3mm 紅外線LED 850nm HIR204C 規格書 - T-1 封裝 - 1.45V 正向電壓 - 150mW 功率 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

呢份文件詳細說明咗一款高強度3mm (T-1) 紅外線發光二極管 (LED) 嘅規格。呢個元件設計用嚟發射峰值波長為850納米 (nm) 嘅光線，適合用於多種紅外線感應同傳輸應用。佢嘅主要優點包括高可靠性、顯著嘅輻射輸出，同埋低正向電壓要求。

呢個LED採用砷化鎵鋁 (GaAlAs) 晶片材料製造，並封裝喺水清膠殼入面。佢嘅光譜輸出經過特別匹配，兼容常見嘅紅外線接收器，例如光電晶體管、光電二極管同埋集成接收模組。呢個產品符合RoHS (有害物質限制) 指令。

1.1 目標應用

呢個元件專為需要穩健紅外線信號傳輸嘅系統而設計。主要應用領域包括：

• 自由空間光學數據傳輸系統。
• 紅外線遙控器，特別係需要較高輸出功率嘅型號。
• 採用光學感應原理嘅煙霧探測同火警警報系統。
• 適用於工業或消費用途嘅通用紅外線應用系統。

2. 技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗元件可能受到永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作並唔保證正常。

• 連續正向電流 (I_F)): 100 mA
• 峰值正向電流 (I_FP)): 1.0 A (脈衝寬度 ≤ 100μs，佔空比 ≤ 1%)
• 反向電壓 (V_R)): 5 V
• 工作溫度 (T_opr)): -40°C 至 +85°C
• 儲存溫度 (T_stg)): -40°C 至 +100°C
• 焊接溫度 (T_sol)): 260°C (持續 ≤ 5 秒)
• 功率損耗 (P_d)): 150 mW (喺環境溫度25°C或以下)

2.2 電光特性 (T_a= 25°C)

呢啲參數定義咗元件喺指定測試條件下嘅典型性能。

• 輻射強度 (I_e):
  • 典型值: 17.6 mW/sr (當 I_F= 20 mA)。
  • 典型值: 90 mW/sr (當 I_F= 100 mA，脈衝模式)。
  • 典型值: 900 mW/sr (當 I_F= 1 A，脈衝模式)。
• 峰值波長 (λ_p)): 典型值 850 nm (當 I_F= 20 mA)。
• 光譜帶寬 (Δλ)): 典型值 45 nm (當 I_F= 20 mA)。
• 正向電壓 (V_F):
  • 典型值: 1.45 V，最大值: 1.65 V (當 I_F= 20 mA)。
  • 典型值: 1.80 V，最大值: 2.40 V (當 I_F= 100 mA，脈衝模式)。
  • 典型值: 4.10 V，最大值: 5.25 V (當 I_F= 1 A，脈衝模式)。
• 反向電流 (I_R)): 最大值 10 μA (當 V_R= 5 V)。
• 視角 (2θ_1/2)): 典型值 25 度 (當 I_F= 20 mA)。

注意: 測量不確定度已指定為：正向電壓 (±0.1V)、輻射強度 (±10%) 同主波長 (±1.0nm)。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條特性曲線，說明元件喺唔同條件下嘅行為。呢啲對於設計工程師預測實際應用中嘅性能至關重要。

3.1 正向電流 vs. 環境溫度

呢條曲線顯示咗最大允許正向電流隨住環境溫度升高而降低嘅情況。元件嘅功率損耗能力會隨溫度上升而下降，必須喺熱設計中考慮呢一點，以防止過熱。

3.2 光譜分佈

光譜輸出圖確認咗峰值發射喺850nm，並具有指定帶寬。呢點對於確保同目標接收器（例如，對800-900nm範圍最敏感嘅矽光電探測器）嘅光譜靈敏度兼容至關重要。

3.3 輻射強度 vs. 正向電流

呢個圖表展示咗驅動電流同光學輸出之間嘅關係。通常顯示出次線性增長，意味住喺極高電流下效率可能會下降。設計師會用呢個圖表嚟選擇一個平衡輸出功率、效率同元件壽命嘅工作點。

