ورقة بيانات ثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر HIR26-21C/L423/TR8 - عبوة دائرية 1.6 مم - جهد أمامي 1.45 فولت - طول موجي 850 نانومتر - شدة إشعاعية 16 ميلي واط/ستراديان - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

ثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر HIR26-21C/L423/TR8 هو ثنائي باعث عالي الأداء مصمم لتطبيقات تقنية التركيب السطحي (SMT). ينتمي هذا الجهاز إلى فئة ثنائيات الباعث الضوئي الدقيقة ذات العبوة العكسية، ويتميز بعامل شكل دائري مضغوط يبلغ 1.6 مم. وظيفته الأساسية هي إصدار ضوء تحت الأحمر عند طول موجة ذروة يبلغ 850 نانومتر، وهو متطابق بشكل مثالي مع الحساسية الطيفية للكاشفات الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون. وهذا يجعله مصدرًا مثاليًا لمجموعة واسعة من تطبيقات الاستشعار والإشارات التي تتطلب نقل ضوء غير مرئي.

تم تصنيع الـ LED باستخدام مادة زرنيخيد الغاليوم والألومنيوم (GaAlAs)، مغلفة براتنج بلاستيكي شفاف مع عدسة كروية. يضمن هذا التصميم استخراجًا فعالاً للضوء ونمط إشعاع متسق. الميزة الرئيسية لهذا المكون هي جهد الأمامي المنخفض، مما يساهم في تشغيل موفر للطاقة. علاوة على ذلك، فإن المنتج متوافق مع المعايير البيئية الخالية من الرصاص ومعايير RoHS، مما يتماشى مع متطلبات التصنيع الحديثة للحد من المواد الخطرة.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

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 (I_F): 65 مللي أمبير
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت
• تبديد القدرة (P_d) عند T_a≤ 25°م: 110 ميلي واط
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -40°م إلى +85°م
• درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°م إلى +85°م
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260°م (لفترة أقصاها 10 ثوانٍ أثناء إعادة التدفق)

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a= 25°م)

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل النموذجية، ويتم قياسها عند تيار أمامي قدره 20 مللي أمبير ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• الشدة الإشعاعية (I_e): 14.0 ميلي واط/ستراديان (الحد الأدنى)، 16.0 ميلي واط/ستراديان (النموذجي). يقيس هذا القدرة الضوئية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة، مما يشير إلى سطوع حزمة الأشعة تحت الحمراء.
• طول موجة الذروة (λ_p): 850 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي الذي تكون فيه قدرة الخرج الضوئية في أقصى حد، وهو مناسب تمامًا للمستقبلات القائمة على السيليكون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): 42 نانومتر (النموذجي). نطاق الأطوال الموجية المنبعثة، ومركزها حول طول موجة الذروة.
• الجهد الأمامي (V_F): 1.45 فولت (النموذجي)، 1.70 فولت (الحد الأقصى). انخفاض الجهد عبر الـ LED عند التشغيل بالتيار المحدد. القيمة النموذجية المنخفضة هي ميزة كفاءة كبيرة.
• التيار العكسي (I_R): 10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت. تيار التسرب الصغير عندما يكون الجهاز متحيزًا عكسيًا.
• زمن الصعود/الهبوط الضوئي (t_r/t_f): 25/15 نانوثانية (النموذجي)، 35/35 نانوثانية (الحد الأقصى) عند I_F=50 مللي أمبير. هذه الأوقات السريعة للتبديل تمكن من التشغيل النبضي عالي السرعة لنقل البيانات.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 20 درجة (النموذجي). الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الإشعاعية نصف الشدة القصوى (على المحور). وهذا يحدد عرض الحزمة.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة تعتبر حاسمة لمهندسي التصميم.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة حرارة المحيط

يظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة حرارة المحيط. لمنع التلف الحراري، يجب تقليل التيار الأمامي عند التشغيل فوق 25°م. يتحكم حد تبديد القدرة البالغ 110 ميلي واط في هذه العلاقة.

3.2 التوزيع الطيفي

يوضح الرسم البياني الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي، مؤكدًا الذروة عند 850 نانومتر وعرض النطاق التقريبي البالغ 42 نانومتر. هذا أمر بالغ الأهمية لضمان التوافق مع الاستجابة الطيفية للمستقبل.

3.3 طول موجة الذروة للإشعاع مقابل درجة الحرارة

يتمتع طول موجة الذروة بمعامل درجة حرارة طفيف، حيث يتحول عادةً بحوالي 0.1 إلى 0.3 نانومتر/°م. يسمح هذا المنحنى للمصممين بالتنبؤ بتحول الطول الموجي التشغيلي على مدى درجة الحرارة المقصودة لتطبيقهم.

3.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

منحنى الخصائص I-V هذا ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار. يظهر العلاقة غير الخطية بين التيار والجهد، مما يسلط الضوء على أهمية استخدام مقاوم متسلسل أو محرك تيار ثابت لتعيين نقطة التشغيل.

