ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD BR15-22C/L586/R/TR8 - عبوة 3.2x1.6x1.1 مم - جهد 1.3-2.6 فولت - قدرة 100-125 ملي واط - تحت الأحمر 905 نانومتر وأحمر 660 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

ثنائي باعث الضوء BR15-22C/L586/R/TR8 هو جهاز ثنائي باعث للضوء ذو باعثين مزدوجين (SMD) يجمع بين ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IR) وآخر أحمر داخل عبوة علوية مسطحة مصغرة واحدة. الجهاز مغلف ببلاستيك شفاف تماماً، مما يسمح بنقل ضوئي فعال. الميزة التصميمية الرئيسية هي ناتجه الطيفي، المصمم خصيصاً ليتطابق مع حساسية الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون، مما يجعله مصدراً مثالياً لأنظمة الاستشعار والكشف البصري.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون جهداً أمامياً منخفضاً، مما يساهم في كفاءة طاقة أعلى في تصميمات الدوائر. يتم تصنيعه ليكون خالياً من الرصاص (Pb-free) ويتوافق مع اللوائح البيئية الرئيسية بما في ذلك RoHS، وEU REACH، ومعايير الخلو من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون)، مما يضمن ملاءمته للتصنيع الإلكتروني الحديث الواعي بيئياً.

السوق والتطبيق الرئيسي المستهدف هو أنظمة التطبيقات تحت الحمراء، مثل أجهزة استشعار القرب، وكشف الأجسام، والمشفرات، والواجهات الكهروضوئية الأخرى حيث يكون الانبعاث الضوئي الموثوق والمطابق أمراً بالغ الأهمية.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

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

• التيار الأمامي المستمر (IF): 50 مللي أمبير لكل من شريحة IR والشريحة الحمراء.
• الجهد العكسي (VR): 5 فولت. تجاوز هذا يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• درجة حرارة التشغيل (Topr): من -40°C إلى +85°C. هذا يحدد نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق.
• درجة حرارة التخزين (Tstg): من -40°C إلى +100°C.
• درجة حرارة اللحام (Tsol): 260°C كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ، وهو أمر بالغ الأهمية لعمليات تجميع إعادة التدفق.
• تبديد الطاقة (Pc): 100 ملي واط لباعث IR و125 ملي واط لباعث الأحمر عند درجة حرارة هواء حر 25°C أو أقل. هذه المعلمة حاسمة لتصميم إدارة الحرارة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25°C، وتوفر السلوك المتوقع تحت ظروف التشغيل العادية.

• الشدة الإشعاعية (IE): بالنسبة لباعث IR (BR)، القيمة النموذجية هي 0.50 ملي واط/ستراديان عند IF=20mA. بالنسبة لباعث الأحمر، فهي 1.50 ملي واط/ستراديان عند نفس التيار. يقيس هذا القدرة البصرية المنبعثة لكل زاوية صلبة.
• الطول الموجي الذروي (λp): يبلغ ذروة باعث IR عند 905 نانومتر، بينما يبلغ ذروة باعث الأحمر عند 660 نانومتر. هذا يحدد اللون السائد للضوء المنبعث.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): حوالي 30 نانومتر لكلا الباعثين، مما يشير إلى انتشار الأطوال الموجية حول الذروة.
• الجهد الأمامي (VF): شريحة IR لها VF نموذجي بقيمة 1.30V (بحد أقصى 1.80V)، وشريحة الأحمر لها VF نموذجي بقيمة 1.80V (بحد أقصى 2.60V) عند IF=20mA. انخفاض VF هو ميزة رئيسية لكفاءة الطاقة.
• التيار العكسي (IR): بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5V لكلا الشريحتين، مما يشير إلى تيار التسرب في حالة الإيقاف.
• زاوية الرؤية (2θ1/2): 140 درجة. زاوية الرؤية الواسعة هذه هي سمة للعبوة العلوية غير المجهزة بعدسة، مما يوفر انبعاثاً واسعاً.

3. تحليل منحنيات الأداء

3.1 خصائص باعث الأشعة تحت الحمراء (905 نانومتر)

توضح الرسوم البيانية المقدمة العلاقة بين المعلمات الرئيسية لشريحة IR. يظهر منحنىالشدة الإشعاعية مقابل التيار الأماميزيادة شبه خطية في الناتج البصري مع التيار حتى الحد الأقصى المسموح به. يوضح منحنىالتيار الأمامي مقابل الجهد الأماميالعلاقة الأسية IV للثنائي، وهي أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار. يؤكد رسمالتوزيع الطيفيالذروة عند 905 نانومتر مع عرض النطاق المحدد. منحنىالتيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطةأساسي لفهم متطلبات تخفيض التصنيف؛ مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر لمنع ارتفاع درجة الحرارة.

3.2 خصائص باعث الأحمر (660 نانومتر)

يتم توفير منحنيات مماثلة لباعث الأحمر. تجدر الإشارة إلى أن الشدة الإشعاعية أعلى لتيار معين مقارنة بباعث IR. يظهر الرسم الطيفي ذروة حادة عند 660 نانومتر ضمن الطيف الأحمر المرئي. تتبع الخصائص الكهربائية (منحنى IV) نفس قانون الثنائي ولكن بجهد أمامي نموذجي أعلى.

3.3 الخصائص الزاوية

يتم الإشارة إلى رسم بياني بعنوانالتيار الضوئي النسبي مقابل الإزاحة الزاوية. هذا المنحنى حيوي لتصميم التطبيق، حيث يوضح كيف تتغير الشدة التي يدركها الكاشف مع الزاوية بين LED والكاشف. يتم تعريف زاوية الرؤية البالغة 140 درجة على أنها الزاوية التي تنخفض فيها الشدة إلى نصف قيمتها على المحور.

4. معلومات الميكانيكا والتعبئة

4.1 أبعاد العبوة

يأتي الجهاز في عبوة SMD مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر) طول الجسم حوالي 3.2، وعرض 1.6، وارتفاع 1.1. تحدد الرسومات التفصيلية تخطيط الوسادة، ومخطط المكون، والتفاوتات المسموح بها (عادة ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك)، وهي أمور بالغة الأهمية لتصميم بصمة PCB.

4.2 تحديد القطبية

تتضمن العبوة علامات أو تصميم وسادة محدد (غالباً زاوية مشطوفة أو نقطة) للإشارة إلى الكاثود. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع لمنع تلف الانحياز العكسي.

4.3 مواصفات الشريط الحامل والبكرة

يتم توريد المنتج على شريط وبكرة للتجميع الآلي. يتم تحديد أبعاد الشريط الحامل، حيث تحتوي البكرة القياسية على 2000 قطعة. هذه المعلومات ضرورية لإعداد آلات الالتقاط والوضع.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 التخزين والتعامل

ثنائيات LED حساسة للرطوبة. تشمل الاحتياطات: الحفاظ على كيس مقاومة الرطوبة المغلق دون فتح حتى الاستخدام؛ تخزين الأكياس غير المفتوحة عند ≤30°C/90% رطوبة نسبية واستخدامها خلال عام واحد؛ بعد الفتح، التخزين عند ≤30°C/60% رطوبة نسبية واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز وقت التخزين، يلزم معالجة بالخبز عند 60±5°C لمدة 24 ساعة على الأقل.

5.2 لحام إعادة التدفق

يوصى بملف درجة حرارة لحام خالٍ من الرصاص. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين لتجنب الإجهاد الحراري. أثناء التسخين، لا ينبغي تطبيق أي إجهاد ميكانيكي على جسم LED. يجب ألا يتشوه PCB بعد اللحام.

