ورقة بيانات LED الأشعة تحت الحمراء LTPL-C035RH730 - عبوة 3.5x3.5 مم - جهد أمامي نموذجي 2.0 فولت - أقصى قدرة 1.96 واط - طول موجة ذروة 730 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد LTPL-C035RH730 صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء (LED) عالي القدرة وموفرًا للطاقة، مُصممًا لتطبيقات الإضاءة ذات الحالة الصلبة. يمثل هذا الجهاز تقنية مصدر ضوء متقدمة تجمع بين العمر التشغيلي الطويل والموثوقية المتأصلة في مصابيح LED مع إخراج إشعاعي كبير. تم تصميمه لتوفير مرونة في التصميم وأداء مناسب لاستبدال تقنيات الإضاءة بالأشعة تحت الحمراء التقليدية في تطبيقات متنوعة.

1.1 الميزات والمزايا الرئيسية

يتضمن LED عدة ميزات تعزز قابليته للاستخدام وأدائه في التصميمات الإلكترونية:

• التوافق مع الدوائر المتكاملة:تم تصميم الجهاز ليكون متوافقًا مباشرة مع مستويات القيادة والمنطق القياسية للدوائر المتكاملة، مما يبسط تصميم الواجهة.
• الامتثال البيئي:المكون متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة) ويتم تصنيعه باستخدام عمليات خالية من الرصاص.
• الكفاءة التشغيلية:يوفر LED تكاليف تشغيل أقل مقارنة بمصادر الأشعة تحت الحمراء التقليدية بسبب كفاءة تحويله الكهربائي إلى ضوئي الأعلى.
• تقليل الصيانة:يساهم العمر التشغيلي الممتد والبناء القوي ذو الحالة الصلبة في تقليل تكاليف الصيانة ووقت التوقف بشكل كبير خلال دورة حياة المنتج.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً تفصيليًا وموضوعيًا للمعلمات الفنية الرئيسية لـ LED كما تم تعريفها في ظل ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل المستمر عند هذه الحدود أو بالقرب منها، حيث يمكن أن يؤثر على الموثوقية.

• التيار الأمامي المستمر (If):700 مللي أمبير (الحد الأقصى)
• استهلاك الطاقة (Po):1.96 واط (الحد الأقصى)
• نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40°C إلى +85°C
• نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg):من -55°C إلى +100°C
• درجة حرارة الوصلة (Tj):110°C (الحد الأقصى)

ملاحظة هامة:يمكن أن يؤدي التشغيل المطول لـ LED في ظل ظروف انحياز عكسي إلى تلف المكون أو فشله. يجب أن يتضمن تصميم الدائرة المناسب حماية ضد الجهد العكسي.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تم قياس هذه المعلمات عند تيار تشغيل نموذجي قدره 350 مللي أمبير ودرجة حرارة محيطة 25°C، وهي تحدد الأداء الأساسي لـ LED.

• الجهد الأمامي (Vf):
  • الحد الأدنى: 1.6 فولت
  • النموذجي: 2.0 فولت
  • الحد الأقصى: 2.4 فولت
• التدفق الإشعاعي (Φe):هذا هو إجمالي خرج الطاقة الضوئية، ويُقاس بالمللي واط (mW) باستخدام كرة متكاملة.
  • الحد الأدنى: 230 مللي واط
  • النموذجي: 250 مللي واط
  • الحد الأقصى: 310 مللي واط
• طول موجة الذروة (Wp):الطول الموجي الذي تكون فيه الشدة الإشعاعية الطيفية في أقصى حد لها.
  • الحد الأدنى: 720 نانومتر
  • الحد الأقصى: 740 نانومتر
  • يشير رقم الجزء '730' إلى طول موجة ذروة اسمي قدره 730 نانومتر.
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الإشعاعية نصف الشدة القصوى (تُقاس عادةً من المحور البصري).
  • النموذجي: 130°

3. نظام الترميز والتصنيف

يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على معلمات الأداء الرئيسية لضمان الاتساق داخل الدفعة. يتم وضع رمز التصنيف على كل كيس تغليف.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (Vf)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع فئات للجهد (من V0 إلى V3) بتحمّل ±0.1 فولت عند 350 مللي أمبير.

• V0:1.6 فولت – 1.8 فولت
• V1:1.8 فولت – 2.0 فولت
• V2:2.0 فولت – 2.2 فولت
• V3:2.2 فولت – 2.4 فولت

3.2 تصنيف التدفق الإشعاعي (Φe)

يتم فرز مصابيح LED إلى أربع فئات للتدفق الإشعاعي (من R0 إلى R3) بتحمّل ±10% عند 350 مللي أمبير.

