紅外線 MIDLED HIR89-01C/1R 數據表 - 3.0x2.8x1.9mm - 1.55V - 850nm - 100mW - 英文技術文件

1. 產品概述

HIR89-01C/1R 係一款採用 MIDLED 封裝嘅微型表面黏著紅外線發射二極管。其主要功能係發射峰值波長為 850 納米嘅紅外光，其光譜經過優化，可與矽光電二極管同光電晶體管兼容。因此，佢成為各種不可見光感測同通訊系統嘅基礎元件。

該器件採用 GaAlAs（砷化鎵鋁）晶片材料製造，並封裝於水清透鏡內。其主要設計優勢包括低正向電壓（有助提升能源效率）同相對狹窄嘅 30 度視角，能實現定向紅外線發射。產品符合現代環保同安全標準，不含鉛、符合歐盟 REACH 法規，並歸類為無鹵素產品。

1.1 核心功能與合規性

• 電氣效率： 低正向電壓特性。
• 光學性能： 定向發射典型視角為30°。
• 環境合規性： 無鉛（Pb-free）結構。
• RoHS 符合性： 本產品符合《有害物質限制指令》規定。
• REACH 符合性： 符合歐盟《化學品註冊、評估、授權和限制法規》的要求。
• 無鹵： Contains very low levels of bromine (Br) and chlorine (Cl), specifically Br <900 ppm, Cl <900 ppm, and Br+Cl < 1500 ppm.

2. 技術規格深入探討

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致器件永久損壞的極限。在此等條件下操作並無保證。

• 連續正向電流 (I_F): 65 mA
• 峰值正向電流 (I_FP): 200 mA (脈衝寬度 ≤500μs，工作週期 ≤5%)
• Reverse Voltage (V_R): 5 V
• Operating Temperature (T_opr): -40°C 至 +100°C
• Storage Temperature (T_stg): -40°C 至 +100°C
• 焊接溫度 (T_sol): 260°C (for ≤5 seconds)
• 功耗 (P_d): 100 mW (於或低於25°C環境溫度時)

2.2 電光特性

此等參數於標準環境溫度25°C下量測，用以定義器件於典型工作條件下之性能。

• 輻射強度 (I_e): 40至125 mW/sr (喺I_F=70mA、20ms脈衝下量度)。器件會分級 (C級：40-80 mW/sr，D級：63-125 mW/sr)。
• 峰值波長 (λ_p): 850 nm (典型值，於 I_F=100mA)。
• 頻譜帶寬 (Δλ)： 30 nm (典型值，於 I_F=100mA)。
• 正向電壓 (V_F):
  • 1.40V 至 1.70V (於 I_F=20mA)
  • 1.55V 至 1.90V (於 I_F=70mA, 20ms 脈衝)
• 反向電流 (I_R): 最大值 10 μA (於 V_R=5V)。
• 視角 (2θ_1/2): 30° (典型值，於 I_F=20mA)。

3. 性能曲線分析

該數據表提供了幾條對電路設計和熱管理至關重要的特性曲線。

3.1 正向電流與環境溫度關係圖

此圖表說明了最大允許連續正向電流隨環境溫度升高而遞減的情況。額定電流從25°C時的65mA開始線性下降，當溫度接近最高工作限值100°C時，電流值會變得更低。設計人員必須使用此曲線，以確保LED在高溫環境下不會過載。

3.2 正向電流與正向電壓關係（I-V曲線）

I-V曲線顯示了二極管典型的指數關係。這對於選擇合適的限流電阻至關重要。電壓只要稍微超過典型V_F 便可能導致電流大幅且具破壞性的增加，這凸顯了串聯電阻的必要性。

