HIR323C 5mm 红外发光二极管规格书 - 5mm直径 - 1.45V正向电压 - 850nm波长 - 150mW功耗 - 中文技术文档

1. 产品概述

HIR323C是一款高强度的红外发射二极管，采用标准的T-1（5mm）封装，并配有透明塑料透镜。该器件专为在红外传感和通信系统中提供可靠性能而设计。其光谱输出经过专门匹配，可与常见的硅光敏晶体管、光电二极管和红外接收模块兼容，从而确保系统达到最佳效率。该元件的主要应用领域是红外应用系统，包括遥控器、物体检测、接近感应和光电开关。

1.1 核心优势与目标市场

这款红外LED的关键优势源于其设计和材料选择。它采用GaAlAs（砷化镓铝）芯片材料，这种材料以高效的红外发射而闻名。该封装提供了高辐射强度，能够实现强大的信号传输。一个显著特点是其低正向电压，这有助于降低最终应用中的功耗。该产品设计符合现代环境和安全标准，为无铅、符合RoHS、符合欧盟REACH法规且无卤素。这使其适合全球市场，特别是在需要可靠、长寿命红外源的消费电子、工业自动化和安防系统中。

2. 技术参数深度解析

本节对规格书中列出的关键技术参数进行详细、客观的解读，阐释其对设计工程师的意义。

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损坏的应力极限。不保证在这些条件下运行。

• 连续正向电流 (IF):100 mA。这是在规定条件下可以无限期通过LED的最大直流电流。
• 峰值正向电流 (IFP):1.0 A。此高电流仅在脉冲条件下允许（脉冲宽度 ≤ 100μs，占空比 ≤ 1%）。适用于需要极短、高强度脉冲的应用。
• 反向电压 (VR):5 V。在反向偏置方向上超过此电压可能导致结击穿。
• 工作与存储温度:范围从 -40°C 到 +85°C（工作）和 -40°C 到 +100°C（存储）。此宽范围确保了在恶劣环境下的可靠性。
• 功耗 (Pd):在环境温度25°C或以下时为150 mW。这是封装可以耗散为热量的最大功率。实际允许的正向电流在更高的环境温度下会降额。

2.2 光电特性

这些参数在标准测试条件（Ta=25°C）下测量，定义了器件的性能。

• 辐射强度 (Ie):这是每单位立体角发射的光功率，以 mW/sr 为单位测量。在 IF=20mA 时，典型值为 30 mW/sr。在100mA脉冲操作下，可达130 mW/sr。更高的辐射强度意味着更长的操作距离或更好的信噪比。
• 峰值波长 (λp):850 nm（典型值）。这是光输出功率最大的波长。850nm属于近红外光谱，人眼不可见，但能被硅基传感器有效检测。
• 光谱带宽 (Δλ):45 nm（典型值）。这定义了以峰值波长为中心的发射波长范围。更窄的带宽有利于滤除环境光噪声。
• 正向电压 (VF):在20mA时为1.45V（典型值），最大为1.65V。在100mA（脉冲）时，最大为2.40V。低VF是关键效率参数。
• 视角 (2θ1/2):15度（典型值）。这是辐射强度下降到其最大值（轴向）一半时的全角。窄视角产生更聚焦的光束。

3. 分档系统说明

HIR323C采用分档系统，根据器件在20mA标准测试电流下测得的辐射强度进行分类。这使得设计人员能够选择满足其应用特定最低输出要求的部件。

• P档:辐射强度范围从 15.0 mW/sr（最小值）到 24.0 mW/sr（最大值）。
• Q档:辐射强度范围从 21.0 mW/sr（最小值）到 34.0 mW/sr（最大值）。
• R档:辐射强度范围从 30.0 mW/sr（最小值）到 48.0 mW/sr（最大值）。

选择更高档位（例如R档）保证了更高的最低输出，这对于确保系统性能的一致性至关重要，尤其是在温度变化和产品寿命期间。

4. 性能曲线分析

规格书包含多个图表，说明了器件在不同条件下的行为。理解这些对于稳健的电路设计至关重要。

4.1 正向电流与环境温度关系

此曲线显示了最大允许连续正向电流随着环境温度升高而降额的情况。随着温度升高，封装的散热能力下降，因此必须降低电流以保持在由最大功耗定义的安全工作区（SOA）内。设计人员必须使用此图表为其预期工作环境选择合适的限流电阻或驱动器。

