مستند تقني: ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر SMD بارتفاع 0.8 مم ذو قمة مسطحة - 1.6 فولت - 875 نانومتر - 110 ميغاواط

1. نظرة عامة على المنتج

يوفر هذا المستند المواصفات التقنية الكاملة لثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء (IR) صغير الحجم ومركب على السطح. تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب مصدرًا مضغوطًا وموثوقًا للضوء تحت الأحمر متطابقًا مع كاشفات الضوء السيليكونية.

1.1 الميزات الأساسية والتوجه

يتميز ثنائي LED هذا بارتفاعه المنخفض للغاية البالغ 0.8 مم، مما يجعله مناسبًا لتصميمات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) المحدودة المساحة. ويتميز بعدسة ذات قمة مسطحة مصنوعة من البلاستيك الشفاف، مما يوفر نمط إشعاع محدد. تم تصنيع الجهاز باستخدام مادة شريحة GaAlAs (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد)، المُحسنة لانبعاث الأشعة تحت الحمراء. ميزة تصميم رئيسية هي ناتجه الطيفي، الذي يتطابق بشكل وثيق مع منحنى حساسية الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية السيليكونية الشائعة، مما يزيد من كفاءة الكشف في أنظمة الاستشعار.

1.2 الامتثال والمواصفات البيئية

المكون متوافق مع التوجيهات البيئية والسلامة الرئيسية. يتم تصنيعه كمنتج خالٍ من الرصاص. كما أنه متوافق مع متطلبات الخلو من الهالوجينات، حيث يحد محتوى البروم (Br) والكلور (Cl) بشكل فردي إلى أقل من 900 جزء في المليون ومجموعهما الكلي إلى أقل من 1500 جزء في المليون. تم تصميم المنتج للبقاء ضمن معايير توجيهية RoHS (تقييد المواد الخطرة).

2. تحليل المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تفاصيل الحدود القصوى وخصائص التشغيل القياسية لثنائي LED تحت الأحمر. يتم تحديد جميع المعلمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود.

• التيار الأمامي المستمر (I_F):65 مللي أمبير
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):-25°C إلى +85°C
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +85°C
• درجة حرارة اللحام (T_sol):260°C لمدة لا تزيد عن 5 ثوانٍ.
• تبديد الطاقة (P_d):110 ميغاواط (عند أو أقل من 25°C درجة حرارة هواء حر).

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي للجهاز تحت ظروف الاختبار القياسية (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• الشدة الإشعاعية (I_e):0.2 ميغاواط/ستراديان (الحد الأدنى)، 0.5 ميغاواط/ستراديان (النموذجي). يقيس هذا القدرة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):875 نانومتر (النموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه الناتج البصري أقوى.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):80 نانومتر (النموذجي). يشير هذا إلى نطاق الأطوال الموجية المنبعثة، ويقاس عادةً عند نصف شدة الذروة (FWHM).
• الجهد الأمامي (V_F):1.3 فولت (النموذجي)، 1.6 فولت (الحد الأقصى). انخفاض الجهد عبر ثنائي LED عند توصيل 20mA.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى). تيار التسرب عند تطبيق 5 فولت في انحياز عكسي.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):145° (النموذجي). الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الإشعاعية نصف الشدة الذروية (عند 0°). تساهم العدسة ذات القمة المسطحة في هذه الزاوية الواسعة للرؤية.

3. تحليل منحنيات الأداء

يتضمن ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة. هذه المنحنيات ضرورية لمهندسي التصميم للتنبؤ بالأداء في التطبيقات الواقعية.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. لمنع التلف الحراري، يجب تقليل التيار الأمامي عند التشغيل فوق 25°C. تصنيف تبديد الطاقة البالغ 110 ميغاواط هو عامل حاسم في حساب هذا التخفيض.

3.2 التوزيع الطيفي

يصور الرسم البياني الناتج البصري النسبي عبر طيف الأطوال الموجية. يؤكد الانبعاث الذروي عند حوالي 875 نانومتر وعرض النطاق الطيفي ~80 نانومتر، مسلطًا الضوء على التطابق مع حساسية الكاشف السيليكوني (الذي يبلغ ذروته حوالي 800-900 نانومتر).

