HIR67-21C/L11/TR8 微型顶贴式红外LED规格书 - 850nm峰值波长 - 120°视角 - 65mA正向电流 - 中文技术文档

1. 产品概述

HIR67-21C/L11/TR8是一款专为表面贴装应用设计的高性能红外（IR）发射二极管。它采用微型平顶SMD封装，由透明塑料模压而成，兼具透镜功能。该器件设计为发射峰值波长为850nm的光，使其光谱与常见的硅光二极管和光敏三极管相匹配。这种匹配对于在光电系统中实现最大检测效率至关重要。

其核心优势包括低正向电压（有助于提高能效）以及与标准红外和气相回流焊接工艺的兼容性。该元件还符合关键的环境和安全标准，为无铅、符合RoHS、符合欧盟REACH法规且无卤素，满足溴和氯含量的特定阈值要求。

这款红外LED的目标市场涵盖各种需要可靠、不可见光传感的消费电子和工业电子领域。

2. 技术参数深度解析

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。在此条件下工作不保证性能。

• 连续正向电流 (IF):65 mA。这是可以持续通过LED的最大直流电流。
• 反向电压 (VR):5 V。超过此反向偏置电压可能导致结击穿。
• 工作与存储温度 (Topr, Tstg):-40°C 至 +100°C。此宽范围确保了在恶劣环境下的可靠性。
• 焊接温度 (Tsol):最高260°C，持续时间不超过5秒，兼容无铅回流焊温度曲线。
• 功耗 (Pd):在环境温度25°C或以下时为130 mW。在更高温度下必须进行功率降额。

2.2 光电特性 (Ta=25°C)

这些参数定义了器件在典型工作条件下的性能。

• 辐射强度 (Ie):在正向电流 (IF) 为20mA时，典型值为2.0 mW/sr。在100mA脉冲工作（100μs脉宽，≤1%占空比）下，可达10 mW/sr。
• 峰值波长 (λp):850 nm（典型值）。这是发射光功率达到最大值时的波长。
• 光谱带宽 (Δλ):45 nm（典型值）。这表示以峰值为中心发射的波长范围。
• 正向电压 (VF):在20mA时典型值为1.45V，最大值为1.65V。在100mA（脉冲）时，范围为1.80V至2.40V。
• 反向电流 (IR):在反向电压5V下，最大为10 μA。
• 视角 (2θ1/2):120度（典型值）。这是辐射强度降至其最大值一半时的全角，表明光束模式非常宽。

3. 性能曲线分析

规格书提供了几条对电路设计和热管理至关重要的特性曲线。

3.1 功耗与环境温度关系

此图显示了最大允许功耗如何随环境温度升高而降低。设计人员必须使用此曲线确保LED在其安全工作区内运行，尤其是在高温应用中。降额是线性的，从25°C时的130mW开始，在最高结温时降至零。

3.2 光谱分布

光谱分布曲线绘制了相对强度与波长的关系。它确认了850nm处的峰值发射以及大约45nm的光谱带宽。此信息对于选择匹配的光电探测器和光学滤波器至关重要。

3.3 正向电流与正向电压关系 (IV曲线)

这种非线性关系对于设计限流电路至关重要。曲线显示，超过典型VF的微小电压增加会导致电流急剧且可能具有破坏性的增加，这强调了需要适当的电流调节（例如串联电阻或恒流驱动器）。

3.4 相对辐射强度与角度位移关系

此极坐标图直观地表示了120度视角。强度在0度（垂直于LED表面）时最高，并从中心向±60度对称地降至其最大值的50%。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

LED采用紧凑的SMD封装提供。关键尺寸包括主体尺寸、引脚间距和总高度。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.1mm。平顶透镜设计有助于实现宽视角。

4.2 极性标识

阴极通常通过封装上的标记（如凹口、圆点或修剪过的引脚）来指示。组装时必须注意正确的极性，以防止反向偏置损坏。

4.3 载带与卷盘规格

元件以8mm载带形式供应在7英寸直径的卷盘上，适用于自动贴片组装。每卷包含2000片。提供了详细的载带尺寸（凹槽尺寸、间距等），以确保与自动组装设备的兼容性。

5. 焊接与组装指南

5.1 存储与防潮敏感性

LED具有防潮敏感性（MSL）。注意事项包括：

• 在准备使用前，请勿打开防潮袋。
• 未开封的袋子应存储在≤30°C和≤90% RH条件下。一年内使用。
• 开封后，若存储在≤30°C和≤70% RH条件下，请在168小时（7天）内使用元件。
• 如果超过存储时间或干燥剂指示受潮，请在使用前在60±5°C下烘烤24小时。

5.2 回流焊接

提供了推荐的无铅回流焊温度曲线。要点包括：

• 峰值温度不应超过260°C。
• 应控制液相线以上（例如217°C）的时间。
• 回流焊接次数不应超过两次。
• 在加热和冷却过程中避免对封装施加机械应力。

5.3 手工焊接与返修

如果必须进行手工焊接：

• 使用烙铁头温度为<350°C的烙铁。
• 每个焊端接触时间限制在≤3秒。
• 使用额定功率≤25W的烙铁。
• 焊接每个焊端之间应有≥2秒的冷却间隔。
• 避免对已焊接的LED进行返修。如果不可避免，请使用双头烙铁同时加热两个焊端，以最小化热应力。任何返修尝试后，请验证器件功能。

6. 应用建议

6.1 典型应用场景

规格书列出了几种应用，包括：

• 软盘驱动器与录像机：用于位置传感和磁带末端检测。
• 光电开关：通过将红外LED与光敏三极管或光敏二极管配对，用于物体检测、计数和位置传感。
• 相机：常用于自动对焦系统或用于夜视的红外照明。
• 烟雾探测器：用于遮光型探测器，其中烟雾颗粒会中断LED和传感器之间的红外光束。