5.3 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف أقل من 350°C، وطبق الحرارة على كل طرف لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، واستخدم مكواة بقدرة 25 واط أو أقل. اسمح بفترة تبريد تزيد عن ثانيتين بين لحام كل طرف.

5.4 إعادة العمل والإصلاح

لا يُنصح بالإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، مما يقلل من الإجهاد الحراري عبر العبوة. يجب تقييم احتمالية تلف خصائص LED مسبقاً.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 دوائر التطبيق النموذجية

قاعدة التصميم الأكثر أهمية هيالحماية من التيار الزائد. المقاوم المحدد للتيار الخارجي إلزامي. بسبب الخاصية الأسية IV للثنائي، يمكن أن تسبب زيادة صغيرة في الجهد زيادة كبيرة ومدمرة في التيار. يجب حساب قيمة المقاوم بناءً على جهد الإمداد (Vs)، والتيار الأمامي المطلوب (If)، وجهد LED الأمامي (Vf) باستخدام الصيغة: R = (Vs - Vf) / If. هناك حاجة إلى مقاومات منفصلة إذا كان سيتم تشغيل باعثي IR والأحمر بشكل مستقل.

6.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، إلا أن تخطيط PCB المناسب يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية متصلة بالوسائد الحرارية (إن وجدت) أو أطراف الجهاز. التزم بإرشادات تخفيض التصنيف للطاقة التي تشير إليها القيم القصوى - التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية يتطلب تقليل التيار الأمامي.

6.3 التصميم البصري

استخدم زاوية الرؤية الواسعة البالغة 140 درجة للتطبيقات التي تتطلب تغطية واسعة. للاستشعار بعيد المدى أو أكثر توجيهاً، قد تكون هناك حاجة إلى عدسات أو عواكس خارجية. العدسة الشفافة تماماً مناسبة للتطبيقات حيث يكون نمط انبعاث الشريحة الدقيق مطلوباً دون ترشيح للألوان.

7. المقارنة التقنية والتمييز

يكمن التمييز الأساسي لـ BR15-22C/L586/R/TR8 فيقدرته ثنائية الطول الموجيداخل عبوة SMD مدمجة واحدة. هذا يوفر مساحة على اللوحة مقارنة باستخدام ثنائيي LED منفصلين. تم تحسينمطابقته الطيفية لكواشف السيليكون، مما يحسن بشكل محتمل نسبة الإشارة إلى الضوضاء في تطبيقات الاستشعار. يوفرالجهد الأمامي المنخفض، خاصةً لباعث IR، ميزة كفاءة. يجعل الامتثال للمعايير البيئية الصارمة (RoHS، REACH، الخالي من الهالوجين) المنتج مناسباً لمجموعة واسعة من الأسواق العالمية.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل ثنائيي LED تحت الأحمر والأحمر في وقت واحد بأقصى تيار لكل منهما وهو 50 مللي أمبير؟

ج: لا. القيمة القصوى المطلقة للتيار الأمامي المستمر هي 50 مللي أمبير لكل شريحة. تشغيل كليهما عند 50 مللي أمبير في وقت واحد من المحتمل أن يتجاوز حدود تبديد الطاقة الإجمالية للعبوة (Pc) ويسبب ارتفاع درجة الحرارة. يجب تخفيض تصنيف تيارات التشغيل بناءً على الطاقة الإجمالية وظروف الحرارة.

س: لماذا يعتبر المقاوم المحدد للتيار ضرورياً تماماً؟

ج: LED هو جهاز يعمل بالتيار. يتغير جهد الأمامي قليلاً مع التيار ودرجة الحرارة. توصيله مباشرة بمصدر جهد (حتى المنظم) سيتسبب في ارتفاع التيار بشكل لا يمكن السيطرة عليه حتى يفشل الجهاز، حيث لا توجد مقاومة داخلية لتحديده. يوفر المقاوم تياراً مستقراً وقابلاً للتنبؤ.

