ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء الجانبي IR928-6C-F - تباعد أطراف 2.54 مم - طول موجي 940 نانومتر - تيار 50 مللي أمبير - قدرة 75 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد IR928-6C-F صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء بالأشعة تحت الحمراء عالي الشدة وذو إشعاع جانبي. تم تصميمه للتطبيقات التي تتطلب مصدر إشعاع مضغوطًا وموجهًا جانبياً. الجهاز مُشكل في غلاف بلاستيكي شفاف، مما يسمح بانبعاث الإشعاع تحت الأحمر من شريحة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) من جانب المكون. هذا النمط من الغلاف مفيد بشكل خاص في التصاميم المحدودة المساحة حيث لا يكون الصمام الباعث من الأعلى مناسباً.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا الجهاز شدته الإشعاعية العالية، وجهد الأمامي المنخفض، وموثوقيته العالية. يتم تصنيعه ليكون خاليًا من الرصاص (Pb-free)، ومتوافقًا مع لوائح RoHS، وREACH التابعة للاتحاد الأوروبي، وقيود المواد الخالية من الهالوجين (Br<900 جزء في المليون، Cl<900 جزء في المليون، Br+Cl<1500 جزء في المليون). تباعد الأطراف القياسي البالغ 2.54 مم يجعله متوافقًا مع تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) ذات الثقوب المارّة الشائعة.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يجب عدم تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود لمنع تلف دائم. يُصنف التيار الأمامي المستمر (IF) بـ 50 مللي أمبير. أقصى جهد عكسي (VR) يمكن تطبيقه هو 5 فولت. يمكن للجهاز العمل ضمن نطاق درجة حرارة محيطة (Topr) من -25°C إلى +85°C ويمكن تخزينه (Tstg) من -40°C إلى +85°C. أقصى درجة حرارة لحام (Tsol) هي 260°C لمدة أقل من 5 ثوانٍ. أقصى تبديد للقدرة (Pd) عند درجة حرارة هواء حر تبلغ 25°C أو أقل هو 75 مللي واط.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم تحديد هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية Ta=25°C. طول موجة الانبعاث القصوى (λp) هو عادة 940 نانومتر، مع عرض نطاق طيفي (Δλ) يبلغ 50 نانومتر، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في الطيف تحت الأحمر القريب. الجهد الأمامي (VF) هو عادة 1.25 فولت عند تيار أمامي 20 مللي أمبير، بحد أقصى 1.60 فولت، مما يشير إلى كفاءة كهربائية جيدة. التيار العكسي (IR) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي كامل 5 فولت. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي 20 درجة، مما يحدد حزمة ضيقة نسبيًا من الضوء تحت الأحمر تنبعث من جانب الغلاف.

المعلمة الحرجة هي تيار الضوء (IC(ON))، وهو التيار الضوئي المتولد في ترانزستور ضوئي اختباري تحت ظروف محددة (IF=4mA, VCE=3.5V). تُستخدم هذه المعلمة لتصنيف مصابيح LED إلى رتب شدة مختلفة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز IR928-6C-F إلى رتب مختلفة بناءً على شدته الإشعاعية، المقاسة كـ IC(ON). يضمن ذلك اتساق الأداء للتطبيقات النهائية. يوفر جدول التصنيف قيمًا دنيا وعليا لكل رمز رتبة. على سبيل المثال، الرتبة 5-2 لها نطاق IC(ON) من 1053 إلى 1870 ميكرو أمبير، بينما الرتبة 7-2 لها نطاق من 306 إلى 441 ميكرو أمبير. من المهم ملاحظة أن جدول التصنيف هذا هو للاسترشاد فقط، ولا يتم ضمان شحنات رتبة محددة ما لم يتم تحديدها أثناء الطلب. يجب على المصممين مراعاة التباين المحتمل في المخرجات ضمن الرتبة المحددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات خصائص نموذجية ضرورية لتصميم الدوائر وإدارة الحرارة.

4.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر منحنى التخفيض هذا كيف ينخفض أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25°C. هذا أمر بالغ الأهمية لضمان الموثوقية طويلة الأمد ومنع الانحراف الحراري.

