HIR16-213C/L423/TR8 微型頂部紅外線LED規格書 - SMD封裝 - 850nm峰值波長 - 145°視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

HIR16-213C/L423/TR8是一款高可靠性、微型表面黏著元件（SMD）紅外線（IR）發光二極體。其設計用於需要緊湊、高效紅外光源，且相容於現代自動化組裝製程的應用。元件以水清環氧樹脂封裝，提供堅固的封裝體，同時確保紅外光的最佳透射。

核心優勢：此元件的首要優勢包括其小巧的雙端封裝佔位面積、高可靠性，以及完全符合RoHS、歐盟REACH和無鹵要求（Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm）等環保法規。其光譜特別與矽光電二極體和光電晶體匹配，使其成為感測系統的理想選擇。

目標市場與應用：此紅外線LED主要針對需要紅外線功能的電子系統設計師與製造商。關鍵應用領域包括用於接近或物體偵測的PCB安裝式紅外線感測器、需要較高輻射強度的紅外線遙控器、各類光學掃描器，以及其他紅外線應用系統。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不建議在此極限外操作。

• 連續順向電流（I_F）：50 mA。這是可持續施加的最大直流電流。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致二極體接面崩潰。
• 操作與儲存溫度（T_opr, T_stg）：-40°C 至 +100°C。此寬廣範圍確保適用於工業與汽車環境。
• 焊接溫度（T_sol）：峰值溫度260°C，最長5秒，相容於無鉛迴焊溫度曲線。
• 功率耗散（P_c）：在環境溫度25°C或以下時為100 mW。在更高溫度下需要降額使用。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件（環境溫度25°C，順向電流20 mA）下量測，除非另有說明。

• 輻射強度（I_E）：典型值為1.50 mW/sr，最小值為0.50 mW/sr。此參數量測每單位立體角發射的光功率。
• 峰值波長（λ_p）：850 nm（典型值），範圍從840 nm至870 nm。此波長對於矽基偵測器接近最佳匹配。
• 光譜頻寬（Δλ）：典型值30 nm。此定義了最大強度一半處的光譜寬度。
• 順向電壓（V_F）：典型值1.45V，在I_F=20mA時最大值為1.65V。在100mA脈衝電流下（脈衝寬度 ≤100μs，工作週期 ≤1%），V_F最大值上升至2.00V。
• 逆向電流（I_R）：在V_R=5V時最大值為10 μA，顯示良好的接面品質。
• 視角（2θ_1/2）：145度（典型值）。此極寬的視角是透鏡設計的特點，提供廣泛的發射範圍。

3. 分級系統說明

此元件提供不同性能等級，主要基於輻射強度。這讓設計師能根據其特定的靈敏度或距離需求選擇合適的等級。

• 等級 F：在I_F=20mA時，輻射強度介於0.50至1.50 mW/sr之間。
• 等級 G：輻射強度介於1.00至2.50 mW/sr之間。
• 等級 H：輻射強度介於2.00至3.50 mW/sr之間。
• 等級 J：輻射強度介於3.00至4.50 mW/sr之間。

標準產品未針對順向電壓或峰值波長進行分級，儘管這些參數有指定的最小/典型/最大值。

4. 性能曲線分析

4.1 輻射強度 vs. 順向電流

提供的圖表顯示非線性關係。輻射強度隨順向電流增加而增加，但最終會因熱效應和效率限制而飽和。此曲線對於決定達到所需光輸出所需的工作電流至關重要。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓

此IV曲線呈現二極體的標準指數特性。在20mA時典型的V_F值1.45V是驅動電路設計（例如，串聯電阻計算）的關鍵參數。

4.3 順向電流 vs. 環境溫度

降額曲線顯示，最大允許連續順向電流隨環境溫度升高而降低。這對於確保長期可靠性至關重要，特別是在高溫應用中。元件無法在整個溫度範圍內以其全額50mA額定值運作。

4.4 光譜分佈

光譜輸出以850nm為中心，典型頻寬為30nm。這與常見矽光電偵測器的峰值響應區域匹配，最大化系統信噪比。

4.5 相對輻射強度 vs. 角度位移

極座標圖確認了145°視角，強度在距中心軸±72.5°處降至峰值的一半。發射模式接近朗伯分佈，適用於廣域照明。

5. 機械與封裝資訊

元件採用緊湊的微型頂部SMD封裝。規格書中的關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米。
• 未指定尺寸的標準公差為±0.1mm。
• 封裝採用雙端設計，以在焊接時提供機械穩定性。
• 水清環氧樹脂透鏡與封裝體一體成型。

