مصباح LED تحت الأحمر 850nm 3.0x3.0x2.1mm 1.7V 1.7W باكيج EMC - ورقة بيانات

1. نظرة عامة على المنتج

تم تصميم مصباح LED تحت الأحمر هذا في باكيج EMC عالي الموثوقية، مناسب لأنظمة المراقبة الأمنية وإضاءة الكاميرات بالأشعة تحت الحمراء وأنظمة الرؤية الآلية. أبعاد الباكيج هي 3.00 مم × 3.00 مم × 2.10 مم. يتميز بطول موجة ذروة 850 نانومتر، وجهد أمامي منخفض، ومتوافق مع RoHS. مستوى الحساسية للرطوبة هو المستوى 3.

1.1 وصف عام

يستخدم هذا المنتج هيكل باكيج EMC (مركب صب الإيبوكسي) الذي يوفر موثوقية ممتازة وقوة ميكانيكية. يتم تطبيقه على نطاق واسع في مختلف أنظمة المراقبة الأمنية والمنتجات الإلكترونية الاستشعارية. تسمح المساحة المربعة الصغيرة 3.0 مم بتصميمات مصفوفة كثيفة.

1.2 الميزات

• جهد أمامي منخفض (نموذجي 1.7 فولت عند 1000 مللي أمبير)
• طول موجة الذروة λp=850 نانومتر
• قابلية تطبيق اللحام بإعادة التدفق الخالي من الرصاص
• مستوى الحساسية للرطوبة: المستوى 3 (عمر التخزين 168 ساعة)
• متوافق مع RoHS

1.3 التطبيقات

• أنظمة المراقبة
• الإضاءة تحت الحمراء للكاميرات
• أنظمة الرؤية الآلية

2. تحليل المعايير الفنية

2.1 الخصائص البصرية والكهربائية

يلخص الجدول التالي المعايير البصرية والكهربائية الرئيسية المقاسة عند Ts=25 درجة مئوية مع تيار أمامي 1000 مللي أمبير (ما لم يذكر خلاف ذلك):

يتراوح الجهد الأمامي من 1.4 فولت إلى 2.0 فولت عند 1000 مللي أمبير، بقيمة نموذجية 1.7 فولت. هذا الجهد الأمامي المنخفض يقلل من تبديد الطاقة ويحسن كفاءة النظام. يتركز طول موجة الذروة عند 850 نانومتر، وهو مثالي لمستشعرات الكاميرات السيليكونية التي تبلغ حساسيتها القصوى حول هذا الطول الموجي. عرض نصف الطيف 37 نانومتر يوفر توازناً جيداً بين الكفاءة وتوافق المرشحات. يتراوح التدفق الإشعاعي الكلي من 450 ملي واط إلى 1120 ملي واط، مما يسمح بإخراج بصري عالي للإضاءة لمسافات بعيدة. زاوية الرؤية 90 درجة توفر شعاعاً واسعاً مناسباً للإضاءة المساحية. المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام هي 16 درجة مئوية/واط، مما يشير إلى أداء حراري جيد.

2.2 أقصى تقييمات مطلقة

لضمان التشغيل الآمن، يجب ألا يتجاوز مصباح LED التقييمات القصوى المطلقة التالية:

لاحظ أن التيار الأمامي 1000 مللي أمبير مخصص للتشغيل النبضي (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). للتشغيل المستمر، يجب إدارة تبديد الحرارة بعناية لإبقاء درجة حرارة الوصلة أقل من 115 درجة مئوية. حماية ESD أثناء المناولة ضرورية.

3. نظام التصنيف

يتم فرز وتصنيف مصابيح LED وفقاً للتدفق الإشعاعي الكلي وطول موجة الذروة أثناء التصنيع. يُطبع رمز التصنيف على الملصق مع قيم Φe و WLP المحددة. هذا يسمح بأداء بصري متناسق في التطبيقات التي تتطلب مصفوفات LED متطابقة، مثل ألواح إضاءة الكاميرات.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي

يوضح الشكل 1-6 الجهد الأمامي النموذجي كدالة للتيار الأمامي. عند 1000 مللي أمبير، يكون الجهد الأمامي حوالي 1.7 فولت. يتبع المنحنى السلوك الأسي النموذجي للدايود. يجب على المصممين مراعاة هذا التغير عند تصميم مشغلات التيار الثابت.

4.2 التيار الأمامي مقابل الشدة النسبية

يظهر الشكل 1-7 أن الشدة الإشعاعية النسبية تزداد بشكل خطي تقريباً مع التيار الأمامي حتى 1000 مللي أمبير، مما يشير إلى كفاءة جيدة. عند التيارات المنخفضة، يكون الخرج أقل نسبياً، لكن الخطية تشير إلى أداء متناسق على نطاق تشغيل واسع.

