3毫米红外发光二极管 850纳米 HIR204C 规格书 - T-1封装 - 1.45V正向电压 - 150mW功率 - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款高强度的3毫米（T-1）红外发光二极管（LED）的规格参数。该器件设计用于发射峰值波长为850纳米（nm）的光线，适用于多种红外传感与传输应用。其主要优势包括高可靠性、显著的辐射输出以及较低的正向电压需求。

该LED采用砷化镓铝（GaAlAs）芯片材料制造，并封装于水清塑料外壳中。其光谱输出经过专门匹配，可与常见的光敏三极管、光电二极管及集成接收模块等红外接收器兼容。本产品符合RoHS（有害物质限制）指令。

1.1 目标应用

本器件专为需要稳定红外信号传输的系统而设计。主要应用领域包括：

• 自由空间光数据传输系统。
• 红外遥控单元，特别是那些需要更高输出功率的场合。
• 采用光学传感原理的烟雾探测与火灾报警系统。
• 适用于工业或消费领域的通用红外应用系统。

2. 技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久性损坏的极限条件。在此类条件下工作无法得到保证。

• 连续正向电流（I_F)）：100 mA
• 峰值正向电流（I_FP)）：1.0 A（脉冲宽度 ≤ 100μs，占空比 ≤ 1%）
• 反向电压（V_R)）：5 V
• 工作温度（T_opr)）：-40°C 至 +85°C
• 储存温度（T_stg)）：-40°C 至 +100°C
• 焊接温度（T_sol)）：260°C（持续时间 ≤ 5 秒）
• 功耗（P_d)）：150 mW（环境温度 ≤ 25°C 时）

2.2 光电特性（T_a= 25°C）

这些参数定义了器件在指定测试条件下的典型性能。

• 辐射强度（I_e):
  • ）：典型值：在 I_F= 20 mA 时为 17.6 mW/sr。
  • 典型值：在 I_F= 100 mA（脉冲）时为 90 mW/sr。
  • 典型值：在 I_F= 1 A（脉冲）时为 900 mW/sr。
• 峰值波长（λ_p)）：在 I_F= 20 mA 时典型值为 850 nm。
• 光谱带宽（Δλ））：在 I_F= 20 mA 时典型值为 45 nm。
• 正向电压（V_F):
  • ）：在 I_F= 20 mA 时，典型值：1.45 V，最大值：1.65 V。
  • 在 I_F= 100 mA（脉冲）时，典型值：1.80 V，最大值：2.40 V。
  • 在 I_F= 1 A（脉冲）时，典型值：4.10 V，最大值：5.25 V。
• 反向电流（I_R)）：在 V_R= 5 V 时，最大值为 10 μA。
• 视角（2θ_1/2)）：在 I_F= 20 mA 时典型值为 25 度。

注：正向电压（±0.1V）、辐射强度（±10%）和主波长（±1.0nm）的测量不确定度已指定。

3. 性能曲线分析

规格书提供了多条特性曲线，用以说明器件在不同条件下的行为。这些曲线对于设计工程师预测实际应用中的性能至关重要。

3.1 正向电流与环境温度关系

此曲线显示了最大允许正向电流随环境温度升高而降额的情况。器件的功耗能力随温度升高而降低，必须在热设计中加以考虑，以防止过热。

3.2 光谱分布

光谱输出图确认了在850nm处的峰值发射及其定义的带宽。这对于确保与目标接收器（例如，在800-900nm附近最敏感的硅光电探测器）的光谱灵敏度兼容至关重要。

3.3 辐射强度与正向电流关系

此图展示了驱动电流与光输出之间的关系。通常表现为亚线性增长，意味着在极高电流下效率可能下降。设计人员利用此图来选择平衡输出功率、效率和器件寿命的工作点。

3.4 相对辐射强度与角位移关系

此极坐标图定义了空间发射模式（视角）。典型的25度半角表明光束具有适度的聚焦性，有助于将红外能量导向特定目标或传感器。

3.5 峰值发射波长与环境温度关系

红外LED的峰值波长会随温度发生偏移，典型值约为0.2-0.3 nm/°C。此曲线量化了HIR204C的波长偏移，这对于波长精确匹配至关重要的应用非常重要。

3.6 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

二极管的基本电气特性。此曲线用于确定LED在给定工作电流下的压降，这对于设计驱动电路（例如，选择限流电阻或设计恒流驱动器）是必需的。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸（T-1，3毫米）

本器件符合标准T-1（3毫米）径向引线封装尺寸。关键机械规格包括：

• 整体封装直径约为3.0毫米。
• 标准引脚间距（中心距）为2.54毫米（0.1英寸）。
• 规格书中提供了详细的尺寸图，标明了长度、直径和引线规格，除非另有说明，一般公差为±0.25毫米。

4.2 极性识别

LED的透镜上有一个平面或其中一根引脚较短，用以指示阴极（负极）端子。在电路组装时必须注意正确的极性。

5. 焊接与组装指南

正确的操作对于保持器件的可靠性和性能至关重要。

5.1 引脚成型

• 弯曲点必须距离环氧树脂透镜根部至少3毫米，以避免对内部芯片和键合线产生应力。
• 应在焊接前成型引脚。
• 避免对封装施加应力。PCB孔必须与LED引脚完美对齐，以防止安装应力。
• 在室温下剪切引脚。

5.2 储存条件

• 推荐储存条件：温度 ≤ 30°C，相对湿度（RH）≤ 70%。
• 在此条件下，出货后的保质期为3个月。
• 如需更长时间储存（最长1年），请使用带有氮气气氛和干燥剂的密封容器。
• 避免在潮湿环境中温度骤变，以防凝结。

