ورقة بيانات LED الأشعة تحت الحمراء الجانبي IR26-61C/L746/R/TR8 - دائري 1.6 مم - 1.25 فولت - 940 نانومتر - 100 مللي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد IR26-61C/L746/R/TR8 ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء (IR) صغير الحجم ذو إشعاع جانبي، مُصممًا للتطبيقات ذات التركيب السطحي. يتميز هذا المكون بتغليف مضغوط ثنائي الطرف مصنوع من بلاستيك شفاف تمامًا مع عدسة كروية، مُحسَّنًا لانبعاث فعال للأشعة تحت الحمراء. يتطابق ناتجه الطيفي بشكل خاص مع الخلايا الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون، مما يجعله مصدرًا مثاليًا لأنظمة استشعار القرب، وكشف الأجسام، وغيرها من الأنظمة القائمة على الأشعة تحت الحمراء التي تتطلب باعثًا موثوقًا وصغير الحجم.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المكون حجمه الصغير جدًا، وتشغيله بجهد أمامي منخفض، وتوافقه الممتاز مع الكواشف القياسية المصنوعة من السيليكون. يتم توريد المكون على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل عمليات التجميع الآلي. وهو متوافق مع المعايير البيئية بما في ذلك RoHS، وEU REACH، وخالي من الهالوجينات.

1.1 دليل اختيار المكون

يُعرَّف المكون برقم الجزء IR26-61C/L746/R/TR8. يستخدم مادة شريحة من GaAlAs (زرنيخيد الغاليوم والألومنيوم)، وهي شبه موصل شائع لإنتاج الضوء تحت الأحمر. العدسة شفافة تمامًا، مما يسمح بأقصى نقل للإشعاع تحت الأحمر المنبعث دون أي ترشيح أو تلوين قد يضعف الإشارة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تُحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للمكون. لا يُضمن التشغيل تحت هذه الظروف.

• التيار الأمامي المستمر (IF):65 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تمريره باستمرار عبر LED.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى من هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة LED.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين (Topr, Tstg):من -40°C إلى +100°C. تم تصنيف المكون ليعمل ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة الصناعية.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):260°C كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ. هذا يُحدد تحمل ذروة ملف تعريف إعادة التدفق.
• تبديد الطاقة (Pc):100 مللي واط عند درجة حرارة محيطة 25°C أو أقل. هذا يحد من إجمالي الطاقة الكهربائية التي يمكن تحويلها إلى حرارة داخل الغلاف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم تحديد هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C وتُعرِّف الأداء النموذجي للمكون تحت ظروف التشغيل العادية.

• الشدة الإشعاعية (IE):القدرة الضوئية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة. القيم النموذجية هي 8.0 مللي واط/ستراديان عند 20 مللي أمبير، ويمكن أن تصل إلى 40.0 مللي واط/ستراديان تحت التشغيل النبضي عند 100 مللي أمبير (عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة العمل ≤1%).
• الطول الموجي القياسي (λp):940 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يصدر فيه LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية، وهو متطابق تمامًا مع ذروة حساسية العديد من الكواشف القائمة على السيليكون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):30 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نطاق الأطوال الموجية المنبعثة، ومركزها حول الذروة.
• الجهد الأمامي (VF):نموذجيًا 1.25 فولت بحد أقصى 1.50 فولت عند 20 مللي أمبير. عند 100 مللي أمبير (نبضي)، يرتفع إلى نموذجي 1.40 فولت بحد أقصى 1.90 فولت. يساهم انخفاض VF في كفاءة أعلى للنظام.
• التيار العكسي (IR):أقصى 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت، مما يشير إلى جودة جيدة للوصلة.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):20 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور)، مما يُحدد حزمة ضيقة نسبيًا وموجهة.

3. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توفر نظرة أعمق على سلوك المكون تحت ظروف مختلفة.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر هذا الرسم البياني تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الموثوقية، يجب تقليل التيار الأمامي عند التشغيل فوق 25°C. يُظهر المنحنى عادةً انخفاضًا خطيًا من 65 مللي أمبير المصنفة عند 25°C إلى الصفر عند درجة حرارة الوصلة القصوى.

