ورقة بيانات ثنائي الأشعة تحت الحمراء الدقيق IR26-21C/L447/CT - قطر 1.6 مم - جهد 1.3 فولت - قدرة 130 مللي واط - عدسة شفافة - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد IR26-21C/L447/CT ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء دقيقًا للغاية من نوع جهاز السطح المثبت (SMD). وهو مُغلف بغلاف مضغوط ثنائي الطرف مصنوع من البلاستيك الشفاف مع عدسة علوية كروية. الوظيفة الأساسية لهذا المكون هي إصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر، وهو متطابق طيفيًا مع كواشف الضوء والترانزستورات الضوئية القائمة على السيليكون، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات الاستشعار.

يتم تصنيع هذا الثنائي باستخدام مادة شريحة GaAlAs (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد). تشمل مزاياه الأساسية جهدًا أماميًا منخفضًا جدًا، وحجمًا صغيرًا مناسبًا للتصاميم المحدودة المساحة، وموثوقية جيدة. يتوافق الجهاز مع اللوائح البيئية الرئيسية، بما في ذلك كونه خاليًا من الرصاص، ومتوافقًا مع RoHS، ومتوافقًا مع REACH التابع للاتحاد الأوروبي، وخاليًا من الهالوجين، مستوفيًا الحدود المحددة لمحتوى البروم والكلور.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تم تصميم الجهاز للعمل ضمن حدود صارمة لضمان طول العمر والموثوقية. قد يؤدي تجاوز هذه القيم إلى تلف دائم.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 65 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن أن يتدفق باستمرار عبر الثنائي.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. تطبيق جهد عكسي أعلى من هذا يمكن أن يعطل وصلة أشباه الموصلات للثنائي.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -25°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل العادي.
• درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة لتخزين الجهاز عند عدم الاستخدام.
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260°C كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ. هذا يحدد قيد ملف تعريف لحام إعادة التدفق.
• تبديد الطاقة (P_d): 130 مللي واط عند درجة حرارة هواء حر تبلغ 25°C أو أقل. هذه هي أقصى قدرة يمكن للغلاف تبديدها كحرارة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية بدرجة حرارة محيطة 25°C وتيار أمامي 20 مللي أمبير، وهي نقطة تشغيل نموذجية.

• الشدة الإشعاعية (I_e): 11 مللي واط/ستراديان (الحد الأدنى)، 18 مللي واط/ستراديان (النموذجي). يقيس هذا القدرة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان). تشير القيمة النموذجية إلى الناتج المتوقع.
• الطول الموجي الذروة (λ_p): 940 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي الذي يصدر فيه الثنائي أكبر قدر من الطاقة البصرية. هذا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير مرئي للعين البشرية ولكنه الأمثل لمستشعرات السيليكون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): 55 نانومتر (النموذجي). نطاق الأطوال الموجية المنبعثة، يُقاس عادةً عند نصف شدة الذروة (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM).
• الجهد الأمامي (V_F): 1.3 فولت (النموذجي)، 1.5 فولت (الحد الأقصى). انخفاض الجهد عبر الثنائي عند التشغيل بتيار 20 مللي أمبير. الجهد المنخفض يمثل ميزة كفاءة.
• التيار العكسي (I_R): 10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند انحياز عكسي 5 فولت. مقياس لتسرب الوصلة في حالة الإيقاف.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 25° (النموذجي). الانتشار الزاوي حيث تكون الشدة الإشعاعية على الأقل نصف قيمتها القصوى. هذا يحدد نمط الحزمة.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة حاسمة لمهندسي التصميم.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. لمنع ارتفاع درجة الحرارة، يجب تقليل التيار عند التشغيل فوق 25°C. يُظهر المنحنى عادةً انخفاضًا خطيًا، مما يؤكد على أهمية إدارة الحرارة في البيئات عالية الحرارة.

3.2 التوزيع الطيفي

يرسم هذا الرسم البياني الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد بصريًا على الذروة عند 940 نانومتر وعرض النطاق الطيفي البالغ حوالي 55 نانومتر. الشكل مميز لثنائيات الأشعة تحت الحمراء GaAlAs.

