ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء HIR25-21C/L423/TR8 ذو القمة المسطحة بارتفاع 0.8 مم - الأبعاد 2.0x1.25x0.8 مم - الجهد 1.35 فولت - الطاقة 100 مللي واط - عدسة شفافة

1. نظرة عامة على المنتج

HIR25-21C/L423/TR8 هو صمام ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء صغير الحجم للتركيب السطحي (SMD). وهو مُغلف في حزمة مزدوجة النهاية ذات مظهر جانبي منخفض للغاية يبلغ 0.8 مم، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المقيدة بالمساحة. تم تشكيل الجهاز من البلاستيك الشفاف ذو العدسة ذات القمة المسطحة، والتي توفر نمط إشعاع محدد. مادة أشباه الموصلات الأساسية هي زرنيخيد الغاليوم ألومنيوم (GaAlAs)، المصممة لمطابقة طيفية مثلى مع الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون، مما يضمن كفاءة عالية في أنظمة الكشف.

تم تصميم المنتج بخصائص جهد أمامي منخفض، مما يساهم في كفاءة طاقة النظام بشكل عام. وهو متوافق بالكامل مع المعايير البيئية والسلامة الحديثة، بما في ذلك كونه خاليًا من الرصاص، والامتثال لتنظيم الاتحاد الأوروبي REACH، وتلبية متطلبات الخلو من الهالوجين (Br<900 جزء في المليون، Cl<900 جزء في المليون، Br+Cl<1500 جزء في المليون). يتم توريد الجهاز على شريط بعرض 8 مم مثبت على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل عمليات التجميع الآلي.

2. التفسير الموضوعي العميق للمعايير الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز تحت ظروف درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. قد يؤدي تجاوز هذه التقييمات إلى تلف دائم. جهد الانعكاس (V_R) محدد عند 5 فولت. التيار الأمامي (I_F) له تقييم أقصى يبلغ 100 مللي أمبير. تبديد الطاقة (P_D) مقدر بـ 100 مللي واط. نطاق درجة حرارة التشغيل من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، بينما يمتد نطاق درجة حرارة التخزين من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يجب إدارة درجة حرارة اللحام بعناية، مع ذروة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ وفقًا لملف تعريف إعادة التدفق الخالي من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية عادةً عند I_F=20 مللي أمبير و Ta=25 درجة مئوية. الجهد الأمامي (V_F) هو عادة 1.35 فولت. الشدة الإشعاعية (I_e) محددة بقيمة دنيا، تحدد قوة الخرج البصري. الطول الموجي الذروي للانبعاث (λ_p) يتركز في الطيف تحت الأحمر، عادة حوالي 940 نانومتر، وهو ما يتوافق تمامًا مع ذروة حساسية المستقبلات الشائعة القائمة على السيليكون. يتم أيضًا تعريف عرض النطاق الطيفي (نصف العرض)، مما يشير إلى نطاق الأطوال الموجية المنبعثة. يتم تحديد زاوية الرؤية من خلال تصميم العدسة ذات القمة المسطحة، مما يوفر نمط إشعاع محددًا مناسبًا للتطبيقات المستهدفة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتضمن رقم الجزء HIR25-21C/L423/TR8 هيكل تصنيف لضمان أداء متسق. بينما توفر ورقة البيانات دليلًا عامًا لاختيار الجهاز يشير إلى مادة شريحة GaAlAs والعدسة الشفافة، يتم إدارة التصنيفات المحددة لمعايير مثل الطول الموجي الذروي (HUE) والشدة الإشعاعية (CAT) أثناء الإنتاج. يحصل العملاء على أجزاء ضمن نطاقات تحمُّل محددة لهذه المعايير الرئيسية، مما يضمن أداء الجهاز كما هو مطلوب في دارتهم وتطبيقهم المحدد. ترتبط الرموز 'L423' و'TR8' داخل رقم الجزء بتصنيفات أداء محددة ومواصفات تغليف الشريط/البكرة على التوالي.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توفر نظرة أعمق في سلوك الجهاز تتجاوز البيانات الجدولية.

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

يوضح هذا المنحنى العلاقة بين التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي والجهد عبر أطرافه. يُظهر عادة علاقة أسية، مع جهد "ركبة" محدد. يتم تأكيد خاصية الجهد الأمامي المنخفض لهذا الصمام الثنائي بصريًا هنا، مما يوضح أنه يبدأ في التوصيل بشكل ملحوظ عند جهد أقل مقارنة ببعض البدائل، وهو أمر مفيد لتصميمات الدوائر منخفضة الجهد.

