ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر 5 مم 850 نانومتر HIR7373C - الحجم 5 مم - الجهد 1.45 فولت - الطاقة 150 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر عالي الكثافة مقاس 5 مم. تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب انبعاثًا موثوقًا للأشعة تحت الحمراء، ويتميز بذروة طول موجي تبلغ 850 نانومتر (نانومتر). وهو مُحاط بغلاف بلاستيكي قياسي شفاف للماء من نوع T-1 3/4 (5 مم)، مما يسمح بنقل مثالي للضوء تحت الأحمر. يتطابق الطيفي للمكون مع الترانزستورات الضوئية السليكونية الشائعة، والثنائيات الضوئية، ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء، مما يجعله مصدرًا مثاليًا لمختلف أنظمة الاستشعار والاتصالات بالأشعة تحت الحمراء.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المنتج الموثوقية العالية، والإخراج الإشعاعي الكبير، وخاصية الجهد الأمامي المنخفض، مما يساهم في التشغيل الموفّر للطاقة. يتم تصنيعه ليكون خاليًا من الرصاص (Pb-Free) ويتوافق مع اللوائح البيئية الرئيسية بما في ذلك RoHS، وEU REACH، ومعايير خالية من الهالوجين (Br < 900 جزء في المليون، Cl < 900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). يستهدف السوق الأساسي المصممين والمهندسين العاملين على الأنظمة القائمة على الأشعة تحت الحمراء مثل أجهزة استشعار القرب، وكشف الأشياء، وأجهزة التحكم عن بُعد، والأتمتة الصناعية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تصنيف الجهاز لتيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 100 مللي أمبير. للتشغيل النبضي، يمكنه التعامل مع تيار أمامي ذروة (I_FP) يصل إلى 1.0 أمبير تحت ظروف محددة: عرض النبضة ≤ 100 ميكروثانية ودورة عمل ≤ 1%. الحد الأقصى المسموح به للجهد العكسي (V_R) هو 5 فولت. يتم تحديد نطاق درجة حرارة التشغيل من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مع نطاق درجة حرارة التخزين من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. الحد الأقصى لتبديد الطاقة (P_d) عند درجة حرارة هواء حر 25 درجة مئوية أو أقل هو 150 ميلي واط. درجة حرارة اللحام المسموح بها هي 260 درجة مئوية لمدة لا تتجاوز 5 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية عند درجة حرارة محيطة (T_a) تبلغ 25 درجة مئوية. الكثافة الإشعاعية (I_e) هي المقياس البصري الأساسي للإخراج. عند تيار اختبار قياسي قدره 20 مللي أمبير، تكون الكثافة الإشعاعية النموذجية 15 ميلي واط/ستراديان، مع قيمة دنيا تبلغ 7.8 ميلي واط/ستراديان اعتمادًا على مجموعة المنتج. عند أقصى تيار مستمر قدره 100 مللي أمبير (تحت ظروف النبض)، تزداد الكثافة الإشعاعية النموذجية إلى 75 ميلي واط/ستراديان.

ذروة الطول الموجي للانبعاث (λ_p) هي نموذجيًا 850 نانومتر، مع عرض نطاق طيفي (Δλ) يبلغ حوالي 45 نانومتر عند نصف الكثافة القصوى. الجهد الأمامي (V_F) هو نموذجيًا 1.45 فولت عند 20 مللي أمبير، بحد أقصى 1.65 فولت. عند 100 مللي أمبير (نبضي)، يتراوح V_Fمن 1.80 فولت إلى 2.40 فولت. الحد الأقصى للتيار العكسي (I_R) هو 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي قدره 5 فولت. زاوية الرؤية (2θ_1/2)، المُعرَّفة على أنها الزاوية الكاملة عند نصف الكثافة، هي نموذجيًا 40 درجة.