3.4 相對輻射強度 vs. 角位移

呢個極坐標圖定義咗空間發射模式（視角）。典型嘅25度半角表示光束有中等程度嘅聚焦，對於將紅外線能量導向特定目標或感測器非常有用。

3.5 峰值發射波長 vs. 環境溫度

紅外線LED嘅峰值波長會隨溫度而偏移，通常約為0.2-0.3 nm/°C。呢條曲線量化咗HIR204C嘅呢種偏移，對於需要精確波長匹配嘅應用非常重要。

3.6 正向電流 vs. 正向電壓 (I-V 曲線)

二極管嘅基本電氣特性。呢條曲線用嚟確定LED喺給定工作電流下嘅電壓降，對於設計驅動電路（例如，選擇限流電阻或設計恆流驅動器）係必需嘅。

4. 機械同封裝資訊

4.1 封裝尺寸 (T-1, 3mm)

呢個元件符合標準T-1 (3mm) 徑向引腳封裝尺寸。主要機械規格包括：

• 整體封裝直徑約為3.0mm。
• 標準引腳間距（中心之間）為2.54mm (0.1英寸)。
• 規格書中提供咗詳細嘅尺寸圖，標明長度、直徑同引線線徑，除非另有說明，一般公差為±0.25mm。

4.2 極性識別

LED嘅透鏡有一邊係平嘅，或者有一條較短嘅引腳，用嚟指示陰極（負極）端子。電路組裝時必須注意正確極性。

5. 焊接同組裝指引

正確處理對於保持元件可靠性同性能至關重要。

5.1 引腳成型

• 彎曲必須喺距離環氧樹脂透鏡底座至少3mm嘅位置進行，以避免對內部晶片同焊線造成應力。
• 喺焊接前成型引腳。
• 避免對封裝施加應力。PCB孔必須同LED引腳完美對齊，以防止安裝應力。
• 喺室溫下剪斷引腳。

5.2 儲存條件

• 建議儲存條件：≤ 30°C 同埋 ≤ 70% 相對濕度 (RH)。
• 喺呢啲條件下，出貨後嘅保存期限為3個月。
• 如需更長時間儲存（長達1年），請使用帶有氮氣環境同乾燥劑嘅密封容器。
• 避免喺潮濕環境中溫度急劇變化，以防止凝結。

5.3 焊接建議

保持焊點距離環氧樹脂燈泡至少3mm。

• 手動焊接: 烙鐵頭溫度 ≤ 300°C (最大30W)，焊接時間 ≤ 3 秒。
• 波峰/浸焊: 預熱 ≤ 100°C (最長60秒)，焊錫槽 ≤ 260°C，停留時間 ≤ 5 秒。
• 高溫操作期間避免對引腳施加應力。
• 唔好進行超過一次嘅浸焊/手動焊接。
• 焊接後讓元件逐漸冷卻至室溫，冷卻期間保護佢免受衝擊或振動。

5.4 清潔

• 如有需要，只可使用異丙醇喺室溫下清潔 ≤ 1 分鐘。風乾。
• 唔建議使用超聲波清潔。如果無法避免，必須仔細評估其潛在影響。

6. 包裝同訂購資訊

6.1 包裝材料及規格

元件使用防潮材料包裝，以防止儲存同運輸期間受損。包裝層次如下：

1. 元件放入防靜電袋。
2. 防靜電袋放入內盒。
3. 內盒裝入出貨主箱。

6.2 包裝數量

• 每個防靜電袋最少200至1000件。
• 每個內盒5袋。
• 每個出貨主箱10盒。

6.3 標籤說明

包裝上嘅標籤包含關鍵識別信息：

• CPN: 客戶生產編號
• P/N: 生產編號 (零件編號)
• QTY: 包裝數量
• CAT: 等級 (性能分級)
• HUE: 主波長
• REF: 參考
• LOT No: 批次編號，用於追溯

7. 應用設計考慮事項

7.1 驅動電路設計

由於二極管嘅指數型I-V特性，必須使用恆流驅動器或限流電阻。電阻值 (R_limit) 可以使用歐姆定律計算：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. 對於給定嘅 I_F，務必使用規格書中嘅最大 V_F值，以確保喺所有條件下都有足夠電流。對於脈衝操作（例如遙控器），確保驅動器能夠以正確嘅佔空比提供高峰值電流（高達1A）。

7.2 熱管理

雖然封裝喺25°C時可以損耗150mW，但呢個額定值會隨環境溫度升高而降低。喺密閉空間或高環境溫度下，確保實際功率損耗 (I_F* V_F) 低於降低後嘅極限。對於連續高電流操作，可能需要足夠嘅PCB銅面積或其他散熱措施。

