ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء IR67-21C/TR8 - حزمة SMD - الطول الموجي القياسي 940 نانومتر - زاوية رؤية 120 درجة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد IR67-21C/TR8 صمامًا ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء ذو رؤية علوية، مُحاطًا بحزمة جهاز سطح مُصغر (SMD). تم تشكيل الجهاز من بلاستيك شفاف مع عدسة علوية مسطحة، مُصممًا لتوافقه مع عمليات اللحام الحديثة بالأشعة تحت الحمراء وإعادة التدفق بالطور البخاري. وظيفته الأساسية هي إصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء عند طول موجي قياسي يتناسب مع الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون، مما يجعله مكونًا أساسيًا في تطبيقات الاستشعار والتبديل المتنوعة.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المكون متطلبات جهد أمامي منخفض، وزاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة، وامتثاله لمعايير البيئة الخالية من الرصاص ومعايير RoHS. يسمح شكله المصغر SMD بوضع عالي الكثافة على لوحات الدوائر المطبوعة، وهو أمر ضروري للإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية المدمجة.

1.1 المواصفات الأساسية واختيار الجهاز

المواصفات الأساسية التي تحدد IR67-21C/TR8 هي مادة الرقاقة وخصائصها البصرية. تم بناء الرقاقة الباعثة للضوء من زرنيخيد الغاليوم والألومنيوم (GaAlAs)، وهي مادة شبه موصلة مناسبة جدًا لإنتاج الإشعاع تحت الأحمر. تتميز الحزمة بعدسة شفافة لا ترشح ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث، مما يضمن أقصى قدرة إشعاعية. تم تصميم هذا المزيج من رقاقة GaAlAs والعدسة الشفافة خصيصًا لأداء مثالي في تطبيقات أجهزة الاستشعار حيث تكون قوة الإشارة المكتشفة أمرًا بالغ الأهمية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية المحددة لصمام الأشعة تحت الحمراء IR67-21C/TR8. يعد فهم هذه التصنيفات أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وضمان سلامة التشغيل طويلة المدى للجهاز.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف تشغيل موصى بها، ولكنها عتبات لا يجب تجاوزها تحت أي ظرف من الظروف، بما في ذلك أثناء الأحداث العابرة.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 65 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تمريره عبر تقاطع الصمام الثنائي إلى أجل غير مسمى عند درجة حرارة محيطة (T_a) تبلغ 25 درجة مئوية.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP): 1.0 أمبير. يُسمح بهذا التيار العالي فقط تحت ظروف نبضية صارمة: عرض النبضة ≤ 100 ميكروثانية ودورة عمل ≤ 1%. هذا التصنيف ذو صلة بالتطبيقات التي تتطلب نبضات قصيرة وعالية الكثافة من ضوء الأشعة تحت الحمراء.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز هذه القيمة إلى حدوث انهيار في التقاطع.
• تبديد الطاقة (P_d): 130 ملي واط عند 25 درجة مئوية. هذه هي أقصى طاقة يمكن للحزمة تبديدها كحرارة. تقل الطاقة المسموح بها الفعلية مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، كما هو موضح في منحنى تخفيض التصنيف.
• المقاومة الحرارية، من التقاطع إلى المحيط (R_thj-a): 400 كلفن/واط. يحدد هذا المعلمة مدى فعالية انتقال الحرارة من التقاطع شبه الموصل إلى الهواء المحيط. تشير القيمة الأقل إلى تبديد حراري أفضل. بهذه القيمة، لكل واط من الطاقة المبددة، سترتفع درجة حرارة التقاطع بمقدار 400 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة.
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ. هذا يحدد تحمل ملف تعريف لحام إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تصف هذه المعلمات، المقاسة عند حالة اختبار قياسية تبلغ 25 درجة مئوية، أداء الجهاز تحت التشغيل العادي. يمثل عمود 'النمطي' القيم النموذجية أو المتوقعة، بينما يحدد 'الحد الأدنى' و'الحد الأقصى' حدود الأداء المضمونة.