• R0:230 مللي واط – 250 مللي واط
• R1:250 مللي واط – 270 مللي واط
• R2:270 مللي واط – 290 مللي واط
• R3:290 مللي واط – 310 مللي واط

3.3 تصنيف طول موجة الذروة (Wp)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع فئات للطول الموجي (من P7E إلى P7H) بتحمّل ±3 نانومتر عند 350 مللي أمبير.

• P7E:720 نانومتر – 725 نانومتر
• P7F:725 نانومتر – 730 نانومتر
• P7G:730 نانومتر – 735 نانومتر
• P7H:735 نانومتر – 740 نانومتر

تتطلب طلبات التصنيفات الخاصة أو المحدودة استشارة مباشرة.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر المنحنيات النموذجية التالية، المقاسة عند 25°C ما لم يُذكر خلاف ذلك، نظرة ثاقبة على سلوك LED في ظل ظروف مختلفة.

4.1 التدفق الإشعاعي النسبي مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد الخرج الضوئي (التدفق الإشعاعي) مع زيادة التيار الأمامي. يكون غير خطي عادةً، حيث تنخفض الكفاءة (التدفق الإشعاعي لكل وحدة تيار) في التيارات العالية جدًا بسبب زيادة التأثيرات الحرارية والخسائر الداخلية. يستخدم المصممون هذا لاختيار نقطة تشغيل مثالية توازن بين الخرج والكفاءة.

4.2 التوزيع الطيفي النسبي

يوضح هذا الرسم البياني شدة الضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة، متمركزًا حول طول موجة الذروة (730 نانومتر). يُظهر عرض الطيف أو عرض النطاق الترددي للانبعاث. يكون الطيف أضيق عادةً لمصابيح LED أحادية اللون مثل هذا الجهاز بالأشعة تحت الحمراء.

4.3 نمط الإشعاع (الخصائص)

يصور هذا الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني لشدة الضوء حول LED، محددًا زاوية المشاهدة البالغة 130°. يؤثر النمط على كيفية توزيع الضوء في التطبيق، مثل الإضاءة الموحدة أو الاستشعار الموجه.

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

يُظهر هذا المنحنى الأساسي العلاقة بين الجهد المطبق عبر LED والتيار الناتج. يوضح الخاصية الأسية للثنائي. يتم تحديد الجهد الأمامي النموذجي (Vf) عند تيار معين (350 مللي أمبير). المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار.

4.5 التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة

يُظهر هذا الرسم البياني الحرج كيف ينخفض الخرج الضوئي مع زيادة درجة حرارة الوصلة (Tj) لـ LED. هذا التخفيض الحراري هو خاصية رئيسية لجميع مصابيح LED. تعد الإدارة الحرارية الفعالة (تبديد الحرارة) أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على خرج ضوئي مستقر طويل الأمد ومنع التدهور المتسارع.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد المخطط التفصيلي

يتميز LED بغلاف سطح تركيب مدمج. تشمل ملاحظات الأبعاد الرئيسية:

• جميع الأبعاد بالمليمترات (مم).
• تحمّل الأبعاد العام هو ±0.2 مم.
• يتمتع ارتفاع العدسة وطول/عرض الركيزة السيراميكية بتحمّل أضيق يبلغ ±0.1 مم.
• الوسادة الحرارية في أسفل الجهاز معزولة كهربائيًا (محايدة) عن الوسادات الكهربائية للأنود والكاثود. هذا يسمح بتوصيلها مباشرة بمستوى أرضي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لتبديد الحرارة دون التسبب في قصر كهربائي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق

يتم توفير ملف تعريف لحام بإعادة التدفق موصى به. تشمل المعلمات الحرجة:

• درجة الحرارة القصوى:محددة (راجع منحنى الملف الشخصي). تشير جميع درجات الحرارة إلى الجانب العلوي من جسم العبوة.
• الوقت فوق السائل (TAL):محدد بواسطة الملف الشخصي.
• معدلات التسخين/التبريد:يتم تحديد معدلات تسخين وتبريد مضبوطة. لا يُنصح بعملية تبريد سريعة.

ملاحظات هامة:قد يحتاج الملف الشخصي إلى تعديل بناءً على خصائص معجون اللحام المحدد. دائمًا ما يكون أدنى درجة حرارة لحام ممكنة تحقق وصلة موثوقة مرغوبة لتقليل الإجهاد الحراري على LED. لا يتم ضمان الجهاز إذا تم تجميعه باستخدام طرق اللحام بالغمس.

6.2 تخطيط وسادة PCB الموصى به

يُقترح تصميم نمط أرضي للوحة الدوائر المطبوعة لضمان اللحام المناسب والاستقرار الميكانيكي.