3.5 الشدة الإشعاعية مقابل الإزاحة الزاوية

يحدد هذا الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية البالغة 20 درجة بصريًا. نمط الإشعاع تقريبًا لامبرتي داخل هذا المخروط، وهو أمر مهم لحساب الإشعاع على هدف عند مسافة وزاوية معينتين.

3.6 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي

يظهر هذا المنحنى أن الخرج الضوئي شبه خطي مع تيار القيادة في نطاق التشغيل النموذجي. يساعد في تحديد تيار القيادة المطلوب لتحقيق مستوى معين من الشدة الإشعاعية.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يتمتع الجهاز بغلاف دائري دقيق عكسي. تشمل الأبعاد الرئيسية قطر الجسم البالغ 1.6 مم. تحدد الرسومات الميكانيكية التفصيلية في ورقة البيانات جميع الأبعاد الحرجة، بما في ذلك تباعد الأطراف، والارتفاع الكلي، وهندسة العدسة، مع تسامح قياسي يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يجب على المهندسين الرجوع إلى هذه الرسومات لتصميم بصمة PCB بدقة.

4.2 تحديد القطبية

يتم تحديد الكاثود عادةً بواسطة علامة على العبوة أو تكوين طرف محدد كما هو موضح في الرسم البعدي. اتجاه القطبية الصحيح أثناء التجميع إلزامي لمنع فشل الجهاز.

5. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة الصحيحة أمر بالغ الأهمية لمكونات SMD لضمان الموثوقية.

5.1 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تغليف ثنائيات الباعث الضوئي في أكياس مقاومة للرطوبة. العمر الافتراضي بعد فتح الكيس هو سنة واحدة تحت ظروف 30°م أو أقل ورطوبة نسبية 60% أو أقل. إذا تم تجاوز وقت التخزين أو تغير مؤشر الرطوبة، فإنه يلزم معالجة بالخبز عند 60 ±5°م لمدة 24 ساعة قبل لحام إعادة التدفق لمنع تلف "انفجار الفشار".

5.2 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يوصى بملف تعريف لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام القصوى 260°م، ويجب أن يقتصر الوقت فوق 250°م على أقصى حد 10 ثوانٍ. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز.

5.3 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي لا مفر منه، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°م، ويجب أن يقتصر وقت التلامس لكل طرف على 3 ثوانٍ أو أقل. يوصى بمكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط). لإعادة العمل، يُقترح استخدام مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي. يجب التحقق مسبقًا من تأثير إعادة العمل على خصائص الجهاز.

5.4 تصميم لوحة الدوائر

بعد اللحام، لا ينبغي أن تنحني لوحة الدوائر أو تتعرض لإجهاد ميكانيكي، لأن ذلك يمكن أن يتسبب في تشقق عبوة الـ LED أو إتلاف الروابط الداخلية.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد المنتج في شريط ناقل قياسي 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 1500 قطعة (PCS) من ثنائي الباعث الضوئي HIR26-21C/L423/TR8. يتم توفير أبعاد الشريط الناقل التفصيلية، بما في ذلك حجم الجيب، والخطوة، ومواصفات ثقب التروس، لضمان التوافق مع معدات التجميع الآلي للالتقاط والوضع.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المثبتة على PCB:تُستخدم كمصدر للضوء في مستشعرات القرب، وكشف الأجسام، والروبوتات المتتبعة للخط.
• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء:مثالي لمتطلبات الطاقة العالية في أجهزة التحكم عن بعد للإلكترونيات الاستهلاكية (التلفزيونات، أنظمة الصوت) بسبب شدة إشعاعه الجيدة.
• الماسحات الضوئية:يمكن استخدامها في ماسحات الرموز الشريطية والماسحات الضوئية للمستندات حيث تكون هناك حاجة لإضاءة الأشعة تحت الحمراء.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء العامة:مناسب لأي تطبيق يتطلب مصدرًا مضغوطًا وفعالًا وموثوقًا لضوء الأشعة تحت الحمراء بطول 850 نانومتر.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:المقاوم المتسلسل الخارجيإلزامي تمامًالتحديد تيار التشغيل. يعني الجهد الأمامي المنخفض لـ LED أن حتى زيادة صغيرة في جهد التغذية يمكن أن تسبب زيادة كبيرة ومدمرة في التيار.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن العبوة صغيرة، إلا أنه يجب مراعاة تبديد الطاقة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بالقرب من الحد الأقصى للتيار. يمكن أن تساعد مساحة النحاس الكافية في PCB في تبديد الحرارة.
• التصميم الضوئي:يجب أخذ زاوية الرؤية البالغة 20 درجة في الاعتبار في تصميم الهيكل لتحقيق نمط الإضاءة المطلوب على الهدف أو المستقبل.
• مطابقة المستقبل:اقترن هذا الـ LED بكاشف ضوئي من السيليكون أو ترانزستور ضوئي يتمتع بحساسية ذروة حول 850 نانومتر للحصول على أداء نظام مثالي ونسبة إشارة إلى ضوضاء.

