دیتاشیت LED مادون قرمز سرامیکی سری 3535 با توان 1 وات - ابعاد 3.5x3.5x0.9 میلی‌متر - ولتاژ 1.5 ولت - توان 1 وات - طول موج 850 نانومتر

1. مرور کلی محصول

سری سرامیکی 3535 یک LED پرتوان نصب سطحی است که برای کاربردهای نیازمند روشنایی مادون قرمز قوی و قابل اعتماد طراحی شده است. این دستگاه 1 واتی از یک زیرلایه سرامیکی بهره می‌برد که مدیریت حرارتی برتر و پایداری بلندمدت را در مقایسه با بسته‌بندی‌های پلاستیکی سنتی ارائه می‌دهد. طول موج اصلی تابش 850 نانومتر است که آن را برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای سنجش، بینایی ماشین و امنیتی مناسب می‌سازد.

مزایای اصلی این سری شامل قابلیت عالی دفع حرارت به دلیل ساختار سرامیکی، زاویه دید گسترده 120 درجه برای پوشش وسیع، و ابعاد فشرده 3.5x3.5 میلی‌متری است که چیدمان‌های PCB با چگالی بالا را تسهیل می‌کند. بازارهای هدف شامل اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های نظارتی، سنسورهای بیومتریک و هر کاربرد دیگری است که نیازمند نور مادون قرمز با شدت بالا و یکنواخت است.

2. پارامترهای فنی و تفسیر عینی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

پارامترهای زیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• جریان مستقیم (IF):500 میلی‌آمپر (DC)
• جریان پالسی مستقیم (IFP):700 میلی‌آمپر (عرض پالس ≤10 میلی‌ثانیه، چرخه کاری ≤1/10)
• توان اتلافی (PD):1000 میلی‌وات
• دمای عملیاتی (Topr):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد
• دمای نگهداری (Tstg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد
• دمای پیوند (Tj):125 درجه سانتی‌گراد
• دمای لحیم‌کاری (Tsld):لحیم‌کاری رفلو در 230 درجه سانتی‌گراد یا 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 10 ثانیه.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (مقادیر معمول در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد)

این پارامترها عملکرد معمول تحت شرایط آزمایش مشخص شده را نشان می‌دهند.

• ولتاژ مستقیم (VF):1.5 ولت (معمول)، 2.0 ولت (حداکثر) در IF=350mA. ولتاژ مستقیم پایین به راندمان بالاتر سیستم کمک می‌کند.
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث خرابی فوری شود.
• طول موج پیک (λd):850 نانومتر. این طول‌موجی است که در آن شدت تابشی در بالاترین حد است.
• جریان معکوس (IR):50 میکروآمپر (حداکثر) در VR=5V.
• زاویه دید (2θ1/2):120 درجه. این زاویه گسترده، الگوی روشنایی وسیع و یکنواختی فراهم می‌کند.

2.3 مشخصات حرارتی

بسته‌بندی سرامیکی ویژگی حرارتی کلیدی است. مواد سرامیکی هدایت حرارتی بالایی دارند که به طور موثر گرما را از پیوند تراشه LED به PCB و محیط منتقل می‌کند. این امر مستقیماً بر طول عمر دستگاه و حفظ روشنایی آن تأثیر می‌گذارد. طراحی حرارتی مناسب روی PCB کاربردی، شامل مساحت کافی مس و هیت‌سینک احتمالی، برای حفظ دمای پیوند زیر حداکثر مقدار مجاز 125 درجه سانتی‌گراد، به ویژه هنگام کار با جریان راه‌اندازی کامل 350mA، حیاتی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

محصول به منظور اطمینان از یکنواختی درون یک دسته تولیدی، در دسته‌هایی طبقه‌بندی می‌شود. طراحان باید دسته‌ها را مشخص کنند تا تطابق عملکرد در کاربردهای خود را تضمین کنند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

LEDها بر اساس ولتاژ مستقیم (VF) آنها در جریان آزمایش مرتب می‌شوند.

