目錄
- 1. 產品概覽
- 2. 技術參數深入分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電光特性 (Ta=25°C)
- 3. 性能曲線分析
- 3.1 功耗 vs. 環境溫度
- 3.2 光譜分佈
- 3.3 正向電流 vs. 正向電壓 (IV曲線)
- 3.4 相對輻射強度 vs. 角度位移
- 4. 機械同封裝資料
- 4.1 封裝尺寸
- 4.2 極性識別
- 4.3 載帶同捲盤規格
- 5. 焊接同組裝指引
- 5.1 儲存同濕度敏感性
- 5.2 回流焊接
- 5.3 手動焊接同維修
- 6. 應用建議
- 6.1 典型應用場景
- 6.2 設計考慮因素
- 7. 技術比較同差異化
- 8. 常見問題 (基於技術參數)
- 9. 實用設計同使用案例
- 10. 原理介紹
- 11. 發展趨勢
1. 產品概覽
HIR67-21C/L11/TR8 係一款專為表面貼裝應用而設計嘅高性能紅外線發光二極管。佢採用微型平頂SMD封裝，由透明塑膠製成，同時充當透鏡。呢個元件設計喺850nm峰值波長發光，使其光譜同常見嘅矽光電二極管同光電晶體管匹配。呢種匹配對於喺光電系統中最大化檢測效率至關重要。
佢嘅核心優勢包括低正向電壓，有助於提升能源效率，以及兼容標準紅外線同氣相回流焊接製程。呢個元件亦符合主要嘅環保同安全標準，係無鉛、符合RoHS、符合歐盟REACH同無鹵素，溴同氯含量符合特定閾值。
呢款紅外線LED嘅目標市場涵蓋各種需要可靠、不可見光感測嘅消費同工業電子領域。
2. 技術參數深入分析
2.1 絕對最大額定值
呢啲額定值定義咗可能導致元件永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作唔保證正常。
- 連續正向電流 (IF):65 mA。呢個係可以持續通過LED嘅最大直流電流。
- 反向電壓 (VR):5 V。超過呢個反向偏壓可能會導致接面擊穿。
- 工作同儲存溫度 (Topr, Tstg):-40°C 至 +100°C。呢個寬廣範圍確保咗喺惡劣環境下嘅可靠性。
- 焊接溫度 (Tsol):最高260°C，持續時間唔超過5秒，兼容無鉛回流焊溫度曲線。
- 功耗 (Pd):喺環境溫度25°C或以下時為130 mW。喺更高溫度下需要進行功率降額。
2.2 電光特性 (Ta=25°C)
呢啲參數定義咗元件喺典型工作條件下嘅性能。
- 輻射強度 (Ie):喺正向電流 (IF) 20mA下，典型值為2.0 mW/sr。喺100mA脈衝操作下 (100μs脈衝寬度，≤1%佔空比)，可以達到10 mW/sr。
- 峰值波長 (λp):850 nm (典型值)。呢個係發射光功率最大嘅波長。
- 光譜帶寬 (Δλ):45 nm (典型值)。呢個表示圍繞峰值發射嘅波長範圍。
- 正向電壓 (VF):喺20mA下，典型值為1.45V，最大值為1.65V。喺100mA (脈衝) 下，範圍為1.80V至2.40V。
- 反向電流 (IR):喺反向電壓5V下，最大值為10 μA。
- 視角 (2θ1/2):120度 (典型值)。呢個係輻射強度下降到最大值一半時嘅全角，表示光束模式非常寬廣。
3. 性能曲線分析
規格書提供咗幾條對電路設計同熱管理至關重要嘅特性曲線。
3.1 功耗 vs. 環境溫度
呢個圖表顯示最大允許功耗點樣隨住環境溫度升高而降低。設計師必須使用呢條曲線來確保LED喺其安全工作區域內運行，特別係喺高溫應用中。降額係線性嘅，從25°C時嘅130mW開始，到最高接面溫度時降至零。
3.2 光譜分佈
光譜分佈曲線繪製咗相對強度對波長嘅關係。佢確認咗850nm嘅峰值發射同大約45nm嘅光譜帶寬。呢個資訊對於選擇匹配嘅光電探測器同光學濾波器至關重要。
3.3 正向電流 vs. 正向電壓 (IV曲線)
呢個非線性關係對於設計限流電路至關重要。曲線顯示，電壓稍微超過典型VF值，就會導致電流急劇增加，可能造成損壞，強調咗需要適當嘅電流調節 (例如串聯電阻或恆流驅動器)。
3.4 相對輻射強度 vs. 角度位移
呢個極座標圖直觀地表示咗120度視角。強度喺0度 (垂直於LED表面) 時最高，並對稱地下降到中心±60度時嘅最大值嘅50%。
4. 機械同封裝資料
4.1 封裝尺寸