3.3 輻射強度與正向電流關係

此曲線顯示光學輸出（輻射強度）隨正向電流增加而上升，但兩者並非完全線性關係，尤其在較高電流時更為明顯。它有助設計師選擇一個能平衡亮度、效率及器件壽命的工作點。

3.4 光譜分佈

光譜圖確認發射中心位於850nm，典型半高全寬（FWHM）為30nm。此窄頻寬確保與矽基探測器的峰值靈敏度良好匹配。

3.5 相對輻射強度與角位移關係

此極座標圖直觀地定義了30°視角，顯示光強度如何從中心軸偏離±15°時降至峰值的一半。此資訊對光學系統設計至關重要，用於確定光束擴散及對準要求。

4. Mechanical and Package Information

4.1 Package Dimensions

HIR89-01C/1R 採用緊湊型 MIDLED 表面貼裝封裝。主要尺寸（單位：毫米）如下：

• 總長度：3.0 毫米
• 總寬度：2.8 毫米
• 總高度：1.9 mm
• 引腳間距：2.0 mm

4.2 極性識別

陰極已在封裝上標明。數據表包含顯示陰極標記的圖解，這對於組裝時確保正確方向以防止反向偏壓連接至關重要。

4.3 載帶尺寸

本器件以壓紋載帶形式提供，適用於自動化貼片組裝。載帶尺寸符合標準SMT設備要求。每卷載帶包含2000件。

5. 焊接與組裝指引

5.1 回流焊接溫度曲線

本文提供建議的無鉛回流焊接溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱及保溫區。
• 峰值溫度不超過260°C。
• 高於液相線時間（通常為217°C）。
• 冷卻速率。

5.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，務必極度小心：

• Use a soldering iron with a tip temperature < 350°C.
• 每個端子嘅焊接時間限於≤3秒。
• 使用功率評級 ≤ 25W 的烙鐵。
• 焊接每個端子之間需至少間隔 2 秒，以防止熱衝擊。

5.3 Rework and Repair

強烈不建議在焊接後進行維修。如無法避免，必須使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以盡量減少對LED封裝的應力。任何返工後，必須驗證對器件特性的影響。

6. 儲存與操作注意事項

6.1 濕度敏感度

LED對濕度敏感。注意事項包括：

• 請在準備使用前才開啟防潮屏障袋。
• 未開封嘅包裝應存放於攝氏30度或以下，相對濕度90%或以下嘅環境。
• 請於出貨後一年內使用。
• 開封後，請存放於攝氏30度或以下，相對濕度70%或以下嘅環境。
• 開袋後，請於168小時（7日）內完成焊接。
• 若儲存時間超出規定或乾燥劑顯示受潮，使用前請將元件以60±5°C烘烤24小時。

6.2 電流保護

關鍵： 必須使用外部限流電阻。LED的指數型I-V特性意味著電壓的微小增加會導致電流大幅飆升，從而立即燒毀。電阻值必須根據電源電壓和所需的正向電流計算，並考慮V_F 範圍。

7. 封裝與訂購資訊

7.1 包裝程序

LED燈珠以鋁質防潮袋包裝，內附乾燥劑。袋上標籤載有關鍵資訊。

7.2 標籤規格

標籤包含以下欄位：

• CPN (客戶部件編號)
• P/N (製造商部件編號: HIR89-01C/1R)
• QTY (數量)
• CAT (等級，例如輻射強度之C或D級)
• HUE (峰值波長)
• LOT No. (Traceability lot number)
• 生產來源地
• Moisture Sensitivity Level (MSL)

7.3 器件選擇指南

HIR89-01C/1R 係呢個系列嘅唯一部件編號，採用 GaAlAs 晶片同水清透鏡。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用

• Infrared Sensing Systems: 接近感應器、物件偵測、非接觸式開關。
• 光學編碼器： 馬達中的位置與速度感應。
• 數據傳輸： 短距離紅外線數據鏈路（例如：遙控器、IrDA）。
• 機器視覺： 適用於配備紅外線濾鏡嘅攝影機照明。
• 保安系統： 夜視攝影機嘅主動式照明。

8.2 電路設計注意事項

1. 電流限制： 必須使用串聯電阻。計算公式為 R = (V_supply - V_F) / I_F. 使用datasheet中嘅最大V_F 以確保所有情況下嘅電流都安全。
2. 驅動電路： 對於脈衝操作（例如感應、通訊），請確保脈衝寬度與工作週期保持在I_FP 額定值範圍內，以避免過熱。
3. 熱管理： 請考慮降額曲線。在高環境溫度下，或當安裝於有其他發熱元件的電路板上時，應相應降低工作電流。
4. PCB佈局： 請按照尺寸圖中建議嘅焊盤圖形進行佈局。確保與其他元件之間有足夠間距，以避免熱或光學干擾。

