ورقة بيانات LED الأشعة تحت الحمراء 1 واط سيراميك 3535 - الأبعاد 3.5x3.5x0.9 مم - الجهد 1.5 فولت - الطاقة 1 واط - الطول الموجي 850 نانومتر

1. نظرة عامة على المنتج

سلسلة سيراميك 3535 هي ثنائي باعث للضوء عالي القدرة ومركب على السطح، مصمم للتطبيقات التي تتطلب إضاءة بالأشعة تحت الحمراء قوية وموثوقة. هذا الجهاز بقدرة 1 واط يستخدم ركيزة سيراميك، مما يوفر إدارة حرارية فائقة واستقرار طويل الأمد مقارنة بالعبوات البلاستيكية التقليدية. الطول الموجي الأساسي للانبعاث هو 850 نانومتر، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من تطبيقات الاستشعار، والرؤية الآلية، والأمن.

تشمل المزايا الأساسية لهذه السلسلة قدرتها الممتازة على تبديد الحرارة بفضل البناء السيراميكي، وزاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة لتغطية واسعة، وبصمة مدمجة مقاس 3.5 مم × 3.5 مم تسهل تخطيطات اللوحات المطبوعة عالية الكثافة. الأسواق المستهدفة هي الأتمتة الصناعية، وأنظمة المراقبة، وأجهزة الاستشعار البيومترية، وأي تطبيق يتطلب ضوءًا بالأشعة تحت الحمراء عالي الكثافة ومستقرًا.

2. المعلمات التقنية والتفسير الموضوعي

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد المعلمات التالية الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تيار التشغيل الأمامي (IF):500 مللي أمبير (تيار مستمر)
• تيار النبض الأمامي (IFP):700 مللي أمبير (عرض النبضة ≤10 مللي ثانية، دورة العمل ≤1/10)
• تبديد الطاقة (PD):1000 ملي واط
• درجة حرارة التشغيل (Topr):-40°C إلى +100°C
• درجة حرارة التخزين (Tstg):-40°C إلى +100°C
• درجة حرارة التقاطع (Tj):125°C
• درجة حرارة اللحام (Tsld):لحام إعادة التدفق عند 230°C أو 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهروضوئية (النموذجية @ Ta=25°C)

تمثل هذه المعلمات الأداء النموذجي تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الجهد الأمامي (VF):1.5 فولت (نموذجي)، 2.0 فولت (أقصى) عند IF=350mA. يساهم انخفاض جهد التشغيل الأمامي في كفاءة أعلى للنظام.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب فشلاً فورياً.
• الطول الموجي القياسي (λd):850 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه الشدة الإشعاعية في أعلى مستوياتها.
• التيار العكسي (IR):50 ميكرو أمبير (أقصى) عند VR=5V.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):120 درجة. توفر هذه الزاوية الواسعة نمط إضاءة واسع وموحد.

2.3 الخصائص الحرارية

الغلاف السيراميكي هو الميزة الحرارية الرئيسية. تتمتع مواد السيراميك بتوصيل حراري عالٍ، مما ينقل الحرارة بكفاءة من تقاطع شريحة الـ LED إلى اللوحة المطبوعة والبيئة المحيطة. يؤثر هذا مباشرة على عمر الجهاز وصيانة الإضاءة. يعد التصميم الحراري المناسب على لوحة التطبيق، بما في ذلك مساحة نحاسية كافية وإمكانية استخدام مشتت حراري، أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على درجة حرارة التقاطع أقل من الحد الأقصى المسموح به وهو 125°C، خاصة عند التشغيل بتيار القيادة الكامل 350mA.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف المنتج إلى مجموعات (Bins) لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. يجب على المصممين تحديد المجموعات المطلوبة لضمان تطابق الأداء في تطبيقاتهم.

3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم فرز ثنائيات الـ LED بناءً على جهد التشغيل الأمامي (VF) عند تيار الاختبار.

• الرمز A:VF = 1.4V إلى 1.6V
• الرمز B:VF = 1.6V إلى 1.8V
• الرمز C:VF = 1.8V إلى 2.0V

ملاحظة: تسامح القياس هو ±0.08V.يمكن أن يؤدي اختيار مجموعة جهد ضيقة إلى تبسيط تصميم دائرة تنظيم التيار.

