ورقة مواصفات ثنائي الأشعة تحت الحمراء SMD RE30AX - الأبعاد 3.00×3.00×2.10 مم - الجهد 1.7 فولت - الطاقة 0.9 واط - الطول الموجي القياسي 850 نانومتر - وثيقة فنية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة الفنية المواصفات والمبادئ التوجيهية للتطبيق لثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء عالي الطاقة والمثبت على السطح. يتميز الجهاز بعبوة مركبة إيبوكسية (EMC)، والتي توفر قوة ميكانيكية ممتازة، وثبات حراري، وموثوقية للبيئات التشغيلية المتطلبة.

المزايا الأساسية:تشمل الفوائد الرئيسية لهذا المكون حيز تركيب صغير بتقنية SMD (3.0 مم × 3.0 مم)، وإخراج تدفق إشعاعي إجمالي مرتفع، وزاوية مشاهدة واسعة تبلغ 100 درجة، مما يضمن إضاءة لمنطقة واسعة. تم تصميمه ليكون متوافقًا مع عمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية.

السوق المستهدف:المجالات التطبيقية الأساسية لهذا الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء هي أنظمة الأمن والمراقبة، حيث يعمل كمصدر إضاءة خفي لكاميرات الرؤية الليلية. كما أنه مناسب للغاية لأنظمة الرؤية الآلية في الأتمتة الصناعية، مما يتيح الكشف الموثوق عن الأشياء وتحديد مواقعها في ظروف الإضاءة المنخفضة.

1.1 أبعاد العبوة

يتم احتواء المكون في عبوة مستطيلة مدمجة بقياس 3.00 مم في الطول، و3.00 مم في العرض، و2.10 مم في الارتفاع. تكون تسامحات الأبعاد عادةً ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العبوة بعلامة قطبية واضحة لضمان الاتجاه الصحيح أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة. يتم توفير نمط منطقة اللحام الموصى به (البصمة) لتسهيل الأداء الحراري والكهربائي الأمثل، وكذلك التثبيت الميكانيكي الموثوق للوحة الدوائر المطبوعة.

2. تحليل متعمق للمعايير الفنية

تقدم الأقسام التالية تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا لخصائص الجهاز الكهربائية والبصرية والحرارية.

2.1 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم تحديد جميع القياسات عند درجة حرارة قياسية لنقطة اللحام (Ts) تبلغ 25°م.

• الجهد الأمامي (V_F):مع تطبيق تيار أمامي (I_F) بقيمة 500 مللي أمبير، يكون انخفاض الجهد النموذجي عبر الثنائي الباعث للضوء 1.7 فولت، بحد أدنى 1.4 فولت. يساهم هذا الجهد الأمامي المنخفض في كفاءة نظام أعلى.
• الطول الموجي القياسي (λ_p):الطول الموجي الأساسي للضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث هو 850 نانومتر، وهو قريب من ذروة حساسية العديد من مستشعرات الصور القائمة على السيليكون مع بقائه غير مرئي للعين البشرية.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):يبلغ عرض الطيف عند نصف الكثافة القصوى عادةً 30 نانومتر، مما يحدد نقاء الضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث.
• التدفق الإشعاعي الإجمالي (Φ_e):يقيس هذا المعلمة إخراج الطاقة البصرية الإجمالي بالمللي واط. عند I_F= 500 مللي أمبير، القيمة النموذجية هي 350 مللي واط، مع نطاق من 280 مللي واط (الحد الأدنى) إلى 450 مللي واط (الحد الأقصى).
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):الزاوية التي تكون عندها الكثافة الإشعاعية نصف الكثافة القصوى هي 100 درجة، مما يوفر نمط حزمة واسع.
• المقاومة الحرارية (R_θJ-S):المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام هي 16 °م/واط. هذه القيمة حاسمة لحساب درجة حرارة الوصلة أثناء التشغيل لضمان الموثوقية طويلة الأجل.

2.2 التقييمات القصوى المطلقة

هذه هي حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات ممتدة.

• أقصى تبديد للطاقة (P_D):0.9 واط.
• أقصى تيار أمامي مستمر (I_F):500 مللي أمبير.
• أقصى جهد عكسي (V_R):5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا في انهيار فوري.
• تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):تصنيف نموذج الجسم البشري (HBM) هو 2000 فولت. إجراءات التعامل الصحيحة مع التفريغ الكهروستاتيكي إلزامية.
• نطاقات درجة الحرارة:درجة حرارة التشغيل: من -40°م إلى +85°م. درجة حرارة التخزين: من -40°م إلى +100°م.
• أقصى درجة حرارة للوصلة (T_J):105°م. يجب تقليل تيار التشغيل للحفاظ على T_Jأقل من هذا الحد.

