ورقة بيانات مكون الإشعاع والكشف بالأشعة تحت الحمراء LTE-C9501-E-T - طول موجي ذروة 940 نانومتر - زاوية رؤية 20 درجة - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات مكون منفصل للأشعة تحت الحمراء (IR) مصمم للتطبيقات ذات التركيب السطحي (SMD). يجمع الجهاز بين وظيفتي باعث وكاشف للأشعة تحت الحمراء، يستهدف الحلول التي تتطلب إرسال واستقبال موثوق للإشارات تحت الحمراء. تشمل مزاياه الأساسية التوافق مع عمليات التجميع الآلي، والالتزام بمعايير RoHS والمنتجات الصديقة للبيئة، والملاءمة للتصنيع بكميات كبيرة عبر لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية الإلكترونيات الاستهلاكية لأنظمة التحكم عن بعد، والتطبيقات الصنائية لنقل البيانات لاسلكياً، وأنظمة الأمن لوظائف الإنذار والاستشعار.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد جميع القيم عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25°مئوية. تجاوز هذه الحدود قد يسبب تلفاً دائماً.

• تبديد الطاقة (Pd):100 ملي واط كحد أقصى.
• تيار الذروة الأمامي (IFP):800 ملي أمبير كحد أقصى في ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية).
• التيار الأمامي المستمر (IF):60 ملي أمبير كحد أقصى للتيار المستمر.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت كحد أقصى.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40°م إلى +85°م.
• نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg):من -55°م إلى +100°م.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:درجة حرارة ذروة قصوى تبلغ 260°م لمدة 10 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس الأداء النموذجي عند TA=25°مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• الشدة الإشعاعية (I_E):تتراوح من 1.0 إلى 6.0 ملي واط/ستراديان عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 20 ملي أمبير. يتم تحديد القيمة الدقيقة بواسطة رمز التصنيف (BIN).
• طول موجة الذروة للإشعاع (λ_p):940 نانومتر (نموذجي). يقع هذا الطول الموجي في الطيف تحت الأحمر القريب، وهو غير مرئي للعين البشرية، مما يجعله مثالياً لأجهزة التحكم عن بعد وروابط البيانات.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):50 نانومتر (نموذجي). يحدد هذا المعلمة عرض النطاق الطيفي للضوء تحت الأحمر المنبعث.
• الجهد الأمامي (V_F):1.2 فولت نموذجي، مع نطاق من 1.1 فولت إلى 1.5 فولت عند I_F=20 ملي أمبير.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):20 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الإشعاعية نصف القيمة عند المحور المركزي (0°). تؤدي زاوية رؤية أضيق إلى إشعاع أكثر توجيهاً.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز الأجهزة إلى مجموعات (Bins) بناءً على قياس الشدة الإشعاعية لها في ظروف الاختبار القياسية I_F=20 ملي أمبير. يسمح ذلك للمصممين باختيار مكونات ذات ناتج بصري متسق لتطبيقهم.

• المجموعة أ (BIN A):شدة إشعاعية من 1.0 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى) إلى 2.0 ملي واط/ستراديان (الحد الأقصى).
• المجموعة ب (BIN B):شدة إشعاعية من 2.0 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى) إلى 3.0 ملي واط/ستراديان (الحد الأقصى).
• المجموعة ج (BIN C):شدة إشعاعية من 3.0 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى) إلى 6.0 ملي واط/ستراديان (الحد الأقصى).

ينطبق تسامح +/-15% على الشدة داخل كل مجموعة. لا يُشار إلى تصنيف منفصل للطول الموجي أو الجهد الأمامي في ورقة البيانات هذه.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية مميزة ضرورية لتصميم الدوائر وفهم سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة.

4.1 التوزيع الطيفي

يوضح الشكل 1 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يتركز المنحنى عند 940 نانومتر مع نصف عرض نموذجي يبلغ 50 نانومتر، مما يؤكد نقاء الطيف للضوء تحت الأحمر المنبعث.

4.2 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح الشكل 2 تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. ينخفض تصنيف التيار خطياً من قيمته القصوى عند درجات الحرارة المنخفضة إلى الصفر عند درجة حرارة التقاطع القصوى، مما يضمن تشغيلاً موثوقاً من خلال منع الحمل الحراري الزائد.

