HIR-S06-P120/L649-P03/TR 紅外線LED數據表 - 850nm - 3.45V - 1A - 890mW - SMD封裝

1. 產品概覽

HIR-S06-P120/L649-P03/TR 是一款高功率紅外線發光二極管，專為需要強效紅外線照明的應用而設計。它是一款表面貼裝器件，封裝於緊湊的平頂式封裝內，並配備透明環氧樹脂透鏡。此元件的主要功能是發射峰值波長為850納米的紅外光，此波長與硅基光電探測器（如光電二極管和光電晶體管）的光譜靈敏度達到最佳匹配。其核心優勢包括：小巧外形下提供高輻射輸出、符合環保法規（RoHS、REACH、無鹵素），以及適用於自動化組裝流程。

1.1 主要特點與應用

The device is characterized by its high efficiency and small package size. Key features include a peak wavelength (λp) of 850 nm, suitability for surface-mount technology (SMT) soldering, and compliance with Pb-free, EU REACH, and halogen-free standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). It also offers an electrostatic discharge (ESD) withstand voltage of 2kV. The primary target markets and applications are systems requiring invisible illumination for imaging or sensing. The most common application is as an infrared light source for CCD cameras, where it provides the necessary illumination for night-vision or low-light imaging. It is also suitable for various other infrared-applied systems, such as security systems, machine vision, proximity sensors, and optical switches.

2. 技術參數詳解

本節根據數據手冊中的定義，對裝置的電氣、光學及熱特性提供詳細、客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致裝置永久損壞的應力極限。在操作期間絕不可超越這些額定值。對於 HIR-S06-P120/L649-P03/TR，關鍵限制如下：

• 連續正向電流（IF）： 1000 mA。這是可持續通過LED的最大直流電流。
• 反向電壓 (VR): 5 V。施加超過此數值的反向電壓可能導致接面擊穿。
• 工作溫度 (Topr): -40°C 至 +100°C。此為器件設計可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (Tstg): -40°C 至 +100°C。此為器件非工作狀態下的儲存溫度範圍。
• 接面溫度 (Tj): 115°C。此為半導體接面本身所允許的最高溫度。
• 功率耗散 (Pd): 當 IF=700mA 時為 3 W。此數值表示在特定測試條件下，封裝件能夠以熱能形式耗散的最大功率。數據表明確建議為此器件添加散熱器，以有效管理熱負載並防止超出結溫限制。

2.2 電氣光學特性

這些參數在標準環境溫度 25°C 下量測，定義了器件在正常工作條件下的性能。數值通常以最小值、典型值和最大值呈現。

• 總輻射功率 (Po): 這是 LED 向所有方向發射的總光功率，以毫瓦 (mW) 為單位量度。典型值隨驅動電流增加而上升：350 mA 時為 340 mW，700 mA 時為 650 mW，1 A 時為 890 mW。這展示了器件的高功率能力。
• 輻射強度 (Ie): 以毫瓦每球面度 (mW/sr) 為單位量度，此為每單位立體角所發射嘅光功率。係衡量 LED 喺特定方向上亮度嘅指標。典型數值為 115 mW/sr (350 mA)、220 mW/sr (700 mA) 同 290 mW/sr (1 A)。
• 峰值波長 (λp)： 850 nm (典型值)。此為光輸出功率達到最大值時嘅波長。850nm 係紅外線照明嘅常用波長，因為佢對人眼不可見，但能被矽感測器同好多相機感測器有效偵測。
• 頻譜帶寬 (Δλ)： 25 nm (典型值)。此參數定義咗發射波長嘅範圍，通常以半高全寬 (FWHM) 量度。25nm 嘅帶寬表示一個以 850nm 為中心、相對較窄嘅頻譜輸出。
• 正向電壓 (VF)： 電流流經 LED 時，兩端嘅電壓降。佢會隨電流增加而上升：3.10 V (350 mA)、3.25 V (700 mA)、3.45 V (1 A)。此參數對驅動電路設計至關重要。
• 反向電流 (IR)： 當 VR=5V 時，最大漏電流為 10 μA。此為器件在最大額定值內反向偏壓時流動的微小漏電流。
• 視角 (2θ1/2)： 120 度（典型值）。此為輻射強度降至其最大值（軸上）一半時的全角。120 度的角度表示光束模式非常寬闊，適合大範圍照明。

