HIR323C 5mm 紅外線LED 規格書 - 5mm 直徑 - 1.45V 順向電壓 - 850nm 波長 - 150mW 功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

HIR323C 是一款高強度紅外線發射二極體，採用標準 T-1 (5mm) 封裝並配備水清色塑膠透鏡。此元件專為在紅外線感測與通訊系統中提供可靠效能而設計。其光譜輸出經過特別匹配，能與常見的矽光電晶體、光電二極體及紅外線接收模組相容，確保系統達到最佳效率。此元件主要應用於紅外線應用系統，例如遙控器、物體偵測、接近感測以及光學開關。

1.1 核心優勢與目標市場

此紅外線LED 的主要優勢來自其設計與材料選擇。它採用已知能高效發射紅外線的 GaAlAs（砷化鎵鋁）晶片材料。其封裝提供高輻射強度，能實現強勁的信號傳輸。一個重要特點是其低順向電壓，有助於降低最終應用中的功耗。本產品設計符合現代環境與安全標準，為無鉛、符合RoHS、符合歐盟REACH 規範且無鹵素。這使其適用於全球市場，特別是需要可靠、長壽命紅外線光源的消費性電子產品、工業自動化及安全系統。

2. 技術參數深度解析

本節針對規格書中列出的關鍵技術參數，提供詳細且客觀的詮釋，說明其對設計工程師的重要性。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。不保證在此條件下運作。

• 連續順向電流 (IF)：100 mA。這是在特定條件下，可無限期通過LED 的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP)：1.0 A。此高電流僅允許在脈衝條件下使用（脈衝寬度 ≤ 100μs，工作週期 ≤ 1%）。適用於需要極短暫、高強度脈衝的應用。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。在逆向偏壓方向超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 工作與儲存溫度：範圍為 -40°C 至 +85°C（工作）及 -40°C 至 +100°C（儲存）。此寬廣範圍確保了在惡劣環境下的可靠性。
• 功率消耗 (Pd)：在環境溫度 25°C 或以下時為 150 mW。這是封裝能以熱量形式散發的最大功率。實際允許的順向電流會隨著環境溫度升高而降額。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試條件下（Ta=25°C）量測，定義了元件的效能。

• 輻射強度 (Ie)：這是每單位立體角發射的光功率，以 mW/sr 為單位。在 IF=20mA 時，典型值為 30 mW/sr。在 100mA 脈衝操作下，可達 130 mW/sr。更高的輻射強度意味著更長的工作距離或更好的信噪比。
• 峰值波長 (λp)：850 nm（典型值）。這是光輸出功率達到最大值時的波長。850nm 屬於近紅外光譜，人眼不可見，但能被矽基感測器有效偵測。
• 光譜頻寬 (Δλ)：45 nm（典型值）。這定義了以峰值波長為中心所發射的波長範圍。較窄的頻寬有助於濾除環境光雜訊。
• 順向電壓 (VF)：在 20mA 時為 1.45V（典型值），最大值為 1.65V。在 100mA（脈衝）時，最大值為 2.40V。低 VF 是關鍵的效率參數。
• 視角 (2θ1/2)：15 度（典型值）。這是輻射強度降至其最大值（軸上）一半時的全角。較窄的視角能產生更聚焦的光束。

3. 分級系統說明

HIR323C 採用分級系統，根據元件在標準測試電流 20mA 下量測到的輻射強度進行分類。這讓設計師能為其應用選擇符合特定最低輸出要求的元件。

• 等級 P：輻射強度範圍從 15.0 mW/sr（最小）到 24.0 mW/sr（最大）。
• 等級 Q：輻射強度範圍從 21.0 mW/sr（最小）到 34.0 mW/sr（最大）。
• 等級 R：輻射強度範圍從 30.0 mW/sr（最小）到 48.0 mW/sr（最大）。

選擇較高的等級（例如 R）能保證更高的最低輸出，這對於確保系統效能的一致性至關重要，特別是在溫度變化與產品壽命期間。

4. 性能曲線分析

規格書包含數個圖表，說明元件在不同條件下的行為。理解這些圖表對於穩健的電路設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 環境溫度

此曲線顯示最大允許連續順向電流隨著環境溫度升高而降額的情況。當溫度上升，封裝的散熱能力下降，因此必須降低電流以維持在由最大功率消耗所定義的安全工作區內。設計師必須使用此圖表，為其預期的工作環境選擇適當的限流電阻或驅動器。