9. 技術比較與定位

HIR89-01C/1R 將自身定位為一款採用微型 SMD 封裝嘅通用、可靠紅外發射器。其 850nm 波長係與矽探測器兼容嘅行業標準。與舊式通孔 IR LED 相比，其 SMD 形式能夠實現更細小、自動化嘅 PCB 組裝。30° 視角為許多應用提供咗光束集中度與對準公差之間良好嘅平衡。提供詳細分檔（C 級同 D 級）允許設計師根據所需輸出功率選擇器件，這對於實現一致嘅感測距離或信號強度可能至關重要。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 為何限流電阻絕對必要？

LED的二極管特性在超過正向電壓後動態電阻非常低。若無電阻，電流僅受電源內阻及接線限制，而這些阻值通常極低，會導致災難性的過電流。該電阻提供了一種線性、可預測且安全的方法來設定工作電流。

10.2 我可唔可以直接用3.3V或5V微控制器引腳驅動呢個LED？

唔得。 微控制器GPIO引腳有電流源/汲極限制（通常為20-40mA），處於或低於此LED的連續額定值。更重要的是，它們無法提供必要的限流功能。您必須使用GPIO來控制晶體管或MOSFET，然後通過連接到主電源軌的適當限流電阻來驅動LED。

10.3 C級和D級分箱有甚麼區別？

C級和D級指定了在70mA下測量的不同輻射強度（I_e）範圍。C級的輸出範圍較低（40-80 mW/sr），而D級的輸出範圍較高（63-125 mW/sr）。選擇D級器件可以提供更高的光功率，以實現更長的距離或更穩健的信號檢測，但成本可能略高。訂購的具體等級將在包裝標籤上標明。

10.4 濕氣敏感度同烘烤指示有幾關鍵？

非常關鍵。塑膠封裝吸收嘅濕氣會喺高溫回流焊接過程中蒸發，導致內部分層、破裂或「爆米花」現象，可能損壞晶片或焊線。遵守儲存時間同喺需要時執行烘烤程序，對於實現高組裝良率同長期可靠性至關重要。

11. 設計與使用案例研究

11.1 設計一個簡單的接近傳感器

目標： 偵測10厘米內嘅物件。
設計： 將HIR89-01C/1R配對一個匹配嘅矽光電晶體。LED透過一個限流電阻由5V電源驅動。使用典型值V_F 喺70mA時為1.55V，電阻值為 R = (5V - 1.55V) / 0.07A ≈ 49.3Ω（使用標準51Ω電阻）。LED透過微控制器以特定頻率（例如38kHz）脈衝驅動。光電晶體嘅輸出連接至調諧到相同頻率嘅解調接收器IC。此設計能抑制環境光，並透過反射嘅調製紅外光偵測物件是否存在。30°光束有助界定偵測區域。

12. 運作原理

紅外線發光二極管（IR LED）基於半導體p-n接面嘅電致發光原理運作。當施加正向電壓時，來自n型區域嘅電子同埋來自p型區域嘅電洞會注入接面。呢啲電荷載子喺有源區（此處為GaAlAs層）內復合。復合過程中釋放嘅能量以光子（光）形式發射。GaAlAs半導體材料嘅特定帶隙能量決定了發射光子嘅波長，對於此器件，中心波長位於近紅外光譜嘅850nm。透明環氧樹脂透鏡將發射光塑造成指定視角。

13. 技術趨勢

紅外線LED技術持續發展。趨勢包括：

• 更高效率： 開發新型半導體材料與結構（例如多重量子阱），以實現每單位電能輸入獲得更多光功率輸出（更高的電光轉換效率）。
• 提升功率密度： 能夠在更細小封裝中處理更高驅動電流嘅器件，適用於LiDAR同遠距離感測等應用。
• 多波長同VCSELs： 其他紅外波長（例如940nm以提升眼睛安全，1350nm/1550nm用於更遠距離的LiDAR）的LED和垂直腔面發射激光器（VCSEL）的出現，以滿足特定應用需求。
• 集成解決方案： 將紅外發射器、驅動電路，有時連同探測器結合到單一模組中，以簡化設計並提升性能。