ورقة بيانات مكون LTE-C216R-14: باعث ومستقبل الأشعة تحت الحمراء - عبوة 1206 - طول موجي 850 نانومتر - تيار 60 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

مكون LTE-C216R-14 هو باعث ومستقبل للأشعة تحت الحمراء (IR) مُصمم للتركيب السطحي، مُعد للتكامل في التجميعات الإلكترونية الحديثة. وظيفته الأساسية هي بث وكشف الضوء تحت الأحمر عند طول موجي ذروة يبلغ 850 نانومتر، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاستشعار، ونقل البيانات، وكشف القرب. يتم تغليف الجهاز في عبوة مدمجة مقاس 1206، وهي مقاس قياسي وفقًا لمعيار EIA، مما يضمن توافقًا واسعًا مع عمليات التصنيع الآلي وتخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الحالية.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون توافقه مع معدات التركيب الآلي عالية الإنتاجية ومتانته في عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء القياسية. هذا يجعله خيارًا مثاليًا للإنتاج الضخم الفعال من حيث التكلفة. علاوة على ذلك، فهو متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يصنفه كمنتج صديق للبيئة، وهو أمر يزداد أهمية للوصول إلى الأسواق العالمية والامتثال البيئي.

يغطي السوق المستهدف لهذا الجهاز الإلكترونيات الاستهلاكية، والأتمتة الصناعية، ومعدات الاتصالات، وآلات المكتب. تجعل موثوقيته وتغليفه القياسي منه لبنة بناء متعددة الاستخدامات للمصممين الذين يحتاجون إلى حل موثوق للأشعة تحت الحمراء.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تشغيل أي مكون إلكتروني خارج نطاق قيمه القصوى المطلقة يمكن أن يسبب تلفًا دائمًا. بالنسبة لـ LTE-C216R-14، يتم تعريف هذه الحدود عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (P_D):100 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها بأمان على شكل حرارة.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):800 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به، يُحدد عادةً في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية) لمنع الإجهاد الحراري أثناء الاندفاعات القصيرة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):60 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار دون تدهور الأداء أو العمر الافتراضي.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى من هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار التقاطع شبه الموصل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة البيئية هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يمكن تخزين المكون دون تدهور ضمن هذه الحدود.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. هذا يحدد تحمله لملفات تعريف لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معلمات الأداء الرئيسية عند T_A=25 درجة مئوية في ظل ظروف الاختبار المحددة، مما يوفر معيارًا لحسابات التصميم.

• الشدة الإشعاعية (I_E):من 4 (الحد الأدنى) إلى 13 (الحد الأقصى) ملي واط/ستراديان، مع توفير قيمة نموذجية. يتم القياس عند تيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير. هذه المعلمة تقيس القدرة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان).
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_الذروة):850 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يخرج فيه الباعث أقصى قدرة بصرية. إنها معلمة حاسمة لمطابقة الحساسية الطيفية لكواشف الضوء.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):50 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث، ويوضح مدى انتشار الطول الموجي حول الذروة.
• جهد الأمام (V_F):1.6 فولت (نموذجي)، 2.0 فولت (الحد الأقصى) عند I_F= 50 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الجهاز عند التوصيل. وهو ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الجهاز في حالة انحياز عكسي.
• زمن الصعود/الهبوط (T_r/T_f):30 نانوثانية (نموذجي). هذا يحدد مدى سرعة إمكانية تشغيل وإيقاف الخرج البصري (مقاسة من 10% إلى 90% من الخرج)، مما يحدد أقصى سرعة تضمين ممكنة لنقل البيانات.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):75 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). توفر الزاوية الأوسع تغطية مكانية أوسع ولكن بشدة أقل عند أي نقطة محددة.

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهربائية والبصرية النموذجية. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن الغرض منها هو توفير رؤية بصرية لسلوك الجهاز في ظل ظروف مختلفة.

تشمل هذه المنحنيات عادةً:

• منحنى التيار-الجهد (I-V):يوضح العلاقة بين تيار الأمام وجهد الأمام، وهي علاقة غير خطية لمصابيح LED. هذا يساعد في تحديد المقاومة الديناميكية وجهد القيادة اللازم لتيار مستهدف.
• الشدة الإشعاعية مقابل تيار الأمام:يوضح كيف تزيد القدرة البصرية الخارجة مع تيار القيادة. تكون خطية بشكل عام ضمن نطاق التشغيل ولكن قد تشبع عند التيارات العالية جدًا.
• طول موجة الذروة مقابل درجة الحرارة:يوضح كيف يتحول الطول الموجي المنبعث مع تغيرات درجة حرارة التقاطع، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الحساسة لدرجة الحرارة.
• نمط زاوية الرؤية:رسم قطبي يوضح التوزيع المكاني لشدة الضوء المنبعث.