LED採用緊湊型SMD封裝。關鍵尺寸包括本體尺寸、引腳間距同總高度。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.1mm。平頂透鏡設計有助於實現寬廣視角。
4.2 極性識別
陰極通常由封裝上嘅標記表示，例如凹口、圓點或修剪過嘅引腳。組裝時必須注意正確極性，以防止反向偏壓損壞。
4.3 載帶同捲盤規格
元件以8mm載帶形式供應，裝喺7英吋直徑嘅捲盤上，適用於自動貼片組裝。每捲包含2000件。提供詳細嘅載帶尺寸 (凹槽尺寸、間距等) 以確保同自動組裝設備兼容。
5. 焊接同組裝指引
5.1 儲存同濕度敏感性
LED對濕度敏感 (MSL)。預防措施包括:
- 準備使用前唔好打開防潮袋。
- 未開封嘅袋子應儲存喺≤30°C同≤90%相對濕度下。一年內使用。
- 開封後，如果儲存喺≤30°C同≤70%相對濕度下，應喺168小時 (7日) 內使用元件。
- 如果超過儲存時間或乾燥劑顯示受潮，使用前應喺60±5°C下烘烤24小時。
5.2 回流焊接
提供咗建議嘅無鉛回流焊溫度曲線。要點包括:
- 峰值溫度唔應該超過260°C。
- 應控制高於液相線 (例如217°C) 嘅時間。
- 回流焊唔應該進行超過兩次。
- 加熱同冷卻期間避免對封裝施加機械應力。
5.3 手動焊接同維修
如果需要手動焊接:
- 使用烙鐵頭溫度<350°C。
- 每個端子嘅接觸時間限制喺≤3秒。
- 使用額定功率≤25W嘅烙鐵。
- 焊接每個端子之間要有≥2秒嘅冷卻間隔。
- 避免維修已焊接嘅LED。如果無法避免，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以最小化熱應力。任何維修嘗試後都要驗證元件功能。
6. 應用建議
6.1 典型應用場景
規格書列出咗幾種應用，包括:
- 軟碟機同錄影機:用於位置感測同磁帶末端檢測。
- 光電開關:通過將紅外線LED同光電晶體管或光電二極管配對，用於物體檢測、計數同位置感測。
- 相機:常用於自動對焦系統或夜視紅外線照明。
- 煙霧探測器:用於遮光式探測器，煙霧粒子會阻斷LED同感測器之間嘅紅外線光束。
6.2 設計考慮因素
限流:呢個係最關鍵嘅設計方面。必須使用外部串聯電阻來設定工作電流，並保護LED免受因輕微電壓波動引起嘅過電流。電阻值 (R) 可以使用歐姆定律計算: R = (Vsupply - VF) / IF，其中VF係規格書中喺所需電流IF下嘅正向電壓。
熱管理:對於接近最大額定電流或喺高環境溫度下連續運行，需要考慮PCB佈局以利散熱。確保功耗 (Pd = VF * IF) 唔超過功耗 vs. 溫度曲線中降額後嘅最大值。
光學設計:120°寬光束適用於需要廣泛覆蓋嘅應用。對於更聚焦嘅光束，可能需要外部透鏡或反射器。確保外殼材料對850nm紅外線光係透明嘅。
7. 技術比較同差異化
雖然規格書冇比較特定競爭對手零件，但HIR67-21C/L11/TR8提供咗一系列特性，使其喺市場上具有良好定位:
- 寬視角 (120°):比許多視角通常喺20-60度左右嘅標準紅外線LED提供更廣泛嘅覆蓋範圍。
- 低正向電壓:相比VF較高嘅LED，有助於降低功耗同減少熱量產生。
- 環保合規:其無鉛、RoHS、REACH同無鹵素狀態符合嚴格嘅全球監管要求，呢個係現代電子製造嘅關鍵差異化因素。
- 高脈衝輸出:喺脈衝操作 (100mA) 下能夠提供10 mW/sr，使其適用於需要高瞬時信號強度嘅應用，例如某些感測或通訊協議。
8. 常見問題 (基於技術參數)
問: 點解限流電阻絕對必要?
答: IV曲線顯示咗LED嘅指數電流-電壓關係。供電電壓稍微超過標稱VF值，就會導致電流非常大、可能具有破壞性嘅增加。串聯電阻提供線性電壓降，穩定電流並保護LED。
問: 我可唔可以直接用3.3V或5V微控制器引腳驅動呢個LED?
答: 唔可以。微控制器引腳嘅電流源/灌能力有限 (通常20-40mA)，唔係設計用於直接驅動功率LED。此外，你仍然需要一個串聯電阻。使用微控制器引腳控制一個晶體管或MOSFET，由佢來切換LED所需嘅更高電流。
問: "光譜同矽光電二極管匹配"係咩意思?
答: 矽光電探測器喺近紅外區域 (大約800-900nm) 具有峰值靈敏度。呢個LED嘅850nm峰值波長落喺呢個高靈敏度區域內，確保探測器能將發射光最大程度地轉換為電流，從而實現最佳系統信噪比。
問: 點樣理解100mA測試嘅"脈衝寬度≦100μs , 佔空比≦1%"條件?