3.2 التوزيع الطيفي

يوضح منحنى الناتج الطيفي الشدة الإشعاعية النسبية عبر الأطوال الموجية. يؤكد ذروة 940 نانومتر وعرض النطاق البالغ حوالي 30 نانومتر، ويُظهر توزيعًا يشبه غاوس شائعًا لمصادر LED.

3.3 الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني العلاقة بين تيار القيادة والناتج الضوئي. تكون العلاقة خطية بشكل عام في نطاق التيار المنخفض، ولكن قد تظهر علامات تشبع أو انخفاض في الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية وغير الخطية الأخرى داخل شبه الموصل.

3.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

منحنى الخاصية IV ضروري لتصميم الدائرة. يُظهر العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. قيم VF المحددة عند 20 مللي أمبير و100 مللي أمبير هي نقاط على هذا المنحنى. يستخدم المصممون هذا لحساب قيمة المقاوم المحدد للتيار اللازمة لجهد إمداد معين.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يُحدد هذا الرسم البياني القطبي بصريًا نمط الإشعاع أو ملف تعريف الحزمة لـ LED. بالنسبة لهذا المكون ذو الإشعاع الجانبي بزاوية رؤية 20 درجة، سيُظهر الرسم البياني فصًا من الضوء يُشع عموديًا على مستوى التركيب، مع انخفاض حاد في الشدة خارج نصف الزاوية ±10 درجة.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد الغلاف واستقطاب الأقطاب

الـ LED عبارة عن غلاف دائري بقطر 1.6 مم. توفر الرسومات الميكانيكية التفصيلية الأبعاد الدقيقة للجسم، والأطراف، والعدسة. يتم تحديد الأنود والكاثود بوضوح في الرسم البياني. يتم أيضًا توفير نمط وسادة اللحام الموصى به (نمط الأرضية) لضمان اتصال ميكانيكي وحراري سليم أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة، مما يقلل من الإجهاد على المكون.

4.2 مواصفات الشريط الحامل والبكرة

يتم تغليف المكون للتركيب الآلي. يتم تفصيل أبعاد الشريط الحامل (حجم الجيب، المسافة، إلخ) ومواصفات البكرة (قطر 7 بوصات، 1500 قطعة لكل بكرة) لضمان التوافق مع معدات الاختيار والتركيب القياسية.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 احتياطات حرجة

• الحماية من التيار الزائد:مقاوم محدد للتيار خارجي إلزامي. تعني الخاصية الأسية IV لـ LED أن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب زيادة كبيرة ومدمرة في التيار.
• التخزين:المكون حساس للرطوبة (MSL). يجب تخزين الأكياس غير المفتوحة عند ≤30°C و≤90% رطوبة نسبية واستخدامها خلال عام واحد. بعد الفتح، يجب استخدام الأجزاء خلال 168 ساعة (7 أيام) عند تخزينها عند ≤30°C/≤70% رطوبة نسبية. يتطلب تجاوز هذه الحدود التجفيف عند 60±5°C لمدة 24 ساعة على الأقل قبل الاستخدام.

5.2 ظروف اللحام

• لحام إعادة التدفق:يتم الرجوع إلى ملف تعريف درجة حرارة خالٍ من الرصاص. لا ينبغي إجراء إعادة التدفق أكثر من مرتين لتجنب التلف الحراري للغلاف البلاستيكي وروابط الأسلاك.
• اللحام اليدوي:إذا لزم الأمر، استخدم طرف مكواة لحام بدرجة حرارة أقل من 350°C كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف. استخدم مكواة بسعة 25 واط أو أقل واترك فترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين الأطراف.
• الإصلاح:تجنب إعادة العمل بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، يجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، لمنع الإجهاد الميكانيكي من رفع وسادة واحدة بينما الأخرى لا تزال ملحومة.

6. معلومات التغليف والطلب

يتضمن التغليف النهائي ختم البكرات في أكياس مقاومة للرطوبة من الألومنيوم مع مجفف. يحتوي الملصق على الكيس على معلومات حرجة للتتبع والاستخدام: رقم جزء العميل (CPN)، رقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، الكمية (QTY)، درجات الأداء (CAT)، الطول الموجي القياسي (HUE)، رموز المرجعية، رقم الدفعة (LOT No.)، وبلد المنشأ.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تم تصميم LED الأشعة تحت الحمراء هذا لـأنظمة الأشعة تحت الحمراء التطبيقية. تجعله خصائصه الرئيسية مناسبًا لـ:

