ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء IR95-21C/TR7 - 1.9 مم دائري SMD - 1.2 فولت - 940 نانومتر - 130 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد IR95-21C/TR7 صمامًا ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء من نوع جهاز السطح المثبت الدقيق للغاية (SMD). وهو مُحاط بغلاف مضغوط مزدوج النهاية مع عدسة علوية كروية مصنوعة من بلاستيك شفاف. تم تصميم هذا الجهاز خصيصًا لمطابقة الطيف مع الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون، مما يجعله مصدرًا مثاليًا لتطبيقات الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء المتنوعة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم هذا المكون عدة مزايا رئيسية تشمل حجمًا صغيرًا جدًا، وموثوقية عالية، وتشغيلًا بجهد أمامي منخفض. تشمل أسواقه الرئيسية الإلكترونيات الاستهلاكية، والأتمتة الصناعية، ومعدات السلامة حيث يكون انبعاث الأشعة تحت الحمراء الموثوق به مطلوبًا في مساحة محدودة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يتم تعريف أداء IR95-21C/TR7 من خلال خصائصه الكهربائية والبصرية والحرارية تحت ظروف محددة.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل المستمر.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 65 مللي أمبير
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -25°م إلى +85°م
• درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°م إلى +85°م
• تبديد الطاقة (P_d): 130 ميغاواط (عند درجة حرارة محيط 25°م أو أقل)
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260°م لمدة ≤ 5 ثوانٍ

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a=25°م)

يتم قياس هذه المعلمات عند تيار اختبار قياسي قدره 20 مللي أمبير وتمثل الأداء النموذجي للجهاز.

• الشدة الإشعاعية (I_e): 3.0 ميغاواط/ستراديان (الحد الأدنى)، 5.0 ميغاواط/ستراديان (النموذجي)
• الطول الموجي الذروة (λ_p): 940 نانومتر (النموذجي)
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): 45 نانومتر (النموذجي)
• الجهد الأمامي (V_F): 1.2 فولت (النموذجي)، 1.5 فولت (الحد الأقصى)
• التيار العكسي (I_R): 10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 25° (النموذجي)

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة تعتبر بالغة الأهمية لمهندسي التصميم.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة حرارة المحيط

يُظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة حرارة المحيط فوق 25°م. يُعد الإدارة الحرارية المناسبة ضرورية للبقاء ضمن منطقة التشغيل الآمنة.

3.2 التوزيع الطيفي

يتركز منحنى الإخراج الطيفي حول الطول الموجي الذروة النموذجي البالغ 940 نانومتر بعرض نطاق يبلغ حوالي 45 نانومتر. يتطابق هذا جيدًا مع ذروة حساسية الكواشف الضوئية السيليكونية الشائعة.

3.3 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين تيار القيادة والإخراج البصري. تزداد الشدة الإشعاعية مع التيار ولكن يجب على المصممين مراعاة الكفاءة وتوليد الحرارة.

3.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

يُظهر منحنى التيار-الجهد الخاصية الأسية للثنائي. يبلغ الجهد الأمامي النموذجي 1.2 فولت عند 20 مللي أمبير، وهو منخفض نسبيًا، مما يساعد في تصميم دوائر الطاقة المنخفضة.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يحدد هذا الرسم القطبي نمط الانبعاث المكاني لصمام LED. تشير زاوية الرؤية البالغة 25° إلى شعاع موجه بشكل معتدل، وهو مفيد لتطبيقات الاستشعار المستهدفة.

4. معلومات الميكانيكية والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يتميز IR95-21C/TR7 بجسم دائري مقاس 1.9 مم مع أطراف "جناح النورس" للتثبيت السطحي. تشمل الأبعاد الرئيسية قطر الجسم، والارتفاع الإجمالي، وتباعد الأطراف. جميع الأبعاد الحرجة لها تسامح ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يوفر تصميم طرف جناح النورس استقرارًا ميكانيكيًا جيدًا أثناء وبعد عملية اللحام.

4.2 تحديد القطبية

يُشار إلى الكاثود عادةً بواسطة علامة مرئية مثل شق، أو حافة مسطحة، أو طرف أقصر على العبوة. استشر الرسم التفصيلي للعبوة لمعرفة طريقة التعريف المحددة المستخدمة على هذا المكون.

5. إرشادات اللحام والتجميع

يُعد التعامل السليم أمرًا بالغ الأهمية لمكونات SMD لضمان الموثوقية.

5.1 التخزين والحساسية للرطوبة

هذا الجهاز حساس للرطوبة. يجب تخزينه في كيسه الأصلي المضاد للرطوبة عند ≤ 30°م و ≤ 90% رطوبة نسبية قبل الفتح. بعد الفتح، يجب تخزينه عند ≤ 30°م و ≤ 60% رطوبة نسبية واستخدامه خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز هذه الشروط، يلزم معالجة بالخبز عند 60 ± 5°م لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

5.2 منحنى لحام إعادة التدفق

تحدد ورقة البيانات منحنى درجة حرارة اللحام الخالي من الرصاص. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين. أثناء التسخين، لا ينبغي تطبيق إجهاد ميكانيكي على جسم صمام LED، ولا ينبغي أن ينحني لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام.

5.3 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب استخدام مكواة لحام بدرجة حرارة طرف<350°م وقدرة ≤ 25 واط. يجب أن يكون وقت التلامس لكل طرف ≤ 3 ثوانٍ. لا يُنصح بشدة بإعادة العمل. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، لمنع الإجهاد الحراري على الجسم الإيبوكسي.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 الشريط الحامل

يتم توريد المكونات على شريط حامل بارز للتجميع الآلي. الكمية القياسية المحملة هي 1000 قطعة لكل بكرة. يتم توفير أبعاد الشريط والبكرة التفصيلية لتوافق المغذي.