答: 呢個意思係，100mA下嘅較高輻射強度同正向電壓值僅適用於LED喺脈衝模式下工作，而唔係直流驅動。脈衝必須為100微秒或更短，並且脈衝之間嘅時間必須足夠長，使得平均佔空比為1%或更低 (例如，每10ms一個100μs脈衝)。咁樣可以防止過度加熱。
9. 實用設計同使用案例
案例: 設計一個簡單嘅物體檢測感測器。
目標:檢測物體何時通過紅外線LED同光電晶體管之間。
元件:HIR67-21C/L11/TR8 紅外線LED、匹配嘅矽光電晶體管、電阻、比較器/運算放大器，或微控制器。
步驟:
- LED驅動電路:用5V電源為LED供電。選擇一個工作電流，例如20mA，以獲得良好強度同壽命。計算串聯電阻: R = (5V - 1.45V) / 0.020A = 177.5Ω。使用標準180Ω電阻。驗證電阻同LED中嘅功耗係可接受嘅。
- 探測器電路:將光電晶體管對準放置喺LED對面。當紅外線光束未被阻斷時，光電晶體管導通，喺負載電阻上產生電壓降。當物體阻斷光束時，光電晶體管停止導通，電壓發生變化。
- 信號調理:呢個電壓變化可以輸入到比較器以產生乾淨嘅數位信號，或者直接輸入微控制器嘅模數轉換器 (ADC) 引腳進行更複雜嘅處理。
- 考慮因素:屏蔽環境光 (包含紅外線) 以防止誤觸發。LED嘅120°光束有助於對準公差，但可能需要使用管或屏障來更精確地定義感測路徑。
10. 原理介紹
紅外線發光二極管 (IR LED) 嘅工作原理同可見光LED相同: 半導體材料中嘅電致發光。當正向電壓施加喺p-n接面時，來自n區嘅電子同來自p區嘅電洞復合。呢個復合事件會釋放能量。喺紅外線LED中，選擇嘅半導體材料 (呢度係砷化鎵鋁 - GaAlAs) 使其能帶隙對應於紅外線光譜 (波長長於可見紅光，通常700nm至1mm) 中嘅光子發射。850nm波長位於"近紅外線" (NIR) 區域，人眼睇唔到，但矽基感測器容易檢測到。平頂透明環氧樹脂封裝既作為環境密封，又作為透鏡來塑造發射光嘅輻射模式。
11. 發展趨勢
紅外線光電領域持續發展。與HIR67-21C/L11/TR8等元件相關嘅關鍵趨勢包括:
- 效率提升:持續嘅材料科學研究旨在開發具有更高內部量子效率 (每個電子產生更多光子) 同改進封裝光提取嘅半導體結構，從而喺相同輸入功率下實現更高輻射強度。
- 微型化:對更細小、更密集電子產品嘅推動，要求更緊湊嘅SMD封裝，同時保持或改善光學性能同熱特性。
- 增強嘅波長選擇:雖然850nm同940nm係常見嘅，但針對特定應用 (例如醫療設備用810nm或用於氣體感測嘅特定波段) 嘅其他近紅外線波長亦喺發展中。
- 集成化:趨勢包括將紅外線LED同驅動IC集成，甚至同光電探測器集成喺單一封裝中，以創建完整、校準嘅感測器模組，為終端用戶簡化系統設計。
- 更嚴格嘅合規要求:環境同材料法規 (RoHS、REACH、無鹵素) 將繼續變得更加嚴格，推動開發符合呢啲要求且唔影響性能或可靠性嘅新封裝材料同製造工藝。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 點解重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出嘅光通量，越高越慳電。 | 直接決定燈具嘅能效等級同電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出嘅總光量，俗稱"光亮度"。 | 決定燈具夠唔夠光。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），例如120° | 光強降至一半時嘅角度，決定光束闊窄。 | 影響光照範圍同均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），例如2700K/6500K | 光嘅顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氣氛同適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色嘅能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，例如"5-step" | 顏色一致性嘅量化指標，步數越細顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色冇差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（納米），例如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應嘅波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED嘅色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出嘅光喺各波長嘅強度分佈。 | 影響顯色性同顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需嘅最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光嘅電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度同壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受嘅峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度同佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受嘅最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從芯片傳到焊點嘅阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），例如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED芯片內部嘅實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED嘅"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（例如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度嘅百分比。 | 表徵長期使用後嘅亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色嘅變化程度。 | 影響照明場景嘅顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致嘅封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護芯片並提供光學、熱學介面嘅外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 芯片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 芯片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、硅酸鹽、氮化物 | 覆蓋喺藍光芯片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 唔同螢光粉影響光效、色溫同顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面嘅光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度同配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼例如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼例如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落喺極細範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應嘅坐標範圍。 | 滿足唔同場景嘅色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 喺恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下嘅壽命。 | 提供科學嘅壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認嘅測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（例如鉛、汞）。 | 進入國際市場嘅准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品嘅能效同性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |