3mm 紅外線發光二極管 HIR204C/H0 規格書 - 尺寸 3.0mm - 峰值波長 850nm - 正向電壓 1.45V - 英文技術文件

1. 產品概覽

HIR204C/H0 係一款高強度紅外線發光二極管，採用3.0mm透明塑膠封裝。佢專為需要特定光譜特性嘅可靠紅外線發射應用而設計。

1.1 核心功能同優勢

呢款器件為紅外線系統設計提供咗幾個關鍵優勢：

• 高可靠性：為咗確保性能穩定同使用壽命長而設計。
• 高輻射強度：提供強勁嘅紅外線輸出，適合中距離應用。
• 峰值波長：發射光譜嘅典型中心波長（λp）為850納米，呢個係好多紅外線接收器同感測器嘅通用標準。
• 低正向電壓：喺20mA電流下，典型值為1.45V，有助於降低驅動電路嘅功耗。
• 環保合規：產品符合無鉛要求，符合歐盟REACH法規，並滿足無鹵素要求（Br < 900ppm，Cl < 900ppm，Br+Cl < 1500ppm）。產品本身亦符合RoHS規範。
• 標準引腳間距：採用2.54mm（0.1英吋）引腳間距，兼容標準原型板同PCB佈局。

1.2 目標應用

呢款紅外線LED嘅光譜同常見嘅光電晶體管、光電二極管同紅外線接收模組匹配，適用於多種系統，包括：

• 用於數據或信號通訊嘅自由空間傳輸系統。
• 需要更高功率輸出以延長距離或穿透障礙物嘅紅外線遙控裝置。
• 煙霧探測器，利用紅外線光束進行粒子檢測。
• 其他一般紅外線應用系統，例如物體感應、接近檢測同工業自動化。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作唔保證正常。

• 連續正向電流（IF）：100 mA
• 峰值正向電流（IFP）：1.0 A。此額定值適用於脈衝寬度 ≤ 100μs 且佔空比 ≤ 1% 嘅脈衝條件下。
• 反向電壓（VR）：5 V
• 工作溫度（Topr）：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +85°C
• 焊接溫度（Tsol）：最高260°C，持續時間唔超過5秒。
• 功耗（Pd）：喺25°C或以下嘅環境溫度同自由空氣中為150 mW。

2.2 電光特性

呢啲參數喺環境溫度（Ta）為25°C時測量，定義咗器件嘅典型性能。

• 輻射強度（Ie）：衡量每單位立體角發射嘅紅外線功率。
  • 當驅動電流（IF）為20mA時，典型值為20 mW/sr。
  • 喺脈衝條件下（IF=100mA，脈衝寬度 ≤100μs，佔空比 ≤1%），典型輻射強度為40 mW/sr。
• 峰值波長（λp）：喺IF=20mA時為850 nm（典型值）。呢個係發射強度最高嘅波長。
• 光譜帶寬（Δλ）：喺IF=20mA時為45 nm（典型值）。呢個定義咗圍繞峰值發射嘅波長範圍。
• 正向電壓（VF）：
  • 喺IF=20mA時為1.45V（典型值），1.65V（最大值）。
  • 喺脈衝條件下IF=100mA時為1.80V（典型值），2.40V（最大值）。
• 反向電流（IR）：當施加5V反向電壓（VR）時，最大值為10 μA。
• 視角（2θ1/2）：喺IF=20mA時為40度（典型值）。呢個係輻射強度下降到其最大值（軸上）一半時嘅全角。

測量公差：正向電壓：±0.1V；輻射強度：±10%；峰值波長：±1.0nm。

3. 分級系統說明

HIR204C/H0 提供唔同嘅性能等級，或稱分級，主要基於輻射強度。咁樣設計師就可以選擇符合其應用特定輸出要求嘅器件。

3.1 輻射強度分級

分級喺標準測試條件 IF = 20mA 下定義。輻射強度嘅單位係 mW/sr。

• N級：最小值 11.0，最大值 17.6
• P級：最小值 15.0，最大值 24.0
• Q級：最小值 21.0，最大值 34.0
• R級：最小值 30.0，最大值 48.0