6.2 مواصفات الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات أساسية تشمل رقم الجزء (P/N)، ورقم إنتاج العميل (CPN)، والكمية (QTY)، والرتبة (CAT)، والطول الموجي الذروة (HUE)، والمرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.).

7. اقتراحات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو كمصدر للأشعة تحت الحمراء مقترن بكاشف ضوئي سيليكوني. من الضروري تمامًا وجود مقاومة محددة للتيار على التوالي مع صمام LED. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام الصيغة: R = (V_supply- V_F) / I_F. نظرًا لأن V_Fمنخفض (~1.2 فولت)، حتى الزيادات الصغيرة في جهد التغذية يمكن أن تسبب تيارات عالية مفاجئة، مما يستلزم حساب المقاومة بدقة أو استخدام محرك تيار ثابت للتطبيقات الحرجة.

7.2 اعتبارات التصميم

• المحاذاة البصرية: تتطلب زاوية الرؤية البالغة 25° محاذاة ميكانيكية دقيقة مع مستشعر الاستقبال للحصول على قوة إشارة مثالية.
• الإدارة الحرارية: على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، يجب أن يتجنب تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة وضع المكونات المولدة للحرارة بالقرب، خاصة إذا كان التشغيل عند درجات حرارة محيط عالية أو بالقرب من الحد الأقصى للتيار.
• الضوضاء الكهربائية: في دوائر الاستشعار التناظرية الحساسة، ضع في اعتبارك التدريع أو الترشيح لمنع تيار قيادة صمام LED النبضي من إدخال ضوضاء.

8. المقارنة التقنية والتمييز

يتميز IR95-21C/TR7 من خلال مزيجه من عبوة دائرية مضغوطة للغاية مقاس 1.9 مم، وأطراف على شكل جناح النورس للحام قوي، وإخراج طيفي مطابق تمامًا للكواشف السيليكونية. مقارنة بصمامات LED تحت الحمراء ذات الثقب المار الأكبر حجمًا، فإنه يوفر مساحة كبيرة على اللوحة. مقارنة بعبوات SMD الأخرى، قد تقدم العدسة الكروية وزاوية الرؤية المحددة اقترانًا بصريًا أفضل لتصميمات أجهزة استشعار الحاجز أو القرب.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

9.1 ماذا يحدث إذا تجاوزت تيار 65 مللي أمبير الأمامي؟

يمكن أن يؤدي تجاوز التقييم الأقصى المطلق للتيار الأمامي إلى فشل كارثي فوري بسبب ارتفاع درجة حرارة التقاطع شبه الموصل، أو تقليل موثوقية الجهاز على المدى الطويل وإخراجه الضوئي بشكل كبير.

9.2 هل يمكنني استخدام هذا للتشغيل المستمر؟

نعم، ولكن يجب عليك التأكد من أن نقطة التشغيل (I_F, T_a) تقع ضمن منطقة التشغيل الآمنة المحددة بواسطة منحنى تبديد الطاقة الأقصى. عند 25°م، أقصى طاقة مستمرة هي 130 ميغاواط. عند درجات حرارة محيط أعلى، يجب تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار.

9.3 لماذا يعتبر وقت التخزين والاستخدام بعد الفتح بالغ الأهمية؟

يمكن لمادة تغليف الإيبوكسي امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يسبب انفصالًا داخليًا، أو تشققًا، أو ظاهرة "الفرقعة"، مما يدمر المكون. تتحكم شروط التخزين المحددة وعمر الأرضية في هذا الخطر.

10. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم مستشعر وجود ورق مضغوط في طابعة.يعد IR95-21C/TR7 خيارًا ممتازًا. يسمح حجمه الصغير بتلاؤمه مع التجميعات الميكانيكية الضيقة. سيقوم المصمم بإقرانه بترانزستور ضوئي يوضع على بعد بضعة ملليمترات، مما يخلق مستشعرًا من نوع النقل. سيقوم متحكم دقيق بنبض صمام LED بتيار 20 مللي أمبير (باستخدام مقاومة متسلسلة مناسبة) وقراءة إخراج الترانزستور الضوئي. الطول الموجي 940 نانومتر غير مرئي ولن يتعارض مع تجربة المستخدم. توفر أطراف جناح النورس وصلة لحام قوية مقاومة للاهتزاز داخل آلية الطابعة. يُعد الالتزام الصارم بمنحنى إعادة التدفق وإجراءات التعامل مع الرطوبة أمرًا ضروريًا لتحقيق عائد تصنيعي عالٍ.

11. مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو ثنائي تقاطع شبه موصل من النوع p-n. عند انحيازه أماميًا، تتحد الإلكترونات من المنطقة n مع الفجوات من المنطقة p في المنطقة النشطة. تُطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات. تحدد المادة المحددة المستخدمة (زرنيخيد الغاليوم الألومنيوم - GaAlAs في هذه الحالة) طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي للضوء المنبعث، هنا في طيف الأشعة تحت الحمراء حول 940 نانومتر.

12. اتجاهات الصناعة

يستمر اتجاه الإلكترونيات الضوئية نحو التصغير، وكفاءة أعلى، والتكامل. حلت العبوات من نوع SMD مثل هذه إلى حد كبير محل مكونات الثقب المار في التجميع الآلي. قد تشمل التطورات المستقبلية عبوات أصغر حجمًا على مستوى الشريحة (CSP)، ودوائر قيادة متكاملة داخل العبوة، ومكونات مصممة لتعديل عالي السرعة لتطبيقات اتصالات البيانات. هناك أيضًا تركيز مستمر على تحسين الموثوقية وتبسيط عمليات التجميع، مثل تقليل مستويات الحساسية للرطوبة.