Техническая спецификация инфракрасного MIDLED HIR89-01C/1R - 3.0x2.8x1.9мм - 1.55В - 850нм - 100мВт

1. Обзор продукта

HIR89-01C/1R — это миниатюрный инфракрасный (ИК) излучающий диод для поверхностного монтажа в корпусе MIDLED. Его основная функция — излучение инфракрасного света с пиковой длиной волны 850 нанометров (нм), что спектрально оптимизировано для совместимости с кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами. Это делает его ключевым компонентом в различных системах невидимого светового зондирования и связи.

Устройство изготовлено на основе чипа из GaAlAs (арсенид галлия-алюминия) и заключено в корпус с прозрачной линзой. Ключевые конструктивные преимущества включают низкое прямое напряжение, способствующее энергоэффективности, и относительно узкий угол излучения в 30 градусов, обеспечивающий направленное ИК-излучение. Продукт соответствует современным экологическим и нормам безопасности: не содержит свинца, соответствует регламенту ЕС REACH и классифицируется как не содержащий галогенов.

1.1 Ключевые особенности и соответствие нормам

• Электрическая эффективность:Низкое прямое напряжение.
• Оптические характеристики:Типичный угол излучения 30° для направленного излучения.
• Экологическое соответствие:Конструкция без свинца (Pb-free).
• Соответствие RoHS:Продукт соответствует директиве об ограничении использования опасных веществ.
• Соответствие REACH:Соответствует требованиям регламента ЕС по регистрации, оценке, разрешению и ограничению химических веществ.
• Без галогенов:Содержит очень низкие уровни брома (Br) и хлора (Cl), в частности: Br <900 ppm, Cl <900 ppm, и Br+Cl < 1500 ppm.

2. Подробные технические характеристики

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Постоянный прямой ток (I_F):65 мА
• Пиковый прямой ток (I_FP):200 мА (ширина импульса ≤500 мкс, скважность ≤5%)
• Обратное напряжение (V_R):5 В
• Рабочая температура (T_opr):от -40°C до +100°C
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +100°C
• Температура пайки (T_sol):260°C (в течение ≤5 секунд)
• Рассеиваемая мощность (P_d):100 мВт (при температуре окружающей среды 25°C или ниже)

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартной температуре окружающей среды 25°C и определяют производительность устройства в типичных рабочих условиях.

• Сила излучения (I_e):от 40 до 125 мВт/ср (измерено при I_F=70мА, импульс 20мс). Устройство сортируется по группам (C: 40-80 мВт/ср, D: 63-125 мВт/ср).
• Пиковая длина волны (λ_p):850 нм (типичное значение, при I_F=100мА).
• Спектральная ширина (Δλ):30 нм (типичное значение, при I_F=100мА).
• Прямое напряжение (V_F):
  • от 1.40В до 1.70В (при I_F=20мА)
  • от 1.55В до 1.90В (при I_F=70мА, импульс 20мс)
• Обратный ток (I_R):максимум 10 мкА (при V_R=5В).
• Угол излучения (2θ_1/2):30° (типичное значение, при I_F=20мА).

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических кривых, необходимых для проектирования схем и управления температурным режимом.

3.1 Зависимость прямого тока от температуры окружающей среды

Этот график иллюстрирует снижение максимально допустимого постоянного прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Номинальный ток линейно уменьшается с 65мА при 25°C до более низких значений по мере приближения температуры к максимальному рабочему пределу в 100°C. Конструкторы должны использовать эту кривую, чтобы избежать перегрузки светодиода в условиях высокой температуры.

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

ВАХ показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диодов. Она имеет решающее значение для выбора соответствующего токоограничивающего резистора. Небольшое увеличение напряжения сверх типичного V_Fможет привести к значительному, потенциально разрушительному росту тока, что подчеркивает необходимость последовательного резистора.

3.3 Зависимость силы излучения от прямого тока

Эта кривая демонстрирует, что оптическая мощность (сила излучения) увеличивается с ростом прямого тока, но зависимость не является идеально линейной, особенно при высоких токах. Она помогает разработчикам выбрать рабочую точку, которая балансирует яркость, эффективность и срок службы устройства.

3.4 Спектральное распределение

Спектральный график подтверждает, что излучение сосредоточено на длине волны 850 нм с типичной полушириной (FWHM) 30 нм. Такая узкая полоса обеспечивает хорошее соответствие пиковой чувствительности кремниевых детекторов.

3.5 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма визуально определяет угол излучения в 30°, показывая, как интенсивность падает до половины пикового значения при отклонении на ±15° от центральной оси. Эта информация жизненно важна для проектирования оптических систем, определения расходимости луча и требований к юстировке.