• الشدة الإشعاعية (I_e): هذه هي الطاقة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (تُقاس بالملي واط لكل ستراديان، mW/sr). عند تيار تشغيل قياسي يبلغ 20 مللي أمبير، تبلغ الشدة الإشعاعية النموذجية 1.5 mW/sr، مع ضمان حد أدنى يبلغ 1.0 mW/sr. تحت ظروف التيار العالي النبضي (100 مللي أمبير، ≤100 ميكروثانية، ≤1% دورة عمل)، يمكن أن تصل الشدة إلى قيمة نموذجية تبلغ 20 mW/sr.
• الطول الموجي القياسي (λ_p): 940 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يصدر فيه الصمام الثنائي معظم الطاقة البصرية. وهو متطابق طيفيًا مع ذروة حساسية كواشف الضوء الشائعة القائمة على السيليكون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): 45 نانومتر (نموذجي). هذا يحدد نطاق الأطوال الموجية المنبعثة، يُقاس عادةً عند نصف أقصى شدة (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى، FWHM). يعني عرض نطاق 45 نانومترًا متمركزًا عند 940 نانومترًا أن انبعاثًا كبيرًا يحدث تقريبًا من 917.5 نانومترًا إلى 962.5 نانومترًا.
• الجهد الأمامي (V_F): عند 20 مللي أمبير، يبلغ الجهد الأمامي النموذجي 1.2 فولت، بحد أقصى 1.5 فولت. عند حالة النبض 100 مللي أمبير، V_Fيزيد إلى نموذجي 1.4 فولت (بحد أقصى 1.8 فولت). هذا الجهد الأمامي المنخفض V_Fمفيد للتطبيقات منخفضة الجهد والتي تعمل بالبطارية.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 120 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة حيث تنخفض الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى (المقاسة على المحور). توفر الزاوية الواسعة البالغة 120 درجة إضاءة واسعة منتشرة، مثالية لاستشعار القرب أو الوجود حيث قد يختلف موضع الهدف.

3. تحليل منحنى الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح كيفية اختلاف المعلمات الرئيسية مع ظروف التشغيل. هذه الرسوم البيانية ضرورية لتصميم النظام الديناميكي.

3.1 تبديد الطاقة مقابل درجة الحرارة المحيطة

يظهر منحنى تخفيض التصنيف هذا أن الحد الأقصى المسموح به لتبديد الطاقة (P_d) يتناقص خطيًا من 130 ملي واط عند 25 درجة مئوية إلى 0 ملي واط عند حوالي 150 درجة مئوية. يجب على المصممين استخدام هذا الرسم البياني لحساب تيار التشغيل الآمن لدرجة الحرارة المحيطة القصوى المحددة لديهم. على سبيل المثال، إذا كانت درجة الحرارة المحيطة القصوى 85 درجة مئوية، يشير الرسم البياني إلى أن تبديد الطاقة المسموح به قد انخفض بشكل كبير، مما يحد بدوره من الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي.

3.2 التوزيع الطيفي

يرسم منحنى التوزيع الطيفي الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد بصريًا الطول الموجي القياسي 940 نانومتر وعرض النطاق الطيفي التقريبي 45 نانومتر. يكون شكل المنحنى عادةً غاوسيًا، ومركزه عند الطول الموجي القياسي.

3.3 الطول الموجي القياسي للانبعاث مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح هذا المنحنى اعتماد الطول الموجي القياسي على درجة الحرارة. عادةً ما يتحول الطول الموجي القياسي للصمام الثنائي إلى أطوال موجية أطول (\"انزياح أحمر\") مع زيادة درجة حرارة التقاطع. يحدد الرسم البياني هذا الانزياح، وهو مهم للتطبيقات التي تتطلب تطابقًا طيفيًا دقيقًا، حيث قد تكون حساسية الكاشف أيضًا معتمدة على درجة الحرارة.

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

منحنى I-V غير خطي، مثل الصمام الثنائي القياسي. يظهر العلاقة بين التيار المار عبر الصمام الثنائي والجهد عبره. تقع \"الركبة\" لهذا المنحنى حول الجهد الأمامي النموذجي. يساعد المنحنى في تصميم دائرة تحديد التيار، خاصةً لقيادة الصمام الثنائي بمصدر جهد.