5.3 焊接建议

保持焊点与环氧树脂灯体之间的最小距离为3毫米。

• 手工焊接：烙铁头温度 ≤ 300°C（最大30W），焊接时间 ≤ 3 秒。
• 波峰焊/浸焊：预热 ≤ 100°C（最长60秒），焊锡槽温度 ≤ 260°C，浸入时间 ≤ 5 秒。
• 在高温操作期间避免对引脚施加应力。
• 不要进行超过一次的浸焊/手工焊接。
• 焊接后让器件逐渐冷却至室温，冷却期间保护其免受冲击或振动。

5.4 清洁

• 如有必要，仅可在室温下使用异丙醇清洁，时间 ≤ 1 分钟。风干。
• 不建议使用超声波清洗。如不可避免，必须仔细评估其潜在影响。

6. 包装与订购信息

6.1 包装材料与规格

器件采用防潮材料包装，以防止在储存和运输过程中受损。包装层级如下：

1. 器件置于防静电袋中。
2. 防静电袋置于内盒中。
3. 内盒装入主运输箱中。

6.2 包装数量

• 每个防静电袋最少200至1000件。
• 每个内盒装5袋。
• 每个主运输箱装10盒。

6.3 标签说明

包装上的标签包含关键标识符：

• CPN：客户生产编号
• P/N：生产编号（料号）
• QTY：包装数量
• CAT：等级（性能分档）
• HUE：主波长
• REF：参考
• LOT No：用于追溯的批次号

7. 应用设计考量

7.1 驱动电路设计

由于二极管的指数型I-V特性，必须使用恒流驱动器或限流电阻。电阻值（R_limit）可使用欧姆定律计算：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F。对于给定的I_F，始终使用规格书中的最大V_F值，以确保在所有条件下都有足够的电流。对于脉冲操作（例如遥控器），确保驱动器能够以正确的占空比提供高峰值电流（高达1A）。

7.2 热管理

虽然该封装在25°C时可耗散150mW，但此额定值会随环境温度降额。在密闭空间或高环境温度下，应确保实际功耗（I_F* V_F）低于降额后的极限值。对于连续大电流工作，可能需要足够的PCB铜箔面积或其他散热措施。

7.3 光学设计

25度的视角在光束集中度和覆盖范围之间取得了平衡。对于更长距离的应用，可以使用次级光学器件（透镜）来准直光束。对于广域覆盖，可能需要使用漫射器。确保接收器的视场和光谱灵敏度与LED的输出相匹配。

8. 技术对比与差异化

HIR204C在其类别（3毫米红外LED）中的关键差异化优势在于其结合了高辐射强度（脉冲下高达900 mW/sr）和相对较低的正向电压（20mA时典型值1.45V）。这使得它效率更高，在给定光输出下，与具有更高V_F的器件相比，能降低功耗和发热。850nm波长是硅基接收器的标准，在接收器灵敏度和相对不可见性之间取得了良好平衡。其坚固的结构和透明的封装材料有助于实现其宣称的高可靠性。

9. 常见问题解答（FAQ）

9.1 连续电流额定值与脉冲电流额定值有何区别？

连续电流额定值（100mA）是LED可以无限期承受而不会损坏风险的最大直流电流。脉冲电流额定值（1A）要高得多，但只能在极短的脉冲（≤100μs）和极低的占空比（≤1%）下应用。这使得器件可以实现短暂的高亮度爆发（常见于遥控信号），而不会导致过热。

9.2 为什么1A时的正向电压比20mA时高？

这是由于LED芯片和封装内部固有的串联电阻所致。随着电流增加，该内阻上的压降（V = I * R）增加，导致总正向电压升高。规格书提供此数据，以便设计驱动器能够在目标工作电流下提供必要的电压。

9.3 此LED能否用于数据传输？

可以，其快速开关能力（从其用于遥控器可知）使其适用于自由空间系统中的调制数据传输。可实现的数据速率将取决于驱动电路快速切换电流的能力以及接收器的带宽。

10. 实际用例

10.1 设计一个简单的红外信标

目标：创建一个持续点亮的红外信标，用于几米范围内的接近感应。

设计步骤:

1. 选择工作点：选择I_F= 50mA，以平衡良好的输出和适中的功耗。根据I-V曲线，估算V_F≈ 1.6V。
2. 计算驱动器：使用5V电源和一个串联电阻：R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω。电阻功耗：P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17W。使用一个68Ω，0.25W的电阻。
3. 热检查：LED功耗：P_LED= V_F* I_F= 1.6V * 0.05A = 80mW。这远低于25°C时的150mW额定值。如果预期环境温度为50°C，请查阅降额曲线以确保80mW仍然是安全的。
4. 安装：将LED放置在PCB上，孔位与引脚对齐。焊接时，保持焊点距离透镜主体>3mm。
5. 配对：使用对850nm光敏感的光敏三极管或接收模块，并将其置于LED的25度光束锥角内。

11. 工作原理

红外LED是一种半导体p-n结二极管。当施加正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入结区。当这些载流子复合时，它们以光子（光）的形式释放能量。所使用的特定半导体材料（本例中为GaAlAs）决定了带隙能量，从而直接定义了发射光子的波长——在本例中，位于850nm附近的近红外区域。水清环氧树脂封装充当透镜，塑造输出光束，并保护精密的半导体芯片。

12. 技术趋势

红外LED的发展持续聚焦于几个关键领域：提高效率（每瓦电输入产生更多光功率输出）、更高的功率密度（更小的封装能够承受更大电流）以及在恶劣环境条件下提升可靠性。同时，也在持续开发其他特定波长的器件（例如，940nm以提高隐蔽性，或用于气体传感的特定波长）。将驱动电路和接收器集成到紧凑模块中是另一个重要趋势，这简化了最终用户的系统设计。HIR204C代表了一项成熟、可靠的技术，非常适合其目标应用。