• استشعار القرب والوجود:مقترنًا بترانزستور ضوئي أو خلية ضوئية للكشف عن وجود أو غياب جسم ضمن نطاق قصير.
• عد الأجسام وكشف الحواف:في معدات الأتمتة لحساب العناصر على ناقل أو كشف الحواف.
• المفاتيح الضوئية والمشفرات:حيث يتم قطع شعاع الأشعة تحت الحمراء بواسطة جزء متحرك لتوليد إشارة رقمية.
• نقل البيانات قصير المدى:في روابط اتصال بالأشعة تحت الحمراء بسيطة (مثل أجهزة التحكم عن بعد، IRDA)، على الرغم من أن حزمته الضيقة قد تتطلب محاذاة دقيقة.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي لضبط التيار الأمامي. احسب قيمة المقاومة كـ R = (Vcc - Vf) / If، حيث Vcc هو جهد الإمداد، Vf هو الجهد الأمامي من ورقة البيانات (استخدم القيمة القصوى لتصميم آمن)، وIf هو التيار الأمامي المطلوب (مثل 20 مللي أمبير).
• إدارة الحرارة:للتشغيل المستمر بالقرب من الحد الأقصى للتيار المصنف، ضع في اعتبارك قدرة تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة على تبديد الحرارة من وسائد LED.
• المحاذاة البصرية:تتطلب زاوية الرؤية 20 درجة والتوجه الجانبي تصميمًا ميكانيكيًا دقيقًا لضمان توجيه شعاع الأشعة تحت الحمراء بشكل صحيح نحو الكاشف.
• مناعة الضوء المحيط:لتطبيقات الاستشعار، ضع في اعتبارك استخدام إشارات الأشعة تحت الحمراء المضمنة والكشف المتزامن في المستقبل لرفض ضوضاء الضوء المحيط، خاصة من مصادر مثل ضوء الشمس أو المصابيح الفلورية التي تحتوي على مكونات تحت الحمراء.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بـ LEDs الأشعة تحت الحمراء القياسية ذات الإشعاع العلوي، يوفر الغلاف الجانبي ميزة ميكانيكية مميزة. يسمح بانبعاث شعاع الأشعة تحت الحمراء موازيًا لسطح لوحة الدوائر المطبوعة، مما يمكن أن يبسط تصميم المسار البصري في التطبيقات المقيدة بالمساحة حيث يجب وضع الباعث والكاشف على نفس المستوى، متقابلين عبر فجوة. يجعله قطره البالغ 1.6 مم وملفه المنخفض أحد أصغر باعثات الأشعة تحت الحمراء SMD المتاحة، ومناسبًا للأجهزة المصغرة. يوفر مزيج تقنية شريحة GaAlAs، والطول الموجي 940 نانومتر، والعدسة الشفافة كفاءة عالية ومطابقة جيدة للكواشف السيليكونية دون التوهين الناتج عن عدسات الإيبوكسي الملونة (مثل الزرقاء أو السوداء) المستخدمة أحيانًا لحجب الضوء المرئي.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 ما هو الغرض من العدسة "الشفافة تمامًا"؟

تتمتع العدسة الشفافة تمامًا بأدنى امتصاص عبر الطيف المرئي وتحت الأحمر. بالنسبة لـ LED تحت الأحمر، فإن هذا يزيد من نقل ضوء الأشعة تحت الحمراء 940 نانومتر خارج الغلاف إلى الحد الأقصى. لا ترشح الضوء المرئي، ولكن نظرًا لأن الشريحة تصدر الضوء حصريًا تقريبًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء، فإن القليل جدًا من الضوء المرئي يُنتج على أي حال.

9.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 100 مللي أمبير بشكل مستمر؟

لا. يتم تحديد تصنيف 100 مللي أمبير للشدة الإشعاعية تحت ظروف النبض (عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة العمل ≤1%) لمنع التسخين المفرط. الحد الأقصىالمستمرللتيار الأمامي (IF) هو 65 مللي أمبير عند 25°C، ويجب تخفيض هذا عند درجات حرارة محيطة أعلى كما هو موضح في المنحنى ذي الصلة.

