ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر IR LED 1206 - الحجم 3.2x1.6x1.1 مم - الجهد 1.7 فولت - الطاقة 110 ملي واط - الطول الموجي 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

IR11-21C/L491/TR8 هو ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر للتركيب السطحي، مُغلف في عبوة صغيرة الحجم 1206. تم تصميمه بتغليف بلاستيكي شفاف مزود بعدسة داخلية مسطحة من الأعلى. الوظيفة الأساسية لهذا المكون هي إصدار ضوء تحت الأحمر عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر، وهو مُحسن طيفيًا للتوافق مع كاشفات السيليكون الضوئية والترانزستورات الضوئية الشائعة. مما يجعله مكونًا مثاليًا لتطبيقات الاستشعار والكشف غير التلامسية.

1.1 المزايا الأساسية

• تصميم مدمج:يسمح البصمة الصغيرة ذات الطرفين 1206 SMD بالتركيب عالي الكثافة على لوحة الدوائر المطبوعة، مما يوفر مساحة قيمة على اللوحة.
• موثوقية عالية:مُصمم لأداء ثابت واستقرار طويل الأمد في ظروف تشغيل متنوعة.
• كفاءة بصرية:توفر العدسة الداخلية المدمجة زاوية رؤية محكمة تبلغ 80 درجة، مما يعزز توجيه الضوء.
• الامتثال البيئي:المنتج خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع معايير RoHS، وEU REACH، وخالٍ من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون).
• ملائم لسلسلة التوريد:يتم توريده على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، متوافق مع معدات التجميع الآلي (pick-and-place).

1.2 التطبيقات المستهدفة

يُقصد بهذا الليد LED تحت الأحمر بشكل أساسي استخدامه كمصدر ضوء في أنظمة أجهزة الاستشعار تحت الحمراء المثبتة على لوحات الدوائر المطبوعة. تشمل التطبيقات النموذجية مستشعرات القرب، وكشف الأجسام، والمفاتيح غير التلامسية، والمشفرات البصرية حيث يكون هناك حاجة إلى انبعاث موثوق للأشعة تحت الحمراء.

2. المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد التقييمات التالية الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للمكون. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

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

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a= 25°م)

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي للمكون تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الشعاعية (I_e):1.0 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى)، 2.8 ملي واط/ستراديان (النموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير
• الطول الموجي الذروة (λ_p):940 نانومتر (النموذجي)
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):30 نانومتر (النموذجي)
• الجهد الأمامي (V_F):1.3 فولت (الحد الأدنى)، 1.7 فولت (النموذجي)
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):80 درجة (النموذجي)
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت

3. تحليل منحنيات الأداء

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة حرارة المحيط

يوضح الشكل 1 منحنى تخفيض التيار الأقصى المسموح به كدالة لدرجة حرارة المحيط. يمكن للمكون تحمل التيار الكامل 65 مللي أمبير فقط حتى حوالي 25°م. مع زيادة درجة الحرارة، يجب تقليل التيار الأقصى خطيًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الموثوقية، ليصل إلى الصفر عند حوالي 100°م. هذا الرسم البياني بالغ الأهمية لإدارة الحرارة في تصميم التطبيق.

3.2 التوزيع الطيفي

يوضح الشكل 2 الشدة الشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يتركز المنحنى عند الطول الموجي الذروة النموذجي البالغ 940 نانومتر بعرض نصف أقصى مميز (FWHM) يبلغ حوالي 30 نانومتر. يضمن عرض النطاق الترددي الضيق هذا اقترانًا فعالاً مع كاشفات السيليكون، والتي تتمتع بحساسية ذروة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة.

3.3 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي

يصور الشكل 3 العلاقة بين الشدة الشعاعية النسبية والتيار الأمامي. تزداد شدة الضوء الناتج مع التيار بطريقة خطية بشكل عام ضمن نطاق التشغيل الموصى به. تسمح هذه الخاصية بالتحكم البسيط في السطوع باستخدام الإشارات التناظرية أو تعديل عرض النبضة (PWM) في أنظمة الاستشعار.

3.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

الشكل 4 هو منحنى خاصية التيار-الجهد (I-V). يظهر العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. الجهد الأمامي منخفض نسبيًا، حوالي 1.7 فولت عند 20 مللي أمبير، مما يساهم في انخفاض استهلاك الطاقة في النظام.

