ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر 0402 SMD - الحجم 1.0x0.5x0.5 مم - جهد التشغيل 1.5 فولت - الطول الموجي القياسي 940 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر مصغر عالي الموثوقية للتركيب السطحي. الجهاز مُغلف في حزمة 0402 مضغوطة، مصنوعة من الإيبوكسي الشفاف، ومطابق طيفيًا مع الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية السيليكونية، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات الاستشعار.

1.1 المزايا الأساسية

• موثوقية عالية:مصمم لأداء ثابت في التطبيقات المتطلبة.
• حجم مصغر:تسمح حزمة 0402 ثنائية الطرف بالتركيب بكثافة عالية على لوحة الدوائر المطبوعة.
• توافق مع عمليات التصنيع:مناسب لكل من عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري.
• الامتثال البيئي:المنتج خالي من الرصاص، متوافق مع RoHS، متوافق مع REACH التابع للاتحاد الأوروبي، ويستوفي معايير خالية من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

1.2 التطبيقات المستهدفة

• مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المثبتة على لوحة الدوائر المطبوعة
• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء التي تتطلب طاقة إخراج عالية
• الماسحات الضوئية
• أنظمة تطبيقات الأشعة تحت الحمراء المتنوعة

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

المعلمة	الرمز	التصنيف	الوحدة	ملاحظات
تيار التشغيل المستمر	IF	50	مللي أمبير
الجهد العكسي	VR	5	V
درجة حرارة التشغيل	Topr	-40 إلى +100	°C
درجة حرارة التخزين	Tstg	-40 إلى +100	°C
درجة حرارة اللحام	Tsol	260	°C	وقت اللحام ≤ 5 ثوانٍ.
تبديد الطاقة (Ta=25°C)	Pd	100	مللي واط

2.2 الخصائص الكهروضوئية (Ta=25°C)

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (IF=20mA ما لم يُذكر خلاف ذلك).

المعلمة	الرمز	Min.	Typ.	Max.	الوحدة	الشرط
الشدة الإشعاعية	Ie	0.5	2.35	--	mW/sr	IF=20mA
الطول الموجي القياسي	λp	--	940	--	نانومتر	IF=20mA
عرض النطاق الطيفي (FWHM)	Δλ	--	45	--	نانومتر	IF=20mA
جهد التشغيل	VF	--	1.5	1.9	V	IF=20mA
التيار العكسي	IR	--	--	10	ميكرو أمبير	VR=5V
زاوية الرؤية (نصف الزاوية)	2θ1/2	--	120	--	درجة	IF=20mA

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة أساسية لمهندسي التصميم.

3.1 تيار التشغيل مقابل جهد التشغيل (منحنى IV)

يظهر المنحنى العلاقة الأسية بين تيار التشغيل (IF) وجهد التشغيل (VF). عند نقطة التشغيل النموذجية 20mA، يكون جهد التشغيل حوالي 1.5 فولت. يجب على المصممين استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي لمنع تجاوز الحد الأقصى لتيار التشغيل، حيث أن حتى زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تؤدي إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار.

3.2 تيار التشغيل مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح منحنى التخفيض هذا كيف ينخفض الحد الأقصى المسموح به لتيار التشغيل المستمر مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. يمكن للجهاز التعامل مع تياره المقنن بالكامل حتى حوالي 25°C. بعد ذلك، يجب تقليل التيار الأقصى خطيًا إلى الصفر عند درجة حرارة التقاطع القصوى (المستنتجة من حد التشغيل 100°C). هذا أمر بالغ الأهمية لضمان الموثوقية طويلة الأمد في البيئات عالية الحرارة.

