ورقة بيانات LED باعث الأشعة تحت الحمراء 850nm SMD - الطول الموجي القياسي 850nm - جهد التشغيل الأمامي 1.4V - الشدة الإشعاعية 20mW/sr - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تقدم هذه الوثيقة تفاصيل مواصفات مكون باعث منفصل للأشعة تحت الحمراء مصمم لتطبيقات تقنية التركيب السطحي (SMT). الجهاز هو ديود باعث للأشعة تحت الحمراء (IRED) بطول موجي 850 نانومتر، مُصنع بنظام مواد AlGaAs، ومغلف في عبوة قياسية EIA مع عدسة قبة سوداء لتوزيع ضوء مضبوط. تم تصميمه لتقديم أداء موثوق في بيئات التجميع الآلي.

الوظيفة الأساسية لهذا المكون هي تحويل التيار الكهربائي بكفاءة إلى ضوء تحت أحمر عند طول موجي قياسي يبلغ 850 نانومتر. يُستخدم هذا الطول الموجي بشكل شائع في التطبيقات التي يكون فيها انبعاث الضوء المرئي غير مرغوب فيه، أو حيث تكون هناك حاجة للتكامل مع كاشفات الضوء القائمة على السيليكون (والتي تتمتع بحساسية عالية حول 850-940 نانومتر). المنتج متوافق مع توجيهات RoHS ويصنف كمنتج صديق للبيئة.

1.1 الميزات الرئيسية والتطبيقات

يتميز باعث الأشعة تحت الحمراء بعدة ميزات رئيسية تجعله مناسبًا للتصنيع الإلكتروني الحديث:

• التوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، وهو أمر أساسي لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) بكميات كبيرة.
• مُعبأ في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات للاستخدام مع معدات التقاط والوضع الآلي.
• يتميز بتصميم منظر علوي مع عدسة قبة سوداء، مما يوفر زاوية رؤية نموذجية (2θ1/2) تبلغ 20 درجة للانبعاث الموجه.
• الطول الموجي القياسي للانبعاث (λp) محدد عند 850 نانومتر.

مجالات التطبيق الأساسية:يُستخدم المكون بشكل أساسي كباعث للأشعة تحت الحمراء في الأنظمة التي تتطلب اتصالاً أو استشعارًا بضوء غير مرئي. تشمل التطبيقات النموذجية، على سبيل المثال لا الحصر، وحدات التحكم عن بعد للإلكترونيات الاستهلاكية، وروابط نقل البيانات اللاسلكية تحت الحمراء قصيرة المدى، وأنظمة أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء المثبتة على لوحات الدوائر المطبوعة مثل أجهزة استشعار القرب أو أجهزة المقاطعة.

2. الحدود القصوى المطلقة

تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود قد يتسبب في تلف دائم. جميع التقييمات محددة عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (PD):100 ملي واط
• تيار التشغيل الأمامي الذروي (IFP):800 ملي أمبير (تحت ظروف النبض: 300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية)
• تيار التشغيل الأمامي المستمر (IF):60 ملي أمبير
• الجهد العكسي (VR):5 فولت
• نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr):-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية
• نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg):-55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية
• لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء:يُسمح بدرجة حرارة ذروية قصوى تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ.

تحدد هذه التقييمات الحدود التشغيلية لعمر الجهاز الموثوق. تجاوز تيار التشغيل الأمامي المستمر أو تبديد الطاقة سيولد حرارة زائدة، مما قد يؤدي إلى تسريع تدهور وصلة أشباه الموصلات. تقييم الجهد العكسي حاسم لحماية LED من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أو توصيل قطبية خاطئة في الدائرة.

3. الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم ضمان المعلمات التالية عند درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة مئوية تحت ظروف الاختبار المحددة. تمثل هذه القيم الأداء النموذجي المتوقع من الجهاز.

• الشدة الإشعاعية (I_E):20 ملي واط/ستراديان (نموذجي) عند تيار تشغيل أمامي (I_F) بقيمة 20 ملي أمبير. التسامح في اختبار هذا القياس هو ±15%.
• الطول الموجي القياسي للانبعاث (λ_الذروة):850 نانومتر (نموذجي) عند I_F= 20 ملي أمبير.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):50 نانومتر (نموذجي) عند I_F= 20 ملي أمبير. يشير هذا إلى عرض النطاق الطيفي حيث تكون الشدة الإشعاعية على الأقل نصف قيمتها القصوى.
• جهد التشغيل الأمامي (V_F):1.4 فولت (نموذجي)، بحد أقصى 1.7 فولت عند I_F= 20 ملي أمبير.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):20 درجة (نموذجي). θ_1/2يُعرّف على أنه الزاوية المحورية حيث تنخفض الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها على المحور البصري (0 درجة).