يستخدم المهندسون هذه المنحنيات لتحسين تصميمهم، وضمان عمل الجهاز في منطقته الأكثر كفاءة وموثوقية، والتنبؤ بالأداء في ظل ظروف غير قياسية.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يستخدم المكون مقاس قاعدة قياسي 1206. توفر ورقة البيانات رسومات ميكانيكية مفصلة بجميع الأبعاد الحرجة بالمليمترات. تشمل الأبعاد الرئيسية الطول الإجمالي، والعرض، والارتفاع لجسم المكون، بالإضافة إلى موضع وحجم وسادات اللحام على الجهاز نفسه. التسامح لهذه الأبعاد هو عادة ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. الالتزام بهذه الأبعاد أمر حيوي لتصميم نمط أرضية PCB الناجح والتركيب الآلي.

4.2 تخطيط وسادة اللحام المقترح

يتم توفير مقاس قاعدة وسادة لحام موصى به لـ PCB. تم تصميم هذا التخطيط لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق، وتقليل مشاكل مثل "اللوحة القبرية" (وقوف المكون على طرفه) أو عدم كفاية اللحام. يعد اتباع أبعاد الوسادة الموصى بها، والتي تكون عادةً أكبر قليلاً من أطراف المكون للسماح بتكوين حشوة لحام مناسبة، ممارسة مثلى لإمكانية التصنيع والموثوقية طويلة المدى.

4.3 التغليف بالشريط والبكرة

للتركيب الآلي، يتم توريد المكونات في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تتوافق مواصفات الشريط والبكرة مع معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994، مما يضمن التوافق مع آلات الاختيار والوضع القياسية. تشير الملاحظات إلى أن الجيوب الفارغة للمكونات يتم إغلاقها بشريط غطاء وأنه يُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين ("مصابيح") لكل بكرة، وهي ضمانات جودة قياسية للتغليف بالشريط والبكرة.

5. إرشادات اللحام والتركيب

5.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

الجهاز مؤهل لعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وتحديداً تلك التي تستخدم لحامًا خاليًا من الرصاص. يتم توفير ملف تعريف إعادة تدفق مقترح، مع معلمات رئيسية تشمل مرحلة التسخين المسبق (150-200 درجة مئوية)، ودرجة حرارة ذروة قصوى تبلغ 260 درجة مئوية، ووقت فوق السائل (عادة حوالي 217 درجة مئوية للحام الخالي من الرصاص) لا يتجاوز 10 ثوانٍ. تؤكد ورقة البيانات أن الملف الشخصي الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد، والمكونات، ومعجون اللحام، والفرن، وتوصي باستخدام ملفات تعريف قياسية من JEDEC كخط أساس مع الالتزام بمواصفات مصنع معجون اللحام.

5.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب إجراؤه بدرجة حرارة طرف مكواة لحام لا تتجاوز 300 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت التلامس على 3 ثوانٍ كحد أقصى. يجب القيام بذلك مرة واحدة فقط لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية والرقاقة شبه الموصلة الداخلية.

5.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام مواد التنظيف المحددة فقط. تحذر ورقة البيانات صراحةً من استخدام سوائل كيميائية غير محددة، والتي يمكن أن تتلف مادة العبوة. تشمل طرق التنظيف الموصى بها غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة.

5.4 التخزين والتعامل

حساسية الرطوبة عامل حاسم للأجهزة ذات التركيب السطحي. يتم شحن مصابيح LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف. أثناء الإغلاق، يجب تخزينها عند ≤30 درجة مئوية و≤90% رطوبة نسبية (RH) واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس الأصلي، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية و 60% رطوبة نسبية. يجب لحام المكونات التي تم إزالتها من الكيس المغلق بإعادة التدفق في غضون أسبوع واحد بشكل مثالي. للتخزين لفترات أطول خارج التغليف الأصلي، يجب تخزينها في وعاء محكم الإغلاق مع مجفف أو في بيئة نيتروجين. تتطلب المكونات المخزنة لأكثر من أسبوع خارج الكيس الجاف إجراء خبز (حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل) لإزالة الرطوبة الممتصة قبل اللحام لمنع تلف "الانفجار" أثناء إعادة التدفق.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

