برگه داده LED مادون قرمز 850 نانومتر 3.0x3.0x2.1 میلی‌متر 1.7 ولت 1.7 وات بسته EMC

1. بررسی اجمالی محصول

این LED مادون قرمز در بسته EMC با قابلیت اطمینان بالا طراحی شده است که برای نظارت امنیتی، روشنایی مادون قرمز دوربین و سیستم‌های بینایی ماشین مناسب است. ابعاد بسته 3.00 میلی‌متر × 3.00 میلی‌متر × 2.10 میلی‌متر است. دارای طول موج پیک 850 نانومتر، ولتاژ رو به پایین کم و مطابق با RoHS است. سطح حساسیت به رطوبت سطح 3 می‌باشد.

1.1 توضیحات کلی

این محصول از ساختار بسته EMC (ترکیب قالب‌گیری اپوکسی) استفاده می‌کند که قابلیت اطمینان و استحکام مکانیکی عالی را فراهم می‌کند. به طور گسترده در محصولات الکترونیکی نظارت امنیتی و سنسورهای مختلف استفاده می‌شود. فضای کوچک مربعی 3.0 میلی‌متر امکان طراحی آرایه‌های متراکم را فراهم می‌کند.

1.2 ویژگی‌ها

• ولتاژ رو به پایین کم (معمولاً 1.7 ولت در 1000 میلی‌آمپر)
• طول موج پیک λp=850 نانومتر
• کاربرد لحیم‌کاری جریان بازگشتی بدون سرب
• سطح حساسیت به رطوبت: سطح 3 (168 ساعت عمر روی زمین)
• مطابق با RoHS

1.3 کاربردها

• سیستم‌های نظارتی
• روشنایی مادون قرمز برای دوربین‌ها
• سیستم‌های بینایی ماشین

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نوری و الکتریکی

جدول زیر پارامترهای کلیدی نوری و الکتریکی اندازه‌گیری شده در دمای Ts=25 درجه سانتی‌گراد با جریان رو به جلو 1000 میلی‌آمپر (مگر در موارد ذکر شده) را خلاصه می‌کند:

ولتاژ رو به جلو از 1.4 ولت تا 2.0 ولت در 1000 میلی‌آمپر متغیر است، با مقدار نمونه 1.7 ولت. این ولتاژ رو به پایین کم، اتلاف توان را کاهش داده و بازده سیستم را بهبود می‌بخشد. طول موج پیک در 850 نانومتر متمرکز شده است که برای سنسورهای دوربین مبتنی بر سیلیکون ایده‌آل است زیرا حساسیت پیک آنها در اطراف این طول موج قرار دارد. نیم‌عرض طیفی 37 نانومتر تعادل خوبی بین بازده و سازگاری فیلتر فراهم می‌کند. شار تابشی کل از 450 میلی‌وات تا 1120 میلی‌وات متغیر است که امکان خروجی نوری بالا برای روشنایی دوربرد را فراهم می‌کند. زاویه دید 90 درجه یک پرتو عریض مناسب برای روشنایی ناحیه‌ای ارائه می‌دهد. مقاومت حرارتی از محل اتصال به نقطه لحیم 16 درجه سانتی‌گراد بر وات است که نشان‌دهنده عملکرد حرارتی خوب است.

2.2 حداکثر رتبه‌بندی مطلق

برای اطمینان از عملکرد ایمن، LED نباید از حداکثر رتبه‌بندی‌های مطلق زیر تجاوز کند:

توجه داشته باشید که جریان رو به جلو 1000 میلی‌آمپر برای عملکرد پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) است. برای عملکرد پیوسته، اتلاف حرارت باید به دقت مدیریت شود تا دمای محل اتصال زیر 115 درجه سانتی‌گراد باقی بماند. محافظت در برابر ESD در هنگام جابجایی ضروری است.