8. اختبارات الموثوقية

يخضع الجهاز لمجموعة شاملة من اختبارات الموثوقية لضمان الأداء طويل المدى تحت ضغوط مختلفة. يتم إجراء الاختبارات بمستوى ثقة 90% ونسبة عيوب التسامح للدفعة (LTPD) تبلغ 10%. تشمل الاختبارات الرئيسية:

• محاكاة لحام إعادة التدفق (260°م)
• دورة درجة الحرارة (-40°م إلى +100°م)
• الصدمة الحرارية (-10°م إلى +100°م)
• التخزين في درجة حرارة عالية (+100°م)
• التخزين في درجة حرارة منخفضة (-40°م)
• عمر التشغيل بالتيار المستمر (1000 ساعة عند 20 مللي أمبير)
• عمر التشغيل في درجة حرارة عالية/رطوبة عالية (85°م/85% رطوبة نسبية لمدة 1000 ساعة)

معايير الفشل للاختبارات البيئية تعتمد على التغيرات في المعلمات الرئيسية مثل التيار العكسي (I_R)، والشدة الإشعاعية (I_e)، والجهد الأمامي (V_F).

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 لماذا المقاوم المتسلسل ضروري؟

يتمتع ثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر بخصائص تيار-جهد (I-V) غير خطية للغاية وحادة. يؤدي التغيير الصغير في الجهد الأمامي إلى تغيير كبير في التيار. بدون مقاوم محدد للتيار، سيسحب الـ LED تيارًا مفرطًا من مصدر جهد نموذجي (مثل 3.3 فولت أو 5 فولت)، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة على الفور وفشل كارثي. يحدد المقاوم نقطة تشغيل مستقرة.

9.2 كيف أحسب قيمة المقاوم المتسلسل؟

استخدم قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع مصدر جهد 5 فولت، وتيار مستهدف 20 مللي أمبير، وجهد أمامي نموذجي V_Fبقيمة 1.45 فولت: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 أوم. سيكون المقاوم القياسي 180 أوم مناسبًا. استخدم دائمًا الحد الأقصى لـ V_Fمن ورقة البيانات (1.70 فولت) لتصميم متحفظ لضمان ألا يتجاوز التيار الحد المطلوب.

9.3 هل يمكن استخدام هذا الـ LED لنقل البيانات؟

نعم، تجعله أوقات الصعود والهبوط السريعة (عادةً 25/15 نانوثانية) مناسبًا للتشغيل المعدل أو النبضي في أنظمة نقل البيانات بالأشعة تحت الحمراء، مثل IrDA أو روابط الاتصال التسلسلية البسيطة. يجب أن تكون دائرة القيادة قادرة على التبديل بهذه السرعات.

9.4 ما الفرق بين الشدة الإشعاعية والقدرة؟

الشدة الإشعاعية (تقاس بـ ميلي واط/ستراديان) هي القدرة الضوئية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة. تصف مدى "تركيز" الحزمة. إجمالي التدفق الإشعاعي (القدرة بالميلي واط) سيكون تكامل الشدة على جميع الزوايا. بالنسبة لحزمة ضيقة بزاوية 20 درجة، تشير قيمة الشدة الإشعاعية العالية إلى حزمة ساطعة ومركزة مناسبة للتطبيقات الموجهة.

10. مبدأ التشغيل

HIR26-21C/L423/TR8 هو ثنائي باعث للضوء أشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق الخاصة به، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة (المصنوعة من GaAlAs)، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لمادة GaAlAs طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد طول موجة الذروة للضوء المنبعث - في هذه الحالة، 850 نانومتر في طيف الأشعة تحت الحمراء. تعمل عبوة الإيبوكسي الشفافة كعدسة، تشكل حزمة الخرج إلى زاوية الرؤية المحددة البالغة 20 درجة.

11. السياق الصناعي والاتجاهات

ثنائيات الباعث للضوء تحت الأحمر بأطوال موجية 850 نانومتر و 940 نانومتر هي مكونات أساسية في عدد لا يحصى من الأنظمة الإلكترونية. الاتجاه هو نحو أحجام عبوات أصغر، وكفاءة أعلى (مزيد من الإخراج الإشعاعي لكل واط كهربائي مدخل)، وزيادة التكامل. هناك أيضًا طلب متزايد على الأجهزة التي يمكنها العمل بسرعات أعلى لدعم التطبيقات الناشئة في LiDAR، والاستشعار ثلاثي الأبعاد، والاتصالات الضوئية. يمثل HIR26-21C/L423/TR8، بحجمه المضغوط، وأدائه الجيد، وتوافقه مع RoHS، حلاً راسخًا للتطبيقات التقليدية والعديد من التطبيقات الحديثة للأشعة تحت الحمراء التي تتطلب مصدر ضوء موثوقًا للتركيب السطحي.