6.2 设计考量

限流：这是最关键的设计方面。必须使用外部串联电阻来设定工作电流，并保护LED免受因微小电压波动引起的过流。电阻值 (R) 可使用欧姆定律计算：R = (电源电压 - VF) / IF，其中VF是规格书中在所需电流IF下的正向电压。
热管理：对于在接近最大额定电流或高环境温度下连续运行，需考虑PCB布局以利于散热。确保功耗 (Pd = VF * IF) 不超过"功耗与环境温度关系"曲线中降额后的最大值。
光学设计：120°宽光束适用于需要广泛覆盖的应用。对于更聚焦的光束，可能需要外部透镜或反射器。确保外壳材料对850nm红外光透明。

7. 技术对比与差异化

虽然规格书未与特定竞品进行比较，但HIR67-21C/L11/TR8提供了使其在市场上具有良好定位的功能组合：

• 宽视角 (120°):比许多标准红外LED（视角通常在20-60度左右）提供更广泛的覆盖范围。
• 低正向电压：与具有更高VF的LED相比，有助于降低功耗和减少发热。
• 环保合规性：其无铅、RoHS、REACH和无卤素状态符合严格的全球法规要求，这是现代电子制造的关键差异化因素。
• 高脉冲输出：在脉冲工作（100mA）下提供10 mW/sr的能力，使其适用于需要高瞬时信号强度的应用，如某些传感或通信协议。

8. 常见问题解答 (基于技术参数)

问：为什么限流电阻绝对必要？
答：IV曲线显示了LED的指数型电流-电压关系。电源电压超过标称VF的微小增加会导致电流非常大且可能具有破坏性的增加。串联电阻提供线性压降，稳定电流并保护LED。

问：我可以直接用3.3V或5V微控制器引脚驱动这个LED吗？
答：不可以。微控制器引脚的电流源/灌能力有限（通常为20-40mA），并非设计用于直接驱动功率LED。此外，您仍然需要一个串联电阻。应使用微控制器引脚来控制一个晶体管或MOSFET，由后者来开关LED所需的更高电流。

问："与硅光二极管光谱匹配"是什么意思？
答：硅光电探测器在近红外区域（约800-900nm）具有峰值灵敏度。此LED的850nm峰值波长正好落在此高灵敏度区域内，确保探测器将发射光最大程度地转换为电流，从而实现最佳的系统信噪比。

问：如何理解100mA测试条件中的"脉宽≦100μs，占空比≦1%"？
答：这意味着在100mA下的更高辐射强度和正向电压值仅在LED以脉冲方式驱动（而非直流驱动）时才有效。脉冲必须为100微秒或更短，且脉冲之间的时间必须足够长，以使平均占空比为1%或更低（例如，每10ms一个100μs脉冲）。这可以防止过度发热。

9. 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。
目标：检测物体何时通过红外LED和光敏三极管之间。
组件：HIR67-21C/L11/TR8红外LED、匹配的硅光敏三极管、电阻、比较器/运算放大器或微控制器。
步骤：

1. LED驱动电路：使用5V电源为LED供电。选择一个工作电流，例如20mA，以获得良好的强度和寿命。计算串联电阻：R = (5V - 1.45V) / 0.020A = 177.5Ω。使用标准180Ω电阻。验证电阻和LED上的功耗是否可接受。
2. 探测器电路：将光敏三极管与LED相对放置并对齐。当红外光束未被遮挡时，光敏三极管导通，在负载电阻上产生压降。当物体阻挡光束时，光敏三极管停止导通，电压发生变化。
3. 信号调理：此电压变化可以馈入比较器以产生干净的数字信号，或直接馈入微控制器的模数转换器（ADC）引脚进行更复杂的处理。
4. 注意事项：屏蔽环境光（其中包含红外线）以防止误触发。LED的120°光束有助于提高对准容差，但可能需要使用管状物或屏障来更精确地定义传感路径。

10. 原理介绍

红外发光二极管（IR LED）的工作原理与可见光LED相同：半导体材料中的电致发光。当在p-n结上施加正向电压时，来自n区的电子与来自p区的空穴复合。此复合事件释放能量。在红外LED中，选择的半导体材料（本例中为砷化镓铝 - GaAlAs）使其能带隙对应于红外光谱（波长长于可见红光，通常为700nm至1mm）中的光子发射。850nm波长位于"近红外"（NIR）区域，人眼不可见，但易于被硅基传感器检测。平顶透明环氧树脂封装既作为环境密封，也作为透镜来塑造发射光的辐射模式。

11. 发展趋势

红外光电子领域持续发展。与HIR67-21C/L11/TR8等组件相关的关键趋势包括：

• 效率提升：持续的材料科学研究旨在开发具有更高内量子效率（每个电子产生更多光子）和改进封装光提取效率的半导体结构，从而在相同输入功率下获得更高的辐射强度。
• 小型化：对更小、更密集电子产品的推动要求更紧凑的SMD封装，同时保持或改善光学性能和热特性。
• 增强的波长选择：虽然850nm和940nm很常见，但针对特定应用（如医疗设备的810nm或气体传感的特定波段）的其他近红外波长也在开发中。
• 集成化：趋势包括将红外LED与驱动IC集成，甚至与光电探测器集成在单个封装中，以创建完整、校准的传感器模块，从而为最终用户简化系统设计。
• 更严格的合规性：环境和材料法规（RoHS、REACH、无卤素）将继续变得更加严格，推动开发在不影响性能或可靠性的前提下满足这些要求的新封装材料和制造工艺。