4. Механические данные и информация о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

HIR89-01C/1R использует компактный корпус для поверхностного монтажа MIDLED. Ключевые размеры (в миллиметрах):

• Общая длина: 3.0 мм
• Общая ширина: 2.8 мм
• Общая высота: 1.9 мм
• Расстояние между выводами: 2.0 мм

Допуски для неуказанных размеров составляют ±0.1 мм. Подробный чертеж с размерами приведен в спецификации для проектирования посадочного места на печатной плате.

4.2 Идентификация полярности

Катод обозначен на корпусе. В спецификацию включена диаграмма, показывающая маркер катода, что крайне важно для правильной ориентации при сборке во избежание подключения в обратном смещении.

4.3 Размеры транспортной ленты

Устройство поставляется на эмбоссированной транспортной ленте для автоматизированной сборки методом pick-and-place. Размеры ленты указаны для совместимости со стандартным оборудованием SMT. Каждая катушка содержит 2000 штук.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Профиль пайки оплавлением

Предоставлен рекомендуемый температурный профиль для бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевые параметры включают:

• Зона предварительного нагрева и выдержки.
• Пиковая температура не выше 260°C.
• Время выше температуры ликвидуса (обычно 217°C).
• Скорость охлаждения.

Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз.

5.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, необходимо соблюдать крайнюю осторожность:

• Используйте паяльник с температурой жала < 350°C.
• Ограничьте время пайки на каждом выводе ≤ 3 секундами.
• Используйте паяльник мощностью ≤ 25 Вт.
• Соблюдайте минимальный интервал в 2 секунды между пайкой каждого вывода, чтобы предотвратить тепловой удар.

5.3 Переделка и ремонт

Ремонт после пайки настоятельно не рекомендуется. Если это неизбежно, необходимо использовать двуглавый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов, чтобы минимизировать нагрузку на корпус светодиода. После любой переделки необходимо проверить влияние на характеристики устройства.

6. Меры предосторожности при хранении и обращении

6.1 Чувствительность к влаге

Светодиод чувствителен к влаге. Меры предосторожности включают:

• Не вскрывайте влагозащитный барьерный пакет до готовности к использованию.
• Храните невскрытые пакеты при температуре ≤ 30°C и относительной влажности (RH) ≤ 90%.
• Используйте в течение одного года с момента отгрузки.
• После вскрытия храните при температуре ≤ 30°C и относительной влажности ≤ 70%.
• Завершите пайку в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия пакета.
• Если время хранения превышено или индикатор влажности показывает проникновение влаги, перед использованием необходимо прогреть компоненты при 60 ±5°C в течение 24 часов.

6.2 Защита от тока

Критически важно:Внешний токоограничивающий резистор обязателен. Экспоненциальная ВАХ светодиода означает, что небольшое увеличение напряжения может вызвать большой скачок тока, приводящий к мгновенному перегоранию. Номинал резистора должен быть рассчитан на основе напряжения питания и желаемого прямого тока с учетом V_F range.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Процедура упаковки

Светодиоды упакованы в алюминиевый влагозащитный пакет с осушителем. На пакете указана критически важная информация.

7.2 Спецификация этикетки

Этикетка включает поля для:

• CPN (Номер детали заказчика)
• P/N (Номер детали производителя: HIR89-01C/1R)
• QTY (Количество)
• CAT (Группы, например, C или D для силы излучения)
• HUE (Пиковая длина волны)
• LOT No. (Отслеживаемый номер партии)
• Страна производства
• Уровень чувствительности к влаге (MSL)

7.3 Руководство по выбору устройства

HIR89-01C/1R — единственный номер детали в этой серии, оснащенный чипом GaAlAs и прозрачной линзой.

8. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

8.1 Типичные области применения

• Инфракрасные сенсорные системы:Датчики приближения, обнаружение объектов, бесконтактные выключатели.
• Оптические энкодеры:Определение положения и скорости в двигателях.
• Передача данных:Короткодистанционные ИК-каналы передачи данных (например, пульты ДУ, IrDA).
• Машинное зрение:Подсветка для камер с ИК-фильтрами.
• Системы безопасности:Активная подсветка для камер ночного видения.

8.2 Примечания к проектированию схем

1. Ограничение тока:Всегда используйте последовательный резистор. Рассчитайте по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Используйте максимальное значение V_Fиз спецификации, чтобы обеспечить безопасный ток при любых условиях.
2. Схема управления:Для импульсного режима работы (например, зондирование, связь) убедитесь, что ширина импульса и скважность остаются в пределах номиналов I_FP, чтобы избежать перегрева.
3. Тепловой менеджмент:Учитывайте кривую снижения номинала. При высокой температуре окружающей среды или при установке на плату с другими теплообразующими компонентами соответствующим образом снижайте рабочий ток.
4. Разводка печатной платы:Следуйте рекомендуемому посадочному месту из чертежа размеров. Обеспечьте достаточное расстояние от других компонентов, чтобы избежать тепловых или оптических помех.