3. سیستم دسته‌بندی

LED‌ها بر اساس شار تابشی کل (Φe) و طول موج پیک (WLP) در طول تولید دسته‌بندی می‌شوند. کد دسته همراه با مقادیر خاص Φe و WLP روی برچسب چاپ می‌شود. این امکان عملکرد نوری سازگار در کاربردهایی که نیاز به آرایه‌های LED مطابق دارند، مانند پنل‌های روشنایی دوربین، فراهم می‌کند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

4.1 ولتاژ رو به جلو در مقابل جریان رو به جلو

شکل 1-6 ولتاژ رو به جلو معمولی را به عنوان تابعی از جریان رو به جلو نشان می‌دهد. در 1000 میلی‌آمپر، VF حدود 1.7 ولت است. منحنی از رفتار نمایی دیود معمولی پیروی می‌کند. طراحان باید هنگام طراحی درایورهای جریان ثابت این تغییر را در نظر بگیرند.

4.2 جریان رو به جلو در مقابل شدت نسبی

شکل 1-7 نشان می‌دهد که شدت تابش نسبی تقریباً خطی با جریان رو به جلو تا 1000 میلی‌آمپر افزایش می‌یابد که نشان‌دهنده بازده خوب است. در جریان‌های پایین‌تر، خروجی متناسباً کمتر است، اما خطی بودن عملکرد سازگار را در یک محدوده عملیاتی گسترده پیشنهاد می‌کند.

4.3 دما در مقابل شدت نسبی

شکل 1-8 نشان می‌دهد که شدت نسبی با افزایش دمای نقطه لحیم (Ts) کاهش می‌یابد. در 85 درجه سانتی‌گراد، شدت به حدود 80٪ مقدار در 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. این اثر حرارتی باید در محیط‌های با دمای بالا یا هنگام رانندگی LED نزدیک به حداکثر جریان آن در نظر گرفته شود.

4.4 توزیع طیف

شکل 1-9 طیف انتشار متمرکز در 850 نانومتر با نیم‌عرض 37 نانومتر را نشان می‌دهد. طیف برای LED‌های مادون قرمز مبتنی بر مواد GaAs معمول است. این انتشار باریک با آشکارسازهای نوری سیلیکونی رایج مطابقت خوبی دارد.

4.5 نمودار تابش

شکل 1-10 الگوی تابش را با زاویه نیمه 45 درجه (عرض کامل در نیمه حداکثر 90 درجه) نشان می‌دهد. الگو تقریباً لامبرتی است و روشنایی یکنواخت را در یک ناحیه وسیع فراهم می‌کند.

4.6 دما در مقابل جریان رو به جلو

شکل 1-11 حداکثر جریان رو به جلو مجاز را به عنوان تابعی از دمای نقطه لحیم نشان می‌دهد. در Ts=25 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان 1000 میلی‌آمپر است؛ در Ts=85 درجه سانتی‌گراد، به حدود 500 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. این منحنی کاهش برای مدیریت حرارتی حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

بسته LED دارای ابعاد 3.00 میلی‌متر × 3.00 میلی‌متر × 2.10 میلی‌متر (طول × عرض × ارتفاع) است. بدنه بسته سیاه با یک لنز مادون قرمز شفاف است. پایه‌های آند و کاتد در نمای پایین مشخص شده‌اند. پایه کاتد ناحیه بزرگتری برای اتلاف حرارت دارد. الگوی پد لحیم‌کاری توصیه شده در شکل 1-5 با ابعاد خاص (0.69 میلی‌متر، 1.45 میلی‌متر، 0.46 میلی‌متر و غیره) برای اطمینان از اتصال مکانیکی و حرارتی مناسب ارائه شده است.

5.2 شناسایی قطبیت

قطبیت روی بسته مشخص شده است: آند (مثبت) و کاتد (منفی) نشان داده شده‌اند. نمای پایین موقعیت پدها را نشان می‌دهد.

5.3 ابعاد نوار حامل و قرقره

LED‌ها در نوار حامل با ابعاد نشان داده شده در شکل 2-1 بسته‌بندی می‌شوند. هر قرقره حاوی 3000 عدد است. ابعاد قرقره: A=12.7±0.3 میلی‌متر، B=330.2±2 میلی‌متر، C=79.5±1 میلی‌متر، D=14.3±0.2 میلی‌متر. نوار دارای علامت قطبیت برای نشان دادن جهت است.

