ورقة بيانات LED الأشعة تحت الحمراء HIR16-213C/L423/TR8 - حزمة SMD - الطول الموجي 850 نانومتر - زاوية رؤية 145 درجة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد HIR16-213C/L423/TR8 صمامًا ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء (IR) صغير الحجم وموثوقًا للغاية من نوع جهاز السطح المثبت (SMD). تم تصميمه للتطبيقات التي تتطلب مصدرًا مضغوطًا وفعالًا للأشعة تحت الحمراء متوافقًا مع عمليات التجميع الآلي الحديثة. تم تشكيل الجهاز في راتنج إيبوكسي شفاف تمامًا، مما يوفر حزمة قوية مع السماح بنقل مثالي للضوء تحت الأحمر.

المزايا الأساسية:تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون بصمة حزمة صغيرة ثنائية الطرف، وموثوقية عالية، وامتثال كامل للوائح البيئية مثل RoHS، وREACH التابع للاتحاد الأوروبي، ومتطلبات الخلو من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). وهو متطابق طيفيًا بشكل خاص مع الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون، مما يجعله مثاليًا لأنظمة الاستشعار.

السوق المستهدف والتطبيقات:يستهدف هذا الـ LED للأشعة تحت الحمراء مصممي ومصنعي الأنظمة الإلكترونية التي تتطلب وظيفة الأشعة تحت الحمراء. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية: أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء المثبتة على لوحات الدوائر المطبوعة للكشف عن القرب أو الأجسام، ووحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء التي تتطلب شدة إشعاعية أعلى، وأنواع مختلفة من الماسحات الضوئية، وأنظمة الأشعة تحت الحمراء التطبيقية الأخرى.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل خارج هذه الحدود.

• تيار الأمام المستمر (I_F):50 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة الثنائي.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين (T_opr, T_stg):من -40°C إلى +100°C. يضمن هذا النطاق الواسع الملاءمة للبيئات الصناعية والسيارات.
• درجة حرارة اللحام (T_sol):260°C كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ، متوافق مع ملفات درجات الحرارة الخاصة باللحام الخالي من الرصاص.
• تبديد الطاقة (P_c):100 ملي واط عند درجة حرارة محيطة 25°C أو أقل. من الضروري تقليل التصنيف عند درجات الحرارة الأعلى.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية بدرجة حرارة محيطة 25°C وتيار أمامي 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• الشدة الإشعاعية (I_E):القيمة النموذجية هي 1.50 ملي واط/ستراديان، مع حد أدنى 0.50 ملي واط/ستراديان. يقيس هذا القدرة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة.
• الطول الموجي القمة (λ_p):850 نانومتر (نموذجي)، يتراوح من 840 نانومتر إلى 870 نانومتر. هذا الطول الموجي قريب من الأمثل للكاشفات القائمة على السيليكون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):عادة 30 نانومتر. يحدد هذا العرض الطيفي عند نصف أقصى شدة.
• جهد الأمام (V_F):عادة 1.45 فولت، مع حد أقصى 1.65 فولت عند I_F=20mA. عند تيار نابض 100mA (عرض النبضة ≤100μs، دورة عمل ≤1%)، يرتفع V_Fmax إلى 2.00 فولت.
• التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R=5V، مما يشير إلى جودة وصلة جيدة.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):145 درجة (نموذجي). هذه الزاوية الواسعة جدًا للرؤية هي سمة تصميم العدسة، مما يوفر انبعاثًا واسعًا.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتوفر الجهاز في رتب أداء مختلفة، تعتمد بشكل أساسي على الشدة الإشعاعية. هذا يسمح للمصممين باختيار درجة مناسبة لمتطلبات الحساسية أو المدى المحددة لديهم.

