ورقة بيانات LED باعث الأشعة تحت الحمراء 940 نانومتر - عبوة EIA القياسية - الطول الموجي القياسي 940 نانومتر - جهد التشغيل الأمامي 1.2 فولت - الشدة الإشعاعية 0.8 ملي واط/ستراديان - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات مكون باعث منفصل للأشعة تحت الحمراء. تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب انبعاثًا موثوقًا للأشعة تحت الحمراء، مثل أنظمة التحكم عن بُعد، ونقل البيانات اللاسلكي بالأشعة تحت الحمراء، وأنظمة إنذار الأمان. ينتمي إلى سلسلة منتجات تشمل ثنائيات باعثة للأشعة تحت الحمراء (IRED) متنوعة وكاشفات ضوئية. المادة الأساسية المستخدمة هي زرنيخيد الغاليوم (GaAs)، والتي تم تحسينها للانبعاث عند طول موجي قياسي يبلغ 940 نانومتر. يُستخدم هذا الطول الموجي بشكل شائع في الإلكترونيات الاستهلاكية لأنه غير مرئي للعين البشرية ويوفر أداءً جيدًا مع المستقبلات القائمة على السيليكون.

يُقدم المكون في عبوة EIA قياسية، مما يجعله متوافقًا مع عمليات التجميع الآلي. يتميز بعدسة علوية مسطحة شفافة تمامًا توفر زاوية رؤية واسعة. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS ويصنف كمنتج صديق للبيئة.

1.1 الميزات الرئيسية

• متوافق مع معايير RoHS والمنتجات الخضراء.
• تصميم علوي بعدسة مسطحة شفافة تمامًا.
• معبأ في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات للتثبيت الآلي.
• متوافق مع معدات التثبيت الآلي.
• مناسب لعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء.
• مقاس قاعدة عبوة EIA القياسي.
• طول موجة الانبعاث القياسي (λp) 940 نانومتر.
• مستوى الحساسية للرطوبة (MSL): المستوى 3.

1.2 التطبيقات المستهدفة

• الاستخدام الأساسي كمصدر باعث للأشعة تحت الحمراء.
• التكامل في مجموعات أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء المثبتة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB).
• وحدات التحكم عن بُعد للإلكترونيات الاستهلاكية (التلفزيونات، أنظمة الصوت).
• روابط نقل بيانات لاسلكية قصيرة المدى.
• أجهزة استشعار القرب وكشف الأجسام.
• أنظمة الأمان وإنذار كسر الحزمة الضوئية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

توفر الأقسام التالية تحليلاً مفصلاً لمعلمات الأداء الرئيسية للجهاز كما هي محددة في ورقة البيانات. يعد فهم هذه المعلمات أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدوائر الكهربائية بشكل صحيح والتشغيل الموثوق.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبه لتحقيق أداء طويل الأمد موثوق.

• تبديد الطاقة (Pd):100 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة كلية يمكن للجهاز تبديدها كحرارة. يتجاوز هذا الحد يخاطر بالهروب الحراري والفشل.
• تيار التشغيل الأمامي الذروي (I_FP):500 ملي أمبير. هذا هو الحد الأقصى المسموح به للتيار في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). وهو أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر، مما يسمح بنبضات عالية السطوع في أجهزة التحكم عن بُعد.
• تيار التشغيل الأمامي المستمر (I_F):50 ملي أمبير. الحد الأقصى لتيار التشغيل الأمامي المستمر. للحصول على تشغيل أكثر كفاءة وموثوقية، يوصى باستخدام تيار تشغيل أقل (على سبيل المثال، 20 ملي أمبير كما هو مستخدم في ظروف الاختبار).
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. أقصى جهد يمكن تطبيقه في الاتجاه العكسي. لم يتم تصميم الجهاز للتشغيل العكسي، وقد يتسبب تجاوز هذا الجهد في حدوث انهيار.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية و -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية، على التوالي. تحدد هذه النطاقات الظروف البيئية للتشغيل وعدم التشغيل.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. هذا أمر بالغ الأهمية لتحديد ملف تعريف لحام إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. وهي تحدد سلوك الجهاز في ظل ظروف التشغيل العادية.

