектирование Угол обзора 150 градусов обеспечивает широкое покрытие. Для приложений, требующих более сфокусированного луча, могут использоваться вторичная оптика (линзы или отражатели). Длина волны 850 нм невидима для человеческого глаза, но легко обнаруживается кремниевыми датчиками и большинством CCD/CMOS камер, которые часто имеют инфракрасный отсекающий фильтр; его необходимо удалить или заменить на фильтр, пропускающий 850 нм, для эффективного использования._P)9. Техническое сравнение и дифференциация По сравнению со стандартными инфракрасными светодиодами в корпусах 5мм или 3мм для монтажа в отверстия, данное устройство предлагает значительно более высокую излучаемую мощность (на порядок или более) в корпусе для поверхностного монтажа, что позволяет создавать более компактные и надежные конструкции. Его ключевыми отличительными особенностями являются сочетание высокой мощности (рассеивание до 3Вт), широкого угла обзора и интегрированной тепловой площадки для эффективного отвода тепла — особенность, часто отсутствующая в маломощных SMD светодиодах. Использование материала кристалла GaAlAs является стандартом для высокоэффективных инфракрасных излучателей в этом диапазоне длин волн.
• 10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)10.1 В чем разница между излучаемой мощностью и силой излучения? Излучаемая мощность (P
• , в мВт) — это полная оптическая мощность, излучаемая во всех направлениях. Сила излучения (I, в мВт/ср) — это мощность, излучаемая на единицу телесного угла в определенном направлении. Для широкоугольного светодиода, такого как этот, полная мощность высока, но сила излучения в любом отдельном направлении ниже, чем у светодиода с узким лучом и той же полной мощностью.

10.2 Можно ли питать этот светодиод напрямую от источника напряжения? Нет. Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Их прямое напряжение имеет допуск и изменяется в зависимости от температуры. Прямое подключение к источнику напряжения вызовет неконтролируемый ток, который, вероятно, превысит максимальный номинал и разрушит светодиод. Обязательно использование драйвера постоянного тока или схемы ограничения тока.

• 10.3 Почему так сильно подчеркивается важность теплоотвода? Мощные светодиоды преобразуют значительную часть электрической энергии в тепло. Если это тепло не эффективно отводится, температура перехода повышается. Высокие температуры перехода приводят к снижению светового выхода (падению эффективности), ускоренной деградации полупроводниковых материалов и, в конечном итоге, к катастрофическому отказу. Правильное тепловое проектирование обеспечивает производительность, надежность и долговечность.
• 10.4 Что означает код бина для моего проекта? Выбор более высокого бина (например, Bin H вместо Bin F) гарантирует более высокий минимальный излучаемый выход. Это позволяет проектировать вашу систему с известным, гарантированным уровнем освещенности. Если в вашем проекте есть достаточный запас, более низкий бин может быть более экономически эффективным. Если вы работаете на пределе дальности освещения или чувствительности камеры, необходим более высокий бин.
• 11. Практический пример проектирования и использования Сценарий: Проектирование ИК-осветителя для камеры видеонаблюдения Разработчику необходимо создать компактный настенный ИК-осветитель, чтобы расширить диапазон ночного видения камеры видеонаблюдения с 10 метров до 25 метров. Датчик камеры чувствителен к 850 нм. Разработчик выбирает светодиод HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR в бине H для максимальной выходной мощности. Этапы проектирования: Электрическое проектирование: Спроектирован импульсный драйвер постоянного тока для подачи 1000мА на светодиод от источника питания 12В постоянного тока. Драйвер включает защиту от перегрузки по току и теплового отключения. Тепловое проектирование: Используется двухслойная печатная плата с толщиной меди 2 унции. Массив тепловых переходных отверстий соединяет тепловую площадку светодиода с большим полигоном меди на нижней стороне, который действует как радиатор. Корпус изготовлен из алюминия, и плата крепится непосредственно к нему с использованием термопасты для дальнейшего отвода тепла. Оптико-механическое проектирование: Четыре светодиода расположены квадратом на плате. Плоское прозрачное поликарбонатное окно защищает светодиоды. Широкий луч 150 градусов каждого светодиода перекрывается, создавая равномерный поток инфракрасного света, покрывающий поле зрения камеры на требуемой дальности. Валидация: Прототип тестируется в темной комнате. Тепловизор подтверждает, что температуры перехода светодиодов остаются ниже 100°C. Камера видеонаблюдения успешно идентифицирует объекты на расстоянии 25 метров с четким контрастом. Этот пример подчеркивает взаимозависимость проектирования драйвера, теплового управления и оптической компоновки при использовании этого мощного компонента.
• 12. Принцип работы HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR — это полупроводниковый источник света на основе гетероструктуры арсенида галлия-алюминия (GaAlAs). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее энергию запрещенной зоны диода, электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов. Конкретный состав слоев GaAlAs определяет энергию запрещенной зоны, которая, в свою очередь, определяет пиковую длину волны излучаемых фотонов — в данном случае 850 нанометров, что находится в ближнем инфракрасном спектре. Прозрачная силиконовая заливка защищает полупроводниковый кристалл и действует как первичный оптический элемент, а ее сферическая форма помогает эффективно извлекать свет и формировать диаграмму направленности.