4.2 الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا الرسم البياني الخرج البصري (الشدة الإشعاعية) كدالة لتيار القيادة. يُظهر عادة علاقة خطية ضمن نطاق تيار التشغيل الموصى به، مؤكدًا أن إخراج الضوء يتناسب طرديًا مع التيار. هذه الخطية حاسمة للتطبيقات التي تتطلب إشارات معدلة، كما هو الحال في نقل البيانات بالأشعة تحت الحمراء.

4.3 الشدة الإشعاعية مقابل درجة الحرارة المحيطة

يصور هذا المنحنى كيف تنخفض قوة الخرج البصري مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. مثل جميع الثنائيات الباعثة للضوء، تنخفض كفاءة باعث الأشعة تحت الحمراء هذا مع ارتفاع درجة الحرارة. فهم هذا التخفيض في التصنيف أمر بالغ الأهمية لتصميم أنظمة تعمل بموثوقية على كامل نطاق درجة الحرارة، خاصة في البيئات عالية الحرارة. قد تكون إدارة حرارية كافية ضرورية في التطبيقات عالية الطاقة أو درجة الحرارة للحفاظ على خرج ثابت.

4.4 التوزيع الطيفي

يُظهر رسم بياني للتوزيع الطيفي القوة الإشعاعية النسبية المنبعثة عبر أطوال موجية مختلفة. سيعرض ذروة واضحة عند الطول الموجي الاسمي (مثل 940 نانومتر) بشكل مميز ونصف عرض. يؤكد هذا المرئي المطابقة الطيفية الجيدة لكاشفات السيليكون الضوئية، التي تبلغ ذروة منحنى استجابتها في نفس منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الحزمة

يتمتع الصمام الثنائي بمساحة صغيرة جدًا. أبعاد الحزمة هي 2.0 مم في الطول، و1.25 مم في العرض، و0.8 مم في الارتفاع (قيم اسمية). توفر الرسومات الميكانيكية التفصيلية جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك تباعد الأطراف، ومواضع الوسادات، وهندسة العدسة. التسامح لمعظم الأبعاد هو ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تحديد الأنود والكاثود بوضوح على الحزمة لتحديد القطبية الصحيحة أثناء التجميع.

5.2 تخطيط الوسادة الموصى به

يتم توفير نمط أرضي مقترح (بصمة) لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة. يتضمن ذلك توصيات حجم الوسادة والتباعد لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي. تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن هذا للإشارة فقط، ويجب على المصممين تعديل أبعاد الوسادة بناءً على قدرات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المحددة لديهم ومتطلبات التطبيق، مثل اعتبارات الإجهاد الحراري أو الميكانيكي.

5.3 أبعاد الشريط الحامل

يتم توريد الجهاز في شريط حامل بارز للتجميع الآلي للالتقاط والوضع. عرض الشريط هو 8 مم. يتم توفير أبعاد مفصلة لتجويف الجيب الذي يحمل الصمام الثنائي، والتباعد بين الجيوب (الخطوة)، ومواضع ثقوب التروس. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 حساسية الرطوبة والتخزين

يتم تغليف الثنائيات الباعثة للضوء في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف. لا يجب فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين الثنائيات الباعثة للضوء عند 30 درجة مئوية أو أقل ورطوبة نسبية 60% أو أقل. يجب استخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام) من فتح الكيس. إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى امتصاص الرطوبة، يلزم معالجة بالخبز عند 60 ± 5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لمنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء لحام إعادة التدفق.

6.2 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق

يوصى بملف تعريف درجة حرارة لحام بإعادة التدفق خالي من الرصاص. تشمل المعايير الرئيسية مرحلة تسخين مسبق، وزيادة تدريجية، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية، ووقت فوق السائل (عادة 217 درجة مئوية) من 30-60 ثانية. يجب الحفاظ على درجة حرارة الذروة لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. لا يجب إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز لتجنب التلف الحراري للحزمة البلاستيكية وشريحة أشباه الموصلات.

6.3 اللحام اليدوي والإصلاح

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت التلامس لكل طرف على 3 ثوانٍ أو أقل. يوصى بمكواة منخفضة الطاقة (25 واط أو أقل). يجب السماح بفترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين لحام الطرفين. يُنصح بشدة بعدم الإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، مما يمنع الإجهاد الحراري من رفع وسادة واحدة بينما الأخرى لا تزال ملحومة. احتمالية التلف أثناء الإصلاح عالية ويجب تقييمها مسبقًا.

