ورقة بيانات LED من نوع SMD - IRR15-22C/L491/TR8 - عبوة 3.0x1.6x1.1 مم - جهد أمامي 1.3 فولت (أشعة تحت حمراء)/1.9 فولت (أحمر) - طاقة 100 مللي واط (أشعة تحت حمراء)/130 مللي واط (أحمر) - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد IRR15-22C/L491/TR8 جهازًا ثنائي الإصدار من نوع Surface-Mount Device (SMD) يجمع بين ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء (IR) وثنائي باعث للضوء الأحمر داخل عبوة علوية مسطحة صغيرة الحجم واحدة. الجهاز مُغلف ببلاستيك شفاف تمامًا، مما يسمح بنقل ضوئي فعال لكلا الطولين الموجيين. تتمثل إحدى الميزات التصميمية الرئيسية في التطابق الطيفي لباعث الأشعة تحت الحمراء مع الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون، مما يحسن أدائه لتطبيقات الاستشعار والكشف. يلتزم المنتج بالمعايير البيئية الحديثة، حيث أنه خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع RoHS، ومتوافق مع EU REACH، وخالٍ من الهالوجين.

1.1 الميزات والمزايا الأساسية

• الجهد الأمامي المنخفض:يضمن كفاءة طاقة أعلى وتقليل استهلاك الطاقة في الدائرة الكهربائية.
• التطابق الطيفي:تم تصميم ناتج ثنائي الأشعة تحت الحمراء خصيصًا لمطابقة منحنى الاستجابة لأجهزة الكشف الضوئية القائمة على السيليكون، مما يعزز نسبة الإشارة إلى الضوضاء في أنظمة الاستشعار البصرية.
• الإصدار المزدوج:يجمع بين وظائف الأشعة تحت الحمراء (للاستشعار، التحكم عن بعد) والضوء الأحمر (لإشارة الحالة، الشاشات البسيطة) في مساحة مضغوطة واحدة، مما يوفر مساحة على اللوحة.
• الامتثال البيئي:يلبي متطلبات الخلو من الرصاص، وRoHS، وREACH، والخلو من الهالوجين، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من الأسواق العالمية والتصاميم الواعية بيئيًا.
• عبوة SMD صغيرة الحجم:العبوة العلوية المسطحة (3.0 مم × 1.6 مم × 1.1 مم) مثالية للتجميع الآلي وتصاميم لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يستهدف هذا المكون بشكل أساسي التطبيقات التي تتطلب مصادر ضوئية موثوقة ومنخفضة الطاقة للاستشعار والإشارة. تطبيقه الأساسي هو فيأنظمة الأشعة تحت الحمراء التطبيقية، والتي تشمل على سبيل المثال لا الحصر:

• أجهزة استشعار القرب والوجود
• أنظمة كشف الأشياء والعد
• المشفرات البصرية
• المفاتيح والواجهات التي تعمل بدون لمس
• روابط نقل بيانات بسيطة (مثل مستقبلات التحكم عن بعد)
• الأجهزة التي تحتاج إلى ضوء مؤشر أحمر بجانب وظيفة الأشعة تحت الحمراء

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

• التيار الأمامي المستمر (I_F):50 مللي أمبير لكل من شريحة الأشعة تحت الحمراء والشريحة الحمراء. تجاوز هذا التيار سيسبب تسخينًا مفرطًا وتدهورًا سريعًا.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يتحمل LED جهدًا عكسيًا محدودًا؛ يجب أن يمنع تصميم الدائرة المناسب ظروف الانحياز العكسي.
• تبديد الطاقة (P_c):100 مللي واط لشريحة الأشعة تحت الحمراء و130 مللي واط للشريحة الحمراء عند درجة حرارة هواء حر تبلغ 25°م أو أقل. هذه المعلمة حاسمة لإدارة الحرارة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -25°م إلى +85°م (التشغيل)، من -40°م إلى +100°م (التخزين).
• درجة حرارة اللحام:260°م كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ، متوافقة مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص النموذجية.

