红外MIDLED HIR89-01C/1R 数据手册 - 3.0x2.8x1.9mm - 1.55V - 850nm - 100mW - 英文技术文档

1. 产品概述

HIR89-01C/1R是一款采用MIDLED封装的微型表面贴装红外发射二极管。其主要功能是发射峰值波长为850纳米的红外光，其光谱经过优化，可与硅光电二极管和光电晶体管兼容。这使其成为各种不可见光传感与通信系统中的基础组件。

该器件采用GaAlAs芯片材料制造，封装于水清透镜内。其主要设计优势包括低正向电压（有助于提高能效）以及相对较窄的30度视角，可实现定向红外发射。该产品符合现代环保与安全标准，无铅、符合欧盟REACH法规，并归类为无卤产品。

1.1 核心特性与合规性

• 电气效率： 低正向电压特性。
• 光学性能： 定向发射的典型视角为30°。
• 环境合规性： 无铅（Pb-free）结构。
• RoHS合规性： 本产品符合《有害物质限制指令》的要求。
• REACH合规性： 符合欧盟《化学品注册、评估、授权和限制法规》的要求。
• 无卤： Contains very low levels of bromine (Br) and chlorine (Cl), specifically Br <900 ppm, Cl <900 ppm, and Br+Cl < 1500 ppm.

2. 技术规格详解

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能对器件造成永久性损坏的极限。不保证在此条件下运行。

• 连续正向电流 (I_F): 65 毫安
• 峰值正向电流 (I_FP): 200 mA (脉冲宽度 ≤500μs，占空比 ≤5%)
• 反向电压 (V_R): 5 V
• 工作温度 (T_opr): -40°C 至 +100°C
• Storage Temperature (T_stg): -40°C 至 +100°C
• 焊接温度 (T_固相线): 260°C (时间≤5秒)
• 功耗 (P_d): 100 mW（环境温度在25°C或以下时）

2.2 电光特性

这些参数是在25°C的标准环境温度下测量的，定义了器件在典型工作条件下的性能。

• 辐射强度 (I_e): 40 至 125 mW/sr (在 I_F=70mA, 20ms脉冲条件下测量)。该器件被分级为不同等级 (C: 40-80 mW/sr, D: 63-125 mW/sr)。
• 峰值波长 (λ_p): 850 nm（典型值，在 I_F=100mA 时）。
• 光谱带宽 (Δλ)： 30 nm（典型值，在 I_F=100mA 时）。
• 正向电压 (V_F):
  • 1.40V 至 1.70V (在 I_F=20mA 时)
  • 1.55V 至 1.90V (在 I_F=70mA, 20ms 脉冲时)
• 反向电流 (I_R): 最大10微安 (在V_R=5V时)。
• 视角 (2θ_1/2): 30°（典型值，在 I_F=20mA 时）。

3. 性能曲线分析

该数据手册提供了对电路设计和热管理至关重要的若干特性曲线。

3.1 正向电流与环境温度关系

此图说明了最大允许连续正向电流随环境温度升高而降额的情况。额定电流从25°C时的65mA开始线性下降，随着温度接近100°C的最高工作限值，电流值进一步降低。设计人员必须利用此曲线确保LED在高温环境下不被过驱动。

3.2 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

I-V曲线显示了典型的二极管指数关系。这对于选择合适的限流电阻至关重要。电压略微超过典型V_F 便可能导致电流大幅且可能具有破坏性的增加，这凸显了串联电阻的必要性。

3.3 辐射强度与正向电流关系

该曲线表明，光输出（辐射强度）随正向电流增加而增加，但两者并非完全呈线性关系，尤其是在较高电流下。这有助于设计者选择一个能平衡亮度、效率和器件寿命的工作点。

3.4 光谱分布

光谱图证实发射中心位于850nm，典型的半高全宽（FWHM）为30nm。这种窄带宽确保了与硅基探测器峰值灵敏度的良好匹配。

3.5 相对辐射强度与角位移关系

该极坐标图直观地定义了30°视角，展示了光强在中心轴±15°范围内降至峰值一半的变化。这一信息对于光学系统设计至关重要，决定了光束发散范围和对准精度要求。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