4.2 التوزيع الطيفي

يوضح هذا الرسم البياني الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي، ومركزها حول الذروة 940 نانومتر. عرض النطاق الترددي البالغ 50 نانومتر مرئي، مما يوضح انتشار الأطوال الموجية المنبعثة.

4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

يُظهر منحنى IV العلاقة بين التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي والجهد عبره. إنه غير خطي، وهو نموذجي للصمام الثنائي. هذا المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار.

4.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يمثل هذا الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية البالغة 20 درجة بشكل مرئي، ويوضح كيف تتناقص شدة الضوء تحت الأحمر المنبعث كلما ابتعدت عن المحور المركزي العمودي على جانب الغلاف.

5. معلومات الميكانيكا والغلاف

الغلاف تصميم ذو رؤية جانبية وثقوب مارّة. يتم تحديد الأنود والكاثود بوضوح في رسم الغلاف. يتم توفير رسم مفصل بالأبعاد، مع جميع الوحدات بالمليمترات وتسامحات قياسية تبلغ ±0.3 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. للأطراف تباعد قياسي يبلغ 2.54 مم (0.1 بوصة). يحدد الرسم المسافات الحرجة، مثل الحد الأدنى للمسافة الموصى بها (3 مم) من لمبة الإيبوكسي إلى أي نقطة انحناء أو لحام للأطراف لتجنب الإجهاد الميكانيكي والحراري على الغلاف.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تشكيل الأطراف

يجب تشكيل الأطراف قبل اللحام. يجب أن يحدث الانحناء على الأقل 3 مم من قاع لمبة راتنج الإيبوكسي. يجب تثبيت إطار الأطراف بإحكام أثناء الانحناء لتجنب إجهاد الإيبوكسي، مما قد يتسبب في تشقق الصمام الثنائي أو إتلاف الوصلات السلكية الداخلية. يجب أن يتم قطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة.

6.2 عملية اللحام

يتم تحديد معلمات اللحام اليدوي واللحام بالغمس/الموجة. للحام اليدوي، يوصى بدرجة حرارة طرف المكواة بحد أقصى 300°C (30 واط كحد أقصى) مع وقت لحام بحد أقصى 3 ثوانٍ. للحام بالموجة، يتم تحديد تسخين مسبق بحد أقصى 100°C لمدة 60 ثانية كحد أقصى، يليه حمام لحام بحد أقصى 260°C لمدة 5 ثوانٍ كحد أقصى. في جميع الحالات، يجب أن تكون نقطة اللحام على الأقل 3 مم من لمبة الإيبوكسي. يتم توفير رسم بياني لملف اللحام، يوضح العلاقة الموصى بها بين درجة الحرارة والوقت للحام بالموجة. لا ينبغي إجراء اللحام أكثر من مرة. بعد اللحام، يجب حماية الصمام الثنائي من الصدمات الميكانيكية حتى يبرد إلى درجة حرارة الغرفة.

6.3 ظروف التخزين

بعد الشحن، يجب تخزين مصابيح LED عند 10-30°C ورطوبة نسبية ≤70% (RH) لمدة تصل إلى 3 أشهر. للتخزين لفترات أطول (حتى عام واحد)، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق بجو من النيتروجين عند 10-25°C و 20-60% RH. بمجرد فتح العبوة الأصلية، يجب استخدام الأجهزة في غضون 24 ساعة أو في أسرع وقت ممكن، وتخزينها عند 10-25°C و 20-60% RH. يجب تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في الرطوبة العالية لمنع التكثيف.

6.4 التنظيف والحماية من الكهرباء الساكنة (ESD)

لا يُوصى بالتنظيف بالموجات فوق الصوتية لأنه قد يتلف الغلاف. الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يوصى بشدة باتخاذ احتياطات ESD المناسبة، مثل استخدام محطات عمل مؤرضة وأسوار معصم، أثناء التعامل.

6.5 إدارة الحرارة

التصميم الحراري السليم أمر أساسي. يجب تخفيض تيار التشغيل وفقًا لمنحنى التخفيض عندما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة 25°C. يجب التحكم في درجة الحرارة حول الصمام الثنائي في التطبيق النهائي للحفاظ على الأداء والموثوقية.