3.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يوضح هذا الرسم القطبي نمط الانبعاث المكاني. يؤكد زاوية الرؤية 120 درجة، ويظهر كيفية توزيع الشدة. يكون النمط للصمام الثنائي ذو القمة المسطحة في حزمة شفافة عادةً قريبًا من توزيع لامبرتيان، حيث تكون الشدة متناسبة مع جيب تمام الزاوية من العمودي (المركز).

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

4.1 أبعاد الحزمة

يتم وضع IR67-21C/TR8 في حزمة SMD مصغرة. يوفر الرسم البعدي جميع القياسات الحرجة لتصميم بصمة PCB، بما في ذلك طول الجسم، والعرض، والارتفاع، وتباعد الأطراف، وأبعاد الوسادة. تشمل الأبعاد الرئيسية الحجم الإجمالي (على سبيل المثال، حوالي 3.2 مم × 2.8 مم، على الرغم من أنه يجب أخذ القيم الدقيقة من الرسم)، والمسافة بين وسادات اللحام، ونمط الأرضية الموصى به للحام الموثوق. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.2 تحديد القطبية

تتضمن الحزمة علامات أو ميزات (مثل شق، أو زاوية مائلة، أو علامة الكاثود) لتحديد أطراف الأنود والكاثود. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع، حيث أن تطبيق انحياز عكسي يمكن أن يتلف الجهاز.

4.3 مواصفات شريط الناقل والبكرة

للتجميع الآلي، يتم توريد المكونات على شريط ناقل بارز ملفوف على بكرات. توفر ورقة البيانات أبعاد شريط الناقل، بما في ذلك حجم الجيب، والخطوة، وعرض الشريط. تحتوي البكرة عادةً على 2000 قطعة. هذه الأبعاد حرجة لبرمجة آلات الالتقاط والوضع.

5. إرشادات اللحام والتجميع

يعد التعامل الصحيح واللحام أمرًا بالغ الأهمية لمنع تلف الصمام الثنائي وضمان الموثوقية طويلة المدى.

5.1 عملية لحام إعادة التدفق

الجهاز متوافق مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة لحام خالي من الرصاص موصى به، يحدد التسخين المسبق، والنقع، ودرجة حرارة الذروة لإعادة التدفق (لا تتجاوز 260 درجة مئوية)، ومعدلات التبريد. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين. لا ينبغي تطبيق إجهاد على جسم الصمام الثنائي أثناء التسخين، ولا ينبغي أن تتشوه PCB بعد اللحام.

5.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فإنه يتطلب عناية فائقة. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350 درجة مئوية، ولا يجب أن يتجاوز وقت التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يوصى بمكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط). يجب مراعاة فترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف. تنصح ورقة البيانات بشدة بأن اللحام اليدوي غالبًا ما يؤدي إلى تلف.

5.3 إعادة العمل والإصلاح

لا يوصى بالإصلاح بعد لحام الصمام الثنائي. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، مما يقلل من الإجهاد الحراري. يجب تقييم احتمالية إتلاف خصائص الصمام الثنائي أثناء إعادة العمل مسبقًا.

6. التخزين والحساسية للرطوبة

جهاز IR67-21C/TR8 حساس للرطوبة. يجب اتخاذ احتياطات لمنع ظاهرة \"الفشار\" (تشقق العبوة بسبب التمدد السريع للبخار) أثناء إعادة التدفق.

• لا يجب فتح الكيس المقاوم للرطوبة حتى تصبح المكونات جاهزة للاستخدام.
• قبل الفتح، قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و≤90% رطوبة نسبية (RH). مدة الصلاحية هي سنة واحدة.
• بعد الفتح، قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و≤70% رطوبة نسبية. \"عمر الأرضية\" (الوقت المسموح به خارج الكيس) هو 168 ساعة (7 أيام).
• إذا تغير لون مجفف هلام السيليكا (يشير إلى التشبع) أو تم تجاوز وقت التخزين، فإنه يتطلب تجفيفًا عند 60 ±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل إعادة التدفق.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تم تصميم IR67-21C/TR8 لمجموعة واسعة من التطبيقات الكهروضوئية حيث يتم استخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء غير المرئي للاستشعار أو الإشارة.

• أجهزة الاستشعار: يُستخدم كمصدر للضوء في أجهزة استشعار القرب، وكشف الأشياء، والروبوتات المتتبعة للخط.
• المفاتيح الكهروضوئية: يشكل نصف مفتاح ضوئي مقاطع أو مفتاح ذو فتحة، حيث يكسر جسم ما الحزمة بين الصمام الثنائي وكاشف الضوء.
• الإلكترونيات الاستهلاكية: أجهزة إرسال التحكم عن بعد لأجهزة التلفزيون، وأجهزة الفيديو، وغيرها من معدات الصوت/الفيديو (على الرغم من استخدام مصابيح LED ذات طاقة أعلى غالبًا لنطاق أطول).
• التصوير: إضاءة الأشعة تحت الحمراء لكاميرات المراقبة، خاصة في أوضاع الإضاءة المنخفضة أو الرؤية الليلية.
• أجهزة السلامة: يمكن استخدامه كمكون في أنواع معينة من كاشفات الدخان التي تستخدم مبادئ التشتت الضوئي.

7.2 اعتبارات التصميم الحرجة

• تحديد التيار: مقاومة تحديد تيار خارجية إلزامية تمامًا. يظهر الصمام الثنائي خاصية I-V حادة، مما يعني أن زيادة صغيرة في الجهد تسبب زيادة كبيرة في التيار، مما يؤدي إلى احتراق فوري إذا لم يتم التحكم فيه بشكل صحيح. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F.
• إدارة الحرارة: بينما تبدد حزمة SMD الحرارة من خلال وسادات PCB، يجب الانتباه بعناية إلى منحنى تخفيض تصنيف تبديد الطاقة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية. يمكن أن تساعد مساحة النحاس الكافية في PCB (وسادات تخفيف حرارية) في خفض درجة حرارة التقاطع.
• المطابقة الطيفية: تأكد من أن كاشف الضوء المحدد (ثنائي ضوئي، ترانزستور ضوئي) له حساسية ذروة حول 940 نانومتر للحصول على أفضل نسبة إشارة إلى ضوضاء للنظام.
• التصميم البصري: توفر زاوية الرؤية 120 درجة تغطية واسعة. للحزم ذات المدى الأطول أو الأكثر توجيهًا، قد تكون البصريات الثانوية (العدسات) مطلوبة.

8. معلومات التعبئة والطلب

8.1 إجراء التعبئة

يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس ألومنيوم مقاومة للرطوبة تحتوي على مجفف وبطاقات مؤشر الرطوبة. يتم وضع علامات على الأكياس بمعلومات حرجة للتتبع والتطبيق الصحيح.

8.2 مواصفات الملصق

يتضمن الملصق عدة حقول: رقم جزء العميل (CPN)، ورقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورقم الدفعة (LOT NO)، ومعلومات فرز البصريات مثل الفئة (CAT، على الأرجح للشدة الإشعاعية) واللون (HUE، للطول الموجي القياسي). قد يكون هناك أيضًا رمز مرجعي (REF).

9. الأسئلة المتكررة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما هو الغرض من تصنيف التيار الأمامي الذروي 1.0 أمبير إذا كان التيار المستمر 65 مللي أمبير فقط؟
ج: يسمح تصنيف التيار الذروي بقيادة الصمام الثنائي بنبضات قصيرة جدًا وعالية الطاقة. هذا مفيد في تطبيقات مثل قياس المسافة (وقت الطيران) أو نقل البيانات حيث تكون هناك حاجة إلى دفعة قصيرة ومكثفة من ضوء الأشعة تحت الحمراء للتغلب على الضوضاء المحيطة أو السفر لمسافة أطول، دون توليد حرارة متوسطة مفرطة.

س: كيف أحدد تيار التشغيل الآمن لتطبيقي إذا كانت درجة الحرارة المحيطة 50 درجة مئوية؟
ج: يجب عليك استخدام منحنى تخفيض تصنيف تبديد الطاقة مقابل درجة الحرارة المحيطة. ابحث عن النقطة على المنحنى المقابلة لـ 50 درجة مئوية لتحديد الحد الأقصى المسموح به لتبديد الطاقة (P_d(max)) عند تلك درجة الحرارة. ثم، باستخدام الجهد الأمامي النموذجي (V_F) عند التيار المطلوب، احسب الحد الأقصى للتيار الآمن: I_F(max)= P_d(max)/ V_F. قم دائمًا بتضمين هامش أمان.