س: ماذا يعني \"مطابق طيفياً للكاشف الضوئي السيليكوني\"؟

ج: الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية السيليكونية لها منحنى استجابة طيفي محدد؛ فهي أكثر حساسية لأطوال موجية معينة (عادة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة والحمراء). تم اختيار الأطوال الموجية الذروية لهذا LED (905 نانومتر IR و660 نانومتر أحمر) لتقع ضمن مناطق الحساسية العالية لهذه الكواشف، مما يزيد إلى أقصى حد الإشارة الكهربائية الناتجة لقدرة بصرية معينة.

س: كيف أفسر \"زاوية الرؤية\" البالغة 140 درجة؟

ج: هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف (50٪) من قيمتها عند القياس مباشرة على المحور (0 درجة). لذا، يكون الانبعاث قابلاً للاستخدام بشكل فعال داخل مخروط واسع جداً بزاوية ±70 درجة من المركز.

9. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم مستشعر قرب لجهاز محمول

يمكن استخدام BR15-22C/L586/R/TR8 في مستشعر قرب للكشف عندما يكون جسم ما (مثل أذن المستخدم أثناء المكالمة) قريباً من الهاتف. يتم تشغيل باعث IR (905 نانومتر) بنبضات. يكتشف ثنائي ضوئي سيليكوني قريب ضوء IR المنعكس. لا يتم استخدام باعث الأحمر في هذا الوضع المحدد ولكن يمكن استخدامه لوظائف أخرى مثل مؤشر الحالة. تشمل خطوات التصميم: 1) حساب المقاوم المحدد للتيار لـ IR LED بناءً على جهد خرج IC السائق والتيار النبضي المطلوب (مثلاً 20mA لشدة جيدة). 2) وضع LED والثنائي الضوئي على PCB مع حاجز بصري بينهما لمنع التداخل المباشر. 3) اتبع ملف درجة حرارة لحام إعادة التدفق بدقة لتجنب إتلاف العبوة الحساسة للرطوبة. 4) تنفيذ البرنامج الثابت الذي ينبض LED ويقرأ إشارة الثنائي الضوئي، باستخدام عتبة لتحديد حالة \"قريب\" أو \"بعيد\".

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

ثنائيات باعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات من المنطقة من النوع n مع الفجوات من المنطقة من النوع p. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات المستخدمة. يستخدم باعث IR زرنيخيد الغاليوم الألومنيوم (GaAlAs)، الذي له فجوة نطاق تتوافق مع ضوء الأشعة تحت الحمراء 905 نانومتر. يستخدم باعث الأحمر فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم (AlGaInP)، الذي ينتج ضوءاً أحمر 660 نانومتر. تغلف عدسة الإيبوكسي الشفافة تماماً الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل نمط إخراج الضوء.

11. الاتجاهات والسياق التكنولوجي

يتم دفع تطوير ثنائيات LED من نوع SMD مثل BR15-22C/L586/R/TR8 من خلال اتجاهات التصغير، والأتمتة، وتعدد الوظائف في الإلكترونيات. يعكس الانتقال إلى التصنيع الخالي من الرصاص والهالوجين الدفع العالمي نحو مكونات مستدامة بيئياً. في تطبيقات الاستشعار، هناك طلب مستمر على كفاءة أعلى (مزيد من الناتج الضوئي لكل واط كهربائي) ومطابقة طيفية أكثر إحكاماً لتحسين أداء النظام وتقليل استهلاك الطاقة. يعد دمج أطوال موجية أو وظائف متعددة في عبوات واحدة خطوة منطقية لتوفير المساحة والتكلفة في الأجهزة المعقدة بشكل متزايد. علاوة على ذلك، تهدف التحسينات في مواد وتصميم العبوة إلى تعزيز الموثوقية تحت الإجهاد الحراري والتعرض للرطوبة، وهي أمور بالغة الأهمية للتطبيقات السيارية والصناعية والاستهلاكية.