جهد التشغيل الأمامي هو معلمة حاسمة لتصميم الدائرة، لأنه يحدد انخفاض الجهد عبر LED وهو ضروري لحساب قيمة المقاوم المحدد للتيار. تشير زاوية الرؤية البالغة 20 درجة إلى حزمة ضيقة نسبيًا، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي تتطلب إضاءة موجهة على مساحة أو مسافة محددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة. فهم هذه المنحنيات أمر حيوي لتصميم نظام قوي.

4.1 التوزيع الطيفي

يظهر منحنى التوزيع الطيفي الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي. بالنسبة لهذا الباعث 850 نانومتر، يكون الناتج متمركزًا حول 850 نانومتر مع نصف عرض نموذجي يبلغ 50 نانومتر. هذه الخاصية مهمة لمطابقة الباعث مع الحساسية الطيفية لكاشف الضوء المستقبل (مثل الصمام الثنائي الضوئي PIN السيليكوني أو الترانزستور الضوئي) لتعظيم نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

4.2 تيار التشغيل الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يظهر منحنى تخفيض التصنيف هذا الحد الأقصى المسموح به لتيار التشغيل الأمامي المستمر وهو يتناقص مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. عند أقصى درجة حرارة تشغيل +85 درجة مئوية، يكون التيار المستمر المسموح به أقل بكثير من تصنيف 60 ملي أمبير عند 25 درجة مئوية. يجب على المصممين استخدام هذا المنحنى لضمان عدم تشغيل LED بشكل زائد في بيئات درجة الحرارة العالية.

4.3 تيار التشغيل الأمامي مقابل جهد التشغيل الأمامي (منحنى IV)

يصور منحنى IV العلاقة غير الخطية بين جهد التشغيل الأمامي المطبق والتيار الناتج عبر LED. يظهر جهد التشغيل الأمامي النموذجي البالغ 1.4 فولت عند 20 ملي أمبير على هذا المنحنى. يسلط الطبيعة الأسية للمنحنى الضوء على سبب ضرورة تشغيل LEDs بواسطة مصدر تيار أو مع مقاوم محدد للتيار على التوالي، حيث أن تغييرًا صغيرًا في الجهد يمكن أن يسبب تغييرًا كبيرًا في التيار.

4.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل تيار التشغيل الأمامي

يوضح هذا المنحنى أن ناتج الضوء (الشدة الإشعاعية) يتناسب تقريبًا مع تيار التشغيل الأمامي في نطاق تشغيله الطبيعي. إنه ليس خطيًا تمامًا بسبب التسخين وعوامل الكفاءة الأخرى، ولكنه يؤكد أن التحكم في التيار هو الطريقة الأساسية للتحكم في ناتج الضوء.

4.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

تنخفض قوة الناتج لـ LED مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يقوم هذا المنحنى بتحديد هذه العلاقة كميًا، حيث يظهر انخفاض الشدة الإشعاعية النسبية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، حتى لو تم الحفاظ على تيار التشغيل ثابتًا. يجب أخذ هذا التخفيض الحراري في الاعتبار في التطبيقات التي تتطلب ناتجًا مستقرًا على نطاق واسع من درجات الحرارة.

4.6 نمط الإشعاع (الرسم القطبي)

يمثل الرسم القطبي زاوية الرؤية بيانيًا. يتم رسم الشدة الطبيعية مقابل الزاوية من المحور المركزي. يؤكد الرسم البياني لهذا الجهاز نصف الزاوية البالغة 20 درجة، ويظهر نمط حزمة يكون أقوى في المركز ويتناقص بشكل متماثل.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد المخطط التفصيلي

يتوافق الجهاز مع مخطط تفصيلي قياسي لعبوة التركيب السطحي EIA. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم الجسم، تباعد الأطراف، والارتفاع الكلي. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح نموذجي يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العبوة بجسم إيبوكسي أسود مع عدسة قبة.