3.2 تصنيف الطول الموجي القياسي

لهذا الموديل المحدد (T1901PIA)، يتم تصنيف الطول الموجي على النحو التالي:

• الرمز I2:λd = 845nm إلى 865nm. هذا النطاق الضيق البالغ 20 نانومتر مناسب للتطبيقات الحساسة لأطوال موجية محددة للأشعة تحت الحمراء، مثل بعض أنواع الرؤية الليلية أو أجهزة الاستشعار البصرية.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات معلومات بيانية ضرورية لتصميم الدائرة والتصميم الحراري.

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

يُظهر هذا المنحنى العلاقة الأسية بين التيار والجهد. النقطة الرئيسية هي VF النموذجي البالغ 1.5V عند 350mA. يستخدم المصممون هذا المنحنى لاختيار مقاومات تحديد التيار المناسبة أو لتصميم مشغلات تيار ثابت. سيتغير المنحنى مع درجة الحرارة؛ حيث ينخفض الجهد مع زيادة درجة حرارة التقاطع عند تيار معين.

4.2 القدرة الإشعاعية النسبية مقابل درجة حرارة التقاطع

يوضح هذا الرسم البياني الانخفاض الحراري في ناتج الـ LED. تُظهر ثنائيات الـ LED للأشعة تحت الحمراء عمومًا انخفاضًا أقل في الكفاءة مع درجة الحرارة مقارنة بثنائيات الـ LED المرئية، لكن الناتج لا يزال ينخفض مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. يجب أخذ ذلك في الاعتبار في الإدارة الحرارية لضمان أداء ثابت طوال عمر المنتج وعبر درجات حرارة التشغيل.

4.3 منحنى توزيع الطيف

يؤكد المنحنى الطول الموجي القياسي السائد البالغ 850 نانومتر ويظهر عرض النطاق الطيفي. النطاق الضيق هو نموذجي لبواعث الأشعة تحت الحمراء عالية الجودة. يعد فهم الطيف أمرًا حيويًا للاقتران مع كاشفات الضوء المطابقة أو مستشعرات الكاميرا التي لها استجابة طيفية محددة.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف والرسم التفصيلي

يتمتع الجهاز بهيكل سيراميكي مربع مقاس 3.5 مم × 3.5 مم. الارتفاع الإجمالي حوالي 0.9 مم. يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة مع التسامحات (مثل ±0.10 مم للأبعاد .X، ±0.05 مم للأبعاد .XX) لتخطيط دقيق للوحة المطبوعة.

5.2 تصميم لوحة التلامس الموصى به وتصميم الإستنسل

يُقترح تصميم نمط لوحة التلامس لضمان لحام موثوق ونقل حراري أمثل. يتضمن تصميم لوحة التلامس عادةً لوحتي أنود/كاثود ولوحة حرارية مركزية. يتم أيضًا تحديد تصميم الإستنسل (قناع معجون اللحام)، وغالبًا ما يوصى بفتحة مخفضة للوحة الحرارية الكبيرة لمنع جسور اللحام وحجم معجون مفرط. يعد اتباع هذه التوصيات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق وصلة لحام موثوقة وتعظيم تبديد الحرارة من اللوحة الحرارية إلى اللوحة المطبوعة.

5.3 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز الكاثود على الجزء العلوي من الغلاف، غالبًا بلون أخضر أو بشق/زاوية مقطوعة على العدسة. يجب أن تتضمن بصمة اللوحة المطبوعة علامة قطبية تطابق هذه الميزة لمنع التثبيت غير الصحيح.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق (Reflow)

يتوافق الـ LED مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الحمل الحراري القياسية. الحد الأقصى لدرجة الحرارة القصوى هو 260°C، مع وقت فوق السائل (مثل 217°C) لا يتجاوز 10 ثوانٍ. يجب اتباع ملف تعريف إعادة التدفق الموصى به لتجنب الصدمة الحرارية. يكون الغلاف السيراميكي عمومًا أكثر مقاومة لامتصاص الرطوبة من العبوات البلاستيكية، ولكن قد لا تزال تنطبق احتياطات التعامل القياسية للأجهزة الحساسة للرطوبة (MSD) اعتمادًا على المواد المحددة المستخدمة.