7. معلومات التعبئة والطلب

كمية التعبئة القياسية هي 1000 قطعة لكل كيس، 8 أكياس لكل صندوق، و 10 صناديق لكل كرتونة، بإجمالي 80,000 قطعة لكل كرتونة. يتم توفير مواصفات الملصق، تفصيل المعلومات المطبوعة على العبوة، بما في ذلك حقول رقم جزء العميل (CPN)، رقم الجزء (P/N)، الكمية (QTY)، الرتبة (CAT)، المرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

يعد IR928-6C-F مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب مصدرًا مضغوطًا للأشعة تحت الحمراء ذو إشعاع جانبي. تشمل الاستخدامات الشائعة فئران الكمبيوتر البصرية، حيث ينعكس الإشعاع الجانبي من سطح إلى مستشعر. كما يستخدم في المفاتيح البصرية الإلكترونية، وأنظمة كشف الأجسام، وأجهزة استشعار القرب، ومختلف أنظمة التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء أو نقل البيانات حيث يكون طوله الموجي المحدد وعامل شكله مفيدًا.

8.2 اعتبارات التصميم

عند التصميم باستخدام هذا الصمام الثنائي، ضع في الاعتبار ما يلي: تأكد من تطابق محاذاة ثقوب PCB مع أطراف الصمام الثنائي تمامًا لتجنب الإجهاد الميكانيكي. نفذ مقاومات تحديد تيار مناسبة بناءً على الجهد الأمامي وتيار التشغيل المطلوب (مع البقاء ضمن الحد الأقصى 50 مللي أمبير). استخدم منحنى التخفيض لاختيار تيار تشغيل آمن لأقصى درجة حرارة محيطة متوقعة. ضع الصمام الثنائي بحيث يكون وجهه الباعث جانبياً موجهاً بشكل صحيح نحو الهدف أو المستشعر. ضع في الاعتبار تباين الشدة المحدد بواسطة نظام التصنيف في حساسية دائرة الاستقبال (مثل الترانزستور الضوئي أو الصمام الثنائي الضوئي).

9. المقارنة الفنية والتمييز

يكمن التمييز الأساسي لـ IR928-6C-F في هندسة غلافه الجانبي، وهو غير شائع بين مصابيح LED تحت الحمراء القياسية. مقارنة بمصابيح LED الباعثة من الأعلى، فإنه يسمح بتركيب منخفض الارتفاع عندما يحتاج الإشعاع إلى توجيه أفقيًا. طوله الموجي البالغ 940 نانومتر هو معيار شائع، مما يوفر توافقًا جيدًا مع الكواشف الضوئية القائمة على السيليكون والتي تتمتع بحساسية عالية في هذا النطاق. يوفر الجمع بين الشدة الإشعاعية العالية نسبيًا (كما هو محدد برتبه) وزاوية رؤية ضيقة تبلغ 20 درجة حزمة أكثر توجيهًا مقارنة بمصابيح LED ذات زوايا رؤية أوسع، مما قد يزيد من قوة الإشارة في الأنظمة المحاذية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: ما هو الغرض من معلمة IC(ON) ونظام التصنيف (Binning)؟

ج: IC(ON) هو مقياس للمخرجات الإشعاعية للصمام الثنائي تحت ظروف اختبار موحدة. يقوم نظام التصنيف بتجميع مصابيح LED ذات مستويات مخرجات متشابهة. هذا يسمح للمصممين باختيار مستوى اتساق لتطبيقهم؛ للتطبيقات الحرجة، قد يتم تحديد رتبة أضيق (مثل 6-1) لضمان أداء موحد عبر جميع الوحدات في دورة إنتاج.

س: لماذا تعتبر مسافة 3 مم لانحناء الأطراف واللحام مهمة جدًا؟

ج: لمبة راتنج الإيبوكسي والوصلات الداخلية (الوصلات السلكية) من الشريحة إلى الأطراف حساسة للحرارة والإجهاد الميكانيكي. تطبيق الحرارة أو القوة بالقرب من اللمبة يمكن أن يذيب الإيبوكسي، أو يتسبب في تشققه، أو يكسر الوصلات السلكية الدقيقة، مما يؤدي إلى فشل فوري أو كامن للصمام الثنائي.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي بمصدر جهد ثابت؟

ج: لا يُوصى بذلك. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. جهدها الأمامي له تسامح ويتغير مع درجة الحرارة. التشغيل بجهد ثابت يمكن أن يؤدي إلى تباينات كبيرة وغير مسيطر عليها في التيار، مما قد يتجاوز التصنيف الأقصى ويدمر الصمام الثنائي. استخدم دائمًا مشغل تيار ثابت أو مقاومة متسلسلة بسيطة مع مصدر جهد لضبط التيار.