• کد A:VF = 1.4V تا 1.6V
• کد B:VF = 1.6V تا 1.8V
• کد C:VF = 1.8V تا 2.0V

توجه: تلرانس اندازه‌گیری ±0.08V است.انتخاب یک دسته ولتاژ تنگ می‌تواند طراحی مدار تنظیم جریان را ساده‌تر کند.

3.2 دسته‌بندی طول موج پیک

برای این مدل خاص (T1901PIA)، طول موج به شرح زیر دسته‌بندی شده است:

• کد I2:λd = 845nm تا 865nm. این محدوده تنگ 20 نانومتری برای کاربردهای حساس به طول‌موج‌های مادون قرمز خاص، مانند برخی انواع دید در شب یا سنسورهای نوری مناسب است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت داده‌های گرافیکی ضروری برای طراحی مدار و حرارتی را ارائه می‌دهد.

4.1 منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این منحنی رابطه نمایی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. مقدار معمول VF برابر 1.5V در 350mA یک نقطه کلیدی است. طراحان از این منحنی برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب یا طراحی درایورهای جریان ثابت استفاده می‌کنند. این منحنی با دما جابجا می‌شود؛ ولتاژ با افزایش دمای پیوند برای یک جریان معین کاهش می‌یابد.

4.2 توان تابشی نسبی در مقابل دمای پیوند

این نمودار کاهش حرارتی خروجی LED را نشان می‌دهد. LEDهای مادون قرمز عموماً افت راندمان کمتری با دما در مقایسه با LEDهای مرئی نشان می‌دهند، اما خروجی همچنان با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این امر باید در مدیریت حرارتی لحاظ شود تا عملکرد یکنواخت در طول عمر محصول و در دماهای عملیاتی مختلف تضمین گردد.

4.3 منحنی توزیع طیفی

این منحنی طول موج پیک غالب 850 نانومتر را تأیید می‌کند و پهنای باند طیفی را نشان می‌دهد. پهنای باند باریک برای تابنده‌های مادون قرمز با کیفیت بالا معمول است. درک طیف برای جفت‌شدن با آشکارسازهای نوری یا سنسورهای دوربین منطبق که پاسخ‌دهی طیفی خاصی دارند حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و نقشه کلی

دستگاه دارای بدنه سرامیکی مربعی به ابعاد 3.5x3.5 میلی‌متر است. ارتفاع کلی تقریباً 0.9 میلی‌متر است. نقشه‌های ابعادی دقیق با تلرانس‌ها (مثلاً ±0.10mm برای ابعاد .X، ±0.05mm برای ابعاد .XX) برای چیدمان دقیق PCB ارائه شده‌اند.

5.2 طرح‌پایه و طراحی استنسیل پیشنهادی

یک طرح لند پترن برای اطمینان از لحیم‌کاری قابل اعتماد و انتقال حرارتی بهینه پیشنهاد شده است. طرح‌پایه معمولاً شامل دو پد آند/کاتد و یک پد حرارتی مرکزی است. طراحی استنسیل (ماسک خمیر لحیم) نیز مشخص شده است که اغلب یک دهانه کاهش‌یافته برای پد حرارتی بزرگ به منظور جلوگیری از پل‌شدن لحیم و حجم بیش از حد خمیر توصیه می‌کند. پیروی از این توصیه‌ها برای دستیابی به اتصال لحیم قابل اعتماد و حداکثرسازی اتلاف حرارت از پد حرارتی به PCB حیاتی است.

