ورقة بيانات ثنائي الإصدار الضوئي IRR60-48C/TR8 - الحجم 6.0x4.8x1.1 مم - الجهد 1.4-2.1 فولت - الطاقة 50-70 ملي واط - الطول الموجي المزدوج 660 نانومتر/905 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد IRR60-48C/TR8 ثنائي إصدار ضوئي تحت الأحمر صغير الحجم من نوع الجهاز السطحي المركب (SMD). وهو مكون ثنائي اللون يتميز بوجود شريحتين شبه موصلتين متميزتين داخل غلاف واحد: واحدة تُصدر ضوءًا بطول موجي 660 نانومتر (أحمر، مادة AlGaInP) والأخرى تُصدر ضوءًا بطول موجي 905 نانومتر (تحت الأحمر، مادة AlGaAs). تم تغليف الجهاز داخل غلاف بلاستيكي شفاف تمامًا مع عدسة ذات قمة مسطحة، مصمم ليكون متوافقًا مع أنظمة التجميع الآلي "pick-and-place" وعمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الطور البخاري.

الهدف التصميمي الأساسي لهذا المكون هو المطابقة الطيفية مع كواشف الضوء القائمة على السيليكون مثل الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية. هذه الخاصية تجعله مناسبًا بشكل خاص لتطبيقات الاستشعار التي تتطلب اقترانًا ضوئيًا دقيقًا. يلتزم الجهاز بالمعايير البيئية الحديثة، حيث أنه خالٍ من الهالوجين ومتوافق مع لوائح RoHS وEU REACH.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 30 مللي أمبير لكلا الطولين الموجيين. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP): 150 مللي أمبير. تنطبق هذه القيمة فقط تحت ظروف النبض بعرض نبضة ≤10 ميكروثانية ودورة عمل ≤1%.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• تبديد الطاقة (P_d): 70 ملي واط لشريحة 660 نانومتر و 50 ملي واط لشريحة 905 نانومتر، مقاسة عند أو أقل من درجة حرارة محيطة 25°مئوية. يعكس هذا الاختلاف الكفاءة النموذجية والخصائص الحرارية لمواد أشباه الموصلات المختلفة.
• المقاومة الحرارية، من الوصلة إلى المحيط (R_θj-a): 550 كلفن/واط. تشير هذه المعلمة إلى مدى فعالية نقل الحرارة من وصلة أشباه الموصلات إلى البيئة المحيطة. تشير القيمة الأقل إلى تبديد حراري أفضل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين: من -25°مئوية إلى +85°مئوية.
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260°مئوية كحد أقصى لمدة لا تتجاوز 5 ثوانٍ، وهي نموذجية لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة عند 25°مئوية مع تيار أمامي قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• الشدة الإشعاعية (I_E): هذه هي الطاقة الضوئية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان). بالنسبة لشريحة 660 نانومتر (الأحمر)، القيمة النموذجية هي 2.3 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى 1.0). بالنسبة لشريحة 905 نانومتر (تحت الأحمر)، القيمة النموذجية هي 1.0 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى 0.5).
• إجمالي الطاقة المشعة (P_o): إجمالي الطاقة الضوئية المنبعثة في جميع الاتجاهات. القيم النموذجية هي 7.0 ملي واط للأحمر و 3.0 ملي واط للأشعة تحت الحمراء.
• الطول الموجي الذروي (λ_p): الطول الموجي الذي تكون فيه الإشعاعات المنبعثة أقوى. تتمركز شريحة الأحمر عند 660 نانومتر (نطاق 657-663 نانومتر). تتمركز شريحة الأشعة تحت الحمراء عند 905 نانومتر (نطاق 895-915 نانومتر).
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): عرض طيف الانبعاث عند نصف أقصى شدته (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM). القيم النموذجية هي 20 نانومتر للأحمر و 60 نانومتر للأشعة تحت الحمراء. النطاق الترددي الأوسع لشريحة الأشعة تحت الحمراء هو سمة مميزة لمواد AlGaAs.
• الجهد الأمامي (V_F): انخفاض الجهد عبر الثنائي عند التوصيل. تتطلب شريحة الأحمر عادةً 2.10 فولت (نطاق 1.80-2.50 فولت). تتطلب شريحة الأشعة تحت الحمراء عادةً 1.40 فولت (نطاق 1.10-1.60 فولت). هذا الاختلاف حاسم في تصميم الدائرة، خاصة عند تشغيل كلتا الشريحتين من مصدر مشترك.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2): الانتشار الزاوي حيث تكون الشدة الإشعاعية على الأقل نصف قيمتها القصوى. تتمتع شريحة الأحمر بزاوية مشاهدة نموذجية تبلغ 140 درجة، بينما تتمتع شريحة الأشعة تحت الحمراء بزاوية 130 درجة. تساهم العدسة ذات القمة المسطحة في هذه الزاوية الواسعة للمشاهدة.