5.4 اطلاعات برچسب

برچسب شامل شماره قطعه، شماره مشخصات، شماره سری ساخت، کد دسته (شامل دسته شار تابشی کل و طول موج پیک)، دسته ولتاژ رو به جلو، تعداد و تاریخ است. برچسب همچنین دارای بارکد برای ردیابی است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری جریان بازگشتی SMT

پروفایل لحیم‌کاری جریان بازگشتی توصیه شده در شکل 3-1 نشان داده شده است. پارامترهای کلیدی: پیش‌گرمایش از 150 درجه سانتی‌گراد تا 200 درجه سانتی‌گراد به مدت 60-120 ثانیه؛ زمان بالای 217 درجه سانتی‌گراد: حداکثر 60 ثانیه؛ دمای پیک: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 10 ثانیه؛ نرخ خنک‌سازی: حداکثر 6 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه. کل زمان از 25 درجه سانتی‌گراد تا پیک باید کمتر از 8 دقیقه باشد. لحیم‌کاری جریان بازگشتی نباید بیش از دو بار انجام شود. اگر بیش از 24 ساعت بین دو بار لحیم‌کاری جریان بازگشتی بگذرد، LED‌ها ممکن است به دلیل جذب رطوبت آسیب ببینند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

اگر لحیم‌کاری دستی ضروری است، دمای هویه باید زیر 300 درجه سانتی‌گراد باشد و زمان تماس کمتر از 3 ثانیه باشد. فقط یک عملیات لحیم‌کاری دستی مجاز است.

6.3 تعمیر

تعمیر پس از لحیم‌کاری توصیه نمی‌شود. اگر اجتناب‌ناپذیر است، از هویه دو سر استفاده کنید و مطمئن شوید که ویژگی‌های LED آسیب نمی‌بینند.

6.4 نکات احتیاطی

کپسول سیلیکونی نرم است. از اعمال فشار بیش از حد روی سطح بالایی خودداری کنید. از نصب LED روی PCB خمیده خودداری کرده و پس از لحیم‌کاری تخته را خم نکنید. در هنگام خنک‌سازی از اعمال نیروی مکانیکی یا لرزش خودداری کنید. از خنک‌سازی سریع باید خودداری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 تعداد بسته‌بندی

بسته‌بندی استاندارد: 3000 عدد در هر قرقره. LED‌ها در نوار حامل قرار گرفته و طبق EIA-481 روی قرقره پیچیده می‌شوند.

7.2 بسته‌بندی مقاوم در برابر رطوبت

هر قرقره در یک کیسه مانع رطوبت (MBB) با مواد خشک‌کننده و یک کارت نشانگر رطوبت قرار می‌گیرد. سپس کیسه برای حفظ محیط کم رطوبت مهر و موم می‌شود. برچسب شامل اطلاعات سطح حساسیت به رطوبت است.

7.3 جعبه مقوایی

چندین قرقره در یک جعبه مقوایی با بالشتک مناسب برای حمل و نقل بسته‌بندی می‌شود.

7.4 شرایط ذخیره‌سازی

قبل از باز کردن کیسه فویل آلومینیومی، در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤75% تا یک سال از تاریخ بسته‌بندی نگهداری کنید. پس از باز کردن، LED‌ها باید در مدت 168 ساعت (7 روز) در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤60% استفاده شوند. اگر زمان ذخیره‌سازی بیش از حد باشد یا مواد خشک‌کننده محو شده باشند، قبل از استفاده باید در دمای 60±5 درجه سانتی‌گراد به مدت ≥24 ساعت پخت شود.

8. نکات احتیاطی در جابجایی

8.1 محدودیت‌های گوگرد و هالوژن

محیط عملیاتی و مواد متصل باید حاوی عناصر یا ترکیبات گوگرد بیش از 100PPM نباشند. محتوای برم و کلر باید هر کدام کمتر از 900PPM و کل آنها زیر 1500PPM باشد. این به جلوگیری از خوردگی و تغییر رنگ LED کمک می‌کند.

