Техническая документация на инфракрасный светодиод HIR16-213C/L423/TR8 - SMD корпус - 850 нм - 145° угол обзора

1. Обзор продукта

HIR16-213C/L423/TR8 — это высоконадежный миниатюрный инфракрасный (ИК) излучающий диод в корпусе для поверхностного монтажа (SMD). Он предназначен для применений, требующих компактного, эффективного инфракрасного источника, совместимого с современными автоматизированными процессами сборки. Устройство отлито в прозрачную эпоксидную смолу, что обеспечивает прочный корпус и оптимальное пропускание инфракрасного света.

Ключевые преимущества:Основные преимущества компонента включают малые габариты двухвыводного корпуса, высокую надежность и полное соответствие экологическим нормам, таким как RoHS, EU REACH и требованиям по отсутствию галогенов (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Его спектр специально согласован с кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами, что делает его идеальным для сенсорных систем.

Целевой рынок и применения:Этот ИК-светодиод предназначен для разработчиков и производителей электронных систем, требующих инфракрасной функциональности. Ключевые области применения включают ИК-датчики на печатной плате для обнаружения приближения или объектов, пульты дистанционного управления с повышенной силой излучения, различные типы оптических сканеров и другие системы с применением ИК-излучения.

2. Подробные технические характеристики

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа за этими пределами не рекомендуется.

• Непрерывный прямой ток (I_F):50 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Превышение этого напряжения в обратном смещении может привести к пробою p-n перехода.
• Рабочая и температура хранения (T_opr, T_stg):от -40°C до +100°C. Этот широкий диапазон обеспечивает пригодность для промышленных и автомобильных применений.
• Температура пайки (T_sol):260°C максимум в течение 5 секунд, совместимо с бессвинцовыми профилями оплавления.
• Рассеиваемая мощность (P_c):100 мВт при температуре окружающей среды 25°C или ниже. При более высоких температурах необходимо снижение номинала.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартных условиях: температура окружающей среды 25°C и прямой ток 20 мА, если не указано иное.

• Сила излучения (I_E):Типичное значение составляет 1.50 мВт/ср, минимальное — 0.50 мВт/ср. Это измеряет оптическую мощность, излучаемую в единицу телесного угла.
• Пиковая длина волны (λ_p):850 нм (тип.), в диапазоне от 840 нм до 870 нм. Эта длина волны близка к оптимальной для кремниевых детекторов.
• Спектральная ширина (Δλ):Обычно 30 нм. Определяет ширину спектра на половине максимальной интенсивности.
• Прямое напряжение (V_F):Обычно 1.45В, максимум 1.65В при I_F=20мА. При импульсном токе 100мА (ширина импульса ≤100мкс, скважность ≤1%), V_Fmax возрастает до 2.00В.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при V_R=5В, что указывает на высокое качество перехода.
• Угол обзора (2θ_1/2):145 градусов (тип.). Этот очень широкий угол обзора характерен для конструкции линзы, обеспечивая широкое излучение.

3. Объяснение системы сортировки

Устройство доступно в различных рангах производительности, в основном на основе силы излучения. Это позволяет разработчикам выбрать сорт, соответствующий их конкретным требованиям к чувствительности или дальности.

• Ранг F:Сила излучения от 0.50 до 1.50 мВт/ср при I_F=20мА.
• Ранг G:Сила излучения от 1.00 до 2.50 мВт/ср.
• Ранг H:Сила излучения от 2.00 до 3.50 мВт/ср.
• Ранг J:Сила излучения от 3.00 до 4.50 мВт/ср.

В стандартном предложении нет указанной сортировки по прямому напряжению или пиковой длине волны, хотя для этих параметров указаны мин./тип./макс. значения.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Представленный график показывает нелинейную зависимость. Сила излучения увеличивается с ростом прямого тока, но в конечном итоге насыщается из-за тепловых ограничений и ограничений эффективности. Кривая важна для определения рабочего тока, необходимого для достижения желаемого оптического выхода.