選擇更高嘅級別（例如R級對比N級）可以確保更高嘅最低保證輻射輸出，喺應用中可以轉化為更長嘅距離或更強嘅信號強度。

4. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條特性曲線，說明器件喺唔同條件下嘅行為。理解呢啲曲線對於穩健嘅電路設計至關重要。

4.1 正向電流 vs. 環境溫度

呢條曲線顯示咗隨著環境溫度升高，最大允許連續正向電流嘅降額情況。喺25°C時，最大值為100mA。隨著溫度升高，必須降低呢個最大電流，以防止超過器件嘅功耗限制並導致熱損壞。曲線通常顯示從25°C嘅100mA線性下降到85°C嘅較低值。

4.2 光譜分佈

呢個圖表繪製咗相對輻射強度與波長嘅關係。佢直觀地確認咗850nm嘅峰值波長（λp）同大約45nm嘅光譜帶寬（Δλ）。曲線通常呈高斯分佈形狀，中心喺850nm。

4.3 輻射強度 vs. 正向電流

呢係一條關鍵嘅設計曲線。佢顯示輻射強度（Ie）隨正向電流（IF）增加而增加，但關係並非完全線性，特別係喺較高電流時。存在一個收益遞減點，增加電流產生嘅額外光輸出較少，但會產生明顯更多熱量。設計師通常根據呢條曲線同熱考慮，將LED工作喺或低於推薦嘅連續電流（20mA或100mA脈衝）。

4.4 相對輻射強度 vs. 角位移

呢個極坐標圖說明咗LED嘅空間發射模式。佢顯示咗當你偏離中心軸（0°）時強度如何下降。40°嘅視角定義為強度下降到軸上值50%嘅位置。呢個信息對於光學設計、確定光束覆蓋範圍以及將LED與接收器對齊至關重要。

5. 機械同封裝信息

5.1 封裝尺寸

LED採用標準3.0mm圓形封裝。規格書中嘅詳細機械圖提供咗所有關鍵尺寸，包括：

• 環氧樹脂透鏡嘅總直徑同高度。
• 引腳直徑同長度。
• 從透鏡底部到引腳彎曲處嘅距離。
• 安裝平面。

一般公差：除非另有說明，尺寸公差為±0.25mm。必須參考確切嘅圖紙進行PCB孔位放置同機械配合。

5.2 極性識別

6. 焊接同組裝指引

正確處理對於保持器件可靠性同性能至關重要。

6.1 引腳成型

• 彎曲必須喺距離環氧樹脂燈泡底部至少3mm嘅位置進行。
• 必須喺焊接元件之前
• 成型引腳。避免喺成型過程中對LED封裝或其底座施加壓力，因為咁樣可能會損壞內部連接或使環氧樹脂開裂。
• 喺室溫下剪腳。高溫剪腳可能導致故障。
• 確保PCB孔位與LED引腳完美對齊，以避免安裝應力。

6.2 儲存條件

• 收到後建議儲存條件：溫度 ≤ 30°C，相對濕度 ≤ 70%。
• 喺呢啲條件下嘅保質期為3個月。
• 如需更長時間儲存（長達1年），請將器件放入帶有氮氣氣氛同乾燥劑嘅密封容器中。
• 一旦打開原始包裝，請喺24小時內使用元件。
• 避免喺潮濕環境中溫度急劇變化，以防止冷凝。

6.3 焊接建議

焊點必須距離環氧樹脂燈泡至少3mm。

• 手動焊接：烙鐵頭溫度 ≤ 300°C（適用於最大30W烙鐵）。每隻引腳焊接時間 ≤ 3秒。
• 波峰/浸焊：預熱溫度 ≤ 100°C，時間 ≤ 60秒。焊錫槽溫度 ≤ 260°C，時間 ≤ 5秒。
• 一般規則：
  • 避免喺焊接期間同焊接後器件仍熱時對引腳施加應力。
  • 唔好進行超過一次嘅浸焊/手動焊接。
  • 喺焊接後，保護LED免受機械衝擊/振動，直到佢冷卻到室溫。
  • 避免快速冷卻過程。
  • 始終使用最低有效嘅焊接溫度同時間。

6.4 清潔

• 如果需要清潔，請使用室溫下嘅異丙醇，時間唔超過一分鐘。喺室溫下風乾。
• 避免超聲波清洗。如果絕對需要，必須進行廣泛嘅預先評估，以確保特定嘅超聲波功率同組裝條件唔會損壞LED晶片或鍵合線。