6.2 احتياطات التعامل والتخزين

قم بتخزين ثنائيات الـ LED في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة. تجنب الإجهاد الميكانيكي على العدسة. استخدم احتياطات ESD أثناء التعامل. لا تنظف بمنظفات الموجات فوق الصوتية بعد اللحام، لأن ذلك قد يتلف الهيكل الداخلي.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 التغليف بالشريط والبكرة

يتم توريد المنتج على شريط حامل بارز ملفوف على بكرات، مناسب لآلات التجميع الآلي (pick-and-place). أبعاد الشريط (حجم الجيب، المسافة) موحدة. عادةً ما تكون كميات البكرة عدة آلاف قطعة لكل بكرة.

7.2 نظام ترقيم الموديلات

رقم الجزء (مثل T1901PIA) يشفر السمات الرئيسية:

• T:معرف السلسلة.
• 19:رمز الغلاف لسيراميك 3535.
• P:رمز عدد الشرائح لشريحة عالية القدرة واحدة.
• I:رمز اللون للأشعة تحت الحمراء (IR).
• A:رمز داخلي أو رمز تصنيف.
• قد تشير اللواحق الإضافية إلى تصنيف الجهد، تصنيف الطول الموجي، إلخ.

تتضمن الرموز الأخرى المحددة في النظام اللون (R, G, B, Y, W، إلخ)، وعدد الشرائح (S, P, 2, 3)، ونوع العدسة (00 لعدم وجودها، 01 لوجود عدسة).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• المراقبة والأمن:إضاءة لكاميرات المراقبة مع مرشحات قطع الأشعة تحت الحمراء، لتوفير رؤية ليلية غير مرئية.
• الرؤية الآلية:الضوء المنظم، تحسين التباين، أو اكتشاف العيوب في أنظمة التفتيش الآلي.
• أجهزة الاستشعار البيومترية:التعرف على القزحية، التعرف على الوجه، أو ماسحات بصمات الأصابع.
• استشعار القرب والإيماءات:تُستخدم في الإلكترونيات الاستهلاكية والتطبيقات السيارات.
• المفاتيح البصرية والمشفرات:توفير مصدر الضوء للاستشعار القائم على الانقطاع.

8.2 اعتبارات التصميم

• دائرة المشغل:استخدم مشغل تيار ثابت لإخراج مستقر. يسمح انخفاض VF بالتشغيل من مصادر طاقة منخفضة الجهد. فكر في استخدام منظم تبديل للتشغيل عالي الكفاءة عند الطاقة الكاملة.
• الإدارة الحرارية:هذا أمر بالغ الأهمية. قم بتوصيل اللوحة الحرارية بمساحة نحاسية كبيرة على اللوحة المطبوعة مع عدة ثقوب حرارية إلى الطبقات الداخلية أو مشتت حراري على الجانب السفلي. يوصى بمحاكاة حرارية للتطبيقات عالية القدرة أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية.
• التصميم البصري:قد تتطلب الحزمة بعرض 120 درجة بصريات ثانوية (عدسات، موزعات) لتشكيل الضوء لتطبيقات محددة. قد لا يكون سطح الغلاف السيراميكي مثاليًا للاقتران البصري المباشر؛ غالبًا ما يتم دمج عدسة أولية.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بثنائيات الـ LED البلاستيكية القياسية 3535، تقدم هذه النسخة السيراميكية مزايا كبيرة:

• أداء حراري فائق:مقاومة حرارية أقل من التقاطع إلى اللوحة، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة تقاطع التشغيل، وإمكانية تيار قيادة أقصى أعلى، وعمر أطول بكثير عند الطاقة العالية.
• موثوقية معززة:السيراميك خامل ولا يتحلل أو يصفر تحت التعرض لدرجات حرارة عالية أو أشعة فوق بنفسجية عالية، على عكس بعض المواد البلاستيكية. كما أنه أكثر مقاومة للتشقق الميكانيكي.
• إخراج بصري مستقر:تؤدي الإدارة الحرارية الأفضل إلى طول موجي وقدرة إشعاعية أكثر استقرارًا مع مرور الوقت ودورات درجة الحرارة.
• المقايضة هي عادةً تكلفة وحدة أعلى قليلاً مقارنة بالعبوات البلاستيكية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 ما الفرق بين تيار التشغيل الأمامي (IF) وتيار النبض الأمامي (IFP)?