4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

يصور الشكل 3 منحنى الخاصية IV (التيار-الجهد). يظهر العلاقة الأسية النموذجية للصمام الثنائي، حيث يكون الجهد الأمامي ثابتاً نسبياً (حوالي 1.2 فولت) عبر نطاق واسع من تيارات التشغيل.

4.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة والتيار الأمامي

يوضح الشكلان 4 و5 كيف يتغير ناتج الطاقة البصرية مع درجة الحرارة وتيار القيادة. عادةً ما ينخفض الناتج مع ارتفاع درجة الحرارة (الشكل 4) ويزداد بشكل فوق خطي مع التيار الأمامي (الشكل 5)، مما يسلط الضوء على أهمية تيار القيادة المستقر والإدارة الحرارية لأداء متسق.

4.5 نمط الإشعاع

الشكل 6 هو رسم قطبي للإشعاع يظهر التوزيع المكاني للضوء المنبعث. يؤكد النمط زاوية الرؤية البالغة 20 درجة، حيث تنخفض الشدة إلى 50% عند +/-10 درجات من المحور المركزي.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

5.1 أبعاد الشكل الخارجي

يتم وضع المكون في عبوة قياسية EIA. يتم توفير الأبعاد الدقيقة في رسومات ورقة البيانات، مع تسامح عام يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العبوة بعدسة بلاستيكية شفافة بتكوينة رؤية علوية.

5.2 تخطيط وسادة اللحام الموصى به

يتم توفير نمط أرضي مقترح لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، بأبعاد 1.0 مم × 1.8 مم للوسائد. تم تحسين هذا التخطيط للحصول على لحام موثوق واستقرار ميكانيكي أثناء عملية إعادة التدفق.

5.3 تحديد القطبية

تنطبق علامات قطبية الصمام الثنائي القياسية. عادةً ما يُشار إلى القطب السالب (الكاثود) على العبوة. يجب على المصممين الرجوع إلى الرسم التفصيلي للشكل الخارجي لمخطط العلامات الدقيق لضمان الاتجاه الصحيح أثناء التجميع.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف لحام إعادة التدفق (Reflow)

يتم تضمين ملف مقترح لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°م.
• وقت التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى.
• درجة حرارة الذروة:260°م كحد أقصى.
• الوقت فوق نقطة السيولة:10 ثوانٍ كحد أقصى (يوصى به لعدد أقصى يصل إلى دورتي إعادة تدفق).

يعتمد الملف على معايير JEDEC لضمان موثوقية المكون. تؤكد ورقة البيانات أن الملف الأمثل يعتمد على تصميم لوحة الدوائر المطبوعة المحدد، ولحام العجينة، والفرن، لذلك يُنصح بإجراء توصيف على مستوى اللوحة.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً، استخدم مكواة لحام بحد أقصى لدرجة الحرارة 300°م لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ لكل وصلة. تجنب تطبيق إجهاد ميكانيكي مفرط على المكون.

6.3 ظروف التخزين

التخزين السليم أمر بالغ الأهمية لقابلية اللحام:

• العبوة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30°م و ≤90% رطوبة نسبية. استخدم خلال عام واحد من فتح كيس الحاجز الرطوبي.
• العبوة المفتوحة:قم بالتخزين عند ≤30°م و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة تدفق المكونات خلال أسبوع واحد. للتخزين لفترات أطول، استخدم حاوية مغلقة بمجفف أو جو نيتروجين. تتطلب المكونات المخزنة خارج الكيس الأصلي لأكثر من أسبوع واحد الخبز عند حوالي 60°م لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف مطلوباً بعد اللحام، استخدم فقط المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل. تجنب استخدام المنظفات العدوانية أو المائية التي قد تتلف العبوة البلاستيكية أو العدسة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد المكون في شريط ناقل بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافق مع معدات الاختيار والوضع الآلية القياسية. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7.2 تفصيل رقم الموديل

رقم الجزء LTE-C9501-E-T يحدد هذا المتغير المحدد. من المرجح أن تشير اللواحق "E" و "T" إلى تصنيف محدد، أو تعبئة (شريط وبكرة)، أو اختلافات منتج أخرى وفقاً لنظام الترميز الداخلي للشركة المصنعة.