6.5 熱管理

雖然呢份規格書冇詳細列出特定熱阻值，但強調咗熱管理。150mW嘅功耗（Pd）額定值適用於25°C嘅自由空氣中。喺實際應用中，特別係喺較高電流驅動或密閉空間內，LED嘅結溫會升高。呢個可能會降低發光效率同使用壽命。設計師必須喺應用設計階段考慮散熱、PCB銅箔面積同環境條件，以確保LED喺安全溫度限制內工作。

7. 包裝同訂購信息

7.1 標籤規格

包裝上嘅標籤包含用於追溯同識別嘅關鍵信息：

• CPN：客戶產品編號
• P/N：產品編號（例如，HIR204C/H0）
• QTY：包裝內數量
• CAT：發光強度等級（分級代碼，例如N, P, Q, R）
• HUE：主波長等級
• REF：正向電壓等級
• LOT No：生產批號
• X：生產月份
• REF：標籤參考編號

7.2 包裝規格

• 一級包裝：防靜電袋。
• 二級包裝：內盒。
• 三級包裝：外箱。
• 標準包裝數量：
  • 每個防靜電袋裝200至1000件。
  • 5袋裝入1個內盒。
  • 10個內盒裝入1個外箱。

8. 應用設計考慮

8.1 驅動電路設計

要操作LED，必須使用限流電路。對於基本應用，一個簡單嘅串聯電阻通常就足夠。電阻值（R）可以使用歐姆定律計算：R = (Vsupply - Vf) / If。例如，使用5V電源，Vf為1.45V，所需If為20mA：R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω。一個標準180Ω電阻就啱用。對於較高電流（例如100mA）嘅脈衝操作，建議使用晶體管或專用LED驅動IC來提供必要嘅電流脈衝。

8.2 光學設計同對準

40度視角提供咗相當寬闊嘅光束。對於更長距離或聚焦應用，可以喺LED前面加裝透鏡。相反，對於非常寬嘅覆蓋範圍，可能需要多個LED。與接收感測器（光電晶體管、紅外線接收模組）嘅精確機械對準對於最佳系統性能至關重要。應參考空間發射模式曲線以了解偏軸角度下嘅信號強度。

8.3 干擾同抗噪性

紅外線系統容易受到環境光噪聲嘅影響，特別係來自含有紅外線成分嘅陽光同白熾燈。緩解策略包括：

• 使用調製紅外線信號（例如38kHz載波）同調諧到相同頻率嘅接收器。
• 喺接收器側添加阻擋可見光但通過850nm紅外線嘅光學濾波器。
• 物理上屏蔽LED同接收器對，使其免受直接環境光源影響。

9. 技術比較同市場定位

HIR204C/H0 喺紅外線LED市場中佔據特定位置。同更細嘅SMD紅外線LED相比，由於其更大嘅晶片尺寸同封裝，佢提供更高嘅潛在輻射輸出，適合需要更多功率嘅應用。同更大、專用嘅高功率紅外線發射器相比，佢更緊湊，更容易用簡單電路驅動。其850nm波長係最常見嘅，確保咗與接收器嘅廣泛兼容性。關鍵區別包括其透明封裝（無色）、標準2.54mm引腳間距便於原型製作，以及明確嘅分級結構以確保輸出一致性。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 連續電流（IF）同峰值電流（IFP）有咩唔同？

連續正向電流（IF=100mA）係指喺尊重熱限制嘅前提下，可以無限期通過LED而唔會造成損壞嘅最大直流電流。峰值正向電流（IFP=1.0A）係指僅喺非常短嘅脈衝條件下（≤100μs脈衝寬度，≤1%佔空比）允許嘅最大電流。呢個允許用於像遠程遙控咁樣嘅應用中進行短暫、高強度嘅光爆發，但平均功率必須保持喺器件嘅功耗限制內。

10.2 我點樣選擇正確嘅分級（N, P, Q, R）？

根據你嘅應用喺工作距離同最壞情況條件下（例如低電量、高溫）所需嘅最低輻射強度來選擇。如果你嘅設計計算顯示你至少需要18 mW/sr，你必須選擇Q級（最小值21.0）或R級（最小值30.0）。N級（最小值11.0）唔保證可以工作。選擇更高嘅級別可以提供更多設計餘量。