8.2 VOCs و سازگاری مواد

ترکیبات آلی فرار (VOCs) از مواد یراق می‌توانند به کپسول سیلیکونی نفوذ کرده و در معرض حرارت و نور باعث تغییر رنگ شوند. توصیه می‌شود تمام مواد را از نظر سازگاری در محیط کاربردی خاص آزمایش کنید. از چسب‌هایی که بخار آلی منتشر می‌کنند استفاده نکنید.

8.3 جابجایی سطح سیلیکونی

سطح لنز سیلیکونی نرم است و به راحتی گرد و غبار را جذب می‌کند. قطعه را از کنار با استفاده از موچین یا ابزار مناسب جابجا کنید. از تماس مستقیم با سطح لنز خودداری کنید. در صورت نیاز به تمیز کردن، از ایزوپروپیل الکل استفاده کنید. تمیز کردن اولتراسونیک توصیه نمی‌شود زیرا ممکن است به LED آسیب برساند.

8.4 ملاحظات طراحی مدار

مدار درایو را طوری طراحی کنید که جریان را زیر حداکثر رتبه‌بندی مطلق محدود کند. از مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت استفاده کنید. تغییرات جزئی ولتاژ می‌تواند به دلیل شیب تند منحنی I-V باعث تغییرات زیاد جریان شود. به LED ولتاژ معکوس اعمال نکنید زیرا ممکن است باعث مهاجرت و آسیب شود.

8.5 طراحی حرارتی

مدیریت حرارتی حیاتی است. دمای محل اتصال هرگز نباید از 115 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند. از طریق ناحیه مسی PCB و از طریق حرارتی، اتلاف حرارت کافی فراهم کنید. مقاومت حرارتی از محل اتصال به نقطه لحیم 16 درجه سانتی‌گراد بر وات است، بنابراین برای اتلاف توان 1.7 وات، افزایش دما از نقطه لحیم به محل اتصال حدود 27 درجه سانتی‌گراد است. اطمینان حاصل کنید که دمای محیط به اضافه افزایش زیر 115 درجه سانتی‌گراد باقی بماند.

8.6 محافظت در برابر ESD

LED دارای ولتاژ تحمل ESD 2000 ولت (HBM) است. با این حال، محافظت در برابر ESD در هنگام جابجایی و مونتاژ ضروری است. از ایستگاه‌های کاری زمینی، بندهای مچ آنتی‌استاتیک و بسته‌بندی رسانا استفاده کنید.

9. توصیه‌های کاربردی

LED مادون قرمز 850 نانومتر برای دوربین‌های امنیتی، روشنایی دید در شب و روشنایی بینایی ماشین ایده‌آل است. برای عملکرد بهینه، یک درایور جریان ثابت با قابلیت تنظیم پالس (PWM) طراحی کنید. از تکنیک‌های اتلاف حرارت مانند از طریق حرارتی و ریختن مس روی PCB استفاده کنید. زاویه دید 90 درجه برای روشنایی ناحیه وسیع مناسب است؛ برای پرتو باریک‌تر، می‌توان از اپتیک خارجی استفاده کرد. اطمینان حاصل کنید که خروجی طیفی LED با پیک حساسیت سنسور دوربین (معمولاً حدود 850 نانومتر برای سنسورهای سیلیکونی) مطابقت دارد.

10. آزمایش قابلیت اطمینان

10.1 موارد و شرایط آزمایش

این محصول تحت آزمایش‌های قابلیت اطمینان بر اساس استانداردهای JEDEC قرار گرفته است، از جمله: جریان بازگشتی (260 درجه سانتی‌گراد، 10 ثانیه، 3 بار)، چرخه دما (40- تا 100 درجه سانتی‌گراد، 100 چرخه)، شوک حرارتی (40- تا 100 درجه سانتی‌گراد، 300 چرخه)، ذخیره‌سازی در دمای بالا (100 درجه سانتی‌گراد، 1000 ساعت)، ذخیره‌سازی در دمای پایین (40- درجه سانتی‌گراد، 1000 ساعت)، آزمایش عمر (25 درجه سانتی‌گراد، 1000 میلی‌آمپر، 1000 ساعت) و آزمایش عمر در دمای بالا و رطوبت بالا (85 درجه سانتی‌گراد/85%RH، 1000 میلی‌آمپر، 1000 ساعت). تمام آزمایشات با معیار پذیرش 0 شکست در 10 نمونه پاس شدند.