7.3 光學設計

25度視角喺光束集中度同覆蓋範圍之間取得平衡。對於較長距離嘅應用，可以使用二次光學元件（透鏡）來準直光束。對於寬區域覆蓋，可能需要擴散器。確保接收器嘅視場同光譜靈敏度同LED嘅輸出相匹配。

8. 技術比較同差異化

HIR204C喺其類別（3mm IR LED）中嘅主要區別在於佢結合咗高輻射強度（脈衝模式下高達900 mW/sr）同相對較低嘅正向電壓（20mA時典型值1.45V）。呢個令佢效率更高，相比起具有更高 V_F嘅元件，對於給定嘅光輸出，可以降低功耗同熱量產生。850nm波長係矽基接收器嘅標準，喺接收器靈敏度同相對不可見性之間提供良好平衡。其堅固結構同透明封裝材料有助於實現其聲稱嘅高可靠性。

9. 常見問題 (FAQs)

9.1 連續電流額定值同脈衝電流額定值有咩分別？

連續電流額定值 (100mA) 係LED可以無限期承受而無損壞風險嘅最大直流電流。脈衝電流額定值 (1A) 高得多，但只能以非常低嘅佔空比 (≤1%) 應用於極短嘅脈衝 (≤100μs)。咁樣可以實現短暫嘅極高亮度爆發，常見於遙控信號，而不會令元件過熱。

9.2 點解1A時嘅正向電壓比20mA時高？

呢個係由於LED晶片同封裝內部固有嘅串聯電阻。隨著電流增加，跨過呢個內部電阻嘅電壓降 (V = I * R) 會增加，導致總正向電壓更高。規格書提供呢個數據，以便設計驅動器能夠喺目標工作電流下提供所需電壓。

9.3 呢個LED可以用於數據傳輸嗎？

可以，佢嘅快速開關能力（從其用於遙控器可知）令佢適合用於自由空間系統中嘅調製數據傳輸。可實現嘅數據速率將取決於驅動電路快速切換電流嘅能力同接收器嘅帶寬。

10. 實際用例示例

10.1 設計一個簡單嘅紅外線信標

目標: 創建一個持續開啟嘅紅外線信標，用於幾米範圍內嘅接近感應。

設計步驟:

1. 選擇工作點: 選擇 I_F= 50mA，以平衡良好輸出同適中功率。根據I-V曲線，估計 V_F≈ 1.6V。
2. 計算驅動器: 使用5V電源同一個串聯電阻：R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω。電阻功率：P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17W。使用一個68Ω，0.25W嘅電阻。
3. 熱檢查: LED功率損耗：P_LED= V_F* I_F= 1.6V * 0.05A = 80mW。呢個遠低於25°C時嘅150mW額定值。如果預計環境溫度為50°C，請參考降額曲線以確保80mW仍然安全。
4. 安裝: 將LED放置喺PCB上，孔位對齊引腳。焊接時，保持焊點距離透鏡主體 >3mm。
5. 配對: 使用一個對850nm光敏感嘅光電晶體管或接收模組，放置喺LED嘅25度光束錐角內。

11. 工作原理

紅外線LED係一種半導體p-n接面二極管。當施加正向電壓時，來自n型區域嘅電子同來自p型區域嘅電洞被注入接面區域。當呢啲電荷載子復合時，佢哋會以光子（光）嘅形式釋放能量。所用嘅特定半導體材料（本例中為GaAlAs）決定咗能隙能量，從而直接定義咗發射光子嘅波長——喺呢個例子中，係喺850nm附近嘅近紅外區域。水清環氧樹脂封裝充當透鏡，塑造輸出光束，並保護精細嘅半導體晶片。

12. 技術趨勢

紅外線LED嘅發展繼續集中喺幾個關鍵領域：提高效率（每瓦電輸入產生更多光功率輸出），更高功率密度（更細嘅封裝能夠處理更大電流），同埋改善惡劣環境條件下嘅可靠性。仲有持續嘅工作開發其他特定波長嘅器件（例如，940nm以提高隱蔽性，或用於氣體感測嘅特定波長）。將驅動電路同接收器集成到緊湊模組係另一個重要趨勢，簡化咗終端用戶嘅系統設計。HIR204C代表咗一種成熟、可靠嘅技術，非常適合其預期應用。