10.3 點解焊接距離（距離燈泡3mm）咁重要？

形成透鏡嘅環氧樹脂具有與金屬引腳唔同嘅熱膨脹係數。將高焊接熱量施加得太接近環氧樹脂會導致熱應力，可能導致環氧樹脂微裂紋或損壞內部晶片粘接。呢啲裂紋之後可能導致濕氣侵入，從而導致早期故障。3mm嘅距離允許熱量喺到達敏感封裝之前沿引腳散發。

11. 設計同使用案例分析

11.1 案例：提升消費級紅外線遙控器嘅範圍

場景：一位設計師正在創建一個通用遙控器，需要喺典型客廳中，即使喺輕微角度下，也能從最遠10米處可靠工作。

使用 HIR204C/H0 嘅設計選擇：

1. 驅動電流：設計師唔使用典型嘅20mA連續電流，而係使用脈衝驅動電路。佢哋以100mA電流脈衝LED，佔空比非常短（例如0.5%），以產生高強度爆發，利用IFP額定值。呢個顯著提升咗峰值光功率，從而提升咗有效範圍。
2. 分級選擇：為確保所有生產單元嘅性能一致並考慮電池電壓下降，設計師指定使用R級LED。咁樣即使喺電池壽命末期也能保證高最小輸出。
3. 放置同透鏡：兩個LED稍微分開放置，並彼此成幾度角，以創造更寬嘅有效光束模式，提高從各種角度擊中接收器嘅機會。使用一個簡單、低成本嘅塑膠透鏡蓋喺LED上，稍微準直光束以獲得更好嘅方向性。
4. 熱考慮：由於佔空比非常低（0.5%），平均功率很小（100mA * 1.65V * 0.005 = 0.825mW），遠低於150mW嘅Pd額定值。PCB上唔需要特殊散熱。

呢個方法展示咗理解規格書嘅脈衝額定值、分級同熱參數如何能夠為苛刻嘅應用實現優化、具成本效益嘅設計。

12. 工作原理

紅外線發光二極管（IR LED）嘅工作原理同標準可見光LED相同，但使用唔同嘅半導體材料來產生紅外線光譜中嘅光。HIR204C/H0 使用砷化鎵鋁（GaAlAs）晶片。當正向電壓施加喺LED嘅P-N結兩端時，電子同空穴喺半導體嘅有源區複合。呢個複合過程以光子形式釋放能量。GaAlAs材料嘅特定帶隙能量決定咗呢啲光子嘅波長，喺呢個情況下中心約為850納米，將其置於近紅外區域，人眼睇唔到。透明環氧樹脂封裝唔會過濾或著色光線，允許最大量嘅生成紅外線輻射逸出。

13. 技術趨勢

紅外線發射器領域持續發展。行業中可觀察到嘅一般趨勢包括：

• 效率提升：開發新嘅半導體外延結構，以喺相同輸入電流（mA）下實現更高輻射強度（mW/sr），提高整體系統功率效率。
• 小型化：雖然像3mm呢類通孔封裝因堅固耐用同易於使用而仍然流行，但存在強勁趨勢轉向表面貼裝器件（SMD）封裝（例如0805、0603），用於自動化組裝同空間受限嘅設計，如智能手機（用於接近感測器）同微型物聯網設備。
• 波長多樣化：雖然850nm同940nm佔主導地位，但越來越多地使用其他波長用於特定應用，例如用於醫療設備嘅810nm或用於氣體感測嘅特定窄帶。
• 集成化：將IR LED與驅動電路、調製器甚至光電探測器結合喺單一封裝中，以創建更智能、更易用嘅感測器模組。
• 增強嘅可靠性數據：現代規格書越來越多地提供更詳細嘅壽命同可靠性數據（例如，各種應力條件下嘅L70、L50數據），以支持對長期性能至關重要嘅汽車、工業同醫療應用設計。

HIR204C/H0 代表咗一個成熟、可靠且廣為人知嘅元件，受益於呢啲持續嘅材料同製造進步，確保咗佢喺廣泛電子設計中嘅持續相關性。