4.2 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Эта ВАХ демонстрирует стандартную экспоненциальную характеристику диода. Типичное V_F1.45В при 20мА является ключевым параметром для проектирования схемы управления (например, расчета последовательного резистора).

4.3 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Кривая снижения номинала показывает, что максимально допустимый непрерывный прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Это критически важно для обеспечения долгосрочной надежности, особенно в высокотемпературных применениях. Устройство не может работать на полном номинале 50мА во всем температурном диапазоне.

4.4 Спектральное распределение

Спектральный выход сосредоточен на 850 нм с типичной шириной полосы 30 нм. Это соответствует области пиковой чувствительности обычных кремниевых фотодетекторов, максимизируя отношение сигнал/шум системы.

4.5 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Полярная диаграмма подтверждает угол обзора 145°, где интенсивность падает до половины пикового значения при ±72.5° от центральной оси. Диаграмма направленности близка к ламбертовской, что подходит для широкоугольного освещения.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Устройство использует компактный SMD корпус "Mini-Top". Ключевые размерные примечания из документации включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах.
• Стандартный допуск для неуказанных размеров составляет ±0.1 мм.
• Корпус имеет двухвыводную конструкцию для механической стабильности при пайке.
• Прозрачная эпоксидная линза является неотъемлемой частью корпуса.

Идентификация полярности:Катод обычно маркируется на корпусе, часто зеленой точкой, выемкой или более коротким выводом. Для точной схемы маркировки необходимо обратиться к диаграмме в документации.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Хранение и чувствительность к влаге

Устройство чувствительно к влаге (MSL). Меры предосторожности критически важны:

• Не вскрывайте влагозащитный пакет до готовности к использованию.
• Хранение до вскрытия: ≤30°C / ≤90% ОВ. Использовать в течение 1 года.
• Хранение после вскрытия: ≤30°C / ≤60% ОВ. Использовать в течение 168 часов (7 дней).
• Если время хранения превышено или индикатор влаги показывает насыщение, требуется прогрев при 60±5°C минимум 24 часа перед оплавлением.

6.2 Пайка оплавлением

Компонент совместим с инфракрасными и парофазными процессами оплавления.

• Указан бессвинцовый температурный профиль с пиком 260°C.
• Оплавление не должно выполняться более двух раз.
• Избегайте механических нагрузок на корпус во время нагрева и охлаждения.
• Не деформируйте печатную плату после пайки.

6.3 Ручная пайка и переделка

Если необходима ручная пайка:

• Используйте паяльник с температурой жала <350°C.
• Ограничьте время контакта ≤3 секундами на вывод.
• Используйте паяльник мощностью ≤25 Вт.
• Обеспечьте интервал охлаждения >2 секунд между выводами.
• Для переделки рекомендуется использовать двухголовый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов и избежания повреждения корпуса. Всегда проверяйте функциональность устройства после любой переделки.

6.4 Защита схемы

Важно:Внешний токоограничивающий резистор ДОЛЖЕН быть включен последовательно со светодиодом. Прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает, что ток может неконтролируемо возрастать при неправильном управлении. Небольшое увеличение напряжения может вызвать большое изменение тока, приводящее к мгновенному перегоранию.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации на ленте и катушке

Устройство поставляется в 8-мм несущей ленте на катушках диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 3000 штук. Размеры несущей ленты обеспечивают совместимость со стандартным оборудованием для поверхностного монтажа.

7.2 Процедура упаковки и маркировка

Катушки упакованы в алюминиевые влагозащитные пакеты с осушителем. Этикетки на пакете содержат критическую информацию для прослеживаемости и правильного применения:

• CPN (Номер детали заказчика)
• P/N (Производственный номер детали: HIR16-213C/L423/TR8)
• QTY (Количество)
• CAT (Ранг/код сортировки, напр., F, G, H, J)
• HUE (Пиковая длина волны)
• LOT No. (Номер производственной партии)
• Место производства

7.3 Руководство по выбору устройства

Модельный номер HIR16-213C/L423/TR8 расшифровывается следующим образом: материал чипа — AlGaAs (арсенид алюминия-галлия), цвет линзы — прозрачный. Суффикс "TR8" указывает на упаковку в 8-мм ленте на катушке.