極性識別：陰極通常在封裝上標記，常用綠點、凹口或較短的引腳。確切的標記方式請參閱規格書圖示。

6. 焊接與組裝指南

6.1 儲存與濕度敏感性

元件對濕度敏感（MSL）。預防措施至關重要：

• 在準備使用前請勿打開防潮袋。
• 開封前儲存：≤30°C / ≤90% RH。請在1年內使用。
• 開封後儲存：≤30°C / ≤60% RH。請在168小時（7天）內使用。
• 若超過儲存時間或乾燥劑顯示受潮，在進行迴焊前需以60±5°C烘烤至少24小時。

6.2 迴焊焊接

元件相容於紅外線和氣相迴焊製程。

• 指定使用峰值溫度260°C的無鉛溫度曲線。
• 迴焊次數不應超過兩次。
• 在加熱和冷卻過程中避免對封裝施加機械應力。
• 焊接後請勿彎曲PCB。

6.3 手動焊接與返修

若需手動焊接：

• 使用烙鐵頭溫度<350°C的烙鐵。
• 每個端子接觸時間限制在≤3秒。
• 使用功率≤25W的烙鐵。
• 端子之間需有>2秒的冷卻間隔。
• 對於返修，建議使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以避免損壞封裝。任何返修後都應驗證元件功能。

6.4 電路保護

關鍵：必須使用外部限流電阻與LED串聯。順向電壓具有負溫度係數，意味著若未妥善控制，電流可能失控增加。電壓的微小增加可能導致電流大幅變化，進而立即燒毀元件。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件以8mm載帶供應於7英吋直徑的捲盤上。每捲包含3000顆。載帶尺寸確保與標準SMD取放設備相容。

7.2 包裝程序與標籤

捲盤包裝於含乾燥劑的鋁箔防潮袋中。袋上標籤包含追溯與正確應用的關鍵資訊：

• CPN（客戶料號）
• P/N（生產料號：HIR16-213C/L423/TR8）
• QTY（數量）
• CAT（等級/分級代碼，例如 F, G, H, J）
• HUE（峰值波長）
• LOT No.（生產批號）
• 生產地

7.3 元件選型指南

型號HIR16-213C/L423/TR8解碼如下：晶片材料為AlGaAs（砷化鋁鎵），透鏡顏色為水清。後綴TR8表示8mm載帶與捲盤包裝。

8. 應用設計建議

8.1 典型應用電路

在典型驅動電路中，LED透過一個限流電阻串連至電源電壓（V_CC）。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V_CC- V_F) / I_F。例如，V_CC=5V，V_F=1.45V，I_F=20mA，則 R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 Ω。一個標準的180 Ω電阻是合適的。對於更高電流（例如100mA）的脈衝操作，需確保驅動器（通常是電晶體）能承受峰值電流，且工作週期保持極低（≤1%）以避免過熱。

8.2 光學設計考量

145°寬視角使此LED非常適合需要廣泛、漫射照明的應用，例如需要覆蓋廣大區域的接近感測器。對於更長距離或更定向的應用，可能需要二次光學元件（透鏡）來準直光束。水清透鏡對於近紅外光傳輸是最佳的，吸收損耗極小。

8.3 熱管理

雖然封裝小巧，但必須考慮功率耗散，特別是在較高電流或高環境溫度下。確保PCB焊墊佈局提供足夠的散熱路徑，且不超過最大接面溫度。順向電流 vs. 溫度的降額曲線是主要指南。

9. 技術比較與差異化

與標準5mm或3mm穿孔式紅外線LED相比，此SMD元件提供顯著優勢：

• 尺寸與自動化：微型SMD封裝實現更小的PCB設計，並完全相容於高速自動取放與迴焊製程，降低組裝成本。
• 視角：145°視角對於SMD紅外線LED來說異常寬廣，比許多光束較窄的競爭產品提供更均勻的覆蓋範圍。
• 合規性：完全符合RoHS、REACH和無鹵標準，是針對具有嚴格環保法規的全球市場產品的關鍵差異化因素。
• 光譜匹配：850nm峰值波長特意與矽偵測器匹配，此特性並非所有通用紅外線LED都經過優化。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 輻射強度（mW/sr）與輻射功率（mW）有何不同？