IF (500mA)هو أقصى تيار مستمر يمكن أن يتحمله الـ LED.IFP (700mA)هو أقصى تيار مسموح به في نبضات قصيرة (عرض ≤10ms، دورة عمل ≤10%). يسمح النبض بإخراج إشعاعي لحظي أعلى، وهو مفيد في تطبيقات الوميض أو الاستشعار النبضي، ولكن يجب ألا تتجاوز الطاقة المتوسطة حد 1 واط.

10.2 كيف أختار تصنيف الجهد الصحيح?

إذا كان تصميمك يستخدم مقاومًا تسلسليًا بسيطًا لتحديد التيار، فإن مجموعة جهد ضيقة (مثل جميع الرمز B) تضمن تيارًا أكثر اتساقًا وبالتالي سطوعًا متسقًا عبر جميع ثنائيات الـ LED في المصفوفة. بالنسبة للتصميمات التي تستخدم مشغلات تيار ثابت نشطة، يكون تصنيف الجهد أقل أهمية، حيث سيقوم المشغل بضبط الجهد للحفاظ على التيار المحدد.

10.3 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بدون مشتت حراري?

عند التصنيف الكامل 350mA/1W، يكون المسار الحراري المناسب إلزاميًا. يساعد الغلاف السيراميكي، ولكن يجب توصيله بنظام الإدارة الحرارية للوحة المطبوعة. بالنسبة لتيارات القيادة المنخفضة (مثل 100-200mA) أو التشغيل النبضي، تكون المتطلبات أقل صرامة، ولكن لا يزال يوصى بالتحليل الحراري.

11. دراسة حالة تطبيقية عملية

السيناريو: قارئ الرموز الشريطية الصناعي عالي السرعة.يحتاج الماسح الضوئي إلى قراءة الرموز على الطرود سريعة الحركة. يستخدم النظام مصفوفة من ثنائيات الـ LED للأشعة تحت الحمراء 850 نانومتر النبضية لإضاءة الهدف. تم اختيار ثنائي الـ LED سيراميك 3535 لقدرته على التعامل مع تيارات النبض العالية (حتى 700mA) للحصول على ومضات ساطعة وقصيرة المدة، لالتقاط صور واضحة بدون ضبابية الحركة. يضمن الاستقرار الحراري للغلاف السيراميكي اتساق سعة النبض والطول الموجي على فترات تشغيل طويلة في بيئة المصنع الدافئة. تسمح الحزمة الواسعة 120 درجة بعدد أقل من ثنائيات الـ LED لتغطية مجال المسح. تم تصميم اللوحة المطبوعة بطبقات نحاسية سميكة وثقوب حرارية تحت كل لوحة حرارية لـ LED لتبديد الحرارة المتوسطة الناتجة أثناء التشغيل النبضي.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل ثنائي باعث الضوء للأشعة تحت الحمراء (IR LED) على نفس مبدأ الإضاءة الكهربائية (electroluminescence) مثل ثنائي الـ LED المرئي. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة المستخدمة. للانبعاث 850 نانومتر، تُستخدم مواد مثل أرسينيد ألومنيوم جاليوم (AlGaAs) بشكل شائع. يعمل الغلاف السيراميكي بشكل أساسي كغلاف ميكانيكي قوي وموصل حراري للشريحة شبه الموصلة، وروابط الأسلاك، والبصريات الأولية (إن وجدت).

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يتجه تطور ثنائيات الـ LED عالية القدرة للأشعة تحت الحمراء نحو كفاءة أعلى في تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوئية (مزيد من إخراج الضوء لكل واط كهربائي مدخل) وزيادة كثافة الطاقة. هذا يدفع إلى اعتماد تقنيات شرائح متقدمة (flip-chip، thin-film) ومواد تغليف مثل السيراميك والركائز ذات النواة المعدنية للإدارة الحرارية المثلى. هناك أيضًا تركيز على تحسين الموثوقية والعمر الافتراضي تحت الظروف القاسية (درجة حرارة عالية، رطوبة عالية). علاوة على ذلك، فإن دمج المشغلات وأجهزة الاستشعار مع الـ LED في وحدات ذكية هو اتجاه متزايد، مما يبسط تصميم النظام للمستخدمين النهائيين. يستمر الطلب على نطاقات أطوال موجية ضيقة ومحددة لتطبيقات الاستشعار في دفع التطورات في نمو المواد الطبقي وهندسة الأجهزة.