3. 性能曲線分析

數據手冊中引用的典型性能曲線，對於理解器件在非標準條件下的行為至關重要。

3.1 正向電流與正向電壓 (IV曲線)

此圖（圖 1）顯示流經 LED 的電流 (IF) 與其兩端電壓 (VF) 之間的關係。該關係為非線性。此曲線讓設計師能夠確定給定驅動電流下的工作電壓，這對於選擇合適的限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。該電壓具有負溫度係數，意味著它會隨著結溫升高而略微下降。

3.2 正向電流與輻射強度 / 總功率

These graphs (Fig.2 & Fig.3) plot optical output (either intensity or total power) against forward current. They typically show a sub-linear relationship; optical output increases with current but the efficiency (output per input watt) may decrease at very high currents due to increased thermal effects and droop. Analyzing these curves helps in selecting an optimal operating point that balances output power with efficiency and device longevity.

4. 機械與封裝資料

4.1 封裝尺寸及圖示

本器件採用SMD封裝。尺寸圖標明了精確的長度、寬度、高度、引腳間距及透鏡幾何形狀。數據手冊中的關鍵註釋：所有尺寸單位均為毫米，除非另有說明，標準公差為±0.1毫米。並提供了一項關鍵操作警告： 切勿觸碰器件的透鏡部分。 對透鏡施加外力可能導致封裝結構損壞。

4.2 極性識別及安裝焊盤圖

封裝圖清楚標示了陰極和陽極端子。在PCB佈局和組裝過程中必須注意正確的極性。推薦的焊盤佈局（land pattern）通常根據封裝尺寸設計，以確保可靠的焊接和機械強度。

5. 焊接及組裝指引

作為一款SMT器件，它適用於回流焊接製程。雖然此節錄未詳細說明具體的回流焊溫度曲線參數（預熱、恆溫、回流峰值溫度、液相線以上時間），但通常會遵循類似塑膠封裝元件的標準曲線，峰值溫度一般不超過260°C。其符合無鉛和無鹵素要求，表明適用於現代環保製程。儲存建議與其工作溫度範圍（-40°C至+100°C）一致，器件在使用前應保存在其防潮包裝中。

6. 封裝及訂購資料

6.1 捲盤及載帶規格

該器件以載帶卷盤形式供應，適用於自動貼片組裝。載帶尺寸已指定。每卷包含2000件。圖紙上亦標示了退卷方向，以確保機器設置正確。

6.2 防潮包裝

元件以鋁質防潮袋包裝出貨，袋內含乾燥劑以控制濕度。包裝袋附有包含關鍵資訊的標籤。雖然列出了具體的標籤欄位（如CPN、P/N、QTY、CAT、HUE、REF、LOT No.），但數據手冊指出，型號HIR-S06-P120/L649-P03/TR在本文檔中似乎未對強度、波長或電壓使用詳細的分檔系統，因為所有典型值均列出而無等級代碼。產品以其完整型號識別。

7. 應用建議及設計考量

7.1 典型應用場景

主要應用是為CCD/CMOS相機在低光或無光條件下提供照明，從而實現安防監控鏡頭、汽車系統及消費電子裝置的夜視功能。其他應用包括用於接近與存在檢測的主動式紅外線照明、光學編碼器、短距離數據傳輸（類似IrDA的應用），以及工業自動化中的物件計數或分揀。

7.2 關鍵設計考量

• 熱管理： 對於高功率LED而言，此點至關重要。數據手冊明確建議使用散熱器。PCB佈局應包含足夠的散熱通孔及與LED散熱焊盤（如有）或引腳相連的銅箔區域，以將熱量從接面導出。若超過Tj=115°C，將大幅縮短使用壽命，並可能導致即時故障。
• 驅動電路： LED是電流驅動器件。強烈建議使用恆流驅動器，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動器必須能夠提供高達1A的電流，同時滿足順向電壓要求。應考慮加入反向電壓保護。
• 光學設計： 120度的寬廣視角提供廣泛的覆蓋範圍。對於需要更聚焦光束的應用，可使用二次光學元件（透鏡）。其水清透鏡適用於850nm波長。
• ESD防護： 雖然額定ESD耐壓為2kV，但在組裝和整合過程中仍應遵循標準的ESD處理預防措施。

