5mm 紅外線 LED 850nm HIR7373C 規格書 - 尺寸 5mm - 電壓 1.45V - 功率 150mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高強度 5mm 紅外線 (IR) 發光二極體的規格。此元件專為需要可靠紅外線發射的應用而設計，其峰值波長為 850 奈米 (nm)。它採用標準 T-1 3/4 (5mm) 透明塑膠封裝，能實現紅外光的最佳透射。此元件在光譜上與常見的矽光電晶體、光電二極體及紅外線接收模組相匹配，使其成為各種紅外線感測與通訊系統的理想光源。

本產品的核心優勢包括高可靠性、顯著的輻射輸出以及低順向電壓特性，有助於實現節能運作。其製造符合無鉛 (Pb-Free) 標準，並遵循主要環保法規，包括 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準 (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)。其主要目標市場涵蓋從事紅外線系統設計的工程師，例如接近感測器、物體偵測、遙控器及工業自動化等應用。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

此元件的連續順向電流 (I_F) 額定值為 100 mA。在脈衝操作下，於特定條件下可承受高達 1.0 A 的峰值順向電流 (I_FP)：脈衝寬度 ≤ 100μs 且工作週期 ≤ 1%。最大允許反向電壓 (V_R) 為 5 V。工作溫度範圍規定為 -40°C 至 +85°C，儲存溫度範圍為 -40°C 至 +100°C。在 25°C 或以下自由空氣溫度時的最大功率耗散 (P_d) 為 150 mW。焊接溫度額定值為 260°C，持續時間不得超過 5 秒。

2.2 電氣與光學特性

關鍵性能參數是在環境溫度 (T_a) 25°C 下測量的。輻射強度 (I_e) 是主要的光學輸出指標。在標準測試電流 20 mA 下，典型的輻射強度為 15 mW/sr，最小值則依產品等級而定，為 7.8 mW/sr。在最大連續電流 100 mA 下（脈衝條件），典型的輻射強度會增加至 75 mW/sr。

峰值發射波長 (λ_p) 典型值為 850 nm，半高全寬 (Δλ) 約為 45 nm。順向電壓 (V_F) 在 20 mA 下典型值為 1.45 V，最大值為 1.65 V。在 100 mA（脈衝）下，V_F範圍為 1.80 V 至 2.40 V。當施加 5 V 反向電壓時，最大反向電流 (I_R) 為 10 μA。視角 (2θ_1/2)，定義為半強度全角，典型值為 40 度。

3. 分級系統說明

本產品根據在 I_F= 20 mA 下測得的輻射強度，被分選至不同的性能等級。這確保了生產中的選擇一致性。分級定義如下：

• 等級 M：輻射強度範圍從 7.8 mW/sr (最小值) 到 12.5 mW/sr (最大值)。
• 等級 N：輻射強度範圍從 11.0 mW/sr (最小值) 到 17.6 mW/sr (最大值)。
• 等級 P：輻射強度範圍從 15.0 mW/sr (最小值) 到 24.0 mW/sr (最大值)。
• 等級 Q：輻射強度範圍從 21.0 mW/sr (最小值) 到 34.0 mW/sr (最大值)。

此分級系統讓設計師能選擇符合其應用特定最低輸出要求的元件，從而確保系統性能。

4. 性能曲線分析

本規格書提供了數條對設計至關重要的特性曲線。

4.1 順向電流 vs. 環境溫度

此降額曲線顯示了最大允許連續順向電流隨環境溫度變化的關係。隨著溫度升高，最大允許電流線性下降，以防止過熱並確保長期可靠性。設計師必須參考此曲線，為其預期的環境條件選擇適當的工作電流。

4.2 光譜分佈

光譜分佈圖繪製了相對輻射強度與波長的關係。它確認了 850 nm 的峰值以及約 45 nm 的頻寬。此曲線對於確保與目標接收器（例如，峰值靈敏度約在 850-950 nm 的光電晶體）的光譜靈敏度相容性非常重要。