13. Технологические тренды Область мощных инфракрасных светодиодов продолжает развиваться с несколькими четкими тенденциями. Существует постоянное стремление к повышению эффективности преобразования электроэнергии в свет (оптическая мощность / электрическая мощность) для снижения тепловыделения и энергопотребления при том же световом потоке. Это связано с достижениями в технологиях эпитаксиального роста и дизайне кристаллов. Технологии корпусов также улучшаются, предлагая более низкое тепловое сопротивление, что позволяет отводить больше тепла от кристалла. Кроме того, наблюдается растущая интеграция, когда драйверы, а иногда и простая управляющая логика, размещаются в одном корпусе с кристаллом светодиода для создания более интеллектуальных и простых в использовании осветительных модулей. Спрос на надежные мощные инфракрасные источники поддерживается расширяющимися приложениями в автомобильном LiDAR, распознавании лиц и передовой промышленной автоматизации.

.1 Tape and Reel Specifications

The devices are supplied on carrier tape and reel for automated assembly. Each reel contains 400 pieces. Detailed carrier tape and reel dimensions are provided to ensure compatibility with pick-and-place equipment.

.2 Moisture-Sensitive Packaging

The product is packaged in a moisture-resistant aluminum bag with a desiccant to protect it from ambient humidity during storage and transport, which is standard practice for SMD components.

. Application Recommendations and Design Considerations

.1 Driver Circuit Design

Due to the high forward current (up to 1.5A continuous), a constant-current driver is essential. The driver must be capable of supplying the required current while withstanding the forward voltage drop (approx. 3.1V at 1A). Switching regulators are often preferred over linear regulators for efficiency at these power levels. The driver design must also incorporate thermal protection or current derating based on the ambient temperature curve.

.2 Thermal Management Design

This is the most critical aspect of using this high-power LED. The low junction-to-lead thermal resistance (18K/W) is only part of the system. The total thermal path from junction to ambient (R_th(j-A)) must be minimized. This involves:

• Using a PCB with a thermal via array under the thermal pad connected to large copper planes or an internal ground layer.
• Possibly attaching an external heatsink to the PCB.
• Ensuring good airflow in the end application.
• Using thermal interface material if necessary.

The maximum junction temperature of 115°C must never be exceeded. The derating curve (Forward Current vs. Ambient Temperature) provides the necessary data to calculate the required heatsink performance.

.3 Optical Design

The 150-degree viewing angle provides wide coverage. For applications requiring a more focused beam, secondary optics (lenses or reflectors) can be used. The 850nm wavelength is invisible to the human eye but easily detectable by silicon sensors and most CCD/CMOS cameras, which often have an infrared cut filter that must be removed or replaced with one that passes 850nm for effective use.

. Technical Comparison and Differentiation

Compared to standard 5mm or 3mm through-hole infrared LEDs, this device offers significantly higher radiant output (by an order of magnitude or more) in a surface-mount package, enabling more compact and robust designs. Its key differentiators are its combination of high power (up to 3W dissipation), wide viewing angle, and the integrated thermal pad for effective heat dissipation—a feature often missing in lower-power SMD LEDs. The use of GaAlAs chip material is standard for high-efficiency infrared emitters in this wavelength range.