• طرق اللحام:يمكن استخدام اللحام بإعادة التدفق أو اللحام اليدوي.
• اللحام اليدوي:بحد أقصى 300°C لمدة أقصاها ثانيتان، مرة واحدة فقط.
• حد إعادة التدفق:يجب ألا يخضع LED لللحام بإعادة التدفق أكثر من ثلاث مرات.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA). يمكن أن تتسبب المنظفات الكيميائية غير المحددة في تلف مادة عبوة LED والمكونات البصرية.

7. الموثوقية والاختبار

تتحقق خطة اختبار موثوقية شاملة من متانة LED تحت ضغوط تشغيلية وبيئية متنوعة. أظهرت جميع الاختبارات المدرجة 0 فشل من أصل 10 عينات.

7.1 ملخص اختبار الموثوقية

• عمر التشغيل في درجات الحرارة المنخفضة/المرتفعة (LTOL/HTOL):اختبار التشغيل عند -10°C و 25°C و 85°C لمدة 1000 ساعة.
• عمر التشغيل في الرطوبة العالية ودرجة الحرارة المرتفعة (WHTOL):60°C / 90% رطوبة نسبية لمدة 500 ساعة.
• الصدمة الحرارية (TMSK):100 دورة بين -40°C و 125°C.
• التخزين في درجة حرارة مرتفعة:1000 ساعة عند 100°C.
• قابلية اللحام ومقاومة إعادة التدفق:اختبارات لمقاومة حرارة اللحام (260°C لمدة 10 ثوانٍ) وترطيب اللحام.

7.2 معايير الفشل

بعد الاختبار، يتم الحكم على الأجهزة وفقًا لحدود صارمة:

• الجهد الأمامي (Vf):يجب أن يبقى ضمن ±10% من القيمة النموذجية الأولية.
• التدفق الإشعاعي (Φe):يجب أن يبقى ضمن ±15% من القيمة النموذجية الأولية.

8. التغليف والتعامل

8.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED في شريط ناقل بارز على بكرات للتجميع الآلي.

• يتم إغلاق الجيوب الفارغة في الشريط بشريط غطاء.
• يمكن أن تستوعب بكرة قياسية مقاس 7 بوصات (178 مم) حدًا أقصى يبلغ 500 قطعة.
• يُسمح بحد أقصى لمكونين مفقودين متتاليين (جيوب فارغة) لكل مواصفة.
• يتوافق التغليف مع معايير EIA-481-1-B.

9. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

9.1 طريقة القيادة

قاعدة تصميم حرجة:LED هو جهاز يعمل بالتيار. خرج ضوئه هو في الأساس دالة للتيار الأمامي (If)، وليس الجهد. لضمان تجانس الشدة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي في تطبيق ما، يجب أن يتم قيادة كل LED أو سلسلة متوازية بواسطة آلية تحديد تيار مخصصة (مثل مقاوم أو، يُفضل، محرك تيار ثابت). الاعتماد فقط على تطابق Vf الطبيعي لمصابيح LED على التوازي يمكن أن يؤدي إلى اختلال كبير في التيار وتباين في السطوع بسبب منحنى I-V الحاد والتباينات التصنيعية.

9.2 الإدارة الحرارية

كما هو موضح في منحنى التدفق الإشعاعي مقابل درجة حرارة الوصلة، يعتمد الأداء بشدة على درجة الحرارة. للتشغيل الموثوق طويل الأمد عند تيارات قيادة عالية (على سبيل المثال، بالقرب من 350 مللي أمبير أو أعلى)، يكون تبديد الحرارة الفعال إلزاميًا. يتضمن ذلك:

• استخدام الوسادة الحرارية المخصصة لتصريف الحرارة بعيدًا عن شريحة LED.
• تصميم PCB بفتحات حرارية كافية ومناطق نحاسية متصلة بالوسادة الحرارية.
• مراعاة تدفق الهواء العام للنظام ودرجة الحرارة المحيطة.

9.3 سيناريوهات التطبيق النموذجية

مع طول موجة ذروة 730 نانومتر في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، يكون هذا LED مناسبًا للتطبيقات بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

• الرؤية الآلية والتفتيش:إضاءة للكاميرات الحساسة للأشعة تحت الحمراء في الأتمتة الصناعية.
• الأمن والمراقبة:إضاءة خفية لأنظمة كاميرات المراقبة ذات الرؤية الليلية.
• مستشعرات القياسات الحيوية:تُستخدم في أجهزة مثل أجهزة مراقبة معدل ضربات القلب أو مستشعرات القرب.
• المفاتيح الضوئية والمشفرات:كمصدر ضوء في مستشعرات العرقلة أو الانعكاس.
• الإضاءة العامة بالأشعة تحت الحمراء:للاحتياجات العلمية أو الزراعية أو الإضاءة المتخصصة.