HIR89-01C/1R 采用紧凑型 MIDLED 表面贴装封装。关键尺寸（单位：毫米）如下：

• 总长度：3.0 毫米
• 总宽度：2.8 毫米
• 总高度：1.9 mm
• 引脚间距：2.0 mm

未标注尺寸的公差为±0.1毫米。数据手册中提供了详细的尺寸标注图，用于PCB封装设计。

4.2 极性识别

阴极已在封装上标识。数据手册中包含显示阴极标记的示意图，这对于组装时确保正确方向以防止反接至关重要。

4.3 载带尺寸

该器件以压纹载带形式提供，适用于自动化贴片组装。载带尺寸规定为与标准SMT设备兼容。每卷包含2000件。

5. 焊接与组装指南

5.1 回流焊接温度曲线

本文提供了一个推荐的无铅回流焊接温度曲线。关键参数包括：

• 预热与保温区。
• 峰值温度不超过260°C。
• 液相线以上时间（通常为217°C）。
• 冷却速率。

回流焊接不应超过两次。

5.2 手工焊接

若必须进行手工焊接，务必极其小心：

• Use a soldering iron with a tip temperature < 350°C.
• 每个端子的焊接时间限制在 ≤ 3 秒。
• 使用额定功率 ≤ 25W 的电烙铁。
• 焊接每个端子之间至少间隔 2 秒，以防止热冲击。

5.3 Rework and Repair

强烈不建议在焊接后进行维修。如不可避免，必须使用双头烙铁同时加热两个引脚，以最大限度地减少对LED封装的压力。任何返工后都必须验证对器件特性的影响。

6. 储存与操作注意事项

6.1 湿度敏感性

LED对湿度敏感。注意事项包括：

• 在准备使用前，请勿打开防潮屏障袋。
• 未开封包装袋应储存在温度≤30°C、相对湿度≤90%的环境中。
• 请在发货后一年内使用。
• 开封后，请储存在温度≤30°C、相对湿度≤70%的环境中。
• 请在打开包装袋后的168小时（7天）内完成焊接。
• 若储存时间超期或干燥剂显示受潮，使用前请在60±5°C下烘烤元件24小时。

6.2 电流保护

关键： 必须使用外部限流电阻。LED的指数型I-V特性意味着电压的微小增加会导致电流急剧上升，从而立即烧毁器件。电阻值必须根据电源电压和所需的正向电流计算，同时考虑V_F 范围。

7. 封装与订购信息

7.1 封装流程

LED采用内含干燥剂的铝箔防潮袋包装，袋身贴有重要信息标签。

7.2 标签规格

标签包含以下字段：

• CPN (客户部件编号)
• P/N (制造商部件编号: HIR89-01C/1R)
• QTY (数量)
• 类别 (等级，例如用于辐射强度的C或D)
• 色调 (峰值波长)
• 批号（可追溯批号）
• 生产产地
• Moisture Sensitivity Level (MSL)

7.3 器件选型指南

HIR89-01C/1R 是该系列的唯一型号，采用 GaAlAs 芯片和透明透镜。

8. 应用建议与设计考量

8.1 典型应用

• Infrared Sensing Systems: 接近传感器、物体检测、非接触式开关。
• 光学编码器： 电机中的位置与速度传感。
• 数据传输： 短距离红外数据链路（例如，遥控器、IrDA）。
• 机器视觉： 带红外滤光片摄像机的照明。
• 安全系统： 夜视摄像机的主动照明。

8.2 电路设计注意事项

1. 电流限制： 务必使用串联电阻。使用公式 R = (V_supply - V_F) / I_F. 使用最大 V_F 来自数据手册，以确保在所有条件下的安全电流。
2. 驱动电路： 对于脉冲操作（例如，传感、通信），请确保脉冲宽度和占空比保持在I_FP 额定值范围内，以避免过热。
3. 热管理： 请参考降额曲线。在环境温度较高或安装在有其他发热元件的电路板上时，应相应降低工作电流。
4. PCB布局： 请遵循尺寸图中推荐的焊盘布局。确保与其他元器件保持足够间距，以避免热或光学干扰。