4.3 درجة الحرارة مقابل الشدة النسبية

يكشف الشكل 1-8 أن الشدة النسبية تنخفض مع زيادة درجة حرارة نقطة اللحام. عند 85 درجة مئوية، تنخفض الشدة إلى حوالي 80% من قيمتها عند 25 درجة مئوية. يجب مراعاة هذا التأثير الحراري في البيئات ذات درجات الحرارة العالية أو عند تشغيل مصباح LED بالقرب من تياره الأقصى.

4.4 توزيع الطيف

يظهر الشكل 1-9 طيف الانبعاث المتمركز عند 850 نانومتر بعرض نصف 37 نانومتر. الطيف نموذجي لمصابيح LED تحت الحمراء المعتمدة على مادة GaAs. هذا الانبعاث الضيق يتوافق جيداً مع كواشف السيليكون الضوئية الشائعة.

4.5 مخطط الإشعاع

يوضح الشكل 1-10 نمط الإشعاع بزاوية نصف 45 درجة (عرض كامل عند نصف الحد الأقصى 90 درجة). النمط تقريباً لامبرتي، مما يوفر إضاءة موحدة على مساحة واسعة.

4.6 درجة الحرارة مقابل التيار الأمامي

يظهر الشكل 1-11 أقصى تيار أمامي مسموح به كدالة لدرجة حرارة نقطة اللحام. عند Ts=25 درجة مئوية، يكون التيار الأقصى 1000 مللي أمبير؛ عند Ts=85 درجة مئوية، ينخفض إلى حوالي 500 مللي أمبير. منحنى تخفيض التصنيف هذا حاسم لإدارة الحرارة.

5. معلومات ميكانيكية وتعبئة

5.1 أبعاد الباكيج

أبعاد باكيج LED هي 3.00 مم × 3.00 مم × 2.10 مم (طول × عرض × ارتفاع). جسم الباكيج أسود مع عدسة شفافة للأشعة تحت الحمراء. يتم تحديد وسادات الأنود والكاثود في المنظر السفلي. وسادة الكاثود لها مساحة أكبر لتبديد الحرارة. يتم توفير نمط وسادة اللحام الموصى به في الشكل 1-5 بأبعاد محددة (0.69 مم، 1.45 مم، 0.46 مم، إلخ) لضمان الارتباط الميكانيكي والحراري المناسب.

5.2 تحديد القطبية

يتم تمييز القطبية على الباكيج: الأنود (موجب) والكاثود (سالب) موضحان. يظهر المنظر السفلي مواقع الوسادات.

5.3 أبعاد الشريط الحامل والبكرة

يتم تعبئة مصابيح LED في شريط حامل بأبعاد كما هو موضح في الشكل 2-1. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. أبعاد البكرة: A=12.7±0.3 مم، B=330.2±2 مم، C=79.5±1 مم، D=14.3±0.2 مم. يحتوي الشريط على علامة قطبية للإشارة إلى الاتجاه.

5.4 معلومات الملصق

يتضمن الملصق رقم القطعة ورقم المواصفات ورقم الدفعة ورمز التصنيف (بما في ذلك التدفق الإشعاعي الكلي وطول موجة الذروة) وجهد الأمامي والكمية والتاريخ. يحتوي الملصق أيضاً على باركود لتتبع المنتج.

6. دليل اللحام والتجميع

6.1 ملف اللحام بإعادة التدفق SMT

يظهر ملف اللحام بإعادة التدفق الموصى به في الشكل 3-1. المعايير الرئيسية: التسخين المسبق من 150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية لمدة 60-120 ثانية؛ الوقت فوق 217 درجة مئوية: 60 ثانية كحد أقصى؛ درجة حرارة الذروة: 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى؛ معدل التبريد: 6 درجة مئوية/ثانية كحد أقصى. يجب أن يكون الوقت الإجمالي من 25 درجة مئوية إلى الذروة أقل من 8 دقائق. يجب ألا يتم اللحام بإعادة التدفق أكثر من مرتين. إذا مر أكثر من 24 ساعة بين عمليتي إعادة التدفق، فقد تتلف مصابيح LED بسبب امتصاص الرطوبة.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً، يجب أن تكون درجة حرارة المكواة أقل من 300 درجة مئوية ووقت التلامس أقل من 3 ثوانٍ. يُسمح بعملية لحام يدوي واحدة فقط.

6.3 الإصلاح

لا يُنصح بالإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، استخدم مكواة لحام مزدوجة الرأس وتحقق من عدم المساس بخصائص LED.

6.4 تحذيرات

مادة التغليف هي السيليكون، وهي ناعمة. لا تضغط بقوة على السطح العلوي. تجنب تركيب مصابيح LED على لوحة دوائر مطبوعة ملتوية ولا تقم بثني اللوحة بعد اللحام. لا تطبق قوة ميكانيكية أو اهتزاز أثناء التبريد. يجب تجنب التبريد السريع.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 كمية التعبئة

التعبئة القياسية: 3000 قطعة لكل بكرة. توضع مصابيح LED في شريط حامل وتلف على بكرة وفقاً لـ EIA-481.