3. تحليل منحنى الأداء

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

تُظهر منحنيات التخفيض أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به يتناقص مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. هذا اعتبار تصميمي بالغ الأهمية لمنع الانفلات الحراري. تتبع منحنيات كل من شريحة الأحمر والأشعة تحت الحمراء منحدرًا سلبيًا مشابهًا، مما يؤكد على الحاجة إلى إدارة حرارية كافية في البيئات عالية الحرارة أو التطبيقات عالية التيار.

3.2 التوزيع الطيفي

تُظهر الرسوم البيانية الطيفية الشدة الإشعاعية النسبية عبر الأطوال الموجية. يُظهر انبعاث الأحمر 660 نانومتر ذروة حادة وضيقة مميزة لمواد AlGaInP. يُظهر انبعاث الأشعة تحت الحمراء 905 نانومتر توزيعًا أوسع يشبه غاوسي نموذجي لـ AlGaAs. هذه النقاء الطيفي (للأحمر) وعرض النطاق الترددي (للأشعة تحت الحمراء) هما مفتاح تصميم نظام الاستشعار، مما يؤثر على اختيار المرشح ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.

3.3 الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

تُظهر هذه الرسوم البيانية علاقة شبه خطية بين تيار القيادة والإخراج الضوئي لكلتا الشريحتين ضمن نطاق التشغيل القياسي. يبسط هذا الخطي التحكم في الإخراج الضوئي في تطبيقات التعديل التناظري. يختلف ميل الخط (الكفاءة) بين الطولين الموجيين.

3.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

تُظهر منحنيات I-V العلاقة الأسية النموذجية للثنائيات. جهد التشغيل مرئي بوضوح ويختلف بين الشريحتين (أعلى للأحمر). تم قياس المنحنيات تحت ظروف النبض (نبضة 100 ميكروثانية، دورة عمل 1/100) لتقليل تأثيرات التسخين الذاتي، مما يوفر تمثيلًا دقيقًا لخصائص الوصلة.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

تمثل هذه الرسوم البيانية القطبية زاوية المشاهدة بصريًا. يكون توزيع الشدة تقريبًا لامبرتي (يشبه جيب التمام) لكلتا الشريحتين، مع كون الأحمر أوسع قليلاً. هذه المعلومات حيوية لتصميم الأنظمة البصرية لضمان تغطية إضاءة مناسبة أو محاذاة مع كاشف.

4. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يتم إيواء الجهاز في غلاف SMD مضغوط بقياس 6.0 مم طولاً، و 4.8 مم عرضاً، و 1.1 مم ارتفاعاً. يوفر رسم مخطط الغلاف الأبعاد الحرجة لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة، بما في ذلك حجم الوسادة، والموضع، ومناطق الاستبعاد. يتميز المكون بهيكل بلاستيكي مصبوب شفاف تمامًا مع قمة مسطحة، تعمل كعدسة. يُشار إلى القطبية بواسطة علامة على الغلاف ويجب مراعاتها أثناء التركيب لضمان التشغيل الكهربائي الصحيح.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 اللحام بإعادة التدفق

المكون متوافق مع ملفات تعريف اللحام بإعادة التدفق الخالية من الرصاص بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260°مئوية. من الأهمية بمكان الالتزام بملف درجة الحرارة-الزمن الموصى به لتجنب الصدمة الحرارية أو تلف الغلاف البلاستيكي. لا ينبغي إجراء اللحام بإعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز. يجب تجنب الضغط على جسم الصمام الثنائي الباعث للضوء أثناء التسخين والتواء لوحة الدوائر بعد اللحام.

5.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا للإصلاح، فمطلوب الحذر الشديد. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°مئوية، ولا يجب أن تتجاوز مدة التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يُوصى باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط). يجب ترك فاصل زمني لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف. يُقترح استخدام مكواة لحام برأس مزدوج للإزالة لتقليل الإجهاد الحراري، ولكن يجب التحقق مسبقًا من تأثيرها على خصائص الجهاز.

5.3 التخزين والحساسية للرطوبة

الجهاز حساس للرطوبة. تشمل الاحتياطات:

• لا تفتح الكيس المقاوم للرطوبة حتى تصبح جاهزًا للاستخدام.
• قم بتخزين الأكياس غير المفتوحة عند ≤30°مئوية و ≤90% رطوبة نسبية. استخدم خلال عام واحد.
• بعد الفتح، قم بالتخزين عند ≤30°مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. استخدم خلال 24 ساعة.
• إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى دخول الرطوبة، فإنه يلزم معالجة بالخبز عند 60±5°مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل قبل إعادة التدفق.