10. المقارنة الفنية والتحديد

يميز هذا LED نفسه من خلال مجموعة معلماته:

• تدفق إشعاعي عالٍ:خرج يصل إلى 310 مللي واط عند 350 مللي أمبير يضعه في فئة القدرة المتوسطة إلى العالية لمصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة كبيرة بالأشعة تحت الحمراء.
• زاوية مشاهدة واسعة:توفر زاوية المشاهدة البالغة 130° إضاءة واسعة منتشرة مثالية لتغطية مناطق كبيرة أو للتطبيقات التي لا يكون فيها المحاذاة الدقيقة للمصدر والمستشعر حرجة.
• عبوة قوية وموثوقية:تشير العبوة القائمة على السيراميك واختبارات الموثوقية الشاملة إلى ملاءمتها للبيئات الصناعية والقاسية.
• طول موجة محدد:طول موجة 730 نانومتر هو خيار شائع لمستشعرات الضوء القائمة على السيليكون، والتي تتمتع بحساسية جيدة في هذا النطاق، مما يجعله خيارًا عمليًا على مستوى النظام.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

11.1 ما الفرق بين التدفق الإشعاعي والتدفق الضوئي؟

التدفق الإشعاعي (Φe، يُقاس بالواط) هو إجمالي الطاقة الضوئية المنبعثة عبر جميع الأطوال الموجية. يوزن التدفق الضوئي (يُقاس باللومن) هذه الطاقة بحساسية العين البشرية. نظرًا لأن هذا LED للأشعة تحت الحمراء غير مرئي للبشر، يتم تحديد أدائه بشكل صحيح بالتدفق الإشعاعي (مللي واط).

11.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED عند أقصى تيار 700 مللي أمبير بشكل مستمر؟

التقييم الأقصى المطلق البالغ 700 مللي أمبير هو حد إجهاد. من المحتمل أن يتسبب التشغيل المستمر عند هذا التيار في تجاوز درجة حرارة الوصلة الحد الأقصى المسموح به وهو 110°C ما لم يتم توفير تبريد استثنائي، مما يؤدي إلى تدهور سريع. حالة التشغيل النموذجية هي 350 مللي أمبير. أي تصميم بالقرب من الحد الأقصى للتقييم يتطلب تحليلًا حراريًا دقيقًا وتبديدًا للحرارة.

11.3 كيف أفسر رموز التصنيف عند الطلب؟

لضمان أداء متسق في الدفعة، حدد التصنيفات المطلوبة لـ Vf و Φe و Wp. على سبيل المثال، طلب V1 (1.8-2.0 فولت)، R2 (270-290 مللي واط)، و P7G (730-735 نانومتر) يضمن أن جميع مصابيح LED في طلبك لها خصائص كهربائية وبصرية مجمعة بإحكام. إذا لم يتم تحديد تصنيف، فستتلقى مصابيح LED من التوزيع الإنتاجي القياسي عبر جميع التصنيفات.

12. المبادئ التشغيلية واتجاهات التكنولوجيا

12.1 المبدأ التشغيلي الأساسي

LED الأشعة تحت الحمراء هو ثنائي وصلة p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في منطقة الوصلة حيث تتحد. في نظام المادة المحدد لهذا LED، يتم إطلاق جزء كبير من طاقة الاتحاد هذه كفوتونات (ضوء) في طيف الأشعة تحت الحمراء، مع طول موجة ذروة تحدده فجوة النطاق الطاقي للمواد شبه الموصلة المستخدمة (عادةً ما تكون قائمة على زرنيخيد ألومنيوم جاليوم - AlGaAs).

12.2 اتجاهات الصناعة

يستمر اتجاه الإضاءة ذات الحالة الصلبة في التقدم، حيث تشهد مصابيح LED للأشعة تحت الحمراء تحسينات في:

• كفاءة المقبس الحائطي (WPE):نسبة خرج التدفق الإشعاعي إلى مدخلات الطاقة الكهربائية، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة لنفس الطاقة الضوئية.
• كثافة الطاقة:تطوير عبوات يمكنها التعامل مع تيارات قيادة أعلى وتشتيت المزيد من الحرارة، مما يتيح مصادر أصغر حجمًا وأكثر سطوعًا.
• التحكم الطيفي:تحمّلات طول موجي أضيق وتطوير مصابيح LED بأطوال موجية محددة لتطبيقات مثل استشعار الغاز أو الاتصالات الضوئية.
• التكامل:دمج رقائق LED متعددة ومشغلات وبصريات في أنظمة إضاءة معيارية أو ذكية.