7.2 التعبئة المقاومة للرطوبة

توضع كل بكرة في كيس حاجز للرطوبة مع مجفف وبطاقة مؤشر رطوبة. ثم يتم إغلاق الكيس للحفاظ على بيئة منخفضة الرطوبة. يتضمن الملصق معلومات مستوى الحساسية للرطوبة.

7.3 صندوق الكرتون

تُعبأ بكرات متعددة في صندوق كرتوني مع توسيد مناسب للنقل.

7.4 ظروف التخزين

قبل فتح كيس الألمنيوم، خزّن عند ≤30 درجة مئوية و ≤75% رطوبة نسبية لمدة تصل إلى سنة من تاريخ التعبئة. بعد الفتح، يجب استخدام مصابيح LED خلال 168 ساعة (7 أيام) عند تخزينها في ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. إذا تجاوز وقت التخزين أو تلاشى المجفف، يجب الخبز عند 60±5 درجة مئوية لمدة ≥24 ساعة قبل الاستخدام.

8. احتياطات المناولة

8.1 قيود الكبريت والهالوجين

يجب ألا تحتوي بيئة التشغيل ومواد التزاوج على عناصر أو مركبات كبريت تتجاوز 100 جزء في المليون. يجب أن يكون محتوى البروم والكلور أقل من 900 جزء في المليون لكل منهما، بمجموع أقل من 1500 جزء في المليون. يساعد ذلك في منع التآكل وتغير لون LED.

8.2 المركبات العضوية المتطايرة وتوافق المواد

يمكن للمركبات العضوية المتطايرة من مواد التثبيت أن تخترق غلاف السيليكون وتسبب تغير اللون عند التعرض للحرارة والضوء. يوصى باختبار جميع المواد للتأكد من توافقها في بيئة التطبيق المحددة. لا تستخدم مواد لاصقة تطلق أبخرة عضوية.

8.3 التعامل مع سطح السيليكون

سطح عدسة السيليكون ناعم ويجذب الغبار بسهولة. تعامل مع المكون من الجانب باستخدام ملاقط أو أدوات مناسبة. تجنب لمس سطح العدسة مباشرة. إذا كان التنظيف ضرورياً، استخدم كحول الأيزوبروبيل. لا يُنصح بالتنظيف بالموجات فوق الصوتية لأنه قد يتلف LED.

8.4 اعتبارات تصميم الدائرة

صمم دائرة التشغيل لتحديد التيار أقل من الحد الأقصى المطلق. استخدم مقاومة محددة للتيار أو مشغل تيار ثابت. يمكن أن تسبب تغييرات الجهد الطفيفة تغييرات كبيرة في التيار بسبب منحنى I-V الحاد. لا تطبق جهداً عكسياً على LED لأنه قد يسبب هجرة وتلفاً.

8.5 التصميم الحراري

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الوصلة 115 درجة مئوية في أي وقت. وفر تبديد حرارة مناسب من خلال منطقة النحاس في PCB والفتحات الحرارية. المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام هي 16 درجة مئوية/واط، لذلك لتبديد طاقة 1.7 واط، يكون ارتفاع درجة الحرارة من نقطة اللحام إلى الوصلة حوالي 27 درجة مئوية. تأكد من بقاء درجة الحرارة المحيطة بالإضافة إلى الارتفاع أقل من 115 درجة مئوية.

8.6 حماية ESD

يتمتع LED بجهد تحمل ESD 2000 فولت (HBM). ومع ذلك، فإن حماية ESD أثناء المناولة والتجميع ضرورية. استخدم محطات عمل مؤرضة، وأساور معصم مضادة للكهرباء الساكنة، وتعبئة موصلة.

9. توصيات التطبيق

مصباح LED تحت الأحمر 850 نانومتر مثالي لكاميرات الأمن، وإضاءة الرؤية الليلية، وإضاءة الرؤية الآلية. للحصول على أداء أمثل، صمم مشغل تيار ثابت مع إمكانية التعتيم بتعديل عرض النبضة. استخدم تقنيات تبديد الحرارة مثل الفتحات الحرارية والمساحات النحاسية على اللوحة. زاوية الرؤية 90 درجة مناسبة للإضاءة المساحية الواسعة؛ للحزمة الأضيق، يمكن استخدام بصريات خارجية. تأكد من توافق خرج الطيف LED مع ذروة حساسية مستشعر الكاميرا (عادة حوالي 850 نانومتر لأجهزة استشعار السيليكون).