4.2 輻射強度 vs. 順向電流

此圖表描繪了驅動電流 (IF) 與光學輸出 (Ie) 之間的關係。通常是非線性的。輸出隨電流增加而增加，但在極高電流下可能因熱效應與效率影響而飽和。此曲線有助於確定達到所需輸出水平所需的驅動電流。

4.3 光譜分佈

此圖顯示相對輻射強度隨波長變化的函數關係。它確認了峰值波長 (λp ~850nm) 與光譜頻寬 (Δλ)。此曲線的形狀對於確保與接收感測器（光電晶體/光電二極體）的光譜靈敏度曲線相容非常重要。

4.4 相對輻射強度 vs. 角度位移

此極座標圖說明了LED 的發射模式。強度沿中心軸 (0°) 最高，並隨著角度增加而降低。15 度視角定義在強度降至峰值 50% 的位置。此資訊對於光學設計、決定系統中的光束擴散與對準公差至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸圖

本元件符合標準 T-1 (5mm) 圓形LED 封裝外型。關鍵尺寸包括整體直徑（典型值 5.0mm）、透鏡高度以及引腳間距（2.54mm 或 0.1 英吋，為標準PCB 孔距）。圖中標示了陽極與陰極引腳，較長的引腳通常為陽極。所有未指定的公差為 ±0.25mm。工程師必須參考此圖進行PCB 焊墊設計與機械間隙檢查。

5.2 極性識別

本元件採用標準LED 極性慣例：較長的引腳為陽極 (+)，較短的引腳為陰極 (-)。封裝邊緣靠近陰極引腳處可能有一個平面。正確的極性對於運作至關重要；超過 5V 的逆向偏壓可能損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理對於維持元件可靠性與效能至關重要。

6.1 引腳成型

• 彎折必須在距離環氧樹脂燈泡底部至少 3mm 處進行，以避免對內部晶粒與接線造成應力。
• 成型應始終在焊接製程之前完成。
• 成型過程中對封裝的機械應力必須最小化，以防止破裂或內部損壞。
• PCB 孔位對準必須精確，以避免安裝應力。

6.2 儲存條件

建議的儲存環境為溫度 30°C 或以下，相對濕度 (RH) 70% 或以下。在此條件下的保存期限為出貨後 3 個月。如需更長時間儲存（最長一年），元件應保存在充有氮氣並放置乾燥劑的密封容器中，以防止吸濕，影響可焊性與可靠性。

6.3 焊接參數

必須在焊點與環氧樹脂燈泡之間保持至少 3mm 的距離，以防止熱損壞。

• 手工焊接：烙鐵頭最高溫度 300°C（適用於 30W 烙鐵），每引腳焊接時間最長 3 秒。
• 波峰/浸焊：預熱最高溫度 100°C，最長 60 秒。焊錫槽最高溫度 260°C，浸入時間不超過 5 秒。

規格書提供了建議的焊接溫度曲線，強調控制升溫速率、峰值溫度與冷卻速率以防止熱衝擊的重要性。焊接（浸焊或手工）不應進行超過一次。焊接後，元件應避免振動，直到冷卻至室溫。

6.4 清潔

若需清潔，僅應使用室溫下的異丙醇，時間不超過一分鐘。強烈不建議使用超音波清洗，因為高頻振動可能損壞LED 的內部結構。若絕對必要，必須事先仔細評估此製程。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

元件通常包裝在防靜電袋中，以防止靜電放電損壞。常見的包裝配置為：每袋 200-500 件，5 袋放入一個內箱，10 個內箱放入一個外箱。

7.2 標籤格式規格

包裝上的標籤包含用於追溯與正確應用的關鍵資訊：

• P/N：產品編號 (HIR323C)。
• CAT：發光強度等級（即分級代碼：P、Q 或 R）。
• LOT No：生產批號，用於製造追溯。
• 其他代碼可能包含客戶零件編號 (CPN)、數量 (QTY) 與日期代碼。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 紅外線遙控器：用於電視、音響系統及其他消費性電子產品。
• 物體/接近感測：用於家電、自動販賣機與工業設備，以偵測物體存在與否。
• 光學開關與編碼器：當中斷或反射紅外線光束表示位置或移動。
• 安全系統：作為紅外線入侵偵測光束的一部分。
• 資料傳輸：用於短距離、單工串列資料鏈路（相容 IrDA 的系統可能需要特定元件）。