9. Техническое сравнение и позиционирование

HIR89-01C/1R позиционируется как универсальный, надежный инфракрасный излучатель в миниатюрном корпусе SMD. Его длина волны 850 нм является отраслевым стандартом для совместимости с кремниевыми детекторами. По сравнению со старыми ИК-светодиодами в выводном исполнении, его формат SMD позволяет осуществлять более компактную, автоматизированную сборку на печатных платах. Угол излучения 30° обеспечивает хороший баланс между концентрацией луча и допуском на юстировку для многих применений. Предоставление подробной сортировки (группы C и D) позволяет разработчикам выбирать устройства на основе требуемой выходной мощности, что может быть критически важно для достижения стабильной дальности обнаружения или силы сигнала.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?

Диодная характеристика светодиода имеет очень низкое динамическое сопротивление после превышения прямого напряжения. Без резистора ток ограничен только внутренним сопротивлением источника питания и проводки, которое обычно очень мало, что приводит к катастрофическому перетоку. Резистор обеспечивает линейный, предсказуемый и безопасный метод установки рабочего тока.

10.2 Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3В или 5В?

No.Выводы GPIO микроконтроллера имеют ограничения по току источника/стока (часто 20-40мА), которые находятся на уровне или ниже номинального постоянного тока этого светодиода. Что более важно, они не могут обеспечить необходимое ограничение тока. Вы должны использовать GPIO для управления транзистором или MOSFET, который, в свою очередь, управляет светодиодом через соответствующий токоограничивающий резистор, подключенный к основной шине питания.

10.3 В чем разница между группами C и D?

Группы C и D определяют различные диапазоны силы излучения (I_e), измеренной при 70мА. Группа C имеет более низкий диапазон выходной мощности (40-80 мВт/ср), тогда как группа D имеет более высокий диапазон (63-125 мВт/ср). Выбор устройства группы D может обеспечить большую оптическую мощность для большей дальности или более надежного обнаружения сигнала, но может стоить немного дороже. Конкретная заказанная группа будет указана на этикетке упаковки.

10.4 Насколько критичны инструкции по чувствительности к влаге и прогреву?

Очень критичны. Влага, поглощенная пластиковым корпусом, может испариться в процессе высокотемпературной пайки оплавлением, вызывая внутреннее расслоение, растрескивание или эффект "попкорна", что может повредить кристалл или проводные соединения. Соблюдение сроков хранения и выполнение процедуры прогрева при необходимости крайне важны для высокого процента выхода годных изделий при сборке и долгосрочной надежности.

11. Пример проектирования и использования

11.1 Проектирование простого датчика приближения

Цель:Обнаруживать объект на расстоянии до 10 см.
Конструкция:Сопрягите HIR89-01C/1R с соответствующим кремниевым фототранзистором. Светодиод управляется от источника питания 5В через токоограничивающий резистор. Используя типичное V_F1.55В при 70мА, номинал резистора: R = (5В - 1.55В) / 0.07А ≈ 49.3 Ом (используйте стандартный резистор 51 Ом). Светодиод импульсно управляется на определенной частоте (например, 38 кГц) с помощью микроконтроллера. Выход фототранзистора подключен к демодулирующему приемнику, настроенному на ту же частоту. Такая конструкция отсекает фоновый свет, а наличие объекта обнаруживается по отраженному модулированному ИК-свету. Луч с углом 30° помогает определить зону обнаружения.

12. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) работает по принципу электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются через переход. Эти носители заряда рекомбинируют в активной области (в данном случае слое GaAlAs). Энергия, выделяемая при рекомбинации, излучается в виде фотонов (света). Удельная ширина запрещенной зоны полупроводникового материала GaAlAs определяет длину волны излучаемых фотонов, которая для данного устройства сосредоточена в ближнем инфракрасном спектре на 850 нм. Прозрачная эпоксидная линза формирует излучаемый свет в заданный угол излучения.

13. Технологические тренды

Технология инфракрасных светодиодов продолжает развиваться. Тренды включают:

• Повышенная эффективность:Разработка новых полупроводниковых материалов и структур (например, многоквантовые ямы) для достижения большей оптической мощности на единицу электрической мощности (более высокая эффективность).
• Увеличенная плотность мощности:Устройства, способные выдерживать более высокие токи управления в меньших корпусах для применений, таких как LiDAR и дальнее зондирование.
• Многоспектральные решения и VCSEL:Появление светодиодов и вертикально-излучающих лазеров (VCSEL) на других ИК-длинах волн (например, 940 нм для большей безопасности для глаз, 1350 нм/1550 нм для LiDAR большей дальности) для удовлетворения конкретных потребностей приложений.
• Интегрированные решения:Объединение ИК-излучателя, схемы управления и иногда детектора в единый модуль для упрощения проектирования и повышения производительности.

HIR89-01C/1R представляет собой зрелое, экономически эффективное и надежное решение для широкого спектра основных ИК-приложений.