5.2 تخطيط وسادة اللحام المقترح

يتم توفير نمط أرضي موصى به (البصمة) لتصميم PCB لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق. الأبعاد هي 1.8 مم في الطول و 1.0 مم في العرض لمناطق الوسادة الأساسية، مع فجوة 1.0 مم بينهما. يُنصح باستخدام قالب معدني لتطبيق معجنة اللحام بسمك 0.1 مم (4 ميل) أو 0.12 مم (5 ميل).

5.3 أبعاد تغليف الشريط والبكرة

يتم توريد المكونات في شريط حامل بارز على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). عرض الشريط هو 8 مم. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA 481-1-A-1994. يتم إغلاق الشريط بشريط غطاء، والحد الأقصى المسموح به لعدد المكونات المفقودة المتتالية في بكرة هو اثنان.

6. إرشادات التجميع والتعامل والتطبيق

6.1 اللحام وملف تعريف إعادة التدفق

يتوافق الجهاز مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهو المعيار لتجميع SMT. يُوصى بملف تعريف إعادة تدفق متوافق مع JEDEC للوحة خالية من الرصاص (Pb-free). تشمل المعلمات الرئيسية لهذا الملف: مرحلة تسخين مسبق عند 150-200 درجة مئوية لمدة تصل إلى 120 ثانية، تليها منحدر درجة حرارة إلى ذروة قصوى تبلغ 260 درجة مئوية. يجب التحكم في الوقت فوق 245 درجة مئوية، ويجب ألا يتجاوز إجمالي الوقت عند درجة الحرارة القصوى 260 درجة مئوية 10 ثوانٍ. من الأهمية بمكان اتباع توصيات مصنع معجنة اللحام وإجراء توصيف على مستوى اللوحة، حيث يمكن أن يختلف الملف المثالي بناءً على تجميع PCB المحدد.

للإصلاح اليدوي باستخدام مكواة لحام، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الطرف 300 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت التلامس على 3 ثوانٍ لكل وصلة لحام.

6.2 التخزين وحساسية الرطوبة

عندما يكون كيس الحاجز المضاد للرطوبة الأصلي (مع مجفف) مغلقًا، يجب تخزين المكونات عند 30 درجة مئوية أو أقل ورطوبة نسبية (RH) 90% أو أقل. العمر الافتراضي تحت هذه الظروف هو سنة واحدة. بمجرد فتح كيس الحاجز، تتعرض المكونات للرطوبة المحيطة. للتخزين الممتد خارج التغليف الأصلي (أكثر من أسبوع)، يُوصى بشدة بتخزينها في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في مجفف مُطهر بالنيتروجين. إذا تعرضت المكونات للظروف المحيطة لأكثر من أسبوع، فإن إجراء الخبز (حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل) مطلوب قبل لحام إعادة التدفق لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع تلف \"انفجار الذرة\" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA). قد تتسبب المنظفات الكيميائية القاسية أو العدوانية في إتلاف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

6.4 تصميم دائرة التشغيل

LED هو جهاز يعمل بالتيار. لضمان ناتج ضوء ثابت ومنع التلف، يجب تشغيله بواسطة مصدر تيار مضبوط. أبسط طريقة وأكثرها شيوعًا هي استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي. يمكن حساب قيمة المقاوم (R_{على التوالي}) باستخدام قانون أوم: R_{على التوالي}= (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث V_Fهو جهد التشغيل الأمامي لـ LED عند التيار المطلوب I_F. عند توصيل عدة LEDs على التوازي، يُوصى بشدة باستخدام مقاوم محدد للتيار منفصل لكل LED (كما هو موضح في \"الدائرة A\" في الوثيقة الأصلية) لمنع احتكار التيار وضمان سطوع موحد، حيث يمكن أن يختلف جهد التشغيل الأمامي قليلاً من جهاز إلى آخر.

6.5 اعتبارات التطبيق والتحذيرات

تم تصميم هذا المنتج للاستخدام في المعدات الإلكترونية التجارية والصناعية القياسية، بما في ذلك معدات المكاتب، وأجهزة الاتصالات، والأجهزة المنزلية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث يمكن أن يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (مثل الطيران، الأنظمة الطبية، أجهزة السلامة الحرجة)، فإن التأهيل المحدد والاستشارة مع مصنع المكونات أمران ضروريان قبل التصميم. يجب على المصممين دائمًا تشغيل الجهاز ضمن حدوده القصوى المطلقة وظروف التشغيل الموصى بها، مع مراعاة أسوأ سيناريوهات البيئة لتطبيقهم.