7. معلومات التغليف والطلب

التغليف القياسي هو 2000 قطعة لكل بكرة قطرها 7 بوصات على شريط حامل بعرض 8 مم. يلخص رقم الجزء HIR25-21C/L423/TR8 سلسلة المنتج، وتصنيفات الأداء المحددة، ونوع التغليف. ستتضمن الملصقات على البكرة رقم الجزء (P/N)، ورقم الدفعة (LOT No)، والكمية (QTY)، والطول الموجي الذروي (HUE)، والرتبة (CAT)، ومستوى حساسية الرطوبة (MSL-X).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

مستشعر الأشعة تحت الحمراء المثبت على لوحة الدوائر المطبوعة:يستخدم الصمام الثنائي كمصدر للضوء في مستشعرات القرب، وكشف الأجسام، وروبوتات تتبع الخط. غالبًا ما يتم إقرانه بترانزستور ضوئي أو ثنائي ضوئي. مقاومة تحديد تيار إلزامية تمامًا على التوالي مع الصمام الثنائي لمنع تلف التيار الزائد، حيث أن الجهد الأمامي للصمام الثنائي له معامل درجة حرارة سالب ولا يعمل كمحدد تيار موثوق.

التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء:لأجهزة التحكم عن بعد ذات متطلبات الطاقة العالية، يمكن لهذا الصمام الثنائي تقديم شدة إشعاعية كافية لنطاق أطول أو عبر عوائق. يتم تشغيله عادةً بتيارات نابضة أعلى من التصنيف المستمر للتيار المستمر (مثل نبضات 100 مللي أمبير) لتحقيق ومضات ضوئية ساطعة لنقل البيانات.

الماسحات الضوئية وأنظمة الأشعة تحت الحمراء التطبيقية:تُستخدم في ماسحات الرموز الشريطية، وأنظمة التعرف على الإيماءات، والمشفرات البصرية.

8.2 اعتبارات التصميم

قيادة التيار:استخدم دائمًا مقاومة على التوالي أو محرك تيار ثابت. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (V_المصدر- V_F) / I_F.

الإدارة الحرارية:على الرغم من أن الحزمة صغيرة، إلا أن التشغيل المستمر عند تيارات عالية في درجات حرارة محيطة عالية يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتقليل العمر الافتراضي. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في لوحة الدوائر المطبوعة أو ثقوب حرارية إذا لزم الأمر.

المحاذاة البصرية:توفر العدسة ذات القمة المسطحة نمط حزمة محددًا. للحصول على اقتران أمثل مع المستقبل، ضع في اعتبارك الموضع النسبي وأي عدسات أو فتحات ضرورية.

حماية من التفريغ الكهروستاتيكي:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً على أنها حساسة في ورقة البيانات هذه، فإن التعامل مع جميع أجهزة أشباه الموصلات مع احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي هو ممارسة جيدة.

9. المقارنة والتمييز الفني

عوامل التمييز الأساسية لـ HIR25-21C/L423/TR8 هيمظهره الجانبي المنخفض للغاية 0.8 مم، وهو أنحف من العديد من الثنائيات الباعثة للضوء السطحية القياسية، وعدسته الشفافة ذات القمة المسطحة. مقارنة بالعدسات المقببة، قد توفر القمة المسطحة نمط إشعاع أكثر تركيزًا أو بشكل مختلف، مما يمكن أن يكون مفيدًا في تطبيقات الاستشعار المحددة حيث يحتاج الضوء إلى توجيهه بطريقة معينة. يساهم الجهد الأمامي المنخفض في كفاءة الطاقة. يضمن استخدام مادة GaAlAs والتصنيف الدقيق مطابقة ممتازة ومتسقة لكاشفات السيليكون، مما يمكن أن يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء في أنظمة الاستشعار مقارنة بالثنائيات الباعثة للضوء ذات الأطياف الأوسع أو غير المتطابقة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)

س: لماذا تعتبر المقاومة على التوالي إلزامية؟

ج: منحنى I-V للصمام الثنائي الباعث للضوء أسي. زيادة صغيرة في الجهد تتجاوز نقطة الركبة تسبب زيادة كبيرة جدًا، وربما مدمرة، في التيار. توفر المقاومة علاقة خطية بين جهد المصدر والتيار، مما يثبت نقطة التشغيل.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي بنبضات أعلى من 100 مللي أمبير؟

ج: ربما، ولكن فقط تحت ظروف نابضة محددة (دورة عمل منخفضة، عرض نبضة قصير) كما هو محدد بواسطة منحنيات التخفيض في التصنيف، والتي لم يتم توفيرها في هذا المقتطف. يتجاوز التقييم الأقصى المطلق في أي حالة خطر التلف الفوري.