10. اختبار الموثوقية

10.1 عناصر الاختبار والظروف

خضع المنتج لاختبارات الموثوقية وفقاً لمعايير JEDEC، وتشمل: إعادة التدفق (260 درجة مئوية، 10 ثوانٍ، 3 مرات)، دورة درجة الحرارة (-40 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية، 100 دورة)، الصدمة الحرارية (-40 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية، 300 دورة)، التخزين في درجة حرارة عالية (100 درجة مئوية، 1000 ساعة)، التخزين في درجة حرارة منخفضة (-40 درجة مئوية، 1000 ساعة)، اختبار العمر (25 درجة مئوية، 1000 مللي أمبير، 1000 ساعة)، واختبار العمر في درجة حرارة ورطوبة عالية (85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية، 1000 مللي أمبير، 1000 ساعة). اجتازت جميع الاختبارات بمعايير قبول 0 فشل لكل 10 عينات.

10.2 معايير الفشل

يُعرّف الفشل على النحو التالي: الجهد الأمامي يتجاوز حد المواصفات العلوي × 1.1؛ التيار العكسي يتجاوز حد المواصفات العلوي × 2.0؛ التدفق الإشعاعي الكلي ينخفض عن حد المواصفات الأدنى × 0.7.

11. مبدأ العمل

يعتمد مصباح LED تحت الأحمر هذا على وصلة p-n شبه موصلة مصنوعة من زرنيخيد الغاليوم أو مركبات III-V ذات الصلة. عند التحيز الأمامي، تتحد الإلكترونات مع الفجوات في المنطقة النشطة، مما يطلق طاقة على شكل فوتونات. تحدد طاقة فجوة النطاق طول موجة الفوتون؛ بالنسبة لـ 850 نانومتر، تكون المادة عادة GaAs مع بعض محتوى الألومنيوم. يغلف باكيج EMC الشريحة ويوفر تبديد الحرارة والحماية.

12. اتجاهات التطوير

يستمر الطلب على مصابيح LED تحت الحمراء في النمو مع توسع أنظمة المراقبة والمركبات ذاتية القيادة (LiDAR) والأتمتة الصناعية. تشمل الاتجاهات المستقبلية كثافات طاقة أعلى، وحزم أصغر، وكفاءة محسنة. سيؤدي دمج مصابيح IR مع مشغلات متطورة وأنظمة تحكم ذكية إلى تمكين الإضاءة التكيفية. كما أن الاتجاه نحو الأطوال الموجية الأطول (940 نانومتر) للإضاءة الخفية يتزايد، لكن 850 نانومتر يظل مهيمناً للكاميرات القياسية بسبب حساسية المستشعر الأفضل.

13. الأسئلة المتداولة

س: ما هو أقصى تيار أمامي مستمر؟ ج: الحد الأقصى المطلق هو 1000 مللي أمبير، ولكن فقط للتشغيل النبضي (دورة عمل 1/10). للتشغيل المستمر بالتيار المباشر، يجب تخفيض التيار بناءً على درجة الحرارة. عند درجة حرارة محيطة 25 درجة مئوية مع تبديد حرارة جيد، يكون التيار المستمر النموذجي حوالي 500 مللي أمبير للحفاظ على درجة حرارة الوصلة آمنة.

س: كيف يجب التعامل مع المكونات من مستوى MSL 3؟ ج: خزّن في كيس حاجز للرطوبة محكم الغلق. بعد الفتح، استخدم خلال 168 ساعة أو اخبز عند 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل إعادة التدفق.

س: هل يمكنني استخدام مصباح LED هذا في الكاميرات الخارجية؟ ج: نعم، لكن تأكد من أن نطاق درجة حرارة التشغيل ضمن -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية وأن الغلاف يوفر إدارة حرارية كافية.

س: ما هو مشغل LED الموصى به؟ ج: مشغل تيار ثابت بتصنيف تيار يعتمد على تصميمك الحراري. على سبيل المثال، إذا كنت تقود عند 700 مللي أمبير، فقد يكفي مشغل بقدرة 1.5 واط.

14. حالات التطبيق العملي

الحالة 1: الرؤية الليلية لكاميرا رصاصة - تستخدم مصفوفة 3x3 من مصابيح LED هذه في كاميرا رصاصة، مما يوفر إضاءة فعالة تصل إلى 30 متراً. تغطي زاوية الشعاع 90 درجة مجال رؤية الكاميرا. يستخدم التصميم الحراري لوحة PCB ذات قلب ألومنيوم لتبديد الحرارة.

الحالة 2: فحص الرؤية الآلية - في أحد المصانع، تستخدم كاميرا مسح خطي مصفوفة LED IR عالية الطاقة (12 مصباحاً) لإضاءة الأجزاء المتحركة. التشغيل النبضي عند 500 مللي أمبير ودورة عمل 50% يضمن إضاءة متناسقة دون ارتفاع درجة الحرارة.