• الشدة الإشعاعية (I_E):0.8 ملي واط/ستراديان (نموذجي) عند I_F= 20 ملي أمبير. يقيس هذا الطاقة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة. الحد الأدنى هو 0.42 ملي واط/ستراديان، وهامش الاختبار هو ±15%. تؤثر هذه المعلمة بشكل مباشر على المدى الفعال لنظام الأشعة تحت الحمراء.
• طول موجة الانبعاث القياسي (λ_{القياسي}):940 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه الطاقة البصرية المنبعثة في أقصى حد لها. يجب أن يتطابق مع الحساسية القياسية للكاشف الضوئي أو الترانزستور الضوئي المستقبل.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):50 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى عرض النطاق الطيفي حيث تكون شدة الانبعاث على الأقل نصف القيمة القياسية. يمكن أن يكون عرض النطاق الضيق مفيدًا لتصفية ضوضاء الضوء المحيط.
• جهد التشغيل الأمامي (V_F):1.2 فولت (نموذجي)، 1.6 فولت (أقصى) عند I_F= 20 ملي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الثنائي عند التوصيل. وهو ضروري لحساب قيمة المقاوم التسلسلي: R_{التسلسلي}= (V_المصدر- V_F) / I_F.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R= 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير عندما يكون الثنائي متحيزًا عكسيًا.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):150 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها على المحور. زاوية واسعة مثل هذه مفيدة للتطبيقات التي تتطلب تغطية واسعة بدلاً من حزمة مركزة.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح كيف تختلف المعلمات الرئيسية مع ظروف التشغيل. هذه لا تقدر بثمن لتحسين التصميم.

3.1 التوزيع الطيفي

يظهر منحنى التوزيع الطيفي (الشكل 1) الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي. يؤكد الذروة عند 940 نانومتر وعرض النصف البالغ حوالي 50 نانومتر، مما يوفر تمثيلًا مرئيًا لنقاء الطيف للضوء المنبعث.

3.2 تيار التشغيل الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة وجهد التشغيل الأمامي

يوضح الشكل 2 كيف ينخفض الحد الأقصى المسموح به لتيار التشغيل الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. هذا أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة. الشكل 3 هو منحنى I-V (التيار-الجهد) القياسي، ويظهر العلاقة الأسية بين تيار التشغيل الأمامي والجهد. يساعد المنحنى في فهم المقاومة الديناميكية للثنائي.

3.3 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة والتيار

يوضح الشكل 4 كيف تنخفض طاقة الخرج البصرية مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. يظهر الشكل 5 كيف تزيد طاقة الخرج مع تيار التشغيل الأمامي، ولكن ليس بشكل خطي. يسلط الضوء على نقطة تناقص العوائد وانخفاض الكفاءة المحتمل عند التيارات العالية جدًا.

3.4 نمط الإشعاع

يمثل مخطط الإشعاع القطبي (الشكل 6) زاوية الرؤية بيانياً. النمط الدائري تقريبًا مع قيم الشدة المحددة بزوايا مختلفة يؤكد نمط الانبعاث الواسع جدًا الشبيه بـ Lambertian المميز لعبوة العدسة المسطحة.

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

4.1 الأبعاد الخارجية

تتضمن ورقة البيانات رسمًا ميكانيكيًا مفصلاً للمكون. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم الجسم، وتباعد الأطراف، والارتفاع الكلي. جميع الأبعاد بالمليمترات مع هامش قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتوافق العبوة مع مقاس قاعدة EIA القياسي، مما يضمن التوافق مع تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة الشائعة وآلات التثبيت الآلي.

4.2 الأبعاد المقترحة لوسادة اللحام

يتم توفير نمط قاعدة موصى به لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة. الالتزام بهذه الأبعاد يضمن تكوين وصلة لحام صحيحة أثناء إعادة التدفق. تتضمن التوصية باستخدام استنسل معدني لتطبيق عجينة اللحام بسمك 0.1 مم (4 ميل) أو 0.12 مم (5 ميل).

4.3 تحديد القطبية

يُشار إلى القطب السالب عادةً بجانب مسطح، أو شق، أو طرف أقصر على جسم المكون وفي الرسم الخارجي. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع لمنع تلف الجهاز.

4.4 أبعاد التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد المكون في شريط حامل بارز على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). توفر ورقة البيانات الأبعاد التفصيلية لجيوب الشريط، وشريط الغطاء، ومحور البكرة. الكميات القياسية للبكرة هي 5000 قطعة لكل بكرة. تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481-1-A-1994.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 معلمات لحام إعادة التدفق

الجهاز متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR). يتم توفير ملف تعريف مقترح للحام الخالي من الرصاص، مع معلمات رئيسية تشمل:

• التسخين المسبق:150–200 درجة مئوية.
• وقت التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى.
• درجة الحرارة القصوى:260 درجة مئوية كحد أقصى.
• الوقت فوق نقطة السيولة:10 ثوانٍ كحد أقصى (يوصى بأقصى دورتين إعادة تدفق).