3.3 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني العلاقة بين تيار القيادة وناتج الضوء. يُظهر عادةً اتجاهًا شبه خطي، حيث يؤدي زيادة التيار إلى عوائد متناقصة في الشدة الإشعاعية، خاصةً عندما تصبح التأثيرات الحرارية كبيرة. هذا يُعلم القرارات بشأن تيار القيادة للناتج المطلوب مقابل الكفاءة وعمر الجهاز.

3.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

منحنى IV (التيار-الجهد) أساسي لتصميم الدائرة. يُظهر العلاقة الأسية، مما يسمح للمصممين بحساب المقاوم التسلسلي اللازم لجهد إمداد معين لتحقيق تيار القيادة المستهدف (مثل 20mA). قيمة V_Fالنموذجية البالغة 1.3 فولت هي قيمة رئيسية لهذه الحسابات.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يمثل هذا الرسم البياني القطبي نمط الإشعاع أو زاوية الرؤية بشكل مرئي. يتم تأكيد زاوية الرؤية 145° هنا، موضحًا كيف تنخفض الشدة مع زيادة الزاوية من المحور المركزي (0°). هذا أمر بالغ الأهمية لمحاذاة ثنائي LED مع كاشف في تطبيقات الاستشعار.

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

4.1 أبعاد العبوة

يتم وضع الجهاز في عبوة سطحية مضغوطة للغاية. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم جسم يبلغ حوالي 1.6 مم × 1.2 مم بارتفاع إجمالي 0.8 مم. تقع وسادات الأنود والكاثود في أسفل العبوة. توفر الرسومات الميكانيكية التفصيلية في ورقة البيانات جميع الأبعاد الحرجة بتحمل قياسي يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم توفير نمط أرضية مقترح (footprint) لتصميم PCB كمرجع، ولكن يُنصح المصممون بتعديله بناءً على عملية التجميع المحددة ومتطلبات الموثوقية الخاصة بهم.

4.2 تحديد القطبية

تتضمن العبوة مؤشر قطبية، عادةً شق أو علامة في أحد الطرفين، للتمييز بين الأنود والكاثود. الاتجاه الصحيح حيوي لعمل الدائرة.

4.3 التعبئة للتجميع

يتم توريد المكونات على شريط وبكرة لتكون متوافقة مع معدات التجميع الآلي (pick-and-place). عرض الشريط 8 مم، ملفوف على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يتم توفير أبعاد شريط الناقل لضمان التوافق مع أنظمة التغذية.

5. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر بالغ الأهمية للحفاظ على موثوقية الجهاز وأدائه.

5.1 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة ثنائيات LED في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف. لا يجب فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. قبل الفتح، قم بالتخزين عند 10-30°C مع رطوبة نسبية ≤90%. بعد الفتح، "عمر الأرضية" هو 168 ساعة (7 أيام) عند التخزين في 10-30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة تعبئة الأجزاء غير المستخدمة مع مجفف. إذا تم تجاوز عمر الأرضية أو عمر التخزين، يلزم الخبز عند 60°C ±5°C لمدة 96 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع "انفجار" (popcorning) أثناء لحام إعادة التدفق.

5.2 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص الموصى به. تشمل المعلمات الرئيسية مرحلة التسخين المسبق، ومعدل تسخين محدد، ودرجة حرارة ذروية لا تتجاوز 260°C، ووقت فوق السائل (TAL) مناسب لمعجون اللحام. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز. يجب تجنب الإجهاد على جسم ثنائي LED أثناء التسخين وانحناء PCB بعد اللحام.

5.3 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فإن العناية القصوى مطلوبة. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°C، مطبقة على كل طرف لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ. يُوصى بمكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط). يجب السماح بفترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين لحام الطرفين. يُنصح بشدة بعدم إعادة العمل بعد لحام ثنائي LED. إذا كان لا مفر منه، يجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الطرف متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد ورفع المكون دون تطبيق إجهاد ميكانيكي. يجب التحقق مسبقًا من تأثير إعادة العمل على خصائص الجهاز.

6. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 سيناريوهات التطبيق الرئيسية

• أجهزة الاستشعار تحت الحمراء المثبتة على PCB:استشعار القرب، كشف الأشياء، تتبع الخط.
• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء:مناسبة للتصميمات التي تتطلب طاقة إخراج أعلى لنطاق ممتد.
• الماسحات الضوئية:قارئات الباركود، ماسحات المستندات.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء العامة:أي تطبيق يتطلب مصدرًا مضغوطًا وفعالًا للأشعة تحت الحمراء مقترنًا بكاشف سيليكوني.