س: ماذا يعني "المطابقة الطيفية لكاشف الصور السيليكوني"؟

ج: يعني أن الطول الموجي الذروي والعرض الطيفي للضوء المنبعث من الصمام الثنائي يتوافقان بشكل وثيق مع منطقة الذروة لحساسية الثنائي الضوئي أو الترانزستور الضوئي القياسي المصنوع من السيليكون. هذا يزيد من الإشارة الكهربائية التي يولدها الكاشف لقوة بصرية معينة، مما يحسن كفاءة النظام ونطاقه.

س: ما مدى أهمية مدة الصلاحية البالغة 7 أيام بعد فتح الكيس؟

ج: مهمة جدًا إذا كانت الأجهزة ستخضع لللحام بإعادة التدفق. يمكن أن تتبخر الرطوبة الممتصة أثناء عملية إعادة التدفق عالية الحرارة، مما يتسبب في انفصال داخلي أو تشقق ("الفرقعة"). إذا تم تجاوز مدة الصلاحية، يلزم الخبز.

11. أمثلة حالات استخدام عملية

الحالة 1: مفتاح كشف الأجسام بدون تلامس.يتم تثبيت الصمام الثنائي على جانب واحد من فجوة، ويتم تثبيت ترانزستور ضوئي في المقابل. يؤدي مرور جسم عبر الفجوة إلى قطع حزمة الأشعة تحت الحمراء، مما يتسبب في تغير خرج الترانزستور الضوئي. يسمح المظهر الجانبي المنخفض بدمج هذا المستشعر في أجهزة رفيعة جدًا. يضمن الطول الموجي المتسق تشغيلًا موثوقًا عبر اختلافات درجات الحرارة.

الحالة 2: جهاز تحكم عن بعد محسن للتلفزيون.يحتاج المصمم إلى جهاز تحكم عن بعد يعمل من زوايا أوسع أو عبر عوائق طفيفة. يمكن لاستخدام هذا الصمام الثنائي مع محرك تيار نابض أعلى أن يوفر شدة إشعاعية أكبر من الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء القياسي، مما يحسن الأداء. قد تساعد العدسة المسطحة أيضًا في تشتيت الضوء بشكل مختلف قليلاً لتغطية أوسع.

الحالة 3: مشفر بصري مصغر.في مشفر دواري صغير، يتم وضع الصمام الثنائي والكاشف على جانبي قرص مشفر. الحزمة الرقيقة 0.8 مم ضرورية لتناسب التجميع الميكانيكي الضيق للمشفر. تضمن المطابقة الطيفية الجيدة إشارة رقمية نظيفة من الكاشف مع دوران القرص.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو صمام ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، يتم إطلاق الطاقة. في مادة GaAlAs المستخدمة هنا، تتوافق هذه الطاقة مع فوتون في الطيف تحت الأحمر (عادة حوالي 940 نانومتر طول موجي). يحدد التركيب المحدد لذرات الغاليوم والألومنيوم والزرنيخيد طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي للضوء المنبعث. تغلف الحزمة الإيبوكسية الشفافة الشريحة، وتوفر حماية ميكانيكية، ويعمل السطح العلوي المسطح كعدسة أولية لتشكيل نمط الإشعاع للضوء المنبعث.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه في الثنائيات الباعثة للضوء تحت الأحمر السطحية نحوكفاءة أعلى(مزيد من الإخراج الإشعاعي لكل واط كهربائي مدخل)،أحجام حزم أصغرلأجهزة أكثر إحكاما، وموثوقية متزايدةتحت الظروف القاسية. هناك أيضًا تطور في إنشاء ثنائيات باعثة للضوء بمخرجات طيفية محددة وضيقة لتطبيقات الاستشعار المتقدمة ودمج باعثات متعددة (مثل أطوال موجية مختلفة) في حزمة واحدة. يدفع السعي لاستهلاك طاقة أقل في أجهزة إنترنت الأشياء التي تعمل بالبطاريات نحو جهد أمامي أقل وكفاءة أعلى. علاوة على ذلك، تهدف التطورات في مواد التغليف إلى تحسين الأداء الحراري ومقاومة الرطوبة، مما قد يخفف من بعض متطلبات التعامل الصارمة.