9.3 لماذا تكون مدة التخزين قصيرة جدًا بعد فتح الكيس؟

يمكن لتغليف البلاستيك لمكونات SMD امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء اللحام عالي الحرارة (إعادة التدفق)، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يسبب انفصالًا داخليًا، أو تشققًا، أو ظاهرة "الفرقعة"، مما يدمر المكون. عمر الأرضية البالغ 168 ساعة هو الفترة التي تم تصنيف المكون لتحملها بعد التعرض لمستوى محدد من الرطوبة المحيطة قبل الحاجة إلى إعادة التجفيف.

9.4 كيف يمكنني تحديد الأنود والكاثود؟

يُظهر الرسم البياني للغلاف في ورقة البيانات التعريف المادي. عادةً، قد يكون أحد الأطراف مميزًا (مثل شق، أو نقطة خضراء، أو طرف أطول) أو قد يكون شكل العاكس الداخلي غير متماثل. سيُظهر الرسم البياني بوضوح أي جانب يتوافق مع الأنود والكاثود.

10. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم مستشعر لكشف الورق للطابعة.

التنفيذ:يتم تركيب IR26-61C/L746/R/TR8 على جانب واحد من مسار الورق، مقابل ترانزستور ضوئي من السيليكون مطابق على الجانب الآخر. كلاهما ذو إشعاع جانبي، لذا تشع حزمتهما أفقياً عبر الفجوة. عندما لا يكون هناك ورق، يصل شعاع الأشعة تحت الحمراء إلى الكاشف، مولّدًا إشارة عالية. عندما يمر الورق، يحجب الشعاع، مما يتسبب في انخفاض إشارة الكاشف. تساعد الحزمة الضيقة بزاوية 20 درجة على ضمان استجابة المستشعر للأجسام الموجودة مباشرة في مسار الورق فقط وتأثره بشكل أقل بالانعكاسات الضالة. يقود متحكم دقيق LED بتيار 20 مللي أمبير (يضبطه مقاوم) ويقرأ الجهد التناظري من مجمع الترانزستور الضوئي لتحديد وجود الورق.

الحسابات الرئيسية:باستخدام إمداد 5 فولت وافتراض أقصى Vf يبلغ 1.5 فولت عند 20 مللي أمبير، قيمة المقاوم على التوالي هي R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175 أوم. سيتم استخدام مقاوم قياسي 180 أوم، مما يؤدي إلى تيار يبلغ حوالي 19.4 مللي أمبير.

11. مبدأ التشغيل

يعمل ثنائي باعث ضوء الأشعة تحت الحمراء (IR LED) على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المادة من النوع n والفجوات من المادة من النوع p في منطقة الوصلة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة. في مادة GaAlAs المستخدمة في هذا LED، تُطلق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات في طيف الأشعة تحت الحمراء، تحديدًا حول 940 نانومتر. يتضمن الغلاف الجانبي عدسة إيبوكسي مصبوبة تشكل الضوء المنبعث إلى حزمة موجهة بزاوية الرؤية المحددة، مما يعزز كفاءة الاقتران في الأنظمة المحاذية.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر مجال الإلكترونيات الضوئية تحت الحمراء في التطور. تشمل الاتجاهات ذات الصلة بمكونات مثل IR26-61C/L746/R/TR8:

• زيادة التصغير:يستمر الطلب على أجهزة استشعار أصغر في الإلكترونيات الاستهلاكية (الهواتف الذكية، الأجهزة القابلة للارتداء) في دفع تطوير أغلفة باعثات الأشعة تحت الحمراء أكثر إحكاما.
• كفاءة أعلى:تهدف التطورات في الترسيب البلوري لشبه الموصلات وتصميم الشرائح إلى إنتاج قدرة ضوئية أكبر (شدة إشعاعية) لنفس المدخلات الكهربائية، مما يحسن عمر بطارية النظام ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.
• التكامل:هناك اتجاه نحو دمج باعث الأشعة تحت الحمراء، والكاشف، وأحيانًا منطق التحكم في وحدة أو غلاف واحد، مما يبسط التصميم والتجميع للعملاء النهائيين.
• تنويع الطول الموجي:بينما يظل 940 نانومتر معيارًا، تُستخدم أطوال موجية أخرى مثل 850 نانومتر (غالبًا ما تكون مرئية كوهج أحمر خافت) أو 1050 نانومتر لتطبيقات محددة تتطلب اختراقًا مختلفًا للمواد أو خصائص رفض للضوء المحيط.