ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر فائق الصغر دائري 1.6 ملم HIR26-21C/L289/TR8 - حجم 1.6 ملم - طول موجي 850 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد HIR26-21C/L289/TR8 ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر فائق الصغر من نوع جهاز السطح المركب (SMD). تم تصميمه للتطبيقات التي تتطلب مصدرًا مضغوطًا وموثوقًا للأشعة تحت الحمراء متوافقًا مع عمليات التجميع الآلي الحديثة. يتميز الجهاز بعبوة دائرية قطرها 1.6 ملم مع تغليف بلاستيكي شفاف وعدسة علوية كروية، مما يحسن إخراجه البصري.

تكمن ميزته الأساسية في تطابقه الطيفي مع كواشف السيليكون الضوئية (الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية)، مما يجعله فعالاً للغاية لأنظمة الاستشعار. تم تصنيع الجهاز باستخدام مادة شريحة GaAlAs (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد)، وهي المعيار لمصابيح الأشعة تحت الحمراء عالية الأداء في هذا النطاق الطيفي.

يشمل السوق المستهدف مصممي ومصنعي الإلكترونيات الاستهلاكية، ومستشعرات الصناعة، ومعدات الأتمتة حيث تكون المساحة محدودة ومطلوب إشارة أو استشعار موثوق للأشعة تحت الحمراء.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل خارج هذه الحدود.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 65 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار عند درجة حرارة محيطة (T_a) تبلغ 25 درجة مئوية.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP): 1.0 أمبير. يُسمح بهذا التيار العالي فقط في ظل ظروف نبضية بعرض نبضة ≤100 ميكروثانية ودورة عمل ≤1%. هذا نموذجي لتطبيقات التحكم عن بُعد حيث تُستخدم دفعات قصيرة عالية الطاقة.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. تجاوز جهد الانحياز العكسي هذا يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. الجهاز مصنف لنطاقات درجات الحرارة الصناعية.
• درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260 درجة مئوية لمدة لا تتجاوز 5 ثوانٍ، متوافقة مع عمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص.
• تبديد الطاقة (P_d): 130 ملي واط عند درجة حرارة هواء حر 25 درجة مئوية أو أقل. يأخذ هذا التصنيف في الاعتبار كل من تحويل الطاقة الكهربائية وقدرة الجهاز على تبديد الحرارة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند T_a=25 درجة مئوية وتحدد أداء الجهاز في ظل ظروف التشغيل النموذجية.

• الشدة الإشعاعية (I_e): ناتج الطاقة البصرية لكل زاوية صلبة (ستراديان). عند تيار أمامي قدره 20 مللي أمبير، تبلغ القيمة النموذجية 17 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى 10 ملي واط/ستراديان). في ظل الظروف النبضية (100 مللي أمبير، ≤100 ميكروثانية، دورة عمل ≤1%)، ترتفع الشدة الإشعاعية النموذجية بشكل كبير إلى 85 ملي واط/ستراديان، مما يبرز فائدة التشغيل النبضي للحصول على أقصى إخراج.
• الطول الموجي الذروي (λ_p): 850 نانومتر (نموذجي). هذا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، وهو مثالي للكاشفات القائمة على السيليكون وأقل وضوحًا للعين البشرية من الأطوال الموجية الأقصر مثل 940 نانومتر، مع تقديم نقل جوي جيد.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): 30 نانومتر (نموذجي). يحدد هذا نطاق الأطوال الموجية المنبعثة، ومركزها حول الطول الموجي الذروي.
• الجهد الأمامي (V_F): عند 20 مللي أمبير، يبلغ الجهد الأمامي النموذجي 1.40 فولت (نطاق من 1.20 فولت إلى 1.70 فولت). عند التيار النبضي البالغ 100 مللي أمبير، يزداد V_Fإلى نموذجي 1.60 فولت (نطاق من 1.40 فولت إلى 2.20 فولت). هذه المعلومات حاسمة لتصميم دائرة القيادة واختيار مصدر الطاقة.
• التيار العكسي (I_R): أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي 5 فولت، مما يشير إلى جودة جيدة للوصلة.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 25 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها الذروية (على المحور). توفر زاوية 25 درجة حزمة مركزة نسبيًا، مناسبة للاستشعار الموجه أو الإشارة.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية رئيسية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف مختلفة.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. لمنع ارتفاع درجة الحرارة، يجب تقليل التيار خطيًا مع ارتفاع درجة الحرارة نحو الحد الأقصى للتشغيل البالغ 85 درجة مئوية. يجب على المصممين استخدام هذا الرسم البياني لضمان التشغيل الموثوق في البيئة الحرارية لتطبيقهم.