4.2 辐射强度与正向电流关系

此图描述了驱动电流（IF）与光输出（Ie）之间的关系。它通常是非线性的。输出随电流增加而增加，但在极高电流下可能因热效应和效率效应而饱和。该曲线有助于确定达到所需输出水平所需的驱动电流。

4.3 光谱分布

此图显示了相对辐射强度作为波长的函数。它确认了峰值波长（λp ~850nm）和光谱带宽（Δλ）。此曲线的形状对于确保与接收传感器（光敏晶体管/光电二极管）的光谱灵敏度曲线兼容性非常重要。

4.4 相对辐射强度与角位移关系

此极坐标图说明了LED的发射模式。强度沿中心轴（0°）最高，并随着角度增加而减小。15度视角定义为强度下降到其峰值50%的位置。此信息对于光学设计至关重要，用于确定系统中的光束扩散和对准公差。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸图

该器件符合标准的T-1（5mm）圆形LED封装外形。关键尺寸包括总直径（典型值5.0mm）、透镜高度和引脚间距（2.54mm或0.1英寸，这是标准的PCB孔间距）。图纸指定了阳极和阴极引脚，较长的引脚通常是阳极。所有未指定的公差为±0.25mm。工程师必须参考此图纸进行PCB焊盘设计和机械间隙检查。

5.2 极性识别

该元件使用标准的LED极性惯例：较长的引脚是阳极（+），较短的引脚是阴极（-）。封装在阴极引脚附近的边缘可能有一个平面。正确的极性对于操作至关重要；超过5V的反向偏置可能损坏器件。

6. 焊接与组装指南

正确处理对于保持器件可靠性和性能至关重要。

6.1 引脚成型

• 弯曲必须发生在环氧树脂球泡底部至少3mm处，以避免对内部芯片和键合线产生应力。
• 成型应始终在焊接过程之前进行。
• 成型过程中对封装的机械应力必须最小化，以防止裂纹或内部损坏。
• PCB孔对准必须精确，以避免安装应力。

6.2 存储条件

推荐的存储环境为30°C或以下，相对湿度（RH）70%或以下。在此条件下的保质期为发货后3个月。对于更长时间的存储（最长一年），器件应保存在带有氮气气氛和干燥剂的密封容器中，以防止吸湿，吸湿会影响可焊性和可靠性。

6.3 焊接参数

必须在焊点和环氧树脂球泡之间保持至少3mm的最小距离，以防止热损伤。

• 手工焊接:烙铁头最高温度300°C（对于30W烙铁），每个引脚焊接时间最长3秒。
• 波峰焊/浸焊:预热最高温度100°C，最长60秒。焊锡槽最高温度260°C，浸入时间不超过5秒。

规格书提供了推荐的焊接温度曲线，强调了控制升温速率、峰值温度和冷却速率以防止热冲击的重要性。焊接（浸焊或手工焊）不应进行超过一次。焊接后，器件应避免振动，直至冷却至室温。

6.4 清洗

如果需要清洗，只能使用室温下的异丙醇，持续时间不超过一分钟。强烈不建议使用超声波清洗，因为高频振动可能损坏LED的内部结构。如果绝对需要，必须事先仔细验证该工艺。

7. 包装与订购信息

7.1 包装规格

器件通常包装在防静电袋中，以防止静电放电（ESD）损坏。常见的包装配置是：每袋200-500片，5袋放入一个内盒，10个内盒放入一个主（外）箱。

7.2 标签格式规格

包装上的标签包含用于追溯和正确应用的关键信息：

• P/N:产品编号（HIR323C）。
• CAT:发光强度等级（即分档代码：P、Q或R）。
• LOT No:用于生产追溯的批号。
• 其他代码可能包括客户零件号（CPN）、数量（QTY）和日期代码。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

• 红外遥控器:用于电视、音响系统和其他消费电子产品。
• 物体/接近感应:用于家电、自动售货机和工业设备，以检测物体的存在与否。
• 光电开关和编码器:其中中断或反射红外光束表示位置或运动。
• 安防系统:作为红外入侵检测光束的一部分。
• 数据传输:用于短距离、单工串行数据链路（IrDA兼容系统可能需要特定器件）。