4.3 輻射強度 vs. 順向電流

此圖說明了驅動電流與光學輸出之間的關係。輻射強度隨電流呈超線性增加。它有助於設計師理解驅動電流、光功率與元件效率之間的權衡。

4.4 相對輻射強度 vs. 角度位移

此極座標圖描繪了 LED 的發射模式。強度沿中心軸 (0°) 最高，並隨著角度增加而減弱，從而定義了 40 度的視角。此資訊對於光學設計至關重要，例如在感測應用中的透鏡選擇與對準。

5. 機械與封裝資訊

此元件採用標準 5mm 徑向引腳封裝。封裝尺寸圖標明了物理尺寸，包括環氧樹脂透鏡的直徑（通常為 5.0mm）、引腳間距（2.54mm 或 0.1 英吋，為穿孔元件的標準間距）以及總長度。圖中包含公差，關鍵尺寸的公差通常為 ±0.25mm。陽極（正極）引腳通常以較長的引腳標示。透明透鏡材料針對紅外線透射進行了優化，吸收極小。

6. 焊接與組裝指南

6.1 接腳成型

若需彎曲引腳，必須在距離環氧樹脂燈泡底部至少 3mm 的位置進行。成型應始終在焊接前於室溫下進行，以避免對封裝施加應力或損壞內部晶粒和接合線。PCB 孔位必須與 LED 引腳精確對齊，以防止安裝應力。

6.2 儲存

元件應儲存在受控環境中，溫度 30°C 或以下，相對濕度 70% 或以下。建議出貨後的儲存壽命為 3 個月。如需更長時間儲存（最長一年），應將其保存在充有氮氣並放置乾燥劑的密封容器中。應避免在潮濕環境中溫度急劇變化，以防止凝結。

6.3 焊接製程

焊接時必須小心，以防止熱損傷。焊點應距離環氧樹脂燈泡至少 3mm。

• 手工焊接：烙鐵頭最高溫度 300°C（適用於最大 30W 烙鐵），每個引腳的焊接時間不得超過 3 秒。
• 波峰焊/浸焊：最高預熱溫度 100°C，持續時間最長 60 秒。焊錫槽溫度不得超過 260°C，元件浸入時間最長 5 秒。

提供了建議的焊接溫度曲線，強調了受控的升溫、峰值溫度停留時間以及受控的冷卻過程。不建議快速冷卻。浸焊或手工焊接不應進行超過一次。焊接後，LED 應避免受到機械衝擊，直到其恢復至室溫。

6.4 清潔

如需清潔，請在室溫下使用異丙醇，時間不超過一分鐘，然後風乾。通常不建議使用超音波清洗，因為有損壞內部結構的風險。若絕對必要，必須事先仔細評估該製程。

6.5 熱管理

儘管這是一款低功率元件，但在應用設計中仍須考慮熱管理，尤其是在接近最大額定值運作時。應根據順向電流 vs. 環境溫度曲線對電流進行降額，以將接面溫度維持在安全限度內，並確保長期可靠性。

7. 包裝與訂購資訊

標準包裝規格如下：500 個元件裝入一個防靜電袋。五個這樣的防靜電袋放入一個內箱。十個內箱再裝入一個主（外）箱，因此每個主箱總共裝有 25,000 個元件。

包裝上的標籤包含數個代碼：客戶產品編號 (CPN)、製造商產品編號 (P/N)、包裝數量 (QTY)、發光強度等級 (CAT)、主波長等級 (HUE)、順向電壓等級 (REF)、批號 (LOT No.) 以及日期代碼 (月份 X)。

8. 應用建議

8.1 典型應用情境

此紅外線 LED 適用於廣泛的應用，包括但不限於：紅外線遙控發射器、接近與物體偵測感測器、工業光學開關與編碼器、夜視照明系統、光學資料傳輸鏈路以及非接觸式使用者介面。