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

يوضح هذا المنحنى الأساسي العلاقة الأسية بين التيار والجهد للثنائي. يساعد في تصميم دائرة السائق المحددة للتيار. سيُظهر المنحنى تشغيلًا حادًا حول V_Fالنموذجي البالغ 1.3 فولت.

3.4 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا المنحنى خطية (أو عدم الخطية المحتملة عند التيارات العالية جدًا) لناتج الضوء بالنسبة لتيار التشغيل. بالنسبة لمعظم الثنائيات، تكون العلاقة خطية إلى حد ما ضمن نطاق التشغيل الموصى به، مما يسمح بتحكم بسيط في السطوع عبر تعديل التيار.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يحدد هذا الرسم البياني القطبي نمط الإشعاع المكاني. بالنسبة لهذا الثنائي ذو العدسة الكروية، من المتوقع أن يكون النمط تقريبًا لامبرتي (توزيع جيب التمام) أو أضيق قليلاً، ومركزه على المحور العمودي على السطح الباعث. تُشتق زاوية الرؤية البالغة 25 درجة من هذا المنحنى.

4. المعلومات الميكانيكية وبيانات التغليف

4.1 أبعاد الغلاف

الجهاز عبارة عن غلاف SMD دائري دقيق بقطر جسم 1.6 مم. توفر الرسومات الميكانيكية التفصيلية في ورقة البيانات جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك الارتفاع الكلي، وتباعد الأطراف، وهندسة العدسة. جميع الأبعاد بالمليمترات بتحمل قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.2 تخطيط المسارات وتوصية معجون اللحام

تم توفير نمط أرضي مقترح (تخطيط المسارات) لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة كمرجع. يُنصح المصممون بتعديل هذا بناءً على عملية التصنيع المحددة ومتطلبات الموثوقية الخاصة بهم. توصي ورقة البيانات بتكوين معجون لحام Sn/Ag3.0/Cu0.5 وسمك استنسل 0.10 مم لتشكيل وصلة لحام مثالية.

4.3 تحديد القطبية

يتميز الغلاف بتصميم ثنائي الطرف. عادةً ما يتم الإشارة إلى القطبية بواسطة علامة على جانب الكاثود أو بواسطة ميزة شكلية محددة في الغلاف أو الشريط. يجب التحقق من العلامة الدقيقة مقابل رسم أبعاد الغلاف.

4.4 أبعاد الشريط الحامل

يتم توريد الثنائيات في شريط حامل بارز على بكرات قطرها 7 بوصات لتجميع الالتقاط والوضع الآلي. يتم تحديد أبعاد الشريط (حجم الجيب، والخطوة، وما إلى ذلك) لضمان التوافق مع معدات تجميع SMD القياسية. تحتوي كل بكرة على 1500 قطعة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يوصى بملف تعريف درجة حرارة لحام الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية مرحلة التسخين المسبق، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°C، ووقت فوق السائل (TAL) يتم التحكم فيه لمنع التلف الحراري. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز.

5.2 احتياطات اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°C، ولا يجب أن يتجاوز وقت التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يُوصى بمكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط)، مع فاصل زمني لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف للسماح بالتبريد.

5.3 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تغليف الثنائيات في كيس مقاوم للرطوبة. لا تفتح الكيس حتى تصبح جاهزًا للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين الأجهزة غير المستخدمة عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية (RH). "عمر الأرضية" بعد الفتح هو 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز هذا الوقت أو إذا أظهر مؤشر الرطوبة (هلام السيليكا) التشبع، فإنه يلزم معالجة بالخبز عند 60±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

5.4 الإصلاح وإعادة العمل

يُحذر بشدة من الإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، لتقليل الإجهاد الحراري على الغلاف البلاستيكي. يجب تقييم احتمالية إتلاف خصائص الثنائي أثناء الإصلاح مسبقًا.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 دوائر التطبيق النموذجية

أهم اعتبار في التصميم هو تحديد التيار. المقاوم الخارجي المتسلسل إلزامي. بسبب الخاصية الأسية I-V للثنائي، يمكن أن يؤدي زيادة صغيرة في الجهد إلى زيادة كبيرة ومدمرة في التيار. يتم حساب قيمة المقاوم (R) باستخدام: R = (V_supply- V_F) / I_F. لمصدر طاقة 5 فولت وهدف I_Fبقيمة 20 مللي أمبير مع V_F~1.3 فولت، R ≈ (5 - 1.3) / 0.02 = 185 أوم. سيكون المقاوم القياسي 180 أوم أو 200 أوم مناسبًا.

6.2 اعتبارات التصميم

• تبديد الحرارة: على الرغم من صغر حجمه، يجب مراعاة تبديد الطاقة (حتى 130 مللي واط)، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية أو عند تيارات تشغيل أعلى. يمكن أن تعمل مساحة النحاس الكافية في لوحة الدوائر المطبوعة حول المسارات كمشتت حراري بسيط.
• المحاذاة البصرية: تتطلب زاوية الرؤية البالغة 25 درجة محاذاة دقيقة مع كاشف الضوء المقترن في تصميمات مستشعرات الحاجز أو العاكسة لضمان قوة إشارة كافية.
• الضوضاء الكهربائية: في دوائر الاستشعار التناظرية الحساسة، يجب فصل سائق الثنائي عن مضخمات الكاشف الحساسة لمنع التداخل الكهربائي.

6.3 سيناريوهات التطبيق الشائعة

• مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المثبتة على لوحة الدوائر المطبوعة: تُستخدم كمصدر للضوء في مستشعرات القرب، وكشف الأجسام، وأجهزة قياس السرعة.
• الحواجز الضوئية المصغرة / المقاطعات الضوئية ذات الفتحة: مقترنة بترانزستور ضوئي لاكتشاف الأجسام التي تعترض شعاع الضوء، تُستخدم في الطابعات، والمشفرات، وآلات البيع.
• محرك الأقراص المرنة: استُخدم تاريخيًا لاكتشاف المسار الصفري واستشعار الحماية من الكتابة.
• المفاتيح الكهروضوئية: في المستشعرات العاكسة لاكتشاف وجود السطح أو التباين (مثل روبوتات تتبع الخط).
• كاشفات الدخان: تُستخدم في كاشفات الدخان من نوع التعتيم حيث تبعثر جسيمات الدخان أو تحجب شعاع الأشعة تحت الحمراء الداخلي بين الثنائي وثنائي الصور الضوئية.

7. المقارنة والتمييز التقني

يحتل IR26-21C/L447/CT مكانة محددة في سوق ثنائيات الأشعة تحت الحمراء. عوامل التمييز الأساسية هي غلافه الدائري الصغير للغاية 1.6 مم وجهاده الأمامي المنخفض. مقارنة بثنائيات الأشعة تحت الحمراء الأكبر حجمًا 3 مم أو 5 مم ذات الثقب المار، فإنه يمكّن من تصغير المنتجات النهائية. مقارنة بثنائيات الأشعة تحت الحمراء SMD الأخرى، فإن عدسته الشفافة (على عكس الملوّنة أو المنتشرة) وطوله الموجي المحدد 940 نانومتر مع توافق جيد مع السيليكون يجعله مُحسّنًا لنقل أقصى طاقة إلى مستقبل السيليكون، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء والنطاق في تطبيقات الاستشعار. يضمن الامتثال لمعايير خالية من الهالوجين وRoHS تلبية المعايير البيئية الحديثة للتصنيع الإلكتروني العالمي.

8. الأسئلة المتكررة (FAQ)

8.1 لماذا يعتبر المقاوم المحدد للتيار ضروريًا تمامًا؟

الثنائي الباعث للضوء هو جهاز يعمل بالتيار، وليس بالجهد. يظل جهد الأمامي ثابتًا نسبيًا على مدى تيار واسع. بدون مقاوم متسلسل، فإن توصيله مباشرة بمصدر جهد سيحاول سحب تيار محدود فقط بالمقاومة الداخلية للمصدر والمقاومة الديناميكية للثنائي، وهي منخفضة جدًا. من شبه المؤكد أن هذا سيتجاوز الحد الأقصى للتيار الأمامي (65 مللي أمبير) ويدمر الثنائي على الفور.