3.2 التوزيع الطيفي

يرسم هذا الرسم البياني الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، مؤكدًا بصريًا على ذروة 850 نانومتر وعرض النطاق الطيفي البالغ حوالي 30 نانومتر. يُظهر أن الجهاز يصدر ضوءًا تحت أحمر نقي نسبيًا مركزًا عند الطول الموجي المحدد.

3.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يُظهر منحنى الخصائص الأساسي هذا العلاقة الأسية بين التيار والجهد للثنائي. إنه ضروري لتحديد نقطة التشغيل ولتصميم دائرة تحديد التيار. سينتقل المنحنى مع تغير درجة الحرارة.

3.4 الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني الإخراج البصري كدالة لتيار القيادة. يُظهر عادةً علاقة شبه خطية، حيث قد تنخفض الكفاءة (الشدة الإشعاعية لكل مللي أمبير) عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية وغيرها. يساعد الرسم البياني في تحسين تيار القيادة للحصول على مستوى الإخراج البصري المطلوب.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يمثل هذا الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية ونمط الإشعاع لـ LED بصريًا. يُظهر كيف تتناقص الشدة مع تحرك زاوية المراقبة بعيدًا عن المحور المركزي (0 درجة)، لتصل إلى 50% عند حوالي ±12.5 درجة (مؤكدة زاوية الرؤية الكاملة البالغة 25 درجة). هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم النظام البصري، والمحاذاة، وفهم منطقة التغطية للضوء المنبعث.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

الجهاز عبارة عن عبوة SMD مزدوجة الطرف بقطر جسم 1.6 ملم. توفر الرسومات الميكانيكية التفصيلية في ورقة البيانات جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك الارتفاع الكلي، وتباعد الأطراف، وهندسة العدسة. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.1 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.2 تصميم الوسادة وتوصيات الاستنسل

لضمان لحام موثوق وتجنب مشاكل مثل تكور اللحام، يتم توفير تخطيط مقترح للوسادة وتصميم الاستنسل. تشمل التوصيات الرئيسية:

• معجون اللحام: Sn/Ag3.0/Cu0.5 (سبيكة خالية من الرصاص شائعة).
• سمك الاستنسل: 0.10 ملم.
• يُظهر رسم فتحة الاستنسل نمطًا مصممًا للتحكم في حجم المعجون للوسادات الصغيرة.

ملاحظة مهمة: أبعاد الوسادة المقترحة هي للإرشاد فقط. يجب تعديل نمط أرضية PCB النهائي بناءً على عمليات التصنيع المحددة، ومتطلبات الحرارة، واحتياجات التصميم الفردية.

4.3 تحديد القطبية

يُشار إلى الكاثود عادةً بواسطة علامة مرئية على العبوة، مثل شق، أو حافة مسطحة، أو علامة خضراء على القاعدة. يُحدد رسم ورقة البيانات جانب الكاثود بوضوح، وهو أمر ضروري للتوجيه الصحيح لـ PCB.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 الحساسية للرطوبة والتخزين

الجهاز حساس للرطوبة. يجب اتخاذ احتياطات لمنع "الانفجار" (تشقق العبوة بسبب التمدد السريع للبخار أثناء إعادة التدفق).