輻射強度是每單位立體角（球面度）發射的光功率。輻射功率是所有方向發射的總光功率。對於已知強度和視角分佈的LED，總功率可通過對整個發射球體積分強度來計算。規格書提供強度，這對於計算特定距離和角度下偵測器上的輻照度更有用。

10.2 我可以持續以50mA驅動這顆LED嗎？

只有在環境溫度等於或低於25°C，且您有足夠的熱管理措施時，才能以50mA直流驅動。降額曲線顯示，最大允許連續電流隨溫度升高而降低。為了在整個溫度範圍內可靠運作，建議使用較低電流或脈衝操作。

10.3 為何限流電阻絕對必要？

LED是電流驅動元件，而非電壓驅動。其V-I曲線非常陡峭。順向電壓的微小增加（由於溫度或電源變化）可能導致電流極大且具破壞性的增加。串聯電阻提供負回饋，穩定工作點。

10.4 如何解讀等級（F, G, H, J）？

等級是輻射強度的分級代碼。它讓您能為應用選擇具有保證最小光輸出的元件。例如，如果您的感測器需要至少2.0 mW/sr，您應指定等級H或J。使用較低等級（F或G）可能導致元件無法滿足系統的靈敏度要求。

11. 實際應用範例

設計案例：簡易接近感測器

目標：偵測物體進入感測器10公分範圍內。

設計：將HIR16-213C/L423/TR8紅外線LED和一個匹配的矽光電晶體並排放置在PCB上，面向同一方向。以20mA恆定電流驅動LED（使用計算出的串聯電阻）。當沒有物體時，紅外線光束遠離，光電晶體接收到極少的反射光。當物體進入偵測區域時，部分紅外線光反射回光電晶體，導致其集極電流增加。此電流變化可透過比較器放大並轉換為數位信號。

元件選擇理由：LED的145°寬視角確保了廣闊的偵測範圍。850nm波長確保光電晶體的最大響應度。選擇等級H或J的LED可提供更高的輻射強度，增加反射光量，從而可能提升偵測距離或可靠性。

關鍵計算：驅動電阻值（如第8.1節計算）。光電晶體的預期信號位準取決於物體的反射率，需要透過實驗來表徵，以正確設定比較器的閾值。

12. 工作原理

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型半導體的電子和來自p型半導體的電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子在主動區（此處為AlGaAs晶片）復合時，能量以光子（光）的形式釋放。特定的材料組成（AlGaAs）決定了能隙能量，這直接定義了發射光子的波長——在此例中，位於約850奈米的近紅外光譜範圍。水清環氧樹脂封裝保護晶片，提供機械保護，並作為主透鏡來塑造發射光的角度分佈。

13. 技術趨勢

紅外線LED技術隨著更廣泛的光電趨勢持續演進。關鍵方向包括：

• 效率提升：開發新的半導體材料和磊晶結構，旨在相同的電輸入下產生更多光功率（更高的輻射強度），降低系統功耗和熱產生。
• 微型化：對更小型消費性電子和物聯網設備的需求推動了更小的封裝佔位面積，同時維持或改善光學性能。
• 整合解決方案：趨勢是將紅外線發射器、偵測器，有時連同控制邏輯整合到單一模組或封裝中，簡化設計並提升特定應用（如手勢感測或主動式3D成像）的性能。
• 波長多樣化：雖然850nm和940nm很常見，但其他波長正在開發中，用於光譜分析或人眼安全系統等專業應用。
• 增強可靠性與合規性：隨著法規趨嚴和產品壽命延長，關注堅固的封裝、改善的防潮性，以及保證符合全球環境與安全標準仍然至關重要。

免責聲明：此處提供的資訊源自並代表所提供規格書的技術內容。典型值不具保證。設計師必須查閱官方規格書以獲取絕對最大額定值和應用說明。製造商對在規定條件外使用所造成的損壞概不負責。所有規格可能由製造商更改。