8.2 هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي بإشارة PWM للتحكم في السطوع؟

نعم، تعد تعديل عرض النبضة (PWM) طريقة ممتازة للتحكم في متوسط الشدة الإشعاعية. تقوم بتشغيل الثنائي عند تياره الاسمي (مثل 20 مللي أمبير) أثناء النبضات "المفتوحة". يجب أن يكون التردد مرتفعًا بما يكفي لتجنب الوميض المرئي في نظام الاستشعار (عادةً >100 هرتز). يجب أن تكون دائرة السائق (الترانزستور/MOSFET) قادرة على التعامل مع تيار الذروة.

8.3 ما الفرق بين الشدة الإشعاعية (mW/sr) والشدة الضوئية (mcd)؟

الشدة الضوئية (تُقاس بالكانديلا) مُرجحة بحساسية العين البشرية (استجابة الضوء). نظرًا لأن هذا ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء يصدر عند 940 نانومتر، حيث تكون حساسية العين البشرية صفرًا، فإن شدته الضوئية تساوي صفرًا فعليًا. تقيس الشدة الإشعاعية القدرة البصرية الفعلية المنبعثة لكل زاوية صلبة، وهي المقياس ذو الصلة لمستشعرات الآلة.

8.4 كيف أفسر "زاوية الرؤية" البالغة 25 درجة؟

تعني زاوية الرؤية (2θ_1/2= 25°) الانتشار الزاوي الكلي حيث تكون الشدة على الأقل نصف القيمة القصوى. نصف الزاوية (θ_1/2) هي 12.5 درجة من المحور المركزي. هذا يحدد حزمة ضيقة نسبيًا، تتركز فيها طاقة الأشعة تحت الحمراء لمدى أطول أو استشعار أكثر توجيهًا مقارنة بالثنائيات ذات الزوايا الأوسع (مثل 60° أو 120°).

9. مبدأ التشغيل

ثنائي الأشعة تحت الحمراء هو ثنائي وصلة أشباه موصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للوصلة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p عبر الوصلة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات (المصنوعة من GaAlAs)، يتم إطلاق الطاقة. في هذا التركيب المادي المحدد، تتوافق الطاقة مع فوتونات في طيف الأشعة تحت الحمراء بطول موجي ذروة 940 نانومتر. يعمل غلاف الإيبوكسي الشفاف كغلاف واقٍ وعدسة لتشكيل نمط إشعاع الضوء المنبعث.

10. اتجاهات الصناعة والسياق

يستمر الطلب على مكونات الأشعة تحت الحمراء المصغرة عالية الموثوقية في النمو، مدفوعًا بانتشار إنترنت الأشياء (IoT)، ومستشعرات المنزل الذكي، والأتمتة الصناعية، والأجهزة القابلة للارتداء. تشمل الاتجاهات الرئيسية المؤثرة على مكونات مثل IR26-21C/L447/CT:

• زيادة التكامل: التوجه نحو وحدات تجمع بين ثنائي الأشعة تحت الحمراء، وكاشف الضوء، ودوائر تكييف الإشارة في غلاف واحد.
• كفاءة أعلى: التطوير المستمر لمواد أشباه الموصلات وتصاميم الشرائح لتحقيق ناتج إشعاعي أعلى لتيار إدخال معين، مما يحسن عمر البطارية في الأجهزة المحمولة.
• موثوقية محسنة: التركيز على التغليف القوي لتحمل درجات حرارة إعادة تدفق أعلى وظروف بيئية أقسى مطلوبة للتطبيقات السياراتية والصناعية.
• التوحيد القياسي: الالتزام بالمعايير البيئية العالمية (RoHS، REACH، خالي من الهالوجين) والتصنيعية (MSL، الشريط والبكرة) أصبح الآن متطلبًا أساسيًا للوصول إلى السوق العالمية.

المكونات مثل هذا الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء الدقيق هي لبنات بناء أساسية تمكن من الاستشعار غير التلامسي، وهي تقنية حاسمة عبر هذه القطاعات المتطورة.