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

1. 產品概述

HIR-S06-P120/L649-P03/TR 是一款高功率紅外線發光二極體，專為需要強效、高效率紅外線照明的應用而設計。它是一款表面黏著元件，採用結構緊湊的平頂式封裝，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 奈米的紅外光，此波長與矽基光電探測器（如光電二極體和光電晶體管）的光譜靈敏度達到最佳匹配。其核心優勢包括：小巧外形下的高輻射輸出、符合環保法規（RoHS、REACH、無鹵素），以及適用於自動化組裝製程。

1.1 主要特性與應用

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

本節根據資料手冊中的定義，對裝置的電氣、光學和熱特性提供詳細且客觀的分析。

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過這些額定值。對於 HIR-S06-P120/L649-P03/TR，關鍵限制如下：

• 連續順向電流（IF）： 1000 mA。這是可以持續通過LED的最大直流電流。
• 逆向電壓 (VR): 5 V。施加超過此值的逆向電壓可能導致接面崩潰。
• 工作溫度 (Topr): -40°C 至 +100°C。此為元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。此為元件非運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。
• 功率消耗 (Pd): 在 IF=700mA 時為 3 W。這表示在特定測試條件下，封裝所能以熱能形式散逸的最大功率。資料手冊明確建議為此元件加裝散熱器，以有效管理熱負載並防止超過接面溫度限制。

2.2 電氣光學特性

這些參數是在標準環境溫度 25°C 下量測，定義了元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) 為單位量測。典型值隨驅動電流增加而提高：350 mA 時為 340 mW，700 mA 時為 650 mW，1 A 時為 890 mW。這展示了元件的高功率能力。
• 輻射強度 (Ie): 以 mW/sr（毫瓦每球面度）為單位測量，這是指每單位立體角所發射的光功率。它是衡量 LED 在特定方向亮度的指標。典型值為 115 mW/sr（350 mA）、220 mW/sr（700 mA）和 290 mW/sr（1 A）。
• 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 是紅外照明的常見波長，因為它對人眼不可見，但能被矽感測器和許多相機感測器良好偵測。
• 頻譜頻寬 (Δλ)： 25 nm（典型值）。這定義了發射波長的範圍，通常以最大功率的一半（半高全寬 - FWHM）進行測量。25nm 的頻寬表示一個以 850nm 為中心、相對較窄的頻譜輸出。
• 順向電壓 (VF)： 電流流過時 LED 兩端的電壓降。它隨電流增加而增加：3.10 V（350 mA）、3.25 V（700 mA）、3.45 V（1 A）。這對於驅動電路設計至關重要。
• 逆向電流 (IR)： 在VR=5V時最大為10 μA。這是當元件在其最大額定值內反向偏壓時流過的小漏電流。
• 視角 (2θ1/2): 120度（典型值）。這是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廣，適合大面積照明。

3. 性能曲線分析

資料手冊參考了典型的性能曲線，這些對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。

3.1 順向電流 vs. 順向電壓 (IV曲線)

此圖（圖1）顯示了流經LED的電流 (IF) 與其兩端電壓 (VF) 之間的關係。它是非線性的。該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，意味著它會隨著接面溫度升高而略微下降。

3.2 順向電流 vs. 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. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸與圖面

本元件採用SMD封裝。尺寸圖標明了精確的長、寬、高、引腳間距以及透鏡幾何形狀。資料手冊中的關鍵註記：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。並提供了一項關鍵的處理警告： 請勿手持元件的透鏡部分。 對透鏡施力可能導致封裝結構的機械性損壞。

4.2 極性識別與安裝焊墊

封裝圖明確標示了陰極和陽極端子。在PCB佈局和組裝過程中必須遵守正確的極性。建議的焊墊佈局（land pattern）通常源自封裝尺寸，以確保可靠的焊接和機械強度。

5. 焊接與組裝指南

作為一款SMT元件，其適用於迴流焊接製程。雖然本節選未詳細說明具體的迴流溫度曲線參數（預熱、恆溫、迴流峰值溫度、液相線以上時間），但通常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。符合無鉛與無鹵規範，表示其適用於現代環保製程。儲存建議與工作溫度範圍（-40°C至+100°C）一致，元件在使用前應保存在其防潮包裝中。

