ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر HIR25-21C/L289/2T بحزمة 1206 وعدسة داخلية - الحجم 3.2x1.6x1.1 مم - الجهد 1.4 فولت - الطاقة 130 ميغاواط - الطول الموجي 850 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

HIR25-21C/L289/2T هو ثنائي باعث عالي الأداء للأشعة تحت الحمراء (IR) مُحاط بحزمة سطحية صغيرة الحجم (SMD) من نوع 1206. تم تصميم هذا المكون خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب انبعاثًا موثوقًا للأشعة تحت الحمراء يتناسب مع كواشف الضوء القائمة على السيليكون. وظيفته الأساسية هي تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء تحت الأحمر عند طول موجي ذروة يبلغ 850 نانومتر (نانومتر).

تم تصنيع المكون باستخدام رقاقة من مادة زرنيخيد ألومنيوم الغاليوم (GaAlAs)، المعروفة بكفاءتها في الطيف تحت الأحمر. الحزمة مصبوبة من بلاستيك شفاف تمامًا وتحتوي على عدسة داخلية كروية. تصميم العدسة هذا حاسم للتحكم في نمط خرج الضوء، مما ينتج عنه زاوية رؤية نموذجية (2θ1/2) تبلغ 60 درجة. المظهر "الشفاف تمامًا" يشير إلى أن مادة العدسة لا ترشح الضوء المرئي، مما يسمح بأقصى نقل للإشعاع تحت الأحمر المقصود.

ميزة رئيسية لهذا LED هي تطابقه الطيفي مع الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية القائمة على السيليكون. تتمتع كواشف السيليكون بحساسية ذروة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، ويتوافق خرج 850 نانومتر لهذا LED جيدًا مع هذه الخاصية، مما يضمن قوة إشارة مثالية وكفاءة نظام في تطبيقات الاستشعار.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

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

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 65 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر على مصعد LED.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. تطبيق جهد عكسي أعلى من هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار التقاطع PN لـ LED.
• تبديد الطاقة (P_d): 130 ميغاواط عند درجة حرارة محيط 25°م أو أقل. هذه هي أقصى طاقة يمكن للحزمة تبديدها كحرارة. تجاوز هذا الحد يعرض لخطر ارتفاع درجة الحرارة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين: من -25°م إلى +85°م (التشغيل)، من -40°م إلى +85°م (التخزين).
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260°م كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية (درجة حرارة المحيط = 25°م)

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (تيار أمامي 20 مللي أمبير، 25°م) وتحدد أداء المكون.

• الشدة الإشعاعية (I_e): 4.0 ميغاواط/ستراديان (الحد الأدنى)، 5.0 ميغاواط/ستراديان (النموذجي). يقيس هذا الطاقة الضوئية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان). وهو مؤشر مباشر على سطوع LED في اتجاهه الرئيسي.
• الطول الموجي الذروة (λ_p): 850 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي الذي تكون فيه قوة الخرج الضوئي أعظم. هذا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، غير مرئي للعين البشرية.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): 30 نانومتر (النموذجي). نطاق الأطوال الموجية المنبعثة، يُقاس عادةً عند نصف قوة الذروة (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM). عرض نطاق 30 نانومتر هو معيار لـ LED تحت الأحمر.
• الجهد الأمامي (V_F): 1.4 فولت (النموذجي)، 1.7 فولت (الحد الأقصى) عند 20 مللي أمبير. انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. هذا الجهد المنخفض هو سمة من سمات الثنائيات تحت الحمراء GaAlAs وهو مهم لحساب قيم المقاومة التسلسلية واستهلاك الطاقة.
• التيار العكسي (I_R): 10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت. تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الثنائي متحيزًا عكسيًا.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 60° (النموذجي). الزاوية الكاملة حيث تنخفض الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى. العدسة الكروية تخلق هذا الشعاع المعتدل الاتساع.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة أساسية لمهندسي التصميم.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة حرارة المحيط

يُظهر هذا الرسم البياني تخفيض أقصى تيار أمامي مسموح به مع زيادة درجة حرارة المحيط. مع ارتفاع درجة الحرارة، تقل قدرة LED على تبديد الحرارة، لذلك يجب تقليل الحد الأقصى للتيار للبقاء ضمن حد تبديد الطاقة البالغ 130 ميغاواط. يجب على المصممين الرجوع إلى هذا المنحنى للتشغيل في درجات الحرارة العالية.

3.2 التوزيع الطيفي

يصور هذا الرسم خرج الضوء كدالة للطول الموجي، متمركزًا حول ذروة 850 نانومتر مع عرض نطاق FWHM البالغ 30 نانومتر. يؤكد التطابق الطيفي مع كواشف السيليكون، والتي عادةً ما تكون لها استجابة عالية حول 800-900 نانومتر.

3.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يُظهر هذا المنحنى الأساسي العلاقة الأسية بين التيار والجهد للثنائي. جهد "الركبة" حوالي 1.2-1.3 فولت. المنحنى حيوي لتصميم دائرة القيادة، خاصة لحساب المقاومة المحددة للتيار: R = (V_supply- V_F) / I_F.

3.4 الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني العلاقة الخطية بين تيار القيادة وقوة الخرج الضوئي (الشدة الإشعاعية) ضمن نطاق التشغيل. يُظهر أن زيادة التيار تزيد من خرج الضوء بشكل متناسب، حتى الحدود الحرارية للمكون.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يُظهر هذا الرسم البياني القطبي نمط الإشعاع أو ملف الشعاع. يؤكد بصريًا زاوية الرؤية البالغة 60 درجة، ويوضح كيف تنخفض الشدة مع زيادة الزاوية من المحور المركزي (0°). هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم الأنظمة البصرية، مما يضمن وجود المستقبل ضمن الشعاع الفعال لـ LED.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد المكون

يتبع المكون البصمة القياسية لـ SMD 1206: طول حوالي 3.2 مم، وعرض 1.6 مم، وارتفاع 1.1 مم. توضح الرسومات الأبعاد التفصيلية في ورقة البيانات جميع القياسات الحرجة بما في ذلك تباعد الوسادات (2.0 مم نموذجيًا)، وارتفاع المكون، وانحناء العدسة مع تفاوتات ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.2 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز الكاثود، غالبًا بشق، أو شريط أخضر، أو حجم/شكل وسادة مختلف على شريط التغليف والبكرة. يشير رسم ورقة البيانات إلى جانب الكاثود. القطبية الصحيحة ضرورية أثناء التجميع لمنع تلف الانحياز العكسي.

4.3 مواصفات التغليف

يتم توريد LEDs على شريط حامل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتم توفير أبعاد شريط الحامل (حجم الجيب، المسافة، إلخ.) لبرمجة آلة الاختيار والوضع الآلية.

5. إرشادات اللحام والتركيب والتعامل

5.1 احتياطات حرجة

• تحديد التيار إلزامي: يجب دائمًا استخدام مقاومة تسلسلية خارجية. الجهد الأمامي المنخفض لـ LED ومنحنى I-V الحاد يعني أن زيادة صغيرة في جهد التغذية يمكن أن تسبب زيادة كبيرة ومدمرة في التيار.
• حساسية الرطوبة: الحزمة البلاستيكية حساسة للرطوبة. يجب تخزين المكونات في كيسها الأصلي المضاد للرطوبة تحت ظروف خاضعة للرقابة (10-30°م، رطوبة نسبية ≤60%). بمجرد الفتح، "عمر الأرضية" هو 168 ساعة (7 أيام) تحت نفس الظروف. يتطلب تجاوز ذلك عملية تجفيف (على سبيل المثال، 96 ساعة عند 60°م) قبل لحام إعادة التدفق لمنع "الانتفاش" أو تشقق الحزمة.

5.2 عملية اللحام

• لحام إعادة التدفق: يُوصى بملف درجة حرارة خالٍ من الرصاص، بدرجة حرارة ذروة 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 أقل من 350°م وتصنيف طاقة أقل من 25 واط. يجب أن يكون وقت التلامس لكل طرف أقل من 3 ثوانٍ، مع فواصل زمنية بين لحام كل طرف. يُقترح استخدام مكواة لحام برأس مزدوج لأي عمل إصلاح لتقليل الإجهاد الحراري.
• تجنب الإجهاد: لا تطبق إجهادًا ميكانيكيًا على LED أثناء التسخين أو ثني لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام، لأن هذا يمكن أن يتلف الوصلات الداخلية أو الحزمة.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المثبتة على لوحات الدوائر المطبوعة: تُستخدم كباعث في مستشعرات القرب، وكشف الأجسام، وروبوتات تتبع الخط.
• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء: مناسبة للتحكم عن بعد ذات متطلبات طاقة عالية، مما يوفر مدى أطول أو اختراق إشارة أقوى.
• الماسحات الضوئية: ماسحات الرموز الشريطية، ماسحات المستندات، وأنظمة المسح الضوئي الأخرى.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء العامة: أنظمة الأمن (إضاءة الأشعة تحت الحمراء للكاميرات)، نقل البيانات (IrDA)، والأتمتة الصناعية.

6.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة: قم دائمًا بتضمين مقاومة محددة للتيار. احسب قيمة المقاومة وتصنيف الطاقة بناءً على جهد التغذية والتيار الأمامي المطلوب (على سبيل المثال، 20 مللي أمبير للمواصفات النموذجية). للتشغيل النبضي (مثل أجهزة التحكم عن بعد)، قد تكون تيارات الذروة الأعلى ممكنة إذا كانت دورة العمل منخفضة، ولكن يجب ألا تتجاوز الطاقة المتوسطة التصنيفات.
• التصميم البصري: ضع في اعتبارك زاوية الرؤية البالغة 60 درجة عند محاذاة الباعث مع كاشف ضوئي. للمدى الأطول، يمكن استخدام عدسات أو عواكس خارجية لجعل الشعاع متوازيًا. للتغطية الأوسع، قد تكون الزاوية الأصلية كافية.
• إدارة الحرارة: تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة أو فتحات حرارية لتبديد الحرارة، خاصة عند القيادة بالقرب من الحد الأقصى للتيار أو في درجات حرارة محيط عالية.
• الضوضاء الكهربائية: في تطبيقات الاستشعار التناظرية الحساسة، ضع في اعتبارك تعديل إشارة الأشعة تحت الحمراء واستخدام الكشف المتزامن لرفض الضوء المحيط والضوضاء الكهربائية.

7. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بـ LEDs SMD المرئية القياسية أو LEDs تحت الأحمر القديمة ذات الثقب، يقدم HIR25-21C/L289/2T عدة مزايا:

• الحجم والتركيب: تتيح حزمة SMD 1206 تجميعًا آليًا عالي الكثافة للوحات الدوائر المطبوعة، مما يوفر المساحة والتكلفة مقارنةً بالمكونات ذات الثقب.
• الأداء البصري: توفر العدسة الكروية المدمجة نمط إشعاع متسق ومسيطر عليه (60 درجة)، وهو أكثر موثوقية من LEDs بدون عدسة أو بنافذة مسطحة.
• الدقة الطيفية: الطول الموجي الذروة البالغ 850 نانومتر هو معيار محسن لكواشف السيليكون، مما يوفر توازنًا جيدًا بين استجابة الكاشف ورفض الضوء المحيط (يحتوي ضوء الشمس على أشعة تحت حمراء أقل عند 850 نانومتر مقارنة بـ 940 نانومتر).
• الامتثال: المنتج خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع معايير RoHS وREACH والخالية من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون)، مما يلبي اللوائح البيئية الحديثة.

8. الأسئلة الشائعة (FAQs)

8.1 ما هو الغرض من العدسة "الشفافة تمامًا" إذا كان LED يعمل بالأشعة تحت الحمراء؟

البلاستيك "الشفاف تمامًا" شفاف للغاية عبر طيف واسع، بما في ذلك الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة. وظيفته الأساسية هي حماية الرقاقة شبه الموصلة وتشكيلها في شكل محدد (عدسة كروية) يتحكم في نمط خرج الضوء. لا يقوم بترشيح ضوء الأشعة تحت الحمراء؛ في الواقع، يسمح بأقصى نقل لطول الموجة 850 نانومتر.

8.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED عند أقصى تيار له وهو 65 مللي أمبير بشكل مستمر؟

يمكنك تشغيله عند 65 مللي أمبير فقط إذا كنت تستطيع ضمان أن درجة حرارة المحيط منخفضة بدرجة كافية وأن التصميم الحراري كافٍ للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة، مما يضمن عدم تجاوز تبديد الطاقة البالغ 130 ميغاواط. في درجات حرارة المحيط الأعلى، ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار بشكل كبير. للتشغيل الموثوق على المدى الطويل، يُوصى بالتشغيل عند الحالة النموذجية 20 مللي أمبير.

8.3 كيف أحدد القطب الموجب والقطب السالب؟

يشير رسم حزمة ورقة البيانات إلى الكاثود. على الشريط المادي والبكرة، غالبًا ما يتم تمييز جانب الكاثود من الجيب. على المكون نفسه، ابحث عن علامة خفية مثل شق، أو نقطة، أو شريط أخضر. في حالة الشك، راجع ملصق تغليف الشركة المصنعة أو ورقة البيانات.

8.4 لماذا تكون إجراءات التخزين والتعامل صارمة جدًا فيما يتعلق بالرطوبة؟

يمكن لمركب التشكيل البلاستيكي امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، تتحول هذه الرطوبة الممتصة بسرعة إلى بخار، مما يخلق ضغطًا داخليًا مرتفعًا. يمكن أن يتسبب ذلك في انفصال الطبقات داخل الحزمة، أو تشققات في البلاستيك، أو "انتفاش"، مما يؤدي إلى فشل فوري أو تقليل الموثوقية على المدى الطويل. تمنع احتياطات مستوى حساسية الرطوبة (MSL) حدوث ذلك.

9. مبدأ التشغيل

هذا الجهاز هو ثنائي باعث للضوء (LED). عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد فجوة النطاق (حوالي 1.4 فولت) عبر المصعد والكاثود، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة لرقاقة أشباه الموصلات GaAlAs. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (جزيئات ضوء). يحدد التركيب المحدد لمادة GaAlAs طاقة هذه الفوتونات، والتي تتوافق مع الطول الموجي تحت الأحمر البالغ 850 نانومتر. ثم تشكل العدسة الكروية وتوجه هذا الضوء المنبعث إلى شعاع بزاوية 60 درجة.

10. اتجاهات الصناعة

تستمر ثنائيات الأشعة تحت الحمراء في التطور مدفوعة بعدة اتجاهات رئيسية. هناك طلب متزايد على شدة إشعاعية وكفاءة أعلى في حزم أصغر لتمكين مستشعرات أكثر إحكاما وقوة. التكامل هو اتجاه مهم آخر، حيث يتم دمج باعثات الأشعة تحت الحمراء مع دوائر القيادة، وكواشف الضوء، وحتى المتحكمات الدقيقة في وحدات مفردة أو حلول نظام في حزمة (SiP). علاوة على ذلك، فإن توسع التطبيقات في السيارات (مراقبة المقصورة، LiDAR)، والإلكترونيات الاستهلاكية (التعرف على الوجه، التحكم بالإيماءات)، وإنترنت الأشياء الصناعي يدفع نحو أجهزة ذات موثوقية محسنة، ونطاقات تشغيل أوسع لدرجة الحرارة، ومقاومة معززة للبيئات القاسية. يظل الامتثال للوائح البيئية والسلامة الصارمة شرطًا أساسيًا لجميع المكونات الإلكترونية.