8.2 設計考量

• 電流限制：LED 是電流驅動元件。務必使用串聯電阻或恆流驅動器，將順向電流 (IF) 設定為所需值，計算公式為：R = (Vcc - VF) / IF，其中 Vcc 為電源電壓，VF 為LED 順向電壓，IF 為所需電流。
• 熱管理：對於在較高電流或較高環境溫度下的連續操作，請考慮降額曲線。確保有足夠的PCB 銅箔面積或其他方式將熱量從LED 引腳導出。
• 光學對準：15 度的窄視角要求發射器與偵測器之間進行精確的機械對準，以獲得最佳信號強度。
• 抗環境光干擾：對於在環境光變化（例如日光）的環境中運作的系統，考慮以特定頻率調變紅外線信號，並使用調諧至該頻率的接收器來抑制背景雜訊。

9. 技術比較與差異化

雖然市面上有許多 5mm 紅外線LED，但 HIR323C 透過參數組合實現差異化。其高典型輻射強度（20mA 時 30 mW/sr）使其在相同封裝尺寸中屬於較高效能等級。極低的典型順向電壓（1.45V）提升了能源效率，這在電池供電應用中尤其有價值。其與矽光電偵測器的特定匹配性，以及符合嚴格的環境標準（無鹵素、REACH），使其成為需要可靠、長期效能的現代環保設計之合適選擇。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以直接從 3.3V 或 5V 微控制器引腳驅動此LED 嗎？

A：不行。LED 必須限制其電流。將其直接連接到像MCU 引腳這樣的低阻抗電壓源，會導致過大電流流過，可能損壞LED 和MCU 輸出。務必使用限流電阻或驅動電路。

Q2：P、Q 和 R 等級之間有何區別？

A：它們代表不同的輻射輸出保證最低水平。等級 R 具有最高的最低輸出（30 mW/sr），其次是 Q（21 mW/sr），然後是 P（15 mW/sr）。請根據應用中所需的信號強度與鏈路餘裕進行選擇。

Q3：規格書顯示峰值順向電流為 1A。我可以用於高功率脈衝應用嗎？

A：可以，但僅限於註明的嚴格條件下：脈衝寬度必須為 100 微秒或更短，且工作週期必須為 1% 或更低（例如，每 10ms 一個 100μs 脈衝）。這允許LED 處理高瞬時功率而不會過熱。

Q4：為什麼儲存條件與保存期限很重要？

A：塑膠封裝的電子元件會從大氣中吸收濕氣。在高溫焊接過程中，這些被困住的濕氣可能迅速膨脹，導致內部分層或 \"爆米花效應\"，使封裝破裂並損壞元件。遵守儲存指南並在必要時烘烤元件，對於實現高良率的製造至關重要。

11. 實務設計與使用案例

案例：設計一個簡單的物體偵測感測器。

一個常見用途是遮斷光束感測器。將 HIR323C 置於路徑一側，並將一個匹配 850nm 的光電晶體直接置於對面。微控制器透過一個 100Ω 電阻從 5V 電源驅動LED，產生的順向電流約為 (5V - 1.45V)/100Ω = 35.5mA。LED 以 1kHz 頻率、50% 工作週期進行脈衝驅動，以節省電力並允許微控制器透過同步偵測來抑制環境光。光電晶體的輸出由MCU 的ADC 讀取。當物體遮斷光束時，ADC 讀數下降，觸發動作。HIR323C 的 15 度窄視角有助於建立明確的感測區域，減少因物體從旁經過但未穿過光束而產生的誤觸發。

12. 原理介紹

紅外線發光二極體是一種半導體 p-n 接面二極體，在順向偏壓時會發光。當電流從陽極（p 型材料）流向陰極（n 型材料）時，電子在接面區域與電洞復合，以光子的形式釋放能量。發射光的波長由半導體材料的能隙決定。對於 HIR323C，GaAlAs 材料系統的能隙對應於約 850 奈米近紅外區域的光子。水清色環氧樹脂透鏡對此波長是透明的，並被塑形以產生所需的輻射模式（視角）。

13. 發展趨勢

紅外線發射器技術的趨勢持續朝向更高效率發展（每瓦電輸入產生更多光輸出功率），這使得更長距離、更低功耗或兩者兼得成為可能。微型化也是一個趨勢，表面黏著元件封裝比像 T-1 這樣的穿孔型封裝更為普及，以利自動化組裝。整合是另一個趨勢，結合發射器-感測器的模組以及內建訊號處理的智慧感測器變得越來越普遍。此外，遵守並超越環境法規（如無鹵素要求）對於服務全球市場的元件製造商來說仍然是關鍵重點。雖然標準的 850nm 由於良好的矽感測器響應與低成本而仍然流行，但其他波長如 940nm 正逐漸受到青睞，適用於不希望看到微弱紅光（某些 850nm LED 會發出）的應用。