6. معلومات التغليف والطلب

يتم توريد الجهاز على شريط ناقل بارز للمناولة الآلية. يحتوي البكرة القياسية على 1000 قطعة. يتم تحديد أبعاد الشريط الناقل لضمان التوافق مع أنظمة التغذية القياسية. يتكون التغليف المقاوم للرطوبة من كيس رقائق ألومنيوم يحتوي على مجفف وبطاقة مؤشر رطوبة. يتضمن ملصق الكيس حقولًا لرقم جزء العميل (CPN)، ورقم الإنتاج (P/N)، والكمية، ورموز الرتبة (CAT, HUE)، والمرجع، ورقم الدفعة، وبلد المنشأ.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• أجهزة الاستشعار البصرية: تتيح الأطوال الموجية المزدوجة الاستخدام في أجهزة الاستشعار العاكسة أو الناقلة للكشف عن الأشياء، أو العد، أو استشعار الموضع. غالبًا ما يُستخدم الطول الموجي 905 نانومتر حيث يكون الضوء المرئي غير مرغوب فيه، بينما يمكن أن يعمل الأحمر 660 نانومتر كمؤشر مرئي أو لاستشعار ضوئي محدد.
• قياس التأكسج النبضي الطبي: الأطوال الموجية 660 نانومتر و 905 نانومتر (أو 940 نانومتر) هي معيارية في أجهزة قياس التأكسج النبضي لقياس تشبع الأكسجين في الدم (SpO2). المطابقة الطيفية للجهاز مع كواشف السيليكون ضرورية لهذا التطبيق.
• الأتمتة الصناعية: يُستخدم في المشفرات البصرية، وأنظمة كشف الحواف، وستائر الأمان.

7.2 اعتبارات التصميم

• الحد من التيار: المقاوم المتسلسل الخارجي إلزامي للتشغيل من مصدر جهد. يعني المنحدر الحاد لمنحنى I-V أن تغييرًا صغيرًا في الجهد يسبب تغييرًا كبيرًا في التيار، مما يمكن أن يدمر الصمام الثنائي الباعث للضوء على الفور.
• الإدارة الحرارية:** المقاومة الحرارية المحددة (550 كلفن/واط) مرتفعة نسبيًا. للتشغيل المستمر عند تيارات عالية أو في بيئات دافئة، يُوصى بتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة بمساحة نحاسية كافية لتبديد الحرارة للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود.
• التصميم البصري: قد تتطلب زاوية المشاهدة الواسعة بصريات ثانوية (عدسات، فتحات) لجعل الضوء متوازيًا أو تركيزه لمهام استشعار محددة. العدسة الشفافة مناسبة للتطبيقات التي لا يكون فيها نمط الانبعاث الدقيق بالغ الأهمية أو حيث تُستخدم بصريات خارجية.
• دوائر القيادة: يجب مراعاة جهود التشغيل الأمامية المختلفة للشريحتين إذا كان سيتم تشغيلهما بشكل مستقل أو مضاعفة. تُفضل مشغلات التيار الثابت على مشغلات الجهد الثابت للحصول على إخراج ضوئي مستقر.

8. المقارنة الفنية والتمييز

يتمثل التمييز الأساسي لـ IRR60-48C/TR8 في تصميمه أحادي الغلاف ثنائي الطول الموجي. مقارنة باستخدام صمامين ثنائيين باعثين للضوء SMD منفصلين، يقدم هذا مزايا كبيرة:

• توفير المساحة: يقلل بصمة لوحة الدوائر المطبوعة بنسبة 50%.
• تبسيط التجميع: مكون واحد فقط لوضعه، مما يحسن إنتاجية التصنيع ويقلل تكلفة التركيب.
• تحسين المحاذاة: تقع نقطتا الانبعاث في نفس الموقع داخل نفس الغلاف، مما يضمن محاذاة مكانية مثالية للتطبيقات التي تتطلب أن يضيء كلا الطولين الموجيين نفس النقطة. هذا أمر بالغ الأهمية في أجهزة مثل مقاييس التأكسج النبضي.
• توافق المواد: يوفر استخدام AlGaInP للأحمر كفاءة أعلى ونقاء طيفي أفضل مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP، بينما توفر شريحة الأشعة تحت الحمراء AlGaAs إخراجًا قويًا في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: هل يمكنني تشغيل شريحتي الصمام الثنائي الباعث للضوء في وقت واحد عند أقصى تيار مستمر لكل منهما وهو 30 مللي أمبير؟

ج: لا. يجب مراعاة إجمالي تبديد الطاقة. من المحتمل أن يتجاوز التشغيل المتزامن عند 30 مللي أمبير قدرة التبديد الحراري للغلاف، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة. التخفيض بناءً على درجة الحرارة المحيطة ودورات العمل الخاصة بالتطبيق ضروري.