س: ماذا يعني "خالي من الرصاص" و"خالي من الهالوجين" لتطبيقي؟

ج: هذه بيانات توافق بيئي وتنظيمي. خالي من الرصاص يعني أن الجهاز لا يحتوي على رصاص، متوافق مع لوائح مثل RoHS. خالي من الهالوجين يعني أنه يحتوي على مستويات منخفضة جدًا من البروم (Br) والكلور (Cl)، وهي مواد مثيرة للقلق في بعض اللوائح البيئية ولتطبيقات الموثوقية العالية أو درجات الحرارة العالية حيث يمكن أن تكون المنتجات الثانوية الهالوجينية إشكالية.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: مستشعر كشف الأجسام

في مستشعر كسر الحزمة البسيط، يمكن إقران IR928-6C-F بترانزستور ضوئي يوضع مقابل له. يتم تشغيل الصمام الثنائي بتيار ثابت قدره، على سبيل المثال، 20 مللي أمبير. عندما يمر جسم بين الصمام الثنائي والترانزستور الضوئي، فإنه يعترض حزمة الأشعة تحت الحمراء 940 نانومتر. يتغير ناتج الترانزستور الضوئي، والذي يمكن اكتشافه بواسطة مقارن أو متحكم دقيق لتحريك إجراء. يسمح الغلاف الباعث جانبياً بتركيب كل من الصمام الثنائي والمستشعر بشكل مسطح على نفس لوحة الدوائر المطبوعة، مع توجيه جوانبهما النشطة تجاه بعضهما البعض عبر فجوة، مما يخلق مجموعة مستشعر مضغوطة للغاية. تساعد زاوية الرؤية البالغة 20 درجة في تركيز الضوء نحو المستقبل، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء. يجب على المصمم اختيار رتبة IC(ON) مناسبة لضمان وصول قوة إشارة كافية إلى الترانزستور الضوئي عبر مسافة الاستشعار المطلوبة.

12. مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء هو صمام ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبته، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من المادة شبه الموصلة (زرنيخيد الغاليوم، GaAs، في هذه الحالة). تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد البالغ 940 نانومتر بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة GaAs. يعمل غلاف الإيبوكسي الشفاف كعدسة، مشكلاً الضوء المنبعث إلى زاوية الرؤية المحددة البالغة 20 درجة من جانب المكون. يتم تحقيق تصميم "الجانبي" عن طريق تركيب الشريحة شبه الموصلة عموديًا داخل الغلاف بحيث يواجه سطحها الباعث للضوء الجدار الجانبي.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

يتجه الاتجاه في مصابيح LED تحت الحمراء، بما في ذلك الأنواع ذات الإشعاع الجانبي، نحو كفاءة أعلى (مخرجات إشعاعية أكثر لكل واط كهربائي مدخل)، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. هناك أيضًا دفع لزيادة الموثوقية والعمر الطويل، خاصة للتطبيقات السياراتية والصناعية. يستمر التصغير، على الرغم من أن أغلفة الثقوب المارّة مثل IR928-6C-F تظل شائعة للنماذج الأولية، والاستخدام الهواة، والتطبيقات التي تتطلب تجميعًا يدويًا أو قوة ميكانيكية أعلى. أصبحت إصدارات أجهزة التركيب السطحي (SMD) من مصابيح LED تحت الحمراء الجانبية أكثر شيوعًا للإنتاج الآلي الضخم. يظل الطول الموجي 940 نانومتر معيارًا صناعيًا بسبب تطابقه الجيد مع كواشف السيليكون وكونه غير مرئي نسبيًا مقارنة بالضوء تحت الأحمر المرئي أو 850 نانومتر، والذي يمكن أن يكون له توهج أحمر خافت.