8. Рекомендации по проектированию приложений

8.1 Типовые схемы включения

В типовой схеме управления светодиод включен последовательно с токоограничивающим резистором к источнику напряжения (V_CC). Значение резистора рассчитывается по закону Ома: R = (V_CC- V_F) / I_F. Например, при V_CC=5В, V_F=1.45В и I_F=20мА, R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 Ом. Подошел бы стандартный резистор 180 Ом. Для импульсной работы при более высоких токах (например, 100мА) убедитесь, что драйвер (часто транзистор) может выдерживать пиковый ток и что скважность поддерживается очень низкой (≤1%) во избежание перегрева.

8.2 Особенности оптического проектирования

Широкий угол обзора 145° делает этот светодиод отличным для применений, требующих широкого, рассеянного освещения, таких как датчики приближения, которым необходимо охватывать большую площадь. Для применений с большей дальностью или более направленным излучением могут потребоваться вторичная оптика (линзы) для коллимации луча. Прозрачная линза оптимальна для пропускания ближнего инфракрасного излучения с минимальным поглощением.

8.3 Тепловой режим

Хотя корпус мал, необходимо учитывать рассеиваемую мощность, особенно при высоких токах или в условиях высокой температуры окружающей среды. Убедитесь, что разводка контактных площадок на печатной плате обеспечивает адекватный теплоотвод и что максимальная температура перехода не превышается. Основным руководством является кривая снижения номинала прямого тока в зависимости от температуры.

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со стандартными ИК-светодиодами в корпусах 5мм или 3мм для сквозного монтажа, это SMD-устройство предлагает значительные преимущества:

• Размер и автоматизация:Миниатюрный SMD-корпус позволяет создавать более компактные конструкции печатных плат и полностью совместим с высокоскоростной автоматической установкой и пайкой оплавлением, снижая затраты на сборку.
• Угол обзора:Угол обзора 145° исключительно широк для SMD ИК-светодиода, обеспечивая более равномерное покрытие, чем у многих конкурентов с более узкими лучами.
• Соответствие стандартам:Полное соответствие стандартам RoHS, REACH и бессвинцовым стандартам является ключевым отличием для продуктов, ориентированных на глобальные рынки со строгими экологическими нормами.
• Спектральное согласование:Пик 850 нм специально согласован с кремниевыми детекторами, что может быть не оптимизировано во всех универсальных ИК-светодиодах.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 В чем разница между силой излучения (мВт/ср) и излучаемой мощностью (мВт)?

Сила излучения — это оптическая мощность, излучаемая в единицу телесного угла (стерадиан). Излучаемая мощность — это полная оптическая мощность, излучаемая во всех направлениях. Для светодиода с известной силой излучения и диаграммой направленности полную мощность можно рассчитать, интегрируя силу излучения по всей сфере излучения. В документации указана сила излучения, что более полезно для расчета облученности на детекторе на определенном расстоянии и под определенным углом.

10.2 Можно ли непрерывно питать этот светодиод током 50 мА?

Вы можете питать его постоянным током 50 мА только если температура окружающей среды составляет 25°C или ниже и у вас есть адекватный тепловой режим. Кривая снижения номинала показывает, что максимально допустимый непрерывный ток уменьшается с ростом температуры. Для надежной работы во всем температурном диапазоне рекомендуется использовать меньший ток или импульсный режим.

10.3 Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?

Светодиоды — это устройства с токовым управлением, а не с управлением по напряжению. Их ВАХ очень крутая. Небольшое увеличение прямого напряжения (из-за температуры или колебаний питания) может вызвать очень большое, потенциально разрушительное увеличение тока. Последовательный резистор обеспечивает отрицательную обратную связь, стабилизируя рабочую точку.