3.3 التوزيع الطيفي

يؤكد رسم الإخراج الطيفي على الطول الموجي القياسي للانبعاث عند 940 نانومتر مع عرض نطاق طيفي نموذجي (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى) يبلغ 45 نانومتر. هذا الطول الموجي قريب من الأمثل لكاشفات الضوء السيليكونية، والتي تتمتع بحساسية عالية في هذه المنطقة، مما يزيد من نسبة الإشارة إلى الضوضاء في تطبيقات الاستشعار.

3.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل تيار التشغيل

يظهر هذا المنحنى أن الإخراج الإشعاعي شبه خطي مع تيار التشغيل في نطاق التشغيل النموذجي (حتى حوالي 40-50mA). هذه العلاقة المتوقعة تبسط تصميم النظام البصري.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يصور الرسم القطبي نمط الانبعاث، المميز بنصف زاوية واسع 120 درجة. يوفر هذا حزمة أشعة تحت حمراء عريضة ومنتشرة، مثالية للتطبيقات التي تتطلب تغطية واسعة النطاق أو استشعار القرب حيث لا يكون المحاذاة حرجة.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد الحزمة (0402)

يتوافق الجهاز مع البصمة القياسية 0402 (إمبراطوري) / 1005 (متري). تشمل الأبعاد الرئيسية طول الجسم حوالي 1.0 مم، وعرض 0.5 مم، وارتفاع 0.5 مم. يتم توفير أبعاد الأطراف والتباعد لتصميم نمط اللحام على لوحة الدوائر المطبوعة. جميع التفاوتات الأبعاد هي عادة ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.2 تحديد القطبية

الحزمة ثنائية الطرف. عادة ما يتم الإشارة إلى القطبية بواسطة علامة على جانب الكاثود (-) أو بواسطة هيكل شريحة داخلي مرئي من خلال العدسة الشفافة. يجب الرجوع إلى رسم ورقة البيانات لمخطط العلامات الدقيق.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 التخزين والحساسية للرطوبة

الجهاز حساس للرطوبة. يجب اتخاذ احتياطات لمنع "انفشار" أو انفصال الطبقات أثناء إعادة التدفق:

• قم بالتخزين في الكيس الأصلي المضاد للرطوبة عند ≤30°C / ≤90% رطوبة نسبية.
• استخدم خلال سنة واحدة من الشحن.
• بعد فتح الكيس، قم بالتخزين عند ≤30°C / ≤60% رطوبة نسبية واستخدم خلال 168 ساعة (7 أيام).
• إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى الرطوبة، قم بالتجفيف عند 60±5°C لمدة لا تقل عن 24 ساعة قبل الاستخدام.

5.2 ملف درجة حرارة اللحام بإعادة التدفق

يتم توفير ملف درجة حرارة موصى به لإعادة التدفق خالي من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• منطقة التسخين المسبق والنقع.
معدل الارتفاع الأقصى لدرجة الحرارة.
• يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الجسم القصوى 260°C.
• الوقت فوق نقطة الانصهار (مثل 217°C).
• معدل التبريد.

يجب ألا يتم إجراء اللحام بإعادة التدفق أكثر من مرتين.

5.3 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف <350°C.
• حدد قوة المكواة إلى 25 واط أو أقل.
• يجب أن يكون وقت التلامس لكل طرف ≤3 ثوانٍ.
• اسمح بفاصل زمني لا يقل عن 2 ثانية بين لحام كل طرف.

يتم تثبيط إعادة العمل بشدة. إذا كان لا مفر منه، يجب استخدام مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي على الحزمة. يجب التحقق مسبقًا من تأثير إعادة العمل على خصائص الجهاز.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز على شريط حامل بارز ملفوف على بكرات. تحتوي البكرة القياسية على 3000 قطعة. يتم توفير أبعاد الشريط الحامل التفصيلية (حجم الجيب، المسافة، عرض الشريط) ومواصفات البكرة لإعداد آلة الاختيار والوضع الآلية.

6.2 إجراءات التعبئة

يتم تعبئة البكرات في أكياس حاجزة للرطوبة من الألومنيوم مختومة مع مجفف وبطاقة مؤشر رطوبة للحفاظ على ظروف التخزين الجافة.

6.3 معلومات الملصق

يتضمن ملصق العبوة معلومات حرجة للتتبع والتحقق:

• CPN (رقم جزء العميل)
• P/N (رقم جزء الشركة المصنعة: IR16-213C/L510/TR8)
• QTY (الكمية)
• CAT (كود التصنيف/الرتبة)
• HUE (الطول الموجي القياسي)
• LOT No. (رقم دفعة التصنيع)
• بلد المنشأ

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تصميم دائرة القيادة

أهم جانب في التصميم هو تحديد التيار. LED هو جهاز يعمل بالتيار. يجب حساب مقاومة على التوالي (R_s) بناءً على جهد التغذية (V_cc)، وتيار التشغيل المطلوب (I_F)، وجهد تشغيل LED (V_F): R_s= (V_cc- V_F) / I_F. لتغذية 5 فولت وتيار مستهدف 20mA: R_s≈ (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. سيكون المقاوم القياسي 180Ω مناسبًا. تحقق دائمًا من التيار الفعلي في أسوأ حالة V_F(min) للتأكد من أنه لا يتجاوز الحدود القصوى.

7.2 إدارة الحرارة

بينما تتمتع حزمة 0402 بكتلة حرارية محدودة، يجب الانتباه إلى تبديد الطاقة، خاصة في التطبيقات عالية التيار أو درجة الحرارة المحيطة. تأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة توفر مساحة نحاسية كافية حول نقاط اللحام لتعمل كمشتت حراري واتبع إرشادات تخفيض التيار مع درجة الحرارة.

7.3 التصميم البصري

زاوية الرؤية الواسعة 120 درجة تجعل هذا LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة. للحزم بعيدة المدى أو أكثر توجيهًا، قد تكون البصريات الثانوية (العدسات) مطلوبة. تضمن العدسة الشفافة الحد الأدنى من امتصاص الضوء تحت الأحمر المنبعث.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بثنائيات الأشعة تحت الحمراء الأخرى، يوفر جهاز 0402 هذا توازنًا رئيسيًا:

• مقارنة بالحزم الأكبر (مثل 5 مم):بصمة أصغر بكثير وارتفاع أقل، مما يتيح التصغير. عادة ما يكون لديه إخراج طاقة إشعاعية إجمالي أقل ولكن ملاءمة أعلى للمصفوفات أو التنسيق الكثيف.
• مقارنة بثنائيات الأشعة تحت الحمراء SMD الأخرى (مثل 0603):تسمح حزمة 0402 بأعلى كثافة ممكنة للمكونات على لوحة الدوائر المطبوعة، وهي ميزة حرجة في الإلكترونيات الحديثة المقيدة بالمساحة مثل أجهزة التحكم عن بعد فائقة الصغر أو أجهزة الاستشعار.
• مقارنة بالأجهزة غير المتوافقة:الامتثال الكامل لمعايير RoHS وREACH وخالية من الهالوجين هو شرط إلزامي لمعظم المنتجات التجارية والصناعية اليوم، مما يبسط سلسلة التوريد وشهادة المنتج النهائي.

9. الأسئلة المتكررة (FAQ)

9.1 ما هو الغرض من الطول الموجي 940 نانومتر؟

940 نانومتر في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة. إنه غير مرئي للعين البشرية ولكنه يتوافق جيدًا مع ذروة حساسية الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية السيليكونية غير المكلفة. كما أنه يتعرض لتداخل أقل من الضوء المرئي المحيط مقارنة بثنائيات LED الحمراء المرئية، مما يحسن سلامة الإشارة في تطبيقات الاستشعار.

9.2 لماذا مقاومة تحديد التيار ضرورية تمامًا؟

خاصية I-V لـ LED هي أسية. بعد جهد الركبة، تؤدي زيادة صغيرة في الجهد إلى زيادة كبيرة جدًا في التيار. بدون مقاومة على التوالي للتحكم في التيار، فإن توصيل LED مباشرة بمصدر جهد (حتى بطارية صغيرة) سيدفعه بالتأكيد إلى ما بعد الحد الأقصى لتصنيف التيار، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة الفوري والفشل.

9.3 هل يمكنني استخدام هذا لنقل البيانات (مثل أجهزة التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء)؟

نعم، هذا تطبيق أساسي. سرعة التبديل السريعة (المستنتجة من مادة GaAlAs) وتوافقها مع النبضات عالية التيار تجعله مناسبًا لنقل البيانات المعدلة في أجهزة التحكم عن بعد، وأنظمة رابطة البيانات بالأشعة تحت الحمراء (IrDA)، والعزل البصري.

9.4 كيف أفسر مواصفة "الشدة الإشعاعية"؟

الشدة الإشعاعية (I_e) بقيمة 2.35 mW/sr (نموذجي) تعني أن LED يبعث 2.35 ملي واط من الطاقة الضوئية لكل ستراديان (وحدة الزاوية الصلبة) على طول محوره المركزي. هذا مقياس لمدى "سطوع" مصدر الأشعة تحت الحمراء في اتجاهه الرئيسي. يمكن تقدير التدفق الإشعاعي الإجمالي (الطاقة بالمللي واط) بضرب الشدة في الزاوية الصلبة للحزمة.

10. مثال على التصميم وحالة الاستخدام

10.1 مستشعر القرب البسيط

تطبيق شائع هو مستشعر القرب القائم على الانعكاس. يتم وضع LED للأشعة تحت الحمراء بجوار ترانزستور ضوئي على لوحة دوائر مطبوعة. يدفع متحكم دقيق LED بتيار نابض (مثل نبضات 20mA). يكتشف الترانزستور الضوئي الضوء تحت الأحمر المنعكس عن جسم. ترتبط قوة الإشارة المكتشفة بمسافة الجسم وقدرته على عكس الضوء. تضمن زاوية الرؤية الواسعة لهذا LED تغطية جيدة لاكتشاف الأجسام التي قد لا تكون محاذاة تمامًا.

11. مبدأ التشغيل

ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند انحيازه للأمام، تتحد الإلكترونات من المنطقة n مع الفجوات من المنطقة p في المنطقة النشطة (شريحة GaAlAs). تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد للفوتونات المنبعثة (940 نانومتر في هذه الحالة) بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة المستخدمة. تغلف حزمة الإيبوكسي الشفافة الشريحة وتحميها مع السماح للضوء تحت الأحمر بالمرور بأقل فقد.

12. اتجاهات الصناعة

الاتجاه في الإلكترونيات الضوئية، كما في جميع الإلكترونيات، هو نحو التصغير، والتكامل الأعلى، والكفاءة المحسنة. تمثل حزمة 0402 الدفع المستمر للمكونات السلبية والنشطة الأصغر. قد تشمل التطورات المستقبلية:

• زيادة كثافة الطاقة:تحسين الفعالية الضوئية (إخراج الطاقة الإشعاعية لكل مدخل كهربائي) للشرائح الأصغر حجمًا باستمرار.
• حلول متكاملة:دمج باعث الأشعة تحت الحمراء، والسائق، والكاشف في وحدة أو حزمة واحدة لتبسيط التصميم وتحسين الأداء.
• أطوال موجية جديدة:تطوير باعثات بأطوال موجية أخرى للأشعة تحت الحمراء (مثل 850 نانومتر، 1050 نانومتر) لتطبيقات محددة مثل الأنظمة الآمنة للعين أو تحسينات أجهزة الاستشعار المختلفة.
• تغليف متقدم:استخدام مواد ذات موصلية حرارية أفضل لإدارة الحرارة في الأجهزة المصغرة عالية الطاقة.