10.2 معیار شکست

شکست به صورت زیر تعریف می‌شود: ولتاژ رو به جلو از حد بالای مشخصات (U.S.L) x 1.1 تجاوز کند؛ جریان معکوس از U.S.L x 2.0 تجاوز کند؛ شار تابشی کل زیر حد پایین مشخصات (L.S.L) x 0.7 بیفتد.

11. اصل کار

این LED مادون قرمز بر اساس یک اتصال p-n نیمه‌هادی ساخته شده از آرسنید گالیم (GaAs) یا ترکیبات III-V مرتبط است. وقتی بایاس رو به جلو اعمال می‌شود، الکترون‌ها با حفره‌ها در ناحیه فعال ترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. انرژی باندگپ طول موج فوتون را تعیین می‌کند؛ برای 850 نانومتر، ماده معمولاً GaAs با مقدار کمی آلومینیوم است. بسته EMC تراشه را محصور کرده و اتلاف حرارت و محافظت را فراهم می‌کند.

12. روندهای توسعه

تقاضا برای LED‌های مادون قرمز با گسترش سیستم‌های نظارتی، خودروهای خودران (LiDAR) و اتوماسیون صنعتی همچنان در حال رشد است. روندهای آینده شامل چگالی توان بالاتر، بسته‌های کوچکتر و بازده بهبود یافته است. ادغام LED‌های IR با درایورهای پیشرفته و سیستم‌های کنترل هوشمند امکان روشنایی تطبیقی را فراهم می‌کند. همچنین، حرکت به سمت طول موج‌های بلندتر (940 نانومتر) برای روشنایی مخفی رو به افزایش است، اما 850 نانومتر به دلیل حساسیت سنسور بهتر برای دوربین‌های استاندارد غالب باقی مانده است.

13. سوالات متداول

س: حداکثر جریان رو به جلوی پیوسته چقدر است؟ ج: حداکثر مطلق 1000 میلی‌آمپر است، اما فقط برای عملکرد پالسی (1/10 وظیفه). برای عملکرد DC پیوسته، جریان باید بر اساس دما کاهش یابد. در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد با اتلاف حرارت خوب، جریان پیوسته معمولی حدود 500 میلی‌آمپر است تا دمای محل اتصال ایمن بماند.

س: چگونه باید با قطعات MSL سطح 3 برخورد کنم؟ ج: در کیسه مانع رطوبت مهر و موم شده نگهداری کنید. پس از باز کردن، ظرف 168 ساعت استفاده کنید یا قبل از جریان بازگشتی به مدت 24 ساعت در دمای 60 درجه سانتی‌گراد پخت کنید.

س: آیا می‌توانم از این LED در دوربین‌های فضای باز استفاده کنم؟ ج: بله، اما مطمئن شوید که محدوده دمای عملیاتی در محدوده 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد است و محفظه مدیریت حرارتی کافی را فراهم می‌کند.

س: درایور LED توصیه شده چیست؟ ج: یک درایور جریان ثابت با رتبه جریان بر اساس طراحی حرارتی شما. به عنوان مثال، اگر در 700 میلی‌آمپر رانندگی می‌کنید، یک درایور 1.5 وات ممکن است کافی باشد.

14. موارد کاربردی عملی

مورد 1: دید در شب دوربین بولت - یک آرایه 3x3 از این LED‌ها در یک دوربین بولت استفاده می‌شود که روشنایی مؤثر تا 30 متر را فراهم می‌کند. زاویه پرتو 90 درجه میدان دید دوربین را پوشش می‌دهد. طراحی حرارتی از یک PCB هسته آلومینیومی برای اتلاف حرارت استفاده می‌کند.

مورد 2: بازرسی بینایی ماشین - در یک کارخانه، یک دوربین خط اسکن از یک آرایه LED مادون قرمز پرقدرت (12 LED) برای روشن کردن قطعات متحرک استفاده می‌کند. عملکرد پالسی در 500 میلی‌آمپر، چرخه وظیفه 50٪ روشنایی سازگار را بدون گرم شدن بیش از حد تضمین می‌کند.