س: هل يمكنني استخدام هذا الصمام الثنائي لجهاز تحكم عن بعد للتلفزيون؟
ج: بينما يصدر عند الطول الموجي الصحيح (940 نانومتر هو المعيار لأجهزة التحكم عن بعد)، فإن شدته الإشعاعية عند 20 مللي أمبير (1.5 mW/sr نموذجي) قد تكون أقل من مصابيح LED المخصصة للتحكم عن بعد، والتي غالبًا ما يتم قيادتها بقوة أكبر أو لها بصريات مختلفة لنطاق أطول. يمكن أن يعمل لأجهزة التحكم عن بعد قصيرة المدى، ولكن للمسافات النموذجية في غرفة المعيشة، قد يكون المكون المميز خصيصًا لإخراج أعلى أكثر ملاءمة.

س: لماذا إجراءات التخزين والتجفيف محددة للغاية؟
ج: يمكن لحزمة SMD البلاستيكية امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن أن تتحول هذه الرطوبة الممتصة بسرعة إلى بخار، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يؤدي إلى فصل الطبقات في العبوة أو تكسير القطعة (\"ظاهرة الفشار\"). إجراءات التخزين والتجفيف الخاضعة للرقابة هي معيار صناعي (بناءً على تصنيفات JEDEC MSL) لإزالة هذه الرطوبة بأمان قبل اللحام.

10. مبادئ التشغيل والسياق التكنولوجي

10.1 مبدأ التشغيل الأساسي

يعمل الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء (IR LED) على مبدأ الإضاءة الكهربائية في تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المادة من النوع n والثقوب من المادة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، فإنها تطلق الطاقة. في شبه موصل GaAlAs، يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات في طيف الأشعة تحت الحمراء (حوالي 940 نانومتر). يتم تحديد الطول الموجي المحدد بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة شبه الموصل، والتي يتم هندستها عن طريق ضبط نسبة الألومنيوم إلى الغاليوم في البلورة.

10.2 الدور في الأنظمة الكهروضوئية

في نظام استشعار نموذجي، يعمل IR67-21C/TR8 كمصدر إشارة نشط. يتم استقبال ضوئه إما مباشرة بواسطة كاشف (لاستشعار النقل)، أو ينعكس عن هدف (لاستشعار القرب/الانعكاس)، أو يتم مقاطعته بواسطة جسم (لاستشعار كسر الحزمة). يحول الكاشف ضوء الأشعة تحت الحمراء المعدل أو المقطوع إلى إشارة كهربائية للمعالجة. الطول الموجي 940 نانومتر مثالي لأنه غير مرئي للعين البشرية، ويتجنب التداخل من معظم الضوء المرئي المحيط، ويتوافق مع منطقة الحساسية العالية لكواشف السيليكون غير المكلفة مع كونه أقل عرضة للامتصاص بواسطة الهواء والمواد الشائعة مقارنة بأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء الأطول.

10.3 اتجاهات الصناعة والسياق

يتم دفع تطوير مصابيح LED للأشعة تحت الحمراء SMD مثل IR67-21C/TR8 من خلال تصغير وأتمتة تجميع الإلكترونيات. الاتجاه هو نحو بصمات حزم أصغر، وشدة إشعاعية أعلى لكل وحدة مساحة، وأداء حراري محسن، وفرز أكثر دقة لأداء متسق. هناك أيضًا بحث مستمر في مواد شبه موصلة جديدة (مثل InGaN على السيليكون لنطاقات IR مختلفة) وحلول متكاملة تجمع بين سائق LED، والمستشعر، ومعالجة الإشارة في وحدة واحدة (على سبيل المثال، وحدات استشعار القرب). يستمر الطلب على مكونات الأشعة تحت الحمراء الموثوقة ومنخفضة التكلفة في النمو مع توسع إنترنت الأشياء (IoT)، واستشعار السيارات (على سبيل المثال، المراقبة داخل المقصورة)، والأتمتة الصناعية.