3.5 نمط الإشعاع

يقدم الشكل 5 الشدة الشعاعية النسبية كدالة للإزاحة الزاوية من المحور المركزي (زاوية الرؤية). النمط تقريبًا لامبرتي، حيث تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها القصوى عند حوالي ±40 درجة من المركز، مما يؤكد زاوية الرؤية الكلية البالغة 80 درجة. هذا النمط مهم لتحديد منطقة التغطية للضوء تحت الأحمر المنبعث.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يتوافق المكون مع مخطط عبوة قياسي 1206 (مترية 3216). الأبعاد الرئيسية كما يلي:

• الطول (L):3.20 مم ± 0.10 مم
• العرض (W):1.60 مم ± 0.10 مم
• الارتفاع (H):1.10 مم ± 0.10 مم

يتم توفير رسومات ميكانيكية مفصلة مع توصيات نمط اللحام في ورقة البيانات كمرجع لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة. يضمن تصميم الوسادة المقترح اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي.

4.2 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز القطب السالب على جسم المكون. استشر رسم العبوة لمخطط الترميز الدقيق لضمان الاتجاه الصحيح أثناء التجميع.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 التخزين والتعامل

مكونات الليد LED حساسة للرطوبة. يجب تخزينها في كيسها الأصلي المضاد للرطوبة عند درجة حرارة 10°م إلى 30°م ورطوبة نسبية <90% قبل الاستخدام. مدة الصلاحية هي سنة واحدة. بمجرد فتح الكيس، تكون "مدة الصلاحية الأرضية" 168 ساعة (7 أيام) عند التخزين في درجة حرارة 10°م إلى 30°م ورطوبة نسبية ≤ 60%. تتطلب المكونات التي تجاوزت هذه المدة التجفيف (على سبيل المثال، 96 ساعة عند 60°م ± 5°م، رطوبة نسبية <5%) قبل لحام إعادة التدفق.

5.2 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يوصى بملف تعريف لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260°م، ويجب التحكم في الوقت فوق 240°م. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس المكون. تجنب إجهاد المكون أثناء التسخين ولا تسبب انحناء لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام.

5.3 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف أقل من 350°م وقدرة أقل من 25 واط. يجب أن يقتصر وقت التلامس لكل طرف على 3 ثوانٍ. لإعادة العمل، يُقترح استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الحراري. يجب التحقق مسبقًا من تأثير إعادة العمل على خصائص المكون.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكونات على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتم تحديد أبعاد الشريط الناقل (تباعد الجيوب، العرض، إلخ) لضمان التوافق مع معدات تجميع SMD القياسية.

6.2 معلومات الملصق

يتضمن ملصق البكرة معلومات حرجة مثل رقم الجزء (P/N)، رقم الدفعة (LOT No.)، الكمية (QTY)، الطول الموجي الذروة (HUE)، الرتبة (CAT)، ومستوى حساسية الرطوبة (MSL).

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تحديد التيار

هام:يجب دائمًا استخدام مقاوم تحديد تيار خارجي على التوالي مع الليد LED. يتمتع الجهد الأمامي بمعامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. بدون المقاوم، يمكن أن يؤدي زيادة صغيرة في الجهد إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار (الانحراف الحراري). يجب حساب قيمة المقاوم بناءً على جهد التغذية (V_CC)، التيار الأمامي المطلوب (I_F)، والجهد الأمامي النموذجي (V_F) باستخدام قانون أوم: R = (V_CC- V_F) / I_F.

7.2 التصميم البصري

ضع في اعتبارك زاوية الرؤية البالغة 80 درجة عند تصميم العدسات، الفتحات، أو أدلة الضوء لنظام الاستشعار. سيؤثر نمط الإشعاع على مدى الاستشعار ومجال الرؤية. للكشف بعيد المدى، قد تكون البصريات الموازية الخارجية ضرورية لتركيز الضوء المنبعث.

7.3 إقران الكاشف

مخرج 940 نانومتر لهذا الليد LED متطابق بشكل مثالي مع الاستجابة الطيفية للثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون. تأكد من أن الكاشف المختار حساس في منطقة الطول الموجي هذه لتحقيق أقصى نسبة إشارة إلى ضوضاء للنظام.