2.2 الخصائص الكهروضوئية (Ta=25°م)

هذه هي معلمات الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الشدة الإشعاعية (I_E):تُقاس بوحدة مللي واط/ستراديان (mW/sr). القيم النموذجية هي 2.1 مللي واط/ستراديان (الأشعة تحت الحمراء) و2.3 مللي واط/ستراديان (الأحمر) عند I_F=20 مللي أمبير. يشير هذا إلى الطاقة الضوئية المنبعثة في زاوية صلبة محددة.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):940 نانومتر للأشعة تحت الحمراء (نموذجي) و660 نانومتر للأحمر (نموذجي). الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء مثالي لأجهزة الكشف الضوئية المصنوعة من السيليكون، والتي تتمتع بحساسية ذروية حول 900-1000 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):حوالي 30 نانومتر للأشعة تحت الحمراء و20 نانومتر للأحمر، مما يحدد نقاء الطيف للضوء المنبعث.
• الجهد الأمامي (V_F):القيم النموذجية هي 1.30 فولت للأشعة تحت الحمراء و1.90 فولت للأحمر عند I_F=20 مللي أمبير. تتمتع الشريحة الحمراء بجهد أمامي أعلى V_Fبسبب اختلاف مادة أشباه الموصلات (AlGaInP مقابل GaAlAs).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة. زاوية الرؤية الواسعة هذه هي سمة مميزة للعبوة العلوية الشفافة تمامًا والخالية من العدسات، مما يوفر نمط انبعاث واسع.

3. تحليل منحنيات الأداء

3.1 خصائص شريحة الأشعة تحت الحمراء (IR)

توفر المنحنيات المقدمة لشريحة الأشعة تحت الحمراء رؤى تصميمية حاسمة:

• التوزيع الطيفي:يظهر المنحنى ذروة حادة عند 940 نانومتر مع عرض كامل عند نصف أقصى (FWHM) يبلغ حوالي 30 نانومتر، مما يؤكد التطابق الطيفي الجيد مع كاشفات السيليكون.
• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):هذا المنحنى الأسي ضروري لاختيار المقاوم المحدد للتيار. يؤدي التغيير الصغير في الجهد إلى تغيير كبير في التيار، مما يؤكد الحاجة إلى محرك تيار ثابت أو مقاوم متسلسل محسوب جيدًا.
• الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي:يوضح أن الشدة الإشعاعية تزداد خطيًا مع التيار حتى الحد الأقصى المسموح به، مما يسمح بتعديل السطوع عبر التحكم في التيار.
• التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح متطلبات تخفيض التصنيف. ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة لمنع تجاوز حد تبديد الطاقة.

3.2 خصائص الشريحة الحمراء

تتبع منحنيات الشريحة الحمراء مبادئ مماثلة ولكن مع اختلافات خاصة بالمادة:

• التوزيع الطيفي:مركزه عند 660 نانومتر (أحمر عميق) بعرض نطاق أضيق (~20 نانومتر)، مما ينتج عنه لون أحمر مشبع.
• منحنى I-V، الشدة مقابل التيار، وتخفيض التصنيف الحراري:هذه المنحنيات مماثلة لمنحنيات شريحة الأشعة تحت الحمراء ولكن بقيم مختلفة للجهد وتبديد الطاقة، كما هو موضح في جداول القيم القصوى المطلقة والخصائص الكهروضوئية.

3.3 الخصائص الزاوية

يوضح منحنىالتيار الضوئي النسبي مقابل الإزاحة الزاوية(على الأرجح من كاشف مقترن) نمط الانبعاث المكاني. تؤدي زاوية الرؤية البالغة 120 درجة إلى توزيع يشبه لامبرت حيث تكون الشدة أعلى عند 0° (عمودي على سطح الانبعاث) وتنخفض إلى النصف عند ±60°. هذا مهم لتصميم المسارات البصرية وضمان قوة إشارة كافية عند المستقبل.

4. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

4.1 أبعاد العبوة

يأتي الجهاز في عبوة SMD صغيرة الحجم. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر) حجم جسم يبلغ حوالي 3.0 × 1.6، بارتفاع 1.1. عادةً ما يتم تحديد الكاثود بواسطة علامة أو شق على العبوة. يظهر الرسم البعدي توصيات تباعد الأطراف ونمط اللحام لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة، وهي أمور بالغة الأهمية للحام موثوق واستقرار ميكانيكي.

4.2 تحديد القطبية

الاتصال الصحيح للقطبية أمر حيوي. يظهر مخطط العبوة في ورقة البيانات أطراف الأنود والكاثود. تطبيق قطبية عكسية تتجاوز تصنيف الجهد العكسي البالغ 5 فولت يمكن أن يتلف وصلة الثنائي على الفور.

5. إرشادات اللحام والتجميع والتعامل

5.1 احتياطات حرجة

• الحماية من التيار الزائد:مقاوم محدد للتيار خارجي هوإلزامي. يعني منحنى I-V الحاد أن حتى زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب تيارًا مدمرًا.
• التخزين والحساسية للرطوبة:الجهاز حساس للرطوبة (MSL). يجب تخزينه في كيسه الأصلي المضاد للرطوبة مع مجفف. بعد الفتح، يجب استخدامه خلال 168 ساعة (7 أيام) ما لم يتم إعادة تجفيفه (60°م لمدة 24 ساعة).