8. توصيات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يتم تشغيل باعث الأشعة تحت الحمراء عادةً بواسطة ترانزستور أو دائرة متكاملة مخصصة للسائق لتوفير تيار النبض اللازم (مثل رموز التحكم عن بعد). مقاومة محددة للتيار على التوالي إلزامية لضبط التيار الأمامي (I_F) إلى القيمة المطلوبة، محسوبة باستخدام (جهد التغذية - V_F) / I_F. جانب الكاشف، إذا كان صماماً ثنائياً ضوئياً أو ترانزستوراً ضوئياً مدمجاً، فسيتم توصيله في تكوين متحيز عكسياً مع مقاوم حمل لتحويل التيار الضوئي إلى جهد قابل للقياس.

8.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:اعمل ضمن القيم القصوى المطلقة. للتشغيل المستمر، لا تتجاوز 60 ملي أمبير تيار مستمر. للتشغيل النبضي (مثل أجهزة التحكم عن بعد)، تيارات ذروة أعلى تصل إلى 800 ملي أمبير مسموح بها، مما يزيد بشكل كبير من الناتج الإشعاعي اللحظي ونطاق الإرسال.
• الإدارة الحرارية:يجب احترام تصنيف تبديد الطاقة البالغ 100 ملي واط. على لوحة الدوائر المطبوعة، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية حول الوسائد لتعمل كمشتت حراري، خاصة عند العمل بالقرب من الحدود القصوى.
• المسار البصري:زاوية الرؤية البالغة 20 درجة ضيقة نسبياً. قم بمحاذاة الباعث والكاشف بدقة. تجنب العوائق وفكر في استخدام عدسات أو أنابيب ضوئية إذا كان نمط شعاع مختلف مطلوباً.
• رفض الضوء المحيط:لتطبيقات الكاشف، تساعد حساسية الذروة البالغة 940 نانومتر في رفض ضوضاء الضوء المرئي. للبيئات ذات مصادر الأشعة تحت الحمراء القوية (مثل ضوء الشمس أو المصابيح المتوهجة)، قد تكون تقنيات التصفية البصرية الإضافية أو كشف الإشارة المعدلة (المقترنة بالتيار المتردد) ضرورية لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

9. المقارنة والتمييز الفني

مقارنة بمصابيح LED تحت الحمراء العامة، يقدم هذا المكون مزايا محددة: توافقه مع التركيب الآلي ولحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء يبسط التصنيع بكميات كبيرة. توافر مجموعات الشدة (أ، ب، ج) يسمح باتساق التصميم. طول موجة 940 نانومتر هو معيار شائع لأجهزة التحكم عن بعد الاستهلاكية، مما يضمن التوافق مع مجموعة واسعة من المستقبلات. تضمين ملفات اللحام التفصيلية وإرشادات التخزين يظهر تركيزاً على التصميم من أجل قابلية التصنيع.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما الفرق بين الشدة الإشعاعية (ملي واط/ستراديان) والشدة الضوئية (ميلكانديلا)؟

ج: تقيس الشدة الإشعاعية إجمالي الطاقة البصرية المنبعثة لكل زاوية صلبة، وهي ذات صلة بأجهزة الأشعة تحت الحمراء. تقيس الشدة الضوئية السطوع المدرك بالعين البشرية، مرجحاً بمنحنى استجابة الضوء النهاري، وتستخدم لمصابيح LED المرئية. بالنسبة لهذا الجهاز تحت الأحمر، الشدة الإشعاعية هي المقياس الصحيح.

س: هل يمكنني استخدام هذا لنقل البيانات المستمر؟

ج: نعم، ولكن يجب أن تعمل ضمن حد التيار الأمامي المستمر البالغ 60 ملي أمبير. لنقل عالي السرعة أو لمسافات أطول، التشغيل النبضي (ضمن تصنيف الذروة 800 ملي أمبير) أكثر فعالية، لأنه يسمح بقوة بصرية لحظية أعلى.