8. 技術比較與差異化

與標準低功率紅外LED相比，HIR-S06-P120/L649-P03/TR的主要區別在於其SMD封裝帶來的高輻射輸出（高達890mW）。這能實現更亮的照明，或能夠照亮更大面積或達到更遠距離。850nm波長是常見標準，在矽感測器響應和相對不可見性之間提供了良好平衡。與940nm LED相比，850nm在極高功率下通常會產生微弱的紅光，但對於許多矽基感測器而言，它能提供更高的性能。寬視角對於區域照明是一個優勢，但如果需要窄光束，則可能成為一個潛在缺點，在這種情況下，視角更窄或帶有二次光學元件的器件會更合適。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q: 我可以僅使用一個電阻，將此LED直接連接到5V電源驅動嗎？
A: 有可能，但需要仔細計算。在1A電流和Vf=3.45V條件下，串聯電阻值應為（5V - 3.45V）/1A = 1.55歐姆，並會消耗1.55W功率。這種方法效率低下，並且會在電阻上產生大量熱量。為了性能和可靠性，強烈建議使用恆流驅動器。

Q: 既然工作溫度最高可達100°C，為何仍建議使用散熱器？
答：100°C的額定值是指環境空氣溫度（Ta）。關鍵限制是115°C的接面溫度（Tj）。所消耗的功率（在1A時可達約3.45W）會使接面溫度高於環境溫度。散熱器能降低接面與環境空氣之間的熱阻，從而確保在高功率和/或高Ta情況下，Tj仍能維持在限制範圍內。

問：此LED是否適合連續24/7運作？
答：是的，前提是不超過絕對最大額定值並實施適當的熱管理。在典型700mA條件下或更低，並配備良好的散熱器運作，將是連續運作的一個保守且可靠的設計點。

問：此裝置的典型壽命是多久？
答：壽命（通常定義為光輸出衰減至初始值70%的時間點）極度依賴操作條件，主要是接面溫度。在規格範圍內運作並有足夠冷卻的情況下，此類LED的典型壽命可達數萬小時。

10. 實際用例示例

設計案例：夜視保安攝像機模組
一位設計師正在為戶外使用創建一個緊湊型安全攝像頭模組。該模組包含一個CCD傳感器，並需要紅外線照明以用於夜間操作。HIR-S06-P120/L649-P03/TR因其高輸出和SMD封裝而被選用。四個LED在PCB上圍繞攝像頭鏡頭對稱排列。一個專用的恆流驅動器IC為每個LED提供700mA電流。PCB設計採用大面積銅箔，並通過多個散熱過孔連接到LED焊盤，整個攝像頭外殼充當散熱器。每個LED的120度寬光束相互重疊，形成一個均勻、寬廣的照明區域，適合攝像頭的視場。850nm波長確保了良好的傳感器響應，同時在很大程度上保持不可見。

11. 運作原理

紅外線LED是一種半導體p-n接面二極管。當施加正向電壓時，來自n型材料的電子和來自p型材料的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，能量被釋放。在標準LED中，此能量以光子（光）的形式釋放。發射光的特定波長由半導體材料的能隙能量決定。HIR-S06-P120/L649-P03/TR使用砷化鎵鋁（GaAlAs）芯片，其能隙對應於約850nm的紅外光。水清環氧樹脂透鏡封裝芯片，提供機械保護，並將發射光塑造成指定的視角。

12. 技術趨勢與背景

高功率紅外線LED是一項成熟但仍在發展的技術。趨勢包括提高電光轉換效率（每瓦電能產生更多光輸出），從而減少熱負荷。同時也推動在更小的封裝中實現更高的功率密度，這使得對集成散熱片或覆晶設計等高級熱管理解決方案的重視程度進一步提高。需求來自汽車（LiDAR、駕駛員監控）、安防和機器視覺等市場的增長。雖然850nm由於傳感器兼容性仍然是主導波長，但在需要完全隱形（無紅光）的應用中，940nm也有顯著使用。將紅外線LED與驅動器和傳感器集成到完整模組中是另一個持續的趨勢，簡化了終端用戶的設計。