8. المقارنة والتمييز الفني

مقارنة بمكونات الليد LED تحت الأحمر ذات الثقب المار القديمة، تقدم نسخة 1206 SMD هذه مزايا كبيرة في التصغير والملاءمة للتصنيع الآلي. عوامل التمييز الرئيسية لها ضمن فئة SMD IR LED هي مزيجها من شدة شعاعية عالية نسبيًا (2.8 ملي واط/ستراديان نموذجي) مع بصمة 1206 قياسية ومعتمدة على نطاق واسع، وامتثالها للوائح البيئية الصارمة. توفر العدسة المسطحة المدمجة مخرجًا بصريًا ثابتًا مقارنة بالمكونات التي لا تحتوي على عدسة داخلية.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 لماذا يعتبر مقاوم تحديد التيار إلزاميًا؟

مكونات الليد LED هي أجهزة تعمل بالتيار، وليس بالجهد. خاصية التيار-الجهد الخاصة بها أسية. تشغيلها مباشرة من مصدر جهد، حتى لو كان قريبًا من جهدها الاسمي V_F، يمكن أن يؤدي إلى تدفق تيار غير منضبط، وتسخين سريع، وفشل فوري. يوفر المقاوم التسلسلي طريقة خطية ومستقرة لضبط تيار التشغيل.

9.2 ماذا يحدث إذا لم يتم اتباع إرشادات حساسية الرطوبة؟

يمكن للرطوبة الممتصة في العبوة البلاستيكية أن تتبخر بسرعة أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة. يمكن أن يسبب هذا انفصالًا داخليًا، أو تشققًا في العبوة (ظاهرة "الفشار")، أو تلفًا في وصلات الأسلاك، مما يؤدي إلى فشل فوري أو تقليل الموثوقية طويلة الأمد.

9.3 هل يمكن استخدام هذا الليد LED لنقل البيانات؟

على الرغم من أنه يصدر ضوءًا معدلًا، إلا أن تصميمه الأساسي مخصص لتطبيقات الاستشعار. عادةً ما لا يتم تحديد سرعة التبديل الخاصة به في ورقة البيانات هذه. لنقل البيانات عالي السرعة (على سبيل المثال، أجهزة التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء)، يجب اختيار مكونات الليد LED المميزة خصيصًا بأوقات استجابة سريعة.

10. مثال تصميم عملي

السيناريو:تصميم مستشعر قرب بسيط باستخدام هذا الليد LED تحت الأحمر وترانزستور ضوئي من السيليكون.

1. دائرة القيادة:قم بتوصيل مصعد الليد LED إلى مصدر تغذية 5 فولت عبر مقاوم تحديد تيار. لتيار مستهدف I_Fبقيمة 20 مللي أمبير وجهد V_Fبقيمة 1.7 فولت، احسب R = (5V - 1.7V) / 0.02A = 165Ω. استخدم القيمة القياسية الأقرب (على سبيل المثال، 160Ω أو 180Ω). يمكن للترانزستور أو دبوس GPIO الخاص بالمتحكم الدقيق تشغيل/إيقاف تشغيل الليد LED.
2. دائرة الكشف:ضع الترانزستور الضوئي بالقرب. عندما يعكس جسم ما ضوء الأشعة تحت الحمراء مرة أخرى إلى الكاشف، يزداد تيار المجمع. يمكن تحويل هذا التيار إلى جهد باستخدام مقاوم حمل وإدخاله إلى مقارن أو محول تناظري رقمي (ADC) خاص بالمتحكم الدقيق للكشف عن وجود الجسم.
3. التخطيط:ضع الليد LED والكاشف بالقرب من بعضهما البعض على لوحة الدوائر المطبوعة ولكن تأكد من استخدام حواجز مادية أو فواصل بصرية لمنع التداخل المباشر (ضوء من الليد LED يدخل مباشرة إلى الكاشف دون انعكاس).

11. مبدأ التشغيل

ليد LED تحت الأحمر هو ثنائي وصلة p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات من المنطقة n مع الفجوات من المنطقة p في المنطقة النشطة. تُطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد (GaAlAs في هذه الحالة) طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد الطول الموجي للفوتونات المنبعثة، هنا في الطيف تحت الأحمر عند 940 نانومتر. تشكل العدسة الداخلية الضوء المنبعث إلى نمط إشعاع محدد.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر اتجاه مكونات الأشعة تحت الحمراء للاستشعار نحو تكامل أعلى، عبوات أصغر، وكفاءة محسنة. هناك طلب متزايد على مكونات الليد LED تحت الحمراء ذات نطاقات طيفية أضيق وقوة إخراج أعلى لتطبيقات بعيدة المدى مثل LiDAR واستشعار زمن الطيران (ToF). علاوة على ذلك، يبسط دمج باعث الأشعة تحت الحمراء والكاشف في وحدة واحدة تصميم النظام. يظل الامتثال البيئي والتنظيمي محركًا حاسمًا لجميع المكونات الإلكترونية.