5.3 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً روی بالای بسته‌بندی علامت‌گذاری شده است، اغلب با ته‌رنگ سبز یا یک بریدگی/گوشه برش‌خورده روی لنز. طرح‌پایه PCB باید شامل یک نشانگر قطبیت منطبق با این ویژگی باشد تا از قرارگیری نادرست جلوگیری شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

این LED با فرآیندهای استاندارد رفلو مادون قرمز یا جابجایی هوا سازگار است. حداکثر دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد است، با زمان بالای مایع (مثلاً 217 درجه سانتی‌گراد) حداکثر 10 ثانیه. باید از پروفیل رفلو توصیه‌شده پیروی کرد تا از شوک حرارتی جلوگیری شود. بسته‌بندی سرامیکی عموماً در برابر جذب رطوبت مقاوم‌تر از بسته‌بندی‌های پلاستیکی است، اما ملاحظات استاندارد جابجایی برای دستگاه‌های حساس به رطوبت (MSD) بسته به مواد خاص مورد استفاده ممکن است همچنان اعمال شود.

6.2 ملاحظات جابجایی و نگهداری

LEDها را در یک محیط خشک و ضد استاتیک نگهداری کنید. از اعمال تنش مکانیکی روی لنز خودداری کنید. در حین جابجایی از ملاحظات ESD استفاده کنید. پس از لحیم‌کاری با تمیزکننده‌های فراصوتی تمیز نکنید، زیرا ممکن است به ساختار داخلی آسیب برساند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 بسته‌بندی نوار و قرقره

محصول بر روی نوار حامل برجسته‌دار پیچیده شده روی قرقره عرضه می‌شود که برای ماشین‌های مونتاژ اتوماتیک پیک و پلیس مناسب است. ابعاد نوار (اندازه جیب، پیتچ) استاندارد شده است. تعداد قطعات در هر قرقره معمولاً چند هزار عدد است.

7.2 سیستم شماره مدل

شماره قطعه (مثلاً T1901PIA) ویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند:

• T:شناسه سری.
• 19:کد بسته‌بندی برای سرامیکی 3535.
• P:کد تعداد دی برای یک دی پرتوان تکی.
• I:کد رنگ برای مادون قرمز (IR).
• A:کد داخلی یا کد دسته.
• پسوندهای اضافی ممکن است نشان‌دهنده دسته ولتاژ، دسته طول موج و غیره باشند.

کدهای دیگر تعریف شده در سیستم شامل رنگ (R, G, B, Y, W و غیره)، تعداد دی (S, P, 2, 3) و نوع لنز (00 برای بدون لنز، 01 برای دارای لنز) می‌شود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نظارت و امنیت:روشنایی برای دوربین‌های مداربسته با فیلترهای قطع IR، فراهم‌کننده دید در شب نامرئی.
• بینایی ماشین:نور ساختاریافته، افزایش کنتراست یا تشخیص عیب در سیستم‌های بازرسی خودکار.
• سنسورهای بیومتریک:تشخیص عنبیه، تشخیص چهره یا اسکنرهای اثر انگشت.
• سنجش مجاورت و ژست:استفاده در کاربردهای الکترونیک مصرفی و خودرویی.
• سوئیچ‌ها و انکودرهای نوری:فراهم‌کننده منبع نور برای سنجش مبتنی بر قطع.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایور:از یک درایور جریان ثابت برای خروجی پایدار استفاده کنید. VF پایین امکان کار از منابع تغذیه کم‌ولتاژ را فراهم می‌کند. برای کار با راندمان بالا در توان کامل، استفاده از یک رگولاتور سوئیچینگ را در نظر بگیرید.
• مدیریت حرارتی:این امر از اهمیت بالایی برخوردار است. پد حرارتی را به یک ناحیه مس بزرگ روی PCB با چندین وایای حرارتی به لایه‌های داخلی یا یک هیت‌سینک در سمت پایین متصل کنید. برای کاربردهای پرتوان یا با دمای محیط بالا، شبیه‌سازی حرارتی توصیه می‌شود.
• طراحی نوری:پرتو 120 درجه‌ای ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها، دیفیوزرها) برای شکل‌دهی نور برای کاربردهای خاص داشته باشد. سطح بسته‌بندی سرامیکی ممکن است برای کوپلینگ نوری مستقیم ایده‌آل نباشد؛ اغلب یک لنز اولیه در آن گنجانده شده است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای پلاستیکی استاندارد 3535، این