مكون LTE-C216R-14 مخصص للمعدات الإلكترونية العادية. تشمل التطبيقات الشائعة:

• مستشعرات القرب:كشف وجود أو غياب جسم ما عن طريق عكس ضوء الأشعة تحت الحمراء الخاص به.
• المفاتيح البصرية:قطع شعاع الأشعة تحت الحمراء للكشف عن الحركة أو الموضع.
• نقل البيانات:روابط بيانات بالأشعة تحت الحمراء بسيطة (مثل أجهزة التحكم عن بُعد، اتصال تسلسلي قصير المدى) عن طريق تضمين تيار القيادة.
• عد الأشياء:في خطوط الأتمتة حيث تقطع الأشياء الشعاع.
• التكامل في معدات المكتب، وأجهزة الاتصالات، والأجهزة المنزلية.

تتضمن ورقة البيانات تحذيرًا بالغ الأهمية: بالنسبة للتطبيقات التي يمكن أن يعرض الفشل فيها الحياة أو الصحة للخطر (الطيران، الأجهزة الطبية، أنظمة السلامة)، يلزم التشاور مع الشركة المصنعة قبل التصميم الداخلي.

6.2 تصميم دائرة القيادة

تم تسليط الضوء على مبدأ أساسي لاستخدام مصابيح LED: فهي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند قيادة عدة مصابيح LED على التوازي، توصي ورقة البيانات بشدة باستخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة أ). هذا يعوض عن الاختلافات الطفيفة في خاصية جهد الأمام (V_F) من جهاز لآخر. يتم تثبيط توصيل مصابيح LED مباشرة على التوازي بدون مقاومات فردية (نموذج الدائرة ب)، لأن LED ذات جهد الأمام (V_F) الأقل قليلاً سوف تسحب تيارًا غير متناسب أكثر، مما يؤدي إلى سطوع غير متكافئ وإجهاد محتمل لذلك الجهاز.

7. المقارنة والتمييز التقني

بينما لا يتم توفير مقارنة مباشرة جنبًا إلى جنب مع أرقام أجزاء أخرى في ورقة البيانات المستقلة هذه، يمكن استنتاج ميزات التمييز الرئيسية لـ LTE-C216R-14:

• مقاس القاعدة القياسي (1206/EIA):يوفر استبدالًا سهلاً وتصميمًا مألوفًا مقارنة بالعبوات الخاصة.
• متوافق مع خالي من الرصاص وRoHS:يلبي اللوائح البيئية الحديثة، وهو ما قد لا ينطبق على المكونات القديمة أو المتخصصة.
• صديق للأتمتة:تجعل تغليفه بالشريط والبكرة وتوافقه مع عمليات الاختيار والوضع وإعادة التدفق مناسبًا للغاية للتصنيع عالي الإنتاجية والفعال من حيث التكلفة.
• أداء متوازن:بزاوية رؤية 75 درجة، وطول موجي 850 نانومتر، وسرعة 30 نانوثانية، يوفر مجموعة شاملة من الخصائص لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء العامة.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س1: هل يمكنني تشغيل LED الأشعة تحت الحمراء هذا مباشرة من دبوس متحكم دقيق 5 فولت؟
ج: لا. جهد الأمام النموذجي هو 1.6 فولت عند 50 مللي أمبير. توصيله مباشرة بدبوس 5 فولت سيحاول إجبار تيار مرتفع جدًا ومدمّر من خلاله. يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي. على سبيل المثال، لتحقيق 20 مللي أمبير من مصدر طاقة 5 فولت: R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170 أوم (استخدم مقاوم قياسي 180 أوم أو 150 أوم).

س2: ما هو أقصى معدل بيانات ممكن مع هذا الباعث؟
ج: يشير زمن الصعود/الهبوط البالغ 30 نانوثانية إلى أقصى عرض نطاق تضمين نظري في نطاق عشرات الميجاهرتز. ومع ذلك، فإن معدلات البيانات العملية للاتصال الموثوق تكون أقل، غالبًا في نطاق مئات الكيلوبت في الثانية إلى بضعة ميغابت في الثانية، اعتمادًا على دائرة القيادة، والكاشف، والضوضاء البيئية.

س3: لماذا تكون ظروف التخزين بعد فتح الكيس صارمة جدًا (≤60% رطوبة نسبية)؟
ج: يمكن للعبوات البلاستيكية ذات التركيب السطحي امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحبوسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يتسبب في تشقق العبوة أو فصل الطبقات الداخلية - وهو فشل يُعرف باسم "الانفجار". ظروف التخزين الصارمة ومتطلبات الخبز هي إجراءات وقائية ضد ذلك.