. Frequently Asked Questions (Based on Technical Parameters)

.1 What is the difference between Radiant Power and Radiant Intensity?

Radiant Power (P_o, in mW) is the total optical power emitted in all directions. Radiant Intensity (I_E, in mW/sr) is the power emitted per unit solid angle in a specific direction. For a wide-angle LED like this one, the total power is high, but the intensity in any single direction is lower than a narrow-beam LED with the same total power.

.2 Can I drive this LED directly from a voltage source?

No. LEDs are current-driven devices. Their forward voltage has a tolerance and varies with temperature. Connecting directly to a voltage source will cause an uncontrolled current to flow, likely exceeding the maximum rating and destroying the LED. A constant-current driver or a current-limiting circuit is mandatory.

.3 Why is heatsinking so strongly emphasized?

High-power LEDs convert a significant portion of electrical input into heat. If this heat is not effectively removed, the junction temperature rises. High junction temperatures lead to reduced light output (efficiency droop), accelerated degradation of the semiconductor materials, and ultimately catastrophic failure. Proper thermal design ensures performance, reliability, and longevity.

.4 What does the Bin Code mean for my design?

Selecting a higher bin (e.g., Bin H over Bin F) guarantees a higher minimum radiant output. This allows you to design your system with a known, guaranteed level of illumination. If your design has ample margin, a lower bin may be more cost-effective. If you are pushing the limits of illumination range or camera sensitivity, a higher bin is necessary.

. Practical Design and Usage Case Study

Scenario: Designing an IR Illuminator for a Security Camera

A designer needs to create a compact, wall-mounted IR illuminator to extend the night-vision range of a security camera from 10 meters to 25 meters. The camera's sensor is sensitive to 850nm. The designer selects the HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR LED in Bin H for maximum output.

Design Steps:

1. Electrical Design: A switching constant-current driver is designed to provide 1000mA to the LED from a 12V DC supply. The driver includes over-current and thermal shutdown protection.
2. Thermal Design: A 2-layer PCB is used with a 2oz copper weight. An array of thermal vias connects the LED's thermal pad to a large bottom copper pour, which acts as a heatsink. The enclosure is made of aluminum with the PCB mounted directly to it using thermal paste to further dissipate heat.
3. Optical/Mechanical Design: Four LEDs are arranged in a square pattern on the PCB. A flat, clear polycarbonate window protects the LEDs. The wide 150-degree beam of each LED overlaps to create a uniform flood of infrared light covering the camera's field of view at the desired range.
4. Validation: The prototype is tested in a dark room. A thermal camera confirms the LED junction temperatures remain below 100°C. The security camera successfully identifies objects at 25 meters with clear contrast.

This case highlights the interdependence of driver design, thermal management, and optical layout when utilizing this high-power component.

. Operational Principle

The HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR is a semiconductor light source based on a Gallium Aluminum Arsenide (GaAlAs) heterostructure. When a forward voltage exceeding the diode's bandgap energy is applied, electrons and holes are injected into the active region where they recombine. This recombination process releases energy in the form of photons. The specific composition of the GaAlAs layers determines the bandgap energy, which in turn defines the peak wavelength of the emitted photons—in this case, 850 nanometers, which is in the near-infrared spectrum. The water-clear silicone encapsulation protects the semiconductor chip and acts as a primary optical element, with its spherical shape helping to extract light efficiently and shape the radiation pattern.

. Technology Trends

The field of high-power infrared LEDs continues to evolve with several clear trends. There is a constant drive for higher wall-plug efficiency (optical power out / electrical power in) to reduce heat generation and energy consumption for the same light output. This involves advancements in epitaxial growth techniques and chip design. Package technology is also improving to offer lower thermal resistance, allowing more heat to be extracted from the chip. Furthermore, there is growing integration, with drivers and sometimes even simple control logic being co-packaged with the LED die to create smarter, easier-to-use illumination modules. The demand for reliable, high-power infrared sources is sustained by expanding applications in automotive LiDAR, facial recognition, and advanced industrial automation.