• الرتبة F:الشدة الإشعاعية بين 0.50 و 1.50 ملي واط/ستراديان عند I_F=20mA.
• الرتبة G:الشدة الإشعاعية بين 1.00 و 2.50 ملي واط/ستراديان.
• الرتبة H:الشدة الإشعاعية بين 2.00 و 3.50 ملي واط/ستراديان.
• الرتبة J:الشدة الإشعاعية بين 3.00 و 4.50 ملي واط/ستراديان.

لا يوجد تصنيف محدد لجهد الأمام أو الطول الموجي القمة في العرض القياسي، على الرغم من أن هذه المعلمات لها قيم محددة للحد الأدنى/النموذجي/الأقصى.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 الشدة الإشعاعية مقابل تيار الأمام

يظهر الرسم البياني المقدم علاقة غير خطية. تزداد الشدة الإشعاعية مع زيادة تيار الأمام ولكنها ستصل إلى مرحلة التشبع في النهاية بسبب حدود الحرارة والكفاءة. المنحنى ضروري لتحديد تيار التشغيل المطلوب لتحقيق الناتج البصري المطلوب.

4.2 تيار الأمام مقابل جهد الأمام

يظهر منحنى التيار-الجهد هذا الخاصية الأسية القياسية للثنائي. V_Fالنموذجي البالغ 1.45V عند 20mA هو معلمة رئيسية لتصميم دائرة القيادة (مثل حساب المقاوم التسلسلي).

4.3 تيار الأمام مقابل درجة الحرارة المحيطة

يظهر منحنى تقليل التصنيف أن الحد الأقصى المسموح به لتيار الأمام المستمر ينخفض مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. هذا أمر بالغ الأهمية لضمان الموثوقية على المدى الطويل، خاصة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. لا يمكن تشغيل الجهاز بكامل تصنيفه 50mA عبر نطاق درجة الحرارة بأكمله.

4.4 التوزيع الطيفي

يكون الناتج الطيفي متمركزًا عند 850 نانومتر بعرض نطاق نموذجي 30 نانومتر. هذا يتطابق مع منطقة الاستجابة القصوى لكاشفات السيليكون الضوئية الشائعة، مما يزيد من نسبة الإشارة إلى الضوضاء في النظام.

4.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يؤكد الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية البالغة 145 درجة، حيث تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها القصوى عند ±72.5 درجة من المحور المركزي. يبدو نمط الانبعاث قريبًا من لامبرتيان، مناسب للإضاءة ذات المساحة الواسعة.

5. معلومات الميكانيكية والحزمة

يستخدم الجهاز حزمة SMD مضغوطة من نوع "Mini-Top". تشمل الملاحظات الأبعادية الرئيسية من ورقة البيانات:

• جميع الأبعاد بالمليمترات.
• التحمل القياسي للأبعاد غير المحددة هو ±0.1 مم.
• تتميز الحزمة بتصميم ثنائي الطرف لتحقيق الاستقرار الميكانيكي أثناء اللحام.
• عدسة الإيبوكسي الشفافة جزء لا يتجزأ من جسم الحزمة.

تحديد القطبية:يتم عادةً تمييز الكاثود على الحزمة، غالبًا بنقطة خضراء، أو شق، أو طرف أقصر. يجب الرجوع إلى مخطط ورقة البيانات لمخطط التمييز الدقيق.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 التخزين والحساسية للرطوبة

الجهاز حساس للرطوبة (MSL). الاحتياطات حرجة:

• لا تفتح الكيس المقاوم للرطوبة حتى تكون جاهزًا للاستخدام.
• التخزين قبل الفتح: ≤30°C / ≤90% رطوبة نسبية. الاستخدام خلال سنة واحدة.
• التخزين بعد الفتح: ≤30°C / ≤60% رطوبة نسبية. الاستخدام خلال 168 ساعة (7 أيام).
• إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى وجود رطوبة، يلزم تجفيف عند 60±5°C لمدة 24 ساعة على الأقل قبل إعادة التدفق.

6.2 اللحام بإعادة التدفق (Reflow)

المكون متوافق مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري.