س: لماذا تكون الشدة الإشعاعية لشريحة الأشعة تحت الحمراء أقل من شريحة الأحمر عند نفس التيار؟

ج: هذا يرجع في المقام الأول إلى الاختلاف في حساسية العين (القياس الضوئي مقابل القياس الإشعاعي) والكفاءة التحويلية الجوهرية لمواد أشباه الموصلات المختلفة (AlGaAs مقابل AlGaInP) عند أطوالها الموجية الخاصة. يوفر مقياس إجمالي الطاقة المشعة مقارنة أفضل لإجمالي الإخراج الضوئي.

س: تُظهر ورقة البيانات درجة حرارة لحام تبلغ 260°مئوية، لكن ملف إعادة التدفق الخاص بي يصل ذروته عند 245°مئوية. هل هذا مقبول؟

ج: نعم، درجة الحرارة القصوى البالغة 245°مئوية مقبولة وقد تكون أفضل لأنها تعرض المكون لإجهاد حراري أقل، بشرط أن يكون الوقت فوق نقطة الانصهار (TAL) كافيًا لتكوين وصلة لحام مناسبة.

س: ما مدى أهمية نافذة الاستخدام خلال 24 ساعة بعد الفتح؟

ج: إنها بالغة الأهمية للحصول على لحام بإعادة التدفق موثوق. يمكن أن تتبخر الرطوبة الممتصة في الغلاف البلاستيكي أثناء إعادة التدفق، مما يسبب انفصالًا داخليًا، أو تشققًا (ظاهرة "الفشار")، أو تلفًا في سلك الربط. الالتزام بهذا الإرشاد ضروري للحصول على عائد مرتفع في التصنيع.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مستشعر عاكس للأشياء

في تطبيق نموذجي للكشف عن جسم أبيض على حزام ناقل أسود، سيتم إقران IRR60-48C/TR8 بترانزستور ضوئي من السيليكون. ستُستخدم شريحة الأشعة تحت الحمراء 905 نانومتر للاستشعار الأساسي لتجنب التداخل من الضوء المرئي المحيط. سيقوم مصدر تيار ثابت مضبوط على 20 مللي أمبير بتشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء. ينعكس الضوء عن الجسم ويتم اكتشافه بواسطة الترانزستور الضوئي، الذي يتم تكييف إشارة خرجته بواسطة دائرة مضخم/مقارن. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة 130 درجة لشريحة الأشعة تحت الحمراء مجال كشف سخي، مما يقلل من متطلبات دقة المحاذاة. يجب على المصمم تضمين مقاومة للحد من التيار إذا كان يستخدم مصدر جهد، وضمان أن يوفر تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة بعض الراحة الحرارية، واتباع إجراءات التعامل مع الرطوبة الصارمة قبل أن تخضع اللوحة لللحام بإعادة التدفق.

11. مبدأ التشغيل

يعتمد انبعاث الضوء في IRR60-48C/TR8 على الإضاءة الكهربائية في مواد أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق للشريحة، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات حيث تتحد. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات: AlGaInP لـ 660 نانومتر (أحمر) و AlGaAs لـ 905 نانومتر (تحت الأحمر). يقوم غلاف الإيبوكسي الشفاف بتغليف الشريحة، ويوفر الحماية الميكانيكية، ويعمل سطحه العلوي المشكل كعدسة أولية للتحكم في نمط الانبعاث.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يتبع تطوير صمامات ثنائية باعثة للضوء SMD مثل IRR60-48C/TR8 عدة اتجاهات صناعية:

• التصغير: الاستمرار في تقليل حجم الغلاف (مثلًا من 0603 إلى 0402) لتمكين تجميعات إلكترونية أكثر كثافة.
• تكامل الشرائح المتعددة: دمج أطوال موجية متعددة أو حتى أنواع مختلفة من الأجهزة (صمامات ثنائية باعثة للضوء وثنائيات ضوئية) في أغلفة واحدة للحصول على وحدات استشعار أكثر ذكاءً وأكثر إحكاما.
• زيادة الكفاءة: التحسينات المستمرة في الكفاءة الكمومية الداخلية واستخراج الضوء من مادة أشباه الموصلات والغلاف، مما يؤدي إلى إخراج ضوئي أعلى لنفس المدخلات الكهربائية.
• تعزيز الموثوقية: التقدم في مواد وعمليات التغليف لتحمل درجات حرارة إعادة تدفق أعلى، وظروف بيئية أقسى، وتوفير عمر تشغيلي أطول.
• التوحيد القياسي: اعتماد أوسع للبصمات والخصائص البصرية الموحدة لتحسين قابلية التبادل وتبسيط التصميم للمهندسين.

تقود هذه الاتجاهات تطور المكونات نحو حلول أصغر حجمًا وأكثر ذكاءً وكفاءة وموثوقية لمجموعة متوسعة من التطبيقات الكهروضوئية.