• لا تفتح الكيس المقاوم للرطوبة حتى تصبح جاهزًا للاستخدام.
• بعد الفتح، قم بالتخزين عند درجة حرارة ≤30 درجة مئوية ورطوبة نسبية ≤60% (RH).
• استخدم خلال 168 ساعة (7 أيام) من فتح الكيس.
• إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى دخول الرطوبة، قم بتجفيف المكونات عند 60 ±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

5.2 عملية لحام إعادة التدفق

الجهاز متوافق مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. يتم اقتراح ملف تعريف درجة حرارة إعادة التدفق الخالي من الرصاص في ورقة البيانات. تشمل المعلمات الرئيسية التسخين المسبق، والنقع، ودرجة حرارة الذروة لإعادة التدفق (لا تتجاوز 260 درجة مئوية لمدة ≤5 ثوانٍ)، ومعدلات التبريد. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين لتقليل الإجهاد الحراري على المكون.

5.3 اللحام اليدوي والإصلاح

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فمطلوب عناية فائقة:

• استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف <350 درجة مئوية.
• حدد وقت التلامس إلى ≤3 ثوانٍ لكل طرف.استخدم مكواة بسعة 25 واط أو أقل.
• اسمح بفاصل زمني ≥2 ثانية بين لحام كل طرف لمنع تراكم الحرارة.
• لا يُنصح بالإصلاح بعد اللحام الأولي. إذا كان لا مفر منه، استخدم مكواة لحام مزدوجة الرأس لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد أثناء الإزالة لمنع الإجهاد الميكانيكي على وصلات اللحام وعلى LED نفسه. تحقق دائمًا من وظيفة الجهاز بعد أي إصلاح.

5.4 التعامل مع لوحة الدوائر

تجنب وضع إجهاد ميكانيكي على LED أثناء التسخين (اللحام) ولا تشوه لوحة الدوائر بعد اللحام، لأن ذلك يمكن أن يتسبب في تشقق المكون أو وصلات اللحام الخاصة به.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز في شريط ناقل بارز قياسي في الصناعة على بكرات قطرها 7 بوصات. يتم توفير رسم تفصيلي لأبعاد الشريط الناقل (حجم الجيب، والخطوة، وما إلى ذلك). تحتوي كل بكرة على 1500 قطعة.

6.2 مواصفات الملصق

يتضمن ملصق البكرة معلومات قياسية للتتبع والتصنيع:

• CPN (رقم جزء العميل)
• P/N (رقم جزء الشركة المصنعة: HIR26-21C/L289/TR8)
• QTY (الكمية)
• CAT (الرتب/التصنيف)
• HUE (الطول الموجي الذروي)
• REF (المرجع)
• LOT No. (رقم الدفعة)
• MSL-X (مستوى الحساسية للرطوبة)
• Made In (بلد التصنيع)

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المثبتة على PCB: استشعار القرب، كشف الأشياء، تتبع الخط في الروبوتات.
• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء: مثالي للتطبيقات التي تتطلب طاقة إخراج أعلى من مصابيح LED القياسية للتحكم عن بعد، مما قد يسمح بمدى أطول أو أداء أفضل في البيئات المضيئة.
• عدادات الغاز/العدادات: تُستخدم غالبًا في آليات الاستشعار البصري داخل عدادات المرافق.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء العامة: أي نظام مضمن يتطلب مصدرًا مضغوطًا وموثوقًا للأشعة تحت الحمراء لنقل البيانات، أو الترميز، أو الاستشعار.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار إلزامي: كما هو مذكور صراحةً في "الاحتياطات"، يجب استخدام مقاوم محدد للتيار (أو محرك تيار ثابت) خارجي على التوالي مع LED. للجهد الأمامي نطاق، ويمكن أن يؤدي زيادة طفيفة في جهد الإمداد إلى زيادة كبيرة ومدمرة في التيار إذا لم يتم تحديده بشكل صحيح.
• إدارة الحرارة: ضع في اعتبارك تبديد الطاقة (P_d=V_F*I_F) وتخفيض الحد الأقصى للتيار مع درجة الحرارة. تأكد من وجود كمية كافية من النحاس على PCB أو وسائل أخرى لتصريف الحرارة، خاصة في التطبيقات النبضية ذات درجة الحرارة المحيطة العالية أو دورة العمل العالية.
• التصميم البصري: توفر زاوية الرؤية 25 درجة اتجاهية. للحصول على تغطية أوسع، قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (موزعات). للحصول على مدى أطول، يمكن استخدام العدسات لجعل الحزمة متوازية.
• دائرة القيادة: للتشغيل النبضي عند 1 أمبير، يلزم وجود مفتاح ترانزستور أو MOSFET. تأكد من أن السائق يمكنه التعامل مع تيار الذروة وأوقات الصعود/الهبوط السريعة المطلوبة.

8. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بمصابيح LED تحت الحمراء القياسية ذات الثقب المار 5 ملم أو 3 ملم، يقدم HIR26-21C/L289/TR8 مزايا كبيرة:

• الحجم: تتيح عبوة SMD مقاس 1.6 ملم تصغير المنتجات النهائية وهي متوافقة مع تجميع الالتقاط والوضع عالي السرعة.
• الأداء: الشدة الإشعاعية النموذجية البالغة 17 ملي واط/ستراديان عند 20 مللي أمبير تنافسية، و 85 ملي واط/ستراديان في ظل الظروف النبضية هي ميزة رئيسية للاحتياجات ذات الإخراج العالي.
• الموثوقية: يؤدي بناء SMD والتوافق مع عمليات إعادة التدفق القياسية إلى وصلات لحام أكثر متانة واتساقًا مقارنة بالأجزاء ذات الثقب المار الملحومة يدويًا.
• الامتثال: الجهاز خالي من الرصاص، متوافق مع RoHS، متوافق مع REACH، وخالي من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون)، مما يلبي اللوائح البيئية الصارمة للأسواق العالمية.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

9.1 هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت أو 5 فولت؟

No.الجهد الأمامي النموذجي هو 1.4-1.6 فولت فقط. توصيله مباشرة بمصدر طاقة 3.3 فولت أو 5 فولت بدون مقاوم محدد للتيار سيدمر LED بالتأكيد تقريبًا بسبب التيار المفرط. استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي محسوبًا باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F.

9.2 ما الفرق بين تصنيفي 20 مللي أمبير تيار مستمر و 100 مللي أمبير نبضي؟

تصنيف 20 مللي أمبير مخصص للتشغيلالمستمر. تصنيف 100 مللي أمبير مخصص للنبضاتالقصيرة جدًا(≤100 ميكروثانية) بدورة عمل منخفضة (≤1%). هذا يسمح بتشغيل LED بقوة أكبر للحظات قصيرة، مما ينتج وميضًا أكثر سطوعًا بكثير (85 ملي واط/ستراديان مقابل 17 ملي واط/ستراديان) دون ارتفاع درجة الحرارة، حيث تظل الطاقة المتوسطة منخفضة. هذا مثالي لأجهزة التحكم عن بعد.

9.3 كيف أفسر "زاوية الرؤية" البالغة 25 درجة؟

هذه هي الزاويةالكاملةالتي تكون عندها شدة الضوء نصف قيمتها القصوى (على المحور). فكر فيها على أنها عرض "الحزمة" الرئيسية أو فص الضوء. لا يزال الضوء ينبعث خارج هذه الزاوية ولكن بشدة أقل. زاوية 25 درجة مركزة بشكل معتدل.

9.4 لماذا تعتبر الحساسية للرطوبة والتجفيف مهمة؟

يمكن أن تمتص عبوات SMD البلاستيكية الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، تتحول هذه الرطوبة إلى بخار بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يتسبب في تشقق العبوة أو انفصالها عن الشريحة ("الانفجار"). يمنع اتباع إرشادات التخزين والتجفيف هذا الوضع الفاشل.

10. حالة عملية للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم منارة تحت الحمراء بعيدة المدى

يحتاج المصمم إلى منارة مضغوطة تعمل بالبطارية يمكن اكتشافها بواسطة مستشعر على بعد 20 مترًا في بيئة داخلية مع بعض الضوضاء تحت الحمراء المحيطة.

1. اختيار طريقة القيادة: لتعظيم مدى الكشف، يختار المصمم التشغيل النبضي للاستفادة من الشدة الإشعاعية النبضية العالية البالغة 85 ملي واط/ستراديان.
2. تصميم الدائرة: يتحكم دبوس GPIO للمتحكم الدقيق في MOSFET بقناة N. يتم توصيل LED على التوالي مع مقاوم محدد للتيار بين مصدر الطاقة (مثل 3.3 فولت) ومصرف MOSFET. يتم حساب قيمة المقاومة لـ 100 مللي أمبير: R = (3.3V - 1.6V) / 0.1A = 17Ω (استخدم القيمة القياسية 18Ω). يولد المتحكم الدقيق نبضات بعرض 100 ميكروثانية بدورة عمل 1% (مثال: تشغيل 100 ميكروثانية، إيقاف 9900 ميكروثانية).
3. تخطيط PCB: يتم استخدام تخطيط الوسادة المقترح كنقطة بداية. تتم إضافة تخفيف حراري إضافي وسكب نحاس حول الوسادات للمساعدة في تبديد الحرارة أثناء النبضات عالية التيار.
4. التجميع: يتم وضع المكونات على PCB. يتم تخزين بكرة LED بشكل صحيح، وتخضع اللوحة المجمعة لمرحلة إعادة تدفق واحدة باستخدام ملف التعريف الخالي من الرصاص الموصى به.
5. البصريات (اختياري): لتمديد المدى بشكل أكبر، يمكن وضع عدسة بلاستيكية بسيطة لجعل الحزمة متوازية فوق LED لتضييق الحزمة، وتركيز طاقة الإخراج في مساحة أصغر عند مسافة الهدف.

توضح هذه الحالة كيف تُعلم معلمات ورقة البيانات الرئيسية - الشدة الإشعاعية النبضية، والجهد الأمامي، وتصنيفات التيار، وحجم العبوة - تصميمًا عمليًا مباشرًا.

11. مبدأ التشغيل

يعمل ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المادة من النوع n والثقوب من المادة من النوع p عبر الوصلة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة. في ثنائي GaAlAs مثل هذا، يتم هندسة فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات بحيث تتوافق هذه الطاقة المُطلقة مع فوتون في طيف الأشعة تحت الحمراء، تحديدًا حوالي 850 نانومتر. تعمل عبوة الإيبوكسي الشفافة كعدسة، تشكل الضوء المنبعث في نمط الإشعاع المحدد (زاوية رؤية 25 درجة).

12. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر سوق مصابيح LED تحت الحمراء فائقة الصغر في التطور. تشمل الاتجاهات الرئيسية ذات الصلة بأجهزة مثل HIR26-21C/L289/TR8:

• زيادة التكامل: اتجاهات نحو دمج باعث الأشعة تحت الحمراء مع IC سائق أو حتى كاشف ضوئي في عبوة واحدة لوحدات استشعار أبسط.
• كفاءة أعلى: يهدف بحث علوم المواد المستمر إلى تحسين كفاءة الحائط المقبس (الطاقة البصرية الخارجة / الطاقة الكهربائية الداخلة) لمصابيح LED تحت الحمراء، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة أو إخراج أعلى من نفس حجم العبوة.
• أطوال موجية جديدة: بينما يهيمن 850 نانومتر و 940 نانومتر، هناك اهتمام متزايد بأطوال موجية أخرى تحت الحمراء لتطبيقات محددة مثل استشعار الغاز أو تعزيز سلامة العين.
• تغليف متقدم: تطوير تغليف على مستوى الشريحة (CSP) والتغليف على مستوى الرقاقة لتقليل الحجم والتكلفة بشكل أكبر مع تحسين الأداء الحراري.
• توسيع التطبيق:
  • القياسات الحيوية والأمن: التعرف على الوجه، مسح القزحية.
  • السيارات: استشعار شغل المقصورة، أنظمة مراقبة السائق.
  • الإلكترونيات الاستهلاكية: استشعار القرب للهواتف/الأجهزة اللوحية، التعرف على الإيماءات.
  • إنترنت الأشياء الصناعي: الرؤية الآلية، مراقبة الحالة.

تتمتع أجهزة مثل HIR26-21C/L289/TR8، بحجمها الصغير، وأدائها الموثوق، وامتثالها للمعايير البيئية، بمكانة جيدة لخدمة هذه الأسواق المتوسعة حيث تعتبر مصادر الأشعة تحت الحمراء المضغوطة والفعالة مطلبًا أساسيًا.