6. 封裝與訂購資訊

6.1 捲盤與載帶規格

該元件以載帶卷盤形式供應，適用於自動化取放組裝。載帶尺寸已明確規定。每卷包含2000個元件。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

元件以鋁箔防潮袋包裝出貨，袋內含乾燥劑以控制濕度。包裝袋上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.），但資料手冊指出，零件編號 HIR-S06-P120/L649-P03/TR 在本文件中似乎未針對強度、波長或電壓使用詳細的分級系統，因為所有典型值均列出，未附等級代碼。產品以其完整零件編號進行識別。

7. 應用建議與設計考量

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，從而實現安防攝影機、汽車系統和消費性裝置中的夜視功能。其他應用包括用於接近和存在檢測的主動式紅外線照明、光學編碼器、短距離資料傳輸（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，這點至關重要。數據手冊明確建議使用散熱器。PCB佈局應包含足夠的散熱孔和銅箔面積，並連接至LED的散熱焊盤（如有）或引腳，以將熱量從接面導出。若超過Tj=115°C，將大幅縮短使用壽命，並可能導致立即失效。
• 驅動電路： LED是電流驅動元件。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。應考慮加入逆向電壓保護。
• 光學設計： 120度的寬廣視角提供了廣泛的覆蓋範圍。對於需要更聚焦光束的應用，可以使用二次光學元件（透鏡）。其水清透鏡適用於850nm波長。
• ESD防護： 雖然額定值為 2kV ESD，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

與標準低功率紅外線 LED 相比，HIR-S06-P120/L649-P03/TR 的主要差異在於其 SMD 封裝提供的高輻射輸出（高達 890mW）。這使得照明更明亮，或能夠照亮更大區域或達到更遠距離。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的平衡。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，能提供更高的性能。寬視角對於區域照明是一項優勢，但如果需要窄光束，則可能成為潛在缺點，在這種情況下，視角更窄或具有二次光學元件的裝置會更適合。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q: 我可以僅使用一個電阻，直接以 5V 電源驅動這個 LED 嗎？
A: 可能可以，但需要仔細計算。在 1A 電流和 Vf=3.45V 的條件下，串聯電阻應為 (5V - 3.45V)/1A = 1.55 歐姆，並消耗 1.55W 功率。這種方式效率低下，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: 為什麼建議使用散熱片，即使工作溫度高達 100°C？
A: 100°C的額定值是針對環境空氣溫度（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~3.45W）會使接面溫度高於環境溫度。散熱片能降低接面與環境空氣之間的熱阻，在高功率和/或高Ta情況下將Tj保持在限制範圍內。

Q: 此LED是否適合連續24/7運作？
A: 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，搭配良好的散熱片運作，將是連續運作的一個保守且可靠的設計點。

Q: 此裝置的典型使用壽命是多久？
A: 使用壽命（通常定義為光輸出衰減至初始值70%的時間點）高度依賴於操作條件，主要是接面溫度。當在規格範圍內並有足夠冷卻的情況下運作時，此類LED的典型壽命可達數萬小時。

10. 實際使用案例範例

設計案例：夜視安全攝影機模組
一位設計師正在為戶外使用打造一款緊湊型安全攝影機模組。該模組包含一個CCD感測器，並需要紅外線照明以進行夜間操作。選擇HIR-S06-P120/L649-P03/TR是因為其高輸出和SMD封裝。四個LED對稱地排列在PCB上的攝影機鏡頭周圍。一個專用的恆流驅動IC為每個LED提供700mA電流。PCB設計採用大面積鋪銅，並透過多個散熱孔連接到LED焊盤，整個攝影機外殼充當散熱器。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，適合攝影機的視野範圍。850nm波長確保了良好的感測器響應，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接面二極體。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。當這些電荷載子重新結合時，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）晶片，其能隙對應於約850nm的紅外光。水清環氧樹脂透鏡封裝了晶片，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），從而降低熱負荷。同時也朝著在更小的封裝中實現更高功率密度的方向發展，這使得對先進熱管理解決方案（如整合式散熱片或覆晶設計）的重視程度更高。此需求是由汽車（LiDAR、駕駛員監控）、安全和機器視覺等市場的成長所驅動。雖然850nm由於感測器相容性仍是主流波長，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與驅動器和感測器整合到完整模組中是另一個持續的趨勢，簡化了終端使用者的設計。