3. تحليل منحنيات الأداء

3.1 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (منحنى IV)

يظهر منحنى IV علاقة غير خطية نموذجية للثنائيات شبه الموصلة. مع زيادة التيار من 0 إلى 600 مللي أمبير، يرتفع الجهد الأمامي من حوالي 1.3 فولت إلى 1.7 فولت. هذا المنحنى أساسي لاختيار دوائر تحديد التيار المناسبة وفهم تبديد الطاقة.

3.2 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي

يظهر هذا الرسم البياني أن الإخراج البصري (الشدة النسبية) يزيد بشكل شبه خطي مع تيار القيادة حتى الحد الأقصى المقنن. هذه العلاقة المتوقعة تسمح للمصممين بضبط السطوع عن طريق تعديل تيار القيادة.

3.3 الشدة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

يشير الرسم البياني إلى انخفاض في الإخراج البصري مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. من 25°م إلى 85°م، تنخفض الشدة النسبية إلى حوالي 85-90% من قيمتها عند درجة حرارة الغرفة. يجب أخذ هذا الانخفاض الحراري في الاعتبار في التصميمات لأداء مستقر عبر نطاق درجة حرارة التشغيل.

3.4 التوزيع الطيفي

يؤكد رسم الطيف ذروة الانبعاث عند 850 نانومتر بعرض نطاق ضيق نسبيًا، يتمركز حول ذروة استجابة مستشعر السيليكون النموذجي. الشكل مميز لهيكل ثنائي باعث للضوء قائم على AlGaAs.

3.5 نمط الإشعاع

يمثل الرسم القطبي زاوية المشاهدة البالغة 100 درجة، ويظهر نمط انبعاث قريب من لامبرتي حيث تكون الشدة موحدة إلى حد ما عبر مخروط المشاهدة المركزي قبل أن تنخفض عند زوايا أوسع.

3.6 درجة حرارة نقطة اللحام مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا المنحنى الاقتران الحراري بين وصلة الثنائي الباعث للضوء ونقطة اللحام الخاصة به. بالنسبة لتيار أمامي معين، سترتفع درجة حرارة نقطة اللحام. تستخدم هذه البيانات، مع المقاومة الحرارية، لتصميم إدارة حرارية دقيقة.

4. معلومات التعبئة والتجميع السطحي (SMT)

4.1 مواصفات التعبئة

يتم توريد المنتج بتعبئة شريط وبكرة للتجميع السطحي الآلي. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. أبعاد الشريط الحامل (تباعد الجيوب، العرض، العمق) وأبعاد البكرة (القطر، حجم المحور) تتوافق مع مواصفات المعيار EIA لضمان التوافق مع معدات اللقط والوضع القياسية.

4.2 إرشادات لحام إعادة التدفق السطحي

تم تقييم هذا المكون لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص. الاعتبارات الرئيسية تشمل:

• مستوى الحساسية للرطوبة (MSL):المستوى 3. يجب خبز المكونات وفقًا لمعيار IPC/JEDEC إذا تم فتح التغليف وتعريضه للظروف المحيطة بعد العمر الافتراضي المحدد.
• معايير المظهر الحراري:يوصى بمظهر حراري قياسي خالٍ من الرصاص بدرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°م. يجب التحكم في الوقت فوق السائل (عادةً 217°م) لتقليل الإجهاد الحراري على عبوة EMC والشريحة شبه الموصلة.
• احتياطات التعامل:تجنب الإجهاد الميكانيكي على العبوة. استخدم فوهات شفط بالتفريغ ذات حجم مناسب. حافظ على بيئات ومعدات عمل آمنة من التفريغ الكهروستاتيكي.

5. التطبيقات والتوصيات التصميمية

5.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• كاميرات المراقبة والأمن:توفر إضاءة خفية لوظيفة الرؤية الليلية في كاميرات CCTV، وكاميرات لوحة القيادة، وكاميرات جرس الباب.
• الرؤية الآلية والأتمتة الصناعية:تمكن من إضاءة متسقة لقارئات الباركود، والمستشعرات البصرية، والتوجيه الآلي، وأنظمة فحص الجودة.
• مستشعرات القياسات الحيوية:يمكن استخدامها في وحدات إضاءة الأشعة تحت الحمراء لأنظمة التعرف على الوجه أو مسح القزحية.