س4: كيف أفسر قيمة الشدة الإشعاعية (ملي واط/ستراديان)؟
ج: تقيس كثافة القدرة البصرية. تعني القيمة 10 ملي واط/ستراديان أن الجهاز يبعث 10 ملي واط من القدرة البصرية في مخروط فضاء بزاوية صلبة واحدة في الاتجاه الذي يشير إليه. للعثور على القدرة الإجمالية، ستقوم بدمج هذه الشدة على زاوية الرؤية بأكملها (75 درجة، أو ~1.84 ستراديان).

9. دراسة حالة التصميم الداخلي

السيناريو: تصميم مستشعر وجود الورق للطابعة.
الهدف:الكشف عن وجود الورق في صينية التغذية.
التنفيذ:ضع باعث LTE-C216R-14 على جانب واحد من مسار الورق وكاشف ضوء مطابق (أو استخدم جزء الكاشف من مكون مماثل) في مواجهة مباشرة. عندما يكون الورق غائبًا، يصل شعاع الأشعة تحت الحمراء إلى الكاشف، مما يولد إشارة (مثل منطق عالي). عندما يكون الورق موجودًا، فإنه يحجب الشعاع، مما يتسبب في انخفاض إشارة الكاشف (منطق منخفض).
اعتبارات التصميم:

• ضبط التيار:قم بتشغيل الباعث عند 20 مللي أمبير باستخدام مقاوم على التوالي للحصول على خرج ثابت وطويل العمر.
• المحاذاة:توفر زاوية الرؤية 75 درجة بعض التسامح لسوء المحاذاة الميكانيكية.
• مناعة ضد الضوء المحيط:نظرًا لأنه يستخدم ضوء 850 نانومتر معدلًا، يمكن جعل النظام مقاومًا لتشويش الضوء المحيط عن طريق إضافة دائرة تضمين/فك تضمين بسيطة أو استخدام كاشف بمرشح ضوء النهار.
• اللحام:اتبع ملف تعريف إعادة التدفق الموصى به لضمان اتصالات موثوقة على PCB دون الإضرار بالمكون.

10. مبدأ التشغيل

يعمل الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) على مبدأ الإضاءة الكهربائية في مادة شبه موصلة. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع p-n، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق طاقة. في LED للأشعة تحت الحمراء، يتم هندسة فجوة النطاق شبه الموصلة بحيث تتوافق هذه الطاقة المُطلقة مع فوتون في طيف الأشعة تحت الحمراء (حوالي 850 نانومتر لهذا الجهاز). يتم إصدار الفوتونات المتولدة كضوء. تعمل وظيفة الكاشف، إذا كانت قابلة للتطبيق في مكون مقترن، بشكل عكسي: تقوم فوتونات الأشعة تحت الحمراء الساقطة ذات الطاقة الكافية بإنشاء أزواج إلكترون-ثقب في شبه موصل الصمام الثنائي الضوئي، مما يولد تيارًا ضوئيًا قابلًا للقياس عند الانحياز العكسي.

11. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر مجال الإلكترونيات الضوئية في التطور. تشمل الاتجاهات ذات الصلة بمكونات مثل LTE-C216R-14:

• زيادة التكامل:التحرك نحو دمج الباعث، والكاشف، والمنطق التحكمي (مثل مشغل معدل ومكيف الإشارة) في عبوة واحدة لتصميم نظام أبسط.
• كفاءة أعلى:تطوير مواد وهياكل شبه موصلة تحول المزيد من المدخلات الكهربائية إلى خرج بصري، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة.
• التصغير:بينما تعتبر عبوة 1206 قياسية، هناك دفعة نحو مقاسات قاعدة أصغر (مثل 0805، 0603) لتوفير مساحة PCB في الأجهزة الأكثر إحكاما.
• موثوقية محسنة:تحسينات في مواد وعمليات التغليف لتحمل درجات حرارة إعادة تدفق أعلى وظروف بيئية أقسى، مما يطيل عمر المنتج.
• الاستشعار الذكي:دمج ذكاء أساسي على مستوى المكون، مثل إلغاء ضوء المحيط أو الخرج الرقمي، لتبسيط الواجهة مع المتحكمات الدقيقة.

تهدف هذه الاتجاهات إلى تزويد المصممين بلبنات بناء أكثر قدرة وموثوقية وسهولة في الاستخدام للجيل القادم من المنتجات الإلكترونية.