يستند ملف التعريف إلى معايير JEDEC. يتم التأكيد على أن ملف التعريف الأمثل يعتمد على تصميم اللوحة المحدد، والمكونات، وعجينة اللحام، والفرن، لذلك من الضروري إجراء التوصيف.

5.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فاستخدم مكواة لحام بدرجة حرارة لا تتجاوز 300 درجة مئوية، وقلل وقت التلامس إلى أقصى حد 3 ثوانٍ لكل طرف.

5.3 ظروف التخزين

نظرًا لتصنيف مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) 3:

• الكيس المغلق:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية. الاستخدام خلال سنة واحدة من تاريخ ختم الكيس.
• بعد فتح الكيس:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. يوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال أسبوع واحد (168 ساعة).
• التخزين الممتد (مفتوح):قم بالتخزين في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• التجفيف:إذا تعرض لأكثر من أسبوع، قم بالتجفيف عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفرقعة\" أثناء إعادة التدفق.

5.4 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فاستخدم المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل. تجنب المنظفات الكيميائية العدوانية أو المجهولة التي قد تتلف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 دوائر التطبيق النموذجية

الدائرة الأكثر شيوعًا هي توصيل تسلسلي بسيط: مصدر جهد (V_CC)، ومقاوم محدد للتيار (R_S)، وثنائي IRED. R_S= (V_CC- V_F) / I_F. للتشغيل النبضي (على سبيل المثال، التحكم عن بُعد)، يُستخدم ترانزستور (BJT أو MOSFET) عادةً لتبديل ثنائي IRED تشغيل/إيقاف عند التردد ودورة العمل المطلوبين. يجب ألا يتجاوز التيار الذروي I_FP rating.

6.2 اعتبارات التصميم البصري

• المدى مقابل التيار:المدى الفعال يتناسب مع الجذر التربيعي للشدة الإشعاعية. مضاعفة تيار التشغيل لا تضاعف المدى.
• اختيار العدسة:توفر العدسة المسطحة المدمجة تغطية واسعة. للحصول على مدى أطول أو حزم مركزة، يمكن إضافة عدسة بلاستيكية خارجية لجعل الضوء متوازيًا.
• مطابقة المستقبل:اقترن دائمًا باعث 940 نانومتر بكاشف ضوئي (ثنائي ضوئي، ترانزستور ضوئي، أو دائرة متكاملة) تكون حساسيته القياسية أيضًا في منطقة 940 نانومتر. العديد من الكواشف السيليكونية لديها حساسية جيدة حول 850-950 نانومتر.
• رفض الضوء المحيط:في البيئات ذات الأشعة تحت الحمراء المحيطة القوية (ضوء الشمس، المصابيح المتوهجة)، استخدم إشارة معدلة ومستقبل مع مزيل تشكيل مطابق. يمكن لمرشح بصري على المستقبل يحجب الضوء المرئي ويمرر 940 نانومتر أن يحسن بشكل كبير نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

6.3 إدارة الحرارة

بينما يمكن للجهاز التعامل مع 100 ملي واط، فإن التشغيل عند تبديد طاقة أقل يزيد من الموثوقية والعمر الافتراضي. تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة حول الوسادات لتعمل كمشتت حراري، خاصة إذا كان التشغيل قريبًا من أقصى تيار مستمر. يجب الرجوع إلى منحنى تخفيض التصنيف (الشكل 2) للبيئات عالية الحرارة.

7. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم ثنائي IRED GaAs هذا 940 نانومتر مجموعة متوازنة من الخصائص لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء العامة. تشمل المميزات الرئيسية التي تشير إليها مواصفاته:

• الطول الموجي:يُفضل 940 نانومتر على 850 نانومتر في العديد من التطبيقات الاستهلاكية لأنه أقل وضوحًا كوهج أحمر خافت، مما يوفر تشغيلًا أكثر تحفظًا.
• زاوية رؤية واسعة:زاوية 150 درجة واسعة بشكل استثنائي، ومناسبة للتطبيقات حيث المحاذاة ليست حرجة أو هناك حاجة لتغطية منطقة واسعة (على سبيل المثال، أجهزة استشعار الوجود).
• العبوة القياسية:تضمن عبوة EIA التوريد السهل، والتوافق، والاستبدال داخل الصناعة.
• المتانة:تشير تصنيفات التيار النبضي (500 ملي أمبير) ولحام إعادة التدفق (260 درجة مئوية) إلى مكون مصمم للتصنيع الموثوق عالي الحجم.