5.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:نظرًا لتبديد الطاقة العالي (حتى 0.9 واط)، فإن تبديد الحرارة الفعال أمر بالغ الأهمية. استخدم لوحة دوائر مطبوعة بها ثقوب حرارية كافية تحت وسادة الثنائي الباعث للضوء متصلة بمستوى أرضي أو مشتت حراري مخصص. احسب درجة حرارة الوصلة المتوقعة باستخدام T_J= T_S+ (P_D* R_θJ-S) وتأكد من بقائها أقل من 105°م.
• دوائر القيادة:يوصى بشدة باستخدام مشغل تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت لضمان إخراج بصري مستقر ومنع الانحراف الحراري. يجب أن يكون المشغل قادرًا على توفير ما يصل إلى 500 مللي أمبير.
• التصميم البصري:زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 100 درجة مناسبة للإضاءة الفيضانية العامة. للحزم المركزة، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).

5.3 التحليل المقارن

بالمقارنة مع ثنائيات الأشعة تحت الحمراء ذات الثقب القياسي، يقدم هذا الإصدار SMD مزايا كبيرة للتصنيع الحديث: حيز تركيب أصغر، وملاءمة للتجميع الآلي، وأداء حراري أفضل بسبب التثبيت المباشر على لوحة الدوائر المطبوعة. مقارنة بثنائيات الأشعة تحت الحمراء SMD الأخرى، فإن مجموعته من إخراج 350 مللي واط عند 500 مللي أمبير وزاوية 100 درجة في عبوة 3.0 مم × 3.0 مم تمثل حلاً متوازنًا للتطبيقات عالية الإخراج والغطاء الواسع.

6. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء بمصدر طاقة 3.3 فولت؟

ج: نعم، لكن يجب استخدام مشغل تيار ثابت. الجهد الأمامي النموذجي هو 1.7 فولت عند 500 مللي أمبير، لذا فإن مقاومة متسلسلة أو دائرة مشغل نشط ضرورية لتحديد التيار من خط 3.3 فولت.

س: كم عدد الثنائيات الباعثة للضوء التي يمكنني توصيلها على التوالي؟

ج: هذا يعتمد على جهد القيادة لديك. لمشغل 12 فولت، يمكن نظريًا توصيل ما يصل إلى 7 ثنائيات على التوالي (12 فولت / 1.7 فولت ≈ 7). ومع ذلك، يجب أن تأخذ في الاعتبار تسامحات الجهد وهامش المشغل. لا يوصى بتوصيل الثنائيات على التوازي بدون موازنة تيار فردية.

س: ما هو العمر الافتراضي المتوقع؟

ج: يتم تحديد عمر الثنائي الباعث للضوء بشكل أساسي من خلال درجة حرارة الوصلة التشغيلية. عند التشغيل ضمن التقييمات القصوى المطلقة المحددة، خاصة الحفاظ على T_Jأقل بكثير من 105°م، يمكن للجهاز تحقيق عشرات الآلاف من ساعات التشغيل. درجات الحرارة العالية تسرع من انخفاض التدفق الضوئي.

س: هل هناك حاجة إلى مرشح للأشعة تحت الحمراء على الكاميرا؟

ج: معظم كاميرات النهار لديها مرشح قطع للأشعة تحت الحمراء لمنع تشوه الألوان. للرؤية الليلية الفعالة بالأشعة تحت الحمراء، يجب تحريك هذا المرشح جانبًا ميكانيكيًا أو يجب استخدام كاميرا بدون مرشح قطع دائم للأشعة تحت الحمراء.

7. المبادئ الفنية والاتجاهات

7.1 مبدأ التشغيل

ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء هو ثنائي شبه موصل وصلة p-n. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي لهذه الفوتونات (850 نانومتر في هذه الحالة) بواسطة طاقة فجوة النطاق للمواد شبه الموصلة المستخدمة، عادةً زرنيخيد الألومنيوم الغاليوم (AlGaAs) لهذا النطاق الطيفي.

7.2 اتجاهات الصناعة

اتجاه ثنائيات الأشعة تحت الحمراء لتطبيقات التصوير نحو كفاءة أعلى (المزيد من المللي واط لكل مللي أمبير)، وأحجام عبوات أصغر للمصفوفات الأكثر كثافة، وموثوقية محسنة. هناك أيضًا تطور مستمر في الأطوال الموجية المثلى لأنواع مستشعرات محددة وتطبيقات تتطلب أمان العين. دمج دوائر المشغل مع الثنائيات الباعثة للضوء في عبوة واحدة هو اتجاه آخر متنامٍ لتبسيط تصميم النظام.