5.2 ظروف اللحام

• لحام إعادة التدفق:يوصى بملف درجة حرارة خالٍ من الرصاص، بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260°م كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ. لا ينبغي إجراء إعادة التدفق أكثر من مرتين.
• اللحام اليدوي:إذا لزم الأمر، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف <350°م، وطبق الحرارة على كل طرف لمدة <3 ثوانٍ، واستخدم مكواة منخفضة الطاقة (<25 واط). اسمح بالتبريد بين الوصلات.
• الإصلاح:غير موصى به. إذا كان لا مفر منه، استخدم مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي على وصلات اللحام.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات التعبئة

يتم توريد الأجهزة على شريط ناقل بارز ملفوف على بكرات. الكمية القياسية للتعبئة هي 2000 قطعة لكل بكرة. تضمن أبعاد الشريط الناقل التوافق مع معدات التقاط ووضع SMD القياسية.

6.2 الملصق وإمكانية التتبع

تتضمن التعبئة ملصقات على الكيس المضاد للرطوبة والبكرة. تحتوي هذه الملصقات على معلومات تتبع مثل رقم الجزء (P/N)، رقم الدفعة (LOT No.)، الكمية (QTY)، ومكان الإنتاج. هذا أمر أساسي لمراقبة الجودة وإدارة سلسلة التوريد.

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تصميم الدائرة

عند تصميم دائرة التشغيل:

1. احسب المقاوم المتسلسل (R_s):استخدم الصيغة R_s= (V_المصدر- V_F) / I_F. استخدم أقصى قيمة V_Fمن ورقة البيانات لضمان تيار كافٍ تحت جميع الظروف. على سبيل المثال، لـ LED الأحمر عند 20 مللي أمبير مع مصدر 5 فولت: R_s= (5V - 2.5V) / 0.02A = 125Ω. استخدم القيمة القياسية التالية (مثل 130Ω أو 150Ω).
2. فكر في PWM للتعتيم:للتحكم في الشدة، استخدم تعديل عرض النبضة (PWM) بدلاً من تقليل التيار التناظري، لأنه يحافظ على لون ثابت (للأحمر) وطول موجي.
3. إدارة الحرارة:تأكد من أن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة يوفر مساحة نحاسية كافية لتبديد الحرارة، خاصة إذا كان التشغيل بالقرب من أقصى تيار أو في درجات حرارة محيطة مرتفعة.

7.2 التصميم البصري

• للاستشعار (الأشعة تحت الحمراء):قم بمحاذاة باعث الأشعة تحت الحمراء وجهاز الكشف الضوئي بصريًا. استخدم الفتحات أو العدسات أو أدلة الضوء لتحديد مجال الاستشعار ومنع تداخل الضوء المحيط. قد تتطلب الزاوية الواسعة البالغة 120° استخدام حاجب لإنشاء شعاع أكثر توجيهًا للاستشعار بعيد المدى.
• للتشوير (الأحمر):توفر العدسة الشفافة تمامًا والزاوية الواسعة رؤية جيدة. فكر في استخدام موزع ضوء إذا كان مؤشرًا أكثر نعومة وتوحيدًا مطلوبًا.

8. المقارنة التقنية والتمييز

يتمثل التمييز الأساسي لـ IRR15-22C/L491/TR8 في تصميمهثنائي الطول الموجي، عبوة واحدة. مقارنة باستخدام LED منفصلين، فإنه يوفر:

• توفير المساحة:يقلل بصمة لوحة الدوائر المطبوعة بنسبة 50%.
• تبسيط التجميع:عملية التقاط ووضع واحدة بدلاً من اثنتين.
• الكفاءة من حيث التكلفة:تكلفة إجمالية أقل محتملة للمكونات والتجميع.
• أداء محسن للأشعة تحت الحمراء:تم اختيار شريحة GaAlAs ذات 940 نانومتر خصيصًا للحصول على أداء مثالي مع كاشفات السيليكون، مما قد يوفر حساسية ونطاقًا أفضل مقارنة بـ LEDs للأشعة تحت الحمراء العامة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

9.1 هل يمكنني تشغيل LEDs الأشعة تحت الحمراء والحمراء في وقت واحد؟

نعم، ولكن يجب تشغيلهما بواسطة دوائر تحديد تيار منفصلة (مقاومات أو مشغلات). يشتركان في عبوة مشتركة ولكن لهما شرائح أشباه موصلات واتصالات كهربائية مستقلة.