س: كيف أختار المجموعة (BIN) الصحيحة؟

ج: اختر بناءً على الطاقة البصرية المطلوبة لميزانية الرابط الخاصة بك. توفر المجموعة ج (3-6 ملي واط/ستراديان) أعلى ناتج وأطول مدى. قد تكون المجموعة أ أو ب كافية للتطبيقات قصيرة المدى ويمكن أن تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة.

س: هل هناك حاجة لعدسة خارجية؟

ج: يحتوي الجهاز على عدسة علوية مدمجة توفر شعاعاً بزاوية 20 درجة. عادةً لا تكون هناك حاجة لعدسة خارجية إلا إذا كنت تحتاج إلى تصحيح الشعاع (زاوية أضيق) أو تركيز.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم جهاز إرسال تحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء بسيط للأجهزة المنزلية.

خطوات التصميم:

1. اختيار المكون:اختر باعث الأشعة تحت الحمراء هذا (مثل المجموعة ج للحصول على مدى جيد).

2. دائرة القيادة:استخدم دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة لتوليد إشارة الموجة الحاملة المعدلة (مثل 38 كيلوهرتز). تقود هذه الإشارة ترانزستور (مثل NPN) في تكوين مفتاح. يتم توصيل مجمع الترانزستور بمصعد باعث الأشعة تحت الحمراء، ويتم توصيل الكاثود بالأرض. مقاومة على التوالي مع باعث التيار تحدد التيار: R = (Vcc - V_CE(sat)- V_F) / I_F. بافتراض Vcc=3.3 فولت، V_CE(sat)=0.2 فولت، V_F=1.2 فولت، والتيار الأمامي المطلوب I_F=100 ملي أمبير (نبضي)، R = (3.3 - 0.2 - 1.2) / 0.1 = 19 أوم (استخدم مقاومة قياسية 20 أوم). تأكد من أن الترانزستور يمكنه تحمل تيار الذروة.

3. تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة:ضع باعث الأشعة تحت الحمراء عند حافة لوحة الدوائر المطبوعة. استخدم أبعاد وسادة اللحام الموصى بها. وفر مساحة نحاسية صغيرة لتبديد الحرارة.

4. الاختبار:تحقق من الناتج باستخدام وحدة مستقبل للأشعة تحت الحمراء أو كاميرا رقمية (يمكنها رؤية ضوء 940 نانومتر كوهج بنفسجي خافت).

12. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الوميض الكهربائي (Electroluminescence) لقسم الباعث. عندما يتم تطبيق تيار أمامي على شريحة أشباه الموصلات (من المحتمل أن تكون قائمة على زرنيخيد الغاليوم GaAs لإشعاع 940 نانومتر)، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء) بطول موجي يتوافق مع طاقة فجوة النطاق للمادة (940 نانومتر). يعمل قسم الكاشف، إذا كان موجوداً، على مبدأ التأثير الكهروضوئي. تقوم الفوتونات تحت الحمراء الساقطة ذات الطاقة الكافية بإنشاء أزواج إلكترون-فجوة في أشباه الموصلات، مولدة تياراً ضوئياً عند تطبيق جهد تحيز عكسي. يتناسب هذا التيار مع شدة الضوء تحت الأحمر الوارد.

13. اتجاهات الصناعة

يبقى سوق مكونات الأشعة تحت الحمراء المنفصلة مستقراً، مدفوعاً بتطبيقات راسخة مثل أجهزة التحكم عن بعد، واستشعار القرب، والمفاتيح البصرية. تشمل الاتجاهات دمج باعثات وكواشف الأشعة تحت الحمراء في وحدات أكثر تعقيداً مع سائقات ومنطق مدمج (مثل وحدات استشعار القرب بمخرجات I2C). هناك أيضاً دفعة مستمرة نحو كفاءة أعلى (مزيد من الناتج الإشعاعي لكل ملي أمبير من تيار القيادة) وأحجام عبوات أصغر لتناسب الأجهزة الاستهلاكية المتزايدة الصغر. التركيز على الامتثال لمعايير RoHS والتصنيع الأخضر، كما هو موضح في ورقة البيانات هذه، هو معيار صناعي عالمي.