• تم تحديد ملف درجة حرارة خالٍ من الرصاص بقمة 260°C.
• يجب ألا يتم إجراء إعادة التدفق أكثر من مرتين.
• تجنب الإجهاد الميكانيكي على الحزمة أثناء التسخين والتبريد.
• لا تشوه لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام.

6.3 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف <350°C.
• حدد وقت التلامس إلى ≤3 ثوانٍ لكل طرف.
• استخدم مكواة بقوة ≤25 واط.
• اسمح بفترة تبريد >2 ثانية بين الأطراف.
• لإعادة العمل، يوصى باستخدام مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب إتلاف الحزمة. تحقق دائمًا من وظيفة الجهاز بعد أي إعادة عمل.

6.4 حماية الدائرة

حرج:يجب استخدام مقاوم محدد للتيار خارجي على التوالي مع الـ LED. جهد الأمام له معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أن التيار يمكن أن يزيد بشكل هارب إذا لم يتم التحكم فيه بشكل صحيح. يمكن أن يؤدي زيادة طفيفة في الجهد إلى تغير كبير في التيار، مما يؤدي إلى احتراق فوري.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز في شريط ناقل 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تضمن أبعاد الشريط الناقل التوافق مع معدات التقاط ووضع SMD القياسية.

7.2 إجراء التعبئة والملصقات

يتم تعبئة البكرات في أكياس مقاومة للرطوبة من الألومنيوم مع مجفف. تتضمن الملصقات على الكيس معلومات حرجة للتتبع والتطبيق الصحيح:

• CPN (رقم جزء العميل)
• P/N (رقم جزء الإنتاج: HIR16-213C/L423/TR8)
• QTY (الكمية)
• CAT (رمز الرتبة/التصنيف، على سبيل المثال، F, G, H, J)
• HUE (الطول الموجي القمة)
• LOT No. (رقم دفعة التصنيع)
• أصل الإنتاج

7.3 دليل اختيار الجهاز

يفك رقم الموديل HIR16-213C/L423/TR8 على النحو التالي: مادة الشريحة هي AlGaAs (ألومنيوم جاليوم زرنيخيد)، ولون العدسة هو شفاف مائي. تشير اللاحقة "TR8" إلى تعبئة الشريط والبكرة 8 مم.

8. اقتراحات تصميم التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

في دائرة قيادة نموذجية، يتم توصيل الـ LED على التوالي مع مقاوم محدد للتيار بمصدر جهد (V_CC). يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام قانون أوم: R = (V_CC- V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع V_CC=5V، V_F=1.45V، و I_F=20mA، R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 Ω. سيكون المقاوم القياسي 180 Ω مناسبًا. للتشغيل النبضي عند تيارات أعلى (مثل 100mA)، تأكد من أن المشغل (غالبًا ترانزستور) يمكنه التعامل مع تيار الذروة وأن دورة العمل تُحفظ منخفضة جدًا (≤1%) لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.

8.2 اعتبارات التصميم البصري

تجعل زاوية الرؤية الواسعة البالغة 145 درجة هذا الـ LED ممتازًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة منتشرة، مثل أجهزة استشعار القرب التي تحتاج إلى تغطية منطقة واسعة. للتطبيقات بعيدة المدى أو الأكثر توجيهًا، قد تكون البصريات الثانوية (العدسات) مطلوبة لجعل الحزمة متوازية. العدسة الشفافة المائية هي الأمثل لنقل الأشعة تحت الحمراء القريبة مع الحد الأدنى من الامتصاص.

8.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن الحزمة صغيرة، يجب مراعاة تبديد الطاقة، خاصة عند التيارات الأعلى أو في درجات الحرارة المحيطة العالية. تأكد من أن تخطيط وسادة PCB يوفر تخفيفًا حراريًا كافيًا وأن درجة حرارة الوصلة القصوى لا يتم تجاوزها. منحنى تقليل التصنيف لتيار الأمام مقابل درجة الحرارة هو الدليل الأساسي.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بـ LED الأشعة تحت الحمراء القياسية ذات الثقب المار 5 مم أو 3 مم، يقدم جهاز SMD هذا مزايا كبيرة:

• الحجم والأتمتة:تتيح حزمة SMD المصغرة تصميمات PCB أصغر وهي متوافقة تمامًا مع التقاط ووضع الآلي عالي السرعة واللحام بإعادة التدفق، مما يقلل تكاليف التجميع.
• زاوية الرؤية:زاوية الرؤية البالغة 145 درجة واسعة بشكل استثنائي لـ LED SMD للأشعة تحت الحمراء، مما يوفر تغطية أكثر اتساقًا من العديد من المنافسين ذوي الحزم الأضيق.
• الامتثال:الامتثال الكامل لمعايير RoHS و REACH والخالية من الهالوجين هو عامل تمييز رئيسي للمنتجات التي تستهدف الأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.
• المطابقة الطيفية:تمت مطابقة قمة 850 نانومتر عمدًا مع كاشفات السيليكون، وهي ميزة قد لا تكون محسنة في جميع مصابيح LED الأشعة تحت الحمراء العامة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

10.1 ما الفرق بين الشدة الإشعاعية (mW/sr) والقدرة الإشعاعية (mW)؟

الشدة الإشعاعية هي القدرة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان). القدرة الإشعاعية هي إجمالي القدرة البصرية المنبعثة في جميع الاتجاهات. بالنسبة لـ LED ذي شدة ونمط زاوية رؤية معروفين، يمكن حساب القدرة الإجمالية عن طريق تكامل الشدة على كرة الانبعاث الكاملة. توفر ورقة البيانات الشدة، وهي أكثر فائدة لحساب الإشعاع على كاشف عند مسافة وزاوية محددة.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيار 50 مللي أمبير بشكل مستمر؟

يمكنك تشغيله بتيار مستمر 50 مللي أمبير فقط إذا كانت درجة الحرارة المحيطة عند 25°C أو أقل وكان لديك إدارة حرارة كافية. يظهر منحنى تقليل التصنيف أن الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. للتشغيل الموثوق عبر نطاق درجة الحرارة الكامل، يوصى باستخدام تيار أقل أو تشغيل نبضي.

10.3 لماذا يعتبر مقاوم تحديد التيار ضروريًا تمامًا؟

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار، وليس بالجهد. منحنى V-I الخاص بها شديد الانحدار. يمكن أن تؤدي زيادة صغيرة في جهد الأمام (بسبب درجة الحرارة أو تغير مصدر الطاقة) إلى زيادة كبيرة جدًا، وربما مدمرة، في التيار. يوفر المقاوم التسلسلي ردود فعل سلبية، مما يثبت نقطة التشغيل.

10.4 كيف أفسر "الرتبة" (F, G, H, J)؟

الرتبة هي رمز تصنيف للشدة الإشعاعية. يسمح لك باختيار جهاز بحد أدنى مضمون للناتج البصري لتطبيقك. على سبيل المثال، إذا كان جهاز الاستشعار الخاص بك يحتاج إلى 2.0 ملي واط/ستراديان على الأقل، يجب عليك تحديد الرتبة H أو J. استخدام رتبة أقل (F أو G) قد يؤدي إلى جهاز لا يلبي متطلبات حساسية نظامك.

11. مثال تطبيقي عملي

حالة تصميم: مستشعر قرب بسيط

الهدف:الكشف عندما يقترب جسم من المستشعر ضمن 10 سم.