9.2 لماذا يعتبر المقاوم المحدد للتيار ضروريًا تمامًا؟

تعمل LEDs كأجهزة تعمل بالتيار. يتمتع جهدها الأمامي بمعامل درجة حرارة سالب ويختلف من وحدة إلى أخرى. سيؤدي مصدر جهد بدون مقاوم متسلسل إلى تدفق تيار غير منضبط، مما يؤدي إلى هروب حراري فوري وتلف.

9.3 ما هو العمر الافتراضي النموذجي لهذا LED؟

يُعرَّف عمر LED عادةً كنقطة يتحلل فيها الناتج الضوئي إلى 50% من قيمته الأولية (L70/L50). على الرغم من عدم ذكر ذلك صراحةً في ورقة البيانات هذه، فإن LEDs من نوع SMD التي تعمل بشكل صحيح (ضمن التصنيفات، مع إدارة حرارية جيدة) غالبًا ما يكون لها عمر افتراضي يتجاوز 50,000 ساعة.

9.4 كيف أفسر قيمة الشدة الإشعاعية (mW/sr) لتصميم جهاز الاستشعار الخاص بي؟

تصف الشدة الإشعاعية الطاقة الضوئية لكل زاوية صلبة. لتقدير الطاقة (بالملي واط) التي يستقبلها الكاشف، تحتاج إلى معرفة المساحة النشطة للكاشف ومسافته/زاويته من LED. يساعد منحنى الإزاحة الزاوية في هذا الحساب للمحاذاة خارج المحور.

10. مثال تطبيقي عملي

10.1 مستشعر قرب بسيط

السيناريو:اكتشف عندما يقترب جسم على مسافة 5 سم من جهاز.
التنفيذ:قم بتركيب IRR15-22C/L491/TR8 على لوحة دوائر مطبوعة. شغل باعث الأشعة تحت الحمراء بتيار ثابت 20 مللي أمبير (باستخدام مقاوم محسوب من مصدر 3.3 فولت). ضع ترانزستورًا ضوئيًا من السيليكون مقابلها، مع حاجز صغير بينهما لمنع الاقتران الضوئي المباشر. عندما يدخل جسم إلى الفجوة، فإنه يعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء من الباعث إلى الكاشف. يزداد تيار الخرج للكاشف، والذي يمكن تحويله إلى جهد بواسطة مقاوم حمل وقراءته بواسطة محول ADC أو مقارن في المتحكم الدقيق. يمكن توصيل LED الأحمر بدبوس GPIO لتوفير مؤشر مرئي "نشط الكشف" أو "جسم موجود".

11. مبدأ التشغيل

ثنائيات الإضاءة (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات من نوع وصلة p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في منطقة الوصلة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات. يستخدم IRR15-22C/L491/TR8GaAlAs (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد)لباعث الأشعة تحت الحمراء (940 نانومتر) وAlGaInP (ألومنيوم غاليوم إنديوم فوسفيد)لباعث الضوء الأحمر (660 نانومتر). تغلف عدسة الإيبوكسي الشفافة تمامًا الشريحة، وتوفر حماية ميكانيكية، وتشكل نمط خرج الضوء.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يتبع تطوير LEDs من نوع SMD مثل هذا عدة اتجاهات رئيسية في الصناعة:

• التصغير:التقليل المستمر في حجم العبوة (مثل من 0603 إلى 0402 إلى 0201) لتمكين منتجات نهائية أصغر.
• عبوات متعددة الشرائح (MCPs):دمج شرائح LED متعددة (ألوان مختلفة أو نفس اللون) في عبوة واحدة لإخراج أعلى، أو خلط ألوان، أو وظائف متعددة، كما هو الحال في هذا الجهاز ثنائي الطول الموجي.
• كفاءة أعلى:التحسينات المستمرة في الكفاءة الكمومية الداخلية (IQE) وكفاءة استخراج الضوء تؤدي إلى شدة إشعاعية أعلى لنفس تيار الإدخال، مما يحسن ميزانيات طاقة النظام.
• موثوقية محسنة:التقدم في مواد التغليف (الإيبوكسي، السيليكون) وتقنيات تثبيت الرقاقة يحسن الأداء تحت درجات الحرارة والرطوبة العالية، مما يطيل العمر التشغيلي.
• التكامل الذكي:الاتجاه المتزايد هو دمج دوائر التحكم (المشغلات، أجهزة الاستشعار) داخل عبوة LED، مما يخلق وحدات "LED ذكية" تُبسط تصميم النظام.