8.2 设计注意事项

• 限流:LED是电流驱动器件。始终使用串联电阻或恒流驱动器将正向电流（IF）设置为所需值，根据电源电压（Vcc）、LED正向电压（VF）和所需电流计算：R = (Vcc - VF) / IF。
• 热管理:对于在较高电流或较高环境温度下的连续操作，请考虑降额曲线。确保足够的PCB铜面积或其他方法将热量从LED引脚传导出去。
• 光学对准:15度的窄视角要求发射器和检测器之间进行精心的机械对准，以获得最佳信号强度。
• 抗环境光干扰:对于在环境光变化（例如阳光）的环境中运行的系统，考虑以特定频率调制红外信号，并使用调谐到该频率的接收器来抑制背景噪声。

9. 技术对比与差异化

虽然存在许多5mm红外LED，但HIR323C通过参数组合实现了差异化。其高典型辐射强度（20mA时30 mW/sr）使其在同类封装尺寸中处于较高性能层级。极低的典型正向电压（1.45V）提高了能源效率，这在电池供电应用中尤其有价值。与硅光电探测器的特定匹配以及符合严格的环境标准（无卤素、REACH），使其成为需要可靠、长期性能的现代环保设计中的合适选择。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1: 我可以直接从3.3V或5V微控制器引脚驱动这个LED吗？

A: 不行。LED必须限制其电流。将其直接连接到像MCU引脚这样的低阻抗电压源会导致过大电流流过，可能同时损坏LED和MCU输出。务必使用限流电阻或驱动电路。

Q2: P、Q和R档有什么区别？

A: 它们代表了不同的有保证的最低辐射输出水平。R档具有最高的最低输出（30 mW/sr），其次是Q档（21 mW/sr），然后是P档（15 mW/sr）。请根据应用中所需的信号强度和链路余量进行选择。

Q3: 规格书显示峰值正向电流为1A。我可以将其用于高功率脉冲应用吗？

A: 可以，但仅限于注明的严格条件下：脉冲宽度必须为100微秒或更短，占空比必须为1%或更低（例如，每10ms一个100μs脉冲）。这使得LED能够处理高瞬时功率而不会过热。

Q4: 为什么存储条件和保质期很重要？

A: 塑料封装的电子元件会从大气中吸收湿气。在高温焊接过程中，这些被困住的湿气会迅速膨胀，导致内部分层或"爆米花"现象，从而使封装破裂并损坏器件。遵守存储指南并在必要时烘烤元件对于实现高良率的制造至关重要。

11. 实际设计与使用案例

案例：设计一个简单的物体检测传感器。

一个常见的用途是遮断式光束传感器。HIR323C放置在路径的一侧，一个与850nm匹配的光敏晶体管直接放置在对面。微控制器通过一个100Ω电阻从5V电源驱动LED，产生的正向电流约为（5V - 1.45V）/100Ω = 35.5mA。LED以1kHz频率、50%占空比脉冲工作，以节省电力，并允许通过微控制器中的同步检测来抑制环境光。光敏晶体管的输出由MCU的ADC读取。当物体遮断光束时，ADC读数下降，触发一个动作。HIR323C的15度窄视角有助于创建明确的感应区域，减少因物体从附近经过但未穿过光束而导致的误触发。

12. 原理介绍

红外发光二极管（IR LED）是一种半导体p-n结二极管，在正向偏置时会发光。当电流从阳极（p型材料）流向阴极（n型材料）时，电子在结区与空穴复合，以光子的形式释放能量。发射光的波长由半导体材料的能带隙决定。对于HIR323C，GaAlAs材料系统的带隙对应于850纳米左右的近红外区域的光子。透明环氧树脂透镜对此波长透明，并成型以产生所需的辐射模式（视角）。

13. 发展趋势

红外发射器技术的发展趋势继续朝着更高效率（每瓦电输入功率产生更多光输出功率）的方向发展，这可以实现更长的距离、更低的功耗或两者兼得。小型化也是一个趋势，表面贴装器件（SMD）封装比像T-1这样的通孔类型更普遍，适用于自动化组装。集成是另一个趋势，组合的发射器-传感器模块和带有内置信号处理的智能传感器变得常见。此外，遵守并超越环境法规（如无卤素要求）仍然是服务于全球市场的元件制造商的关键重点。虽然标准的850nm由于良好的硅传感器响应和低成本而仍然流行，但其他波长如940nm正在获得关注，适用于不希望看到微弱红光（某些850nm LED中存在）的应用。