التصميم:ضع LED الأشعة تحت الحمراء HIR16-213C/L423/TR8 وترانزستور ضوئي من السيليكون مطابق جنبًا إلى جنب على PCB، متجهين في نفس الاتجاه. قم بتشغيل الـ LED بتيار ثابت 20 مللي أمبير (باستخدام المقاوم التسلسلي المحسوب). عندما لا يكون هناك جسم، تشع حزمة الأشعة تحت الحمراء بعيدًا ويرى الترانزستور الضوئي القليل جدًا من الضوء المنعكس. عندما يدخل جسم منطقة الكشف، ينعكس بعض ضوء الأشعة تحت الحمراء على الترانزستور الضوئي، مما يتسبب في زيادة تيار المجمع. يمكن تضخيم هذا التغيير في التيار وتحويله إلى إشارة رقمية بواسطة مقارن.

مبررات اختيار المكونات:تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 145 درجة للـ LED مجال كشف واسع. يضمن الطول الموجي 850 نانومتر أقصى استجابة من الترانزستور الضوئي. اختيار LED من الرتبة H أو J يوفر شدة إشعاعية أعلى، مما يزيد من كمية الضوء المنعكس وربما مدى الكشف أو الموثوقية.

الحسابات الرئيسية:قيمة مقاوم القيادة (كما تم حسابها في القسم 8.1). سيعتمد مستوى الإشارة المتوقع عند الترانزستور الضوئي على انعكاسية الجسم وسيحتاج إلى توصيف تجريبي لضبط عتبة المقارن بشكل صحيح.

12. مبدأ التشغيل

صمام ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو صمام ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من أشباه الموصلات من النوع n والثقوب من أشباه الموصلات من النوع p عبر التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه في المنطقة النشطة (شريحة AlGaAs في هذه الحالة)، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد (AlGaAs) طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي للفوتونات المنبعثة - في هذه الحالة، في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة حول 850 نانومتر. تقوم حزمة الإيبوكسي الشفافة بتغليف الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتعمل كعدسة أولية لتشكيل التوزيع الزاوي للضوء المنبعث.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر تكنولوجيا LED الأشعة تحت الحمراء في التطور جنبًا إلى جنب مع اتجاهات الإلكترونيات الضوئية الأوسع. تشمل الاتجاهات الرئيسية:

• زيادة الكفاءة:يهدف تطوير مواد أشباه الموصلات الجديدة والهياكل الطباقية إلى إنتاج المزيد من الطاقة البصرية (شدة إشعاعية أعلى) لنفس المدخلات الكهربائية، مما يقلل من استهلاك طاقة النظام وتوليد الحرارة.
• التصغير:يدفع السعي نحو الإلكترونيات الاستهلاكية وأجهزة إنترنت الأشياء الأصغر حجمًا نحو بصمات حزم أصغر مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه.
• الحلول المتكاملة:هناك اتجاه نحو دمج باعث الأشعة تحت الحمراء، والكاشف، وأحيانًا منطق التحكم في وحدة أو حزمة واحدة، مما يبسط التصميم ويحسن الأداء لتطبيقات محددة مثل استشعار الإيماءات أو التصوير ثلاثي الأبعاد النشط.
• تنويع الطول الموجي:بينما 850 نانومتر و 940 نانومتر شائعة، يتم تطوير أطوال موجية أخرى للتطبيقات المتخصصة، مثل التحليل الطيفي أو الأنظمة الآمنة للعين.
• تعزيز الموثوقية والامتثال:مع تشديد اللوائح وتمديد عمر المنتج، يظل التركيز على التغليف القوي، وتحسين مقاومة الرطوبة، والامتثال المضمون للمعايير البيئية والسلامة العالمية أمرًا بالغ الأهمية.

إخلاء المسؤولية:المعلومات المقدمة هنا مستمدة من وتمثل المحتوى الفني لورقة البيانات المقدمة. القيم النموذجية غير مضمونة. يجب على المصممين الرجوع إلى ورقة البيانات الرسمية للحصول على القيم القصوى المطلقة وتعليمات التطبيق. لا تتحمل الشركة المصنعة أي مسؤولية عن الضرر الناتج عن الاستخدام خارج الظروف المحددة. جميع المواصفات قابلة للتغيير من قبل الشركة المصنعة.