8. الأسئلة المتكررة (بناءً على المعلمات التقنية)

8.1 ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها لتشغيل هذا ثنائي IRED عند 20 ملي أمبير من مصدر 5 فولت؟

باستخدام V_Fالنموذجي البالغ 1.2 فولت: R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190 أوم. سيكون المقاوم القياسي 180 أو 200 أوم مناسبًا. استخدم دائمًا أقصى V_F(1.6 فولت) لتصميم متحفظ لضمان عدم تجاوز التيار للهدف: R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 أوم.

8.2 هل يمكنني استخدام هذا لتحكم عن بُعد بعيد المدى؟

شدة إشعاعه البالغة 0.8 ملي واط/ستراديان مناسبة لأجهزة التحكم عن بُعد الداخلية النموذجية على مسافات 5-10 أمتار. للحصول على مدى أطول، ستحتاج إلى زيادة تيار التشغيل (ضمن التصنيفات النبضية)، أو استخدام عدسة تركيز، أو اختيار ثنائي IRED بمواصفات شدة إشعاعية أعلى.

8.3 تنص ورقة البيانات على \"يتم تطبيق حالة الجهد العكسي لاختبار IR فقط. لم يتم تصميم الجهاز للتشغيل العكسي.\" ماذا يعني هذا؟

هذا يعني أن تصنيف الجهد العكسي 5 فولت هو معلمة اختبار للتحقق من تيار التسرب أثناء التصنيع. إنه ليس تصنيفًا تشغيليًا. في دائرة التطبيق الخاصة بك، يجب أن تتأكد من أن ثنائي IRED لا يتعرض أبدًا لتحيز عكسي أثناء التشغيل العادي، لأن حتى جهد عكسي صغير يمكن أن يتلفه إذا لم يكن محدود التيار. قم دائمًا بتضمين الحماية، مثل التأكد من أنه موجه بشكل صحيح أو إضافة ثنائي متوازي إذا كان طوبولوجيا الدائرة يمكن أن تسبب جهدًا عكسيًا.

8.4 ما مدى أهمية عمر الأرضية البالغ أسبوعًا واحدًا بعد فتح كيس الحاجز الرطوبي؟

لمكونات MSL 3، إنه مهم جدًا. يتجاوز عمر الأرضية دون التخزين المناسب أو التجفيف يخاطر بدخول الرطوبة إلى العبوة البلاستيكية. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن أن تتبخر هذه الرطوبة بسرعة، مما يتسبب في انفصال داخلي، أو تشققات، أو \"فرقعة،\" مما يؤدي إلى فشل فوري أو كامن. التزم تمامًا بإرشادات التخزين والتجفيف.

9. المبادئ التشغيلية

يعمل ثنائي الانبعاث تحت الأحمر (IRED) على نفس مبدأ LED الضوء المرئي القياسي ولكنه يستخدم مواد أشباه الموصلات (مثل GaAs) ذات فجوة نطاق تتوافق مع طاقات الفوتون تحت الحمراء. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. بالنسبة لـ GaAs، تتوافق طاقة الفوتون هذه مع طول موجي حوالي 940 نانومتر. عدسة الإيبوكسي الشفافة تمامًا شفافة لكل من الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء، مما يسمح للإشعاع تحت الأحمر بالمرور مع توفير الحماية الميكانيكية والبيئية لشريحة أشباه الموصلات.

10. اتجاهات الصناعة

يبقى سوق مكونات الأشعة تحت الحمراء المنفصلة مستقرًا، مدفوعًا بالتطبيقات الراسخة مثل أجهزة التحكم عن بُعد والاستخدامات المتطورة في أجهزة استشعار إنترنت الأشياء، والتعرف على الإيماءات، والرؤية الآلية. تشمل الاتجاهات تكامل البواعث والكاشفات في عبوات أصغر وأكثر متانة، وتطوير ثنائيات IRED عالية السرعة لاتصالات البيانات (خلفاء IrDA)، وزيادة التركيز على كفاءة الطاقة والموثوقية للأجهزة التي تعمل بالبطاريات. الانتقال نحو المواد الخالية من الرصاص والخالية من الهالوجين بما يتوافق مع اللوائح البيئية العالمية هو أيضًا متطلب قياسي، والذي يلبيه هذا المكون.