6.2 اعتبارات التصميم الحرجة

• الحد من التيار:مقاوم تسلسلي خارجي إلزامي. تعني خاصية IV الأسية لثنائي LED أن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب زيادة كبيرة ومدمرة في التيار. يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام R = (V_supply- V_F) / I_F.
• إدارة الحرارة:يجب احترام حد تبديد الطاقة البالغ 110 ميغاواط. ضع في اعتبارك مساحة النحاس في PCB (وسادات حرارية) لتبديد الحرارة، خاصة عند القيادة بتيارات أعلى أو في درجات حرارة محيطة مرتفعة.
• المحاذاة البصرية:زاوية الرؤية الواسعة 145° تبسط المحاذاة ولكنها تقلل الشدة عند نقطة محددة. للحزم المركزة، قد تكون البصريات الخارجية مطلوبة.
• الحماية الكهربائية:يعني تصنيف الجهد العكسي المنخفض (5 فولت) أنه يجب توخي الحذر لتجنب ظروف الانحياز العكسي، والتي قد تسببها الأحمال الحثية أو تخطيط PCB غير صحيح.

6.3 عوامل المقارنة والاختيار

عند اختيار ثنائي LED تحت الأحمر، تشمل عوامل التمييز الرئيسية:
حجم/ارتفاع العبوة:ارتفاع 0.8 مم لهذا الجهاز هو ميزة رئيسية للتصميمات فائقة النحافة.
زاوية الرؤية:عدسة القمة المسطحة واسعة الزاوية مثالية للتغطية الواسعة، بينما تقدم العدسات المقببة حزمًا أكثر تركيزًا.
الطول الموجي:الذروة 875 نانومتر هي معيار متطابق مع السيليكون. تقدم الأطوال الموجية الأخرى (مثل 940 نانومتر) وضوحًا أقل ولكن قد يكون لها استجابة كاشف أقل قليلاً.
الشدة الإشعاعية:الناتج النموذجي 0.5 ميغاواط/ستراديان مناسب للعديد من التطبيقات متوسطة المدى. تتوفر أجهزة ذات ناتج أعلى ولكن قد تتضمن مقايضة بالحجم أو زاوية الرؤية.

7. معلومات وضع العلامات والطلب

يحتوي ملصق البكرة على معلومات أساسية للتتبع والتحكم في الإنتاج. تشمل الحقول عادةً: رقم جزء العميل (CPN)، رقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، رقم الدفعة (LOT No)، الكمية (QTY)، الطول الموجي الذروي (H.E.)، رتبة الأداء (CAT)، رمز المرجع (REF)، مستوى الحساسية للرطوبة (MSL-X)، وبلد التصنيع (Made In). رقم الجزء المحدد لهذا الجهاز هو SIR19-21C/TR8، حيث يشير "TR8" إلى شريط 8 مم على تعبئة البكرة.

8. المبادئ التقنية والاتجاهات

8.1 مبدأ التشغيل

ثنائي LED تحت الأحمر هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند الانحياز الأمامي، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة (شريحة GaAlAs)، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. طاقة فجوة النطاق المحددة لمادة GaAlAs تحدد الطول الموجي للفوتون، مما يؤدي إلى ضوء تحت الأحمر حول 875 نانومتر. تحمي عدسة الإيبوكسي الشفافة الشريحة وتشكل نمط الضوء المنبعث.

8.2 اتجاهات الصناعة

يستمر الاتجاه في الإلكترونيات الضوئية SMD نحو التصغير، وكفاءة أعلى، وتكامل أكبر. هناك طلب متزايد على بصمات عبوات أصغر وارتفاعات أقل لتمكين إلكترونيات المستهلك الأرق. تهدف التطورات في تصميم الشرائح ومواد التعبئة إلى تقديم شدة إشعاعية أعلى من أجهزة أصغر مع الحفاظ على الموثوقية أو تحسينها. يعد التكامل مع مشغلات وأجهزة الاستشعار في وحدات متعددة الشرائح (MCMs) أو حلول النظام في العبوة (SiP) أيضًا مجالًا متناميًا، مما يبسط التصميم ويوفر مساحة على اللوحة.