9. 技术对比与定位

HIR89-01C/1R 定位于一款采用微型 SMD 封装的通用、可靠红外发射器。其 850nm 波长是与硅探测器兼容的行业标准。与旧式通孔红外 LED 相比，其 SMD 形式支持更小型化、自动化的 PCB 组装。30° 视角在许多应用中，在光束集中度与对准容差之间提供了良好的平衡。提供详细的分档（C 和 D 等级）使设计人员能够根据所需的输出功率选择器件，这对于实现一致的感应距离或信号强度至关重要。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 为什么限流电阻绝对必要？

LED的二极管特性使其在超过正向电压后动态电阻极低。若无电阻，电流仅受电源内阻和导线限制，而这两者通常非常小，将导致灾难性的过流。电阻提供了一种线性、可预测且安全的方法来设定工作电流。

10.2 我能直接用3.3V或5V微控制器引脚驱动这个LED吗？

不能。 微控制器GPIO引脚具有电流源/灌电流限制（通常为20-40mA），该限制值处于或低于此LED的连续额定值。更重要的是，它们无法提供必要的限流功能。您必须使用GPIO来控制一个晶体管或MOSFET，然后通过连接到主电源轨的适当限流电阻来驱动LED。

10.3 C等级和D等级分档有什么区别？

C等级和D等级规定了在70mA电流下测量的不同辐射强度（I_e）范围。C等级的输出范围较低（40-80 mW/sr），而D等级的输出范围较高（63-125 mW/sr）。选择D等级器件可以提供更高的光功率，以实现更长的距离或更稳健的信号检测，但成本可能略高。具体订购的等级将在包装标签上标明。

10.4 湿度敏感性和烘烤要求有多关键？

非常关键。塑料封装吸收的湿气在高温回流焊过程中会汽化，导致内部分层、开裂或“爆米花”现象，这可能损坏芯片或引线键合。遵守存储时间并在必要时执行烘烤程序，对于实现高组装良率和长期可靠性至关重要。

11. 设计与使用案例研究

11.1 设计一个简单的接近传感器

目标： 在10厘米范围内检测物体。
设计： 将HIR89-01C/1R与匹配的硅光晶体管配对使用。该LED通过限流电阻由5V电源驱动。利用典型的V_F 在70mA电流下电压为1.55V时，电阻值为 R = (5V - 1.55V) / 0.07A ≈ 49.3Ω（选用标准51Ω电阻）。LED通过微控制器以特定频率（如38kHz）进行脉冲驱动。光电晶体管输出端连接至调谐在相同频率的解调接收器芯片。该设计可抑制环境光干扰，通过反射的调制红外光检测物体存在。30°光束角有助于界定检测区域。

12. 工作原理

红外发光二极管（IR LED）基于半导体p-n结的电致发光原理工作。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到结区。这些载流子在活性区（此处为GaAlAs层）复合。复合过程中释放的能量以光子（光）的形式发射出来。GaAlAs半导体材料的特定带隙能量决定了发射光子的波长，对于本器件，其中心波长位于近红外光谱的850nm处。透明环氧树脂透镜将发射光塑造成指定的视角。

13. 技术趋势

红外LED技术持续发展。趋势包括：

• 更高效率： 开发新型半导体材料和结构（例如多量子阱），以实现每单位电输入获得更高的光功率输出（更高的电光转换效率）。
• 提升功率密度： 能够在更小封装内处理更高驱动电流的器件，适用于LiDAR和远距离传感等应用。
• 多波长与VCSEL： 其他红外波长LED和垂直腔面发射激光器（VCSEL）的出现（例如，940nm波长提供更好的眼睛安全性，1350nm/1550nm波长用于更长距离的激光雷达），以满足特定的应用需求。
• 集成解决方案： 将红外发射器、驱动电路，有时还包括探测器，集成到单个模块中，以简化设计并提升性能。

HIR89-01C/1R为广泛的主流红外应用提供了一个成熟、经济高效且可靠的解决方案。