10.4 Как интерпретировать "ранг" (F, G, H, J)?

Ранг — это код сортировки по силе излучения. Он позволяет выбрать устройство с гарантированным минимальным оптическим выходом для вашего применения. Например, если ваш датчик требует не менее 2.0 мВт/ср, вы должны указать ранг H или J. Использование более низкого ранга (F или G) может привести к тому, что устройство не будет соответствовать требованиям чувствительности вашей системы.

11. Практический пример применения

Пример проектирования: Простой датчик приближения

Цель:Обнаруживать, когда объект приближается к датчику на расстояние 10 см.

Конструкция:Разместите ИК-светодиод HIR16-213C/L423/TR8 и соответствующий кремниевый фототранзистор рядом на печатной плате, направленными в одну сторону. Питайте светодиод постоянным током 20 мА (используя рассчитанный последовательный резистор). Когда объекта нет, ИК-луч уходит, и фототранзистор видит очень мало отраженного света. Когда объект попадает в зону обнаружения, часть ИК-света отражается обратно на фототранзистор, вызывая увеличение его коллекторного тока. Это изменение тока может быть усилено и преобразовано в цифровой сигнал компаратором.

Обоснование выбора компонентов:Широкий угол обзора 145° светодиода обеспечивает широкое поле обнаружения. Длина волны 850 нм обеспечивает максимальную чувствительность фототранзистора. Выбор светодиода ранга H или J обеспечивает более высокую силу излучения, увеличивая количество отраженного света и, потенциально, дальность или надежность обнаружения.

Ключевые расчеты:Значение токоограничивающего резистора (как рассчитано в разделе 8.1). Ожидаемый уровень сигнала на фототранзисторе будет зависеть от отражательной способности объекта и должен быть определен экспериментально для правильной установки порога компаратора.

12. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переход. При подаче прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются через переход. Когда эти носители заряда рекомбинируют в активной области (в данном случае чип AlGaAs), энергия высвобождается в виде фотонов (света). Конкретный состав материала (AlGaAs) определяет ширину запрещенной зоны, которая напрямую задает длину волны излучаемых фотонов — в данном случае в ближнем инфракрасном спектре около 850 нанометров. Прозрачный эпоксидный корпус инкапсулирует чип, обеспечивает механическую защиту и действует как первичная линза, формируя угловое распределение излучаемого света.

13. Технологические тренды

Технология инфракрасных светодиодов продолжает развиваться вместе с общими трендами оптоэлектроники. Ключевые направления включают:

• Повышение эффективности:Разработка новых полупроводниковых материалов и эпитаксиальных структур направлена на получение большей оптической мощности (более высокой силы излучения) при том же электрическом входе, снижая энергопотребление системы и тепловыделение.
• Миниатюризация:Стремление к уменьшению размеров потребительской электроники и IoT-устройств стимулирует создание еще более компактных корпусов при сохранении или улучшении оптических характеристик.
• Интегрированные решения:Наблюдается тенденция к объединению ИК-излучателя, детектора, а иногда и управляющей логики в единый модуль или корпус, упрощая проектирование и повышая производительность для конкретных применений, таких как распознавание жестов или активное 3D-изображение.
• Диверсификация длин волн:Хотя 850 нм и 940 нм являются распространенными, разрабатываются и другие длины волн для специализированных применений, таких как спектроскопия или безопасные для глаз системы.
• Повышенная надежность и соответствие:По мере ужесточения нормативов и увеличения срока службы продуктов, внимание к надежной конструкции корпуса, улучшенной влагостойкости и гарантированному соответствию глобальным экологическим и стандартам безопасности остается первостепенным.

Отказ от ответственности:Представленная здесь информация получена из предоставленной технической документации и представляет ее содержание. Типичные значения не гарантируются. Разработчики должны обращаться к официальной документации для получения абсолютных максимальных параметров и инструкций по применению. Производитель не несет ответственности за ущерб, возникший в результате использования вне указанных условий. Все спецификации могут быть изменены производителем.