8.2 設計考量

• 電流限制：當使用電壓源驅動 LED 時，務必使用串聯的限流電阻。其值可使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F.
• 接收器匹配：確保所選的光偵測器（光電晶體、光電二極體或紅外線接收 IC）在 850 nm 附近具有峰值靈敏度，以獲得最佳性能。
• 光路：考慮視角以及可能需要的透鏡或光圈，以便在長距離或定向應用中對紅外線光束進行準直或聚焦。
• 電氣雜訊：在感測應用中，對紅外線信號進行調變（例如，使用特定頻率）並在接收端進行同步檢測，可以大幅提高對環境光干擾的免疫力。

9. 技術比較與差異化

與通用紅外線 LED 相比，此元件提供了高輻射強度（在 100mA 脈衝下典型值高達 75 mW/sr）與相對較低的順向電壓（在 20mA 下典型值為 1.45V）的明確組合。850nm 波長是常見標準，確保了與矽基接收器的廣泛相容性。其符合嚴格的環保標準（RoHS、REACH、無鹵素），使其適用於需要綠色認證的現代電子產品。與可能衰減信號的有色封裝相比，透明封裝提供了穩定、未經過濾的輸出。

10. 常見問題 (FAQ)

問：輻射強度 (mW/sr) 與發光強度 (mcd) 有何不同？

答：輻射強度測量的是每單位立體角（球面度）發射的光功率（毫瓦），適用於所有波長。發光強度則根據人眼靈敏度（明視覺曲線）加權，以燭光為單位測量；它不適用於像此 850nm LED 這樣的紅外線光源。

問：我可以用 100 mA 的恆定電流連續驅動此 LED 嗎？

答：絕對最大額定值將 100 mA 指定為最大連續順向電流。然而，為了確保長期可靠運作，建議在參考降額曲線後，尤其是在較高的環境溫度下，以低於此最大值的電流運作。

問：為什麼視角規定為 40 度？

答：40 度角 (2θ_1/2) 是指輻射強度降至中心軸峰值一半處的全寬。它描述了 LED 的光束擴散範圍。

問：此 LED 是否需要 ESD 保護二極體？

答：雖然規格書未指定高 ESD 等級，但通常建議在處理所有半導體元件（包括 LED）時採取 ESD 防護措施。串聯加入限流電阻也能提供一些固有的保護。

11. 實務設計與使用範例

範例 1：簡易接近感測器。將此 LED 與一個放置在短距離外的光電晶體配對。物體通過兩者之間會阻斷光束，偵測為光電晶體電流的下降。使用調變的 LED 信號（例如，38 kHz 方波）和調諧接收器可以抑制環境光干擾。

範例 2：夜視攝影機的紅外線照明器。由多個此類 LED 組成的陣列，以脈衝模式在 1A 峰值電流或接近該值（配合適當的工作週期）驅動，可以為對 850nm 光敏感的攝影機提供顯著的不可見照明，從而擴展其在低光條件下的有效範圍。

12. 工作原理簡介

紅外線發光二極體 (IR LED) 是一種半導體 p-n 接面二極體。當施加順向電壓時，來自 n 區的電子和來自 p 區的電洞被注入活性區。當這些電荷載子復合時，它們會以光子的形式釋放能量。所使用的特定半導體材料（本例中為砷化鎵鋁 - GaAlAs）決定了能隙能量，從而決定了發射光的波長，對此元件而言是在紅外線光譜（850nm）。透明環氧樹脂封裝充當透鏡，塑造輸出光束。

13. 技術趨勢

紅外線發射器技術的趨勢持續朝向更高效率（每瓦電輸入產生更多輻射輸出）、為長距離應用提高功率密度，以及開發用於自動化組裝和更小尺寸的表面黏著元件 (SMD) 封裝。此外，針對光譜學和氣體偵測等高階感測應用，多波長和寬頻譜紅外線光源的開發也在持續進行中。將 LED 驅動電路和保護功能整合到元件本身是另一個發展領域。