3. شرح نظام التصنيف

يتم فرز المنتج إلى مجموعات أداء مختلفة بناءً على الكثافة الإشعاعية المقاسة عند I_F= 20 مللي أمبير. وهذا يسمح باتساق الاختيار في الإنتاج. يتم تعريف التصنيف على النحو التالي:

• المجموعة M:نطاق الكثافة الإشعاعية من 7.8 ميلي واط/ستراديان (الحد الأدنى) إلى 12.5 ميلي واط/ستراديان (الحد الأقصى).
• المجموعة N:نطاق الكثافة الإشعاعية من 11.0 ميلي واط/ستراديان (الحد الأدنى) إلى 17.6 ميلي واط/ستراديان (الحد الأقصى).
• المجموعة P:نطاق الكثافة الإشعاعية من 15.0 ميلي واط/ستراديان (الحد الأدنى) إلى 24.0 ميلي واط/ستراديان (الحد الأقصى).
• المجموعة Q:نطاق الكثافة الإشعاعية من 21.0 ميلي واط/ستراديان (الحد الأدنى) إلى 34.0 ميلي واط/ستراديان (الحد الأقصى).

يتيح نظام التصنيف هذا للمصممين اختيار المكونات التي تلبي متطلبات الحد الأدنى المحددة للإخراج لتطبيقهم، مما يضمن أداء النظام.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية للتصميم.

4.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر منحنى التخفيض هذا الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار خطيًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الموثوقية طويلة المدى. يجب على المصممين الرجوع إلى هذا المنحنى لاختيار تيارات التشغيل المناسبة للظروف البيئية المتوقعة.

4.2 التوزيع الطيفي

يرسم مخطط التوزيع الطيفي الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد الذروة عند 850 نانومتر وعرض النطاق التقريبي البالغ 45 نانومتر. هذا المنحنى مهم لضمان التوافق مع الحساسية الطيفية للمستقبل المقصود (مثل الترانزستور الضوئي ذي الحساسية القصوى حول 850-950 نانومتر).

4.3 الكثافة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني العلاقة بين تيار القيادة والإخراج البصري. تزداد الكثافة الإشعاعية بشكل فوق خطي مع التيار. يساعد المصممين على فهم المقايضة بين تيار القيادة، والقوة البصرية، وكفاءة الجهاز.

4.4 الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يصور هذا الرسم البياني القطبي نمط انبعاث LED. تكون الكثافة أعلى على طول المحور المركزي (0 درجة) وتنخفض مع زيادة الزاوية، مما يحدد زاوية الرؤية البالغة 40 درجة. هذه المعلومات حيوية للتصميم البصري، مثل اختيار العدسة والمحاذاة في تطبيقات الاستشعار.

5. المعلومات الميكانيكية وبيانات العبوة

يستخدم الجهاز عبوة قياسية 5 مم بأطراف شعاعية. يحدد رسم أبعاد العبوة القياسات الفيزيائية، بما في ذلك قطر عدسة الإيبوكسي (عادة 5.0 مم)، وتباعد الأطراف (2.54 مم أو 0.1 بوصة، قياسي للمكونات ذات الثقوب)، والطول الإجمالي. يتضمن الرسم التفاوتات المسموح بها، عادة ±0.25 مم للأبعاد الحرجة. يتم تحديد الطرف الموجب (الأنود) عادةً على أنه الطرف الأطول. تم تحسين مادة العدسة الشفافة للماء لنقل الأشعة تحت الحمراء بأقل امتصاص.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تشكيل الأطراف

إذا كانت هناك حاجة لثني الأطراف، فيجب أن يتم ذلك عند نقطة تبعد على الأقل 3 مم عن قاعدة لمبة الإيبوكسي. يجب دائمًا إجراء التشكيل قبل اللحام وفي درجة حرارة الغرفة لتجنب إجهاد العبوة أو إتلاف القالب الداخلي وروابط الأسلاك. يجب أن تتماشى ثقوب اللوحة المطبوعة (PCB) بدقة مع أطراف LED لمنع إجهاد التركيب.

6.2 التخزين

يجب تخزين المكونات في بيئة خاضعة للتحكم عند 30 درجة مئوية أو أقل ورطوبة نسبية 70٪ أو أقل. العمر الافتراضي للتخزين الموصى به بعد الشحن هو 3 أشهر. للتخزين لفترات أطول (حتى عام واحد)، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق بجو من النيتروجين ومادة مجففة. يجب تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

6.3 عملية اللحام

يجب إجراء اللحام بعناية لمنع التلف الحراري. يجب أن تكون نقطة اللحام على بعد 3 مم على الأقل من لمبة الإيبوكسي.

• اللحام اليدوي:الحد الأقصى لدرجة حرارة طرف المكواة 300 درجة مئوية (لمكواة 30 واط كحد أقصى)، مع وقت لحام لا يتجاوز 3 ثوانٍ لكل طرف.
• اللحام بالموجة/الغمس:الحد الأقصى لدرجة حرارة التسخين المسبق 100 درجة مئوية لمدة تصل إلى 60 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة حمام اللحام 260 درجة مئوية، مع غمر المكون لمدة أقصاها 5 ثوانٍ.

يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة لحام موصى به، مع التركيز على تسخين محكوم، ووقت بقاء عند درجة الحرارة القصوى، وتبريد محكوم. لا يُنصح بالتبريد السريع. لا ينبغي إجراء اللحام بالغمس أو اليدوي أكثر من مرة. بعد اللحام، يجب حماية LED من الصدمات الميكانيكية حتى يعود إلى درجة حرارة الغرفة.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا، استخدم كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لمدة لا تزيد عن دقيقة واحدة، يليها التجفيف بالهواء. لا يُنصح عمومًا بالتنظيف بالموجات فوق الصوتية بسبب خطر إتلاف الهيكل الداخلي. إذا كان ذلك مطلوبًا تمامًا، فيجب تقييم العملية بعناية مسبقًا.

6.5 إدارة الحرارة

على الرغم من أن هذا جهاز منخفض الطاقة، إلا أنه يجب مراعاة إدارة الحرارة في تصميم التطبيق، خاصة عند التشغيل بالقرب من الحدود القصوى. يجب تخفيض التيار وفقًا لمنحنى التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة وضمان الموثوقية طويلة المدى.

7. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية هي كما يلي: يتم تعبئة 500 قطعة في كيس مضاد للكهرباء الساكنة. يتم وضع خمسة من هذه الأكياس في صندوق داخلي واحد. ثم يتم تعبئة عشرة صناديق داخلية في صندوق رئيسي (خارجي) واحد، مما ينتج عنه إجمالي 25000 قطعة لكل صندوق رئيسي.

يحتوي الملصق على العبوة على عدة رموز: رقم منتج العميل (CPN)، ورقم منتج الشركة المصنعة (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورتبة شدة الإضاءة (CAT)، ورتبة الطول الموجي السائد (HUE)، ورتبة الجهد الأمامي (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.)، ورمز التاريخ (الشهر X).

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED تحت الأحمر مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر: أجهزة إرسال التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء، وأجهزة استشعار القرب وكشف الأشياء، والمفاتيح الضوئية الصناعية والمشفرات، وأنظمة إضاءة الرؤية الليلية، وروابط نقل البيانات الضوئية، وواجهات المستخدم التي لا تعمل باللمس.

8.2 اعتبارات التصميم

• الحد من التيار:استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي عند تشغيل LED من مصدر جهد. يمكن حساب القيمة باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F.
• مطابقة المستقبل:تأكد من أن كاشف الضوء المحدد (الترانزستور الضوئي، أو الثنائي الضوئي، أو دائرة الاستقبال بالأشعة تحت الحمراء المتكاملة) لديه حساسية قصوى حول 850 نانومتر للحصول على أفضل أداء.
• المسار البصري:ضع في اعتبارك زاوية الرؤية والحاجة المحتملة للعدسات أو الفتحات لتجميع أو تركيز حزمة الأشعة تحت الحمراء للتطبيقات طويلة المدى أو الموجهة.
• الضوضاء الكهربائية:في تطبيقات الاستشعار، يمكن أن يحسن تعديل إشارة الأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال، بتردد محدد) والكشف المتزامن عند المستقبل بشكل كبير مناعة التداخل من الضوء المحيط.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED تحت الحمراء العامة، يقدم هذا الجهاز مزيجًا محددًا جيدًا من الكثافة الإشعاعية العالية (تصل إلى 75 ميلي واط/ستراديان نموذجيًا عند 100 مللي أمبير نبضي) وجهد أمامي منخفض نسبيًا (1.45 فولت نموذجيًا عند 20 مللي أمبير). الطول الموجي 850 نانومتر هو معيار شائع، مما يضمن توافقًا واسعًا مع المستقبلات القائمة على السيليكون. امتثاله لمعايير بيئية صارمة (RoHS، REACH، خالي من الهالوجين) يجعله مناسبًا للإلكترونيات الحديثة التي تتطلب شهادات خضراء. توفر العبوة الشفافة إخراجًا ثابتًا وغير مصفى مقارنة بالعبوات الملونة التي قد تضعف الإشارة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: ما الفرق بين الكثافة الإشعاعية (ميلي واط/ستراديان) وشدة الإضاءة (ميللي كانديلا)؟

ج: تقيس الكثافة الإشعاعية الطاقة البصرية (بالميلي واط) المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان)، وهي ذات صلة بجميع الأطوال الموجية. يتم ترجيح شدة الإضاءة بحساسية العين البشرية (منحنى الضوء النهاري) ويتم قياسها بالكانديلا؛ ولا تنطبق على مصادر الأشعة تحت الحمراء مثل LED 850 نانومتر هذا.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بتيار ثابت قدره 100 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج: تحدد القيمة القصوى المطلقة 100 مللي أمبير كحد أقصىمستمرللتيار الأمامي. ومع ذلك، للتشغيل الموثوق على المدى الطويل، يُنصح بالتشغيل أقل من هذا الحد الأقصى، خاصة في درجات الحرارة المحيطة الأعلى، بالرجوع إلى منحنى التخفيض.

س: لماذا يتم تحديد زاوية الرؤية بـ 40 درجة؟

ج: الزاوية 40 درجة (2θ_1/2) هي العرض الكامل عند النقاط التي تنخفض فيها الكثافة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى على المحور المركزي. وهي تصف انتشار الحزمة لـ LED.

س: هل يلزم وجود ثنائي حماية من الكهرباء الساكنة (ESD) لهذا LED؟

ج: على الرغم من أن ورقة البيانات لا تحدد تصنيف ESD عاليًا، إلا أنه من الممارسات الجيدة عمومًا التعامل مع جميع الأجهزة شبه الموصلة، بما في ذلك مصابيح LED، مع احتياطات ESD. يوفر دمج مقاومات تحديد التيار على التوالي أيضًا بعض الحماية المتأصلة.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: مستشعر قرب بسيط.اقترن LED مع ترانزستور ضوئي يوضع على مسافة قصيرة. يعترض جسم يمر بينهما الحزمة، ويتم اكتشافه كانخفاض في تيار الترانزستور الضوئي. يمكن لاستخدام إشارة LED معدلة (على سبيل المثال، موجة مربعة 38 كيلو هرتز) ومستقبل مضبوط رفض الضوء المحيط.

المثال 2: مضيء بالأشعة تحت الحمراء لكاميرا الرؤية الليلية.يمكن لمجموعة من مصابيح LED هذه، التي يتم تشغيلها في الوضع النبضي عند أو بالقرب من تيار الذروة 1 أمبير (بدورة عمل مناسبة)، أن توفر إضاءة غير مرئية كبيرة للكاميرات الحساسة للضوء 850 نانومتر، مما يمد مداها الفعال في ظروف الإضاءة المنخفضة.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد مادة أشباه الموصلات المحددة المستخدمة (زرنيخيد الغاليوم الألومنيوم - GaAlAs في هذه الحالة) طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي للضوء المنبعث، والذي يكون في طيف الأشعة تحت الحمراء (850 نانومتر) لهذا الجهاز. تعمل عبوة الإيبوكسي الشفافة للماء كعدسة، تشكل حزمة الإخراج.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه في تكنولوجيا باعث الأشعة تحت الحمراء نحو كفاءة أعلى (مزيد من الإخراج الإشعاعي لكل واط كهربائي مدخل)، وزيادة كثافة الطاقة للتطبيقات طويلة المدى، وتطوير عبوات أجهزة التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي وأحجام أصغر. هناك أيضًا تطور مستمر في مصادر الأشعة تحت الحمراء متعددة الأطوال الموجية وعريضة النطاق لتطبيقات الاستشعار المتقدمة مثل التحليل الطيفي وكشف الغازات. يعد دمج دائرة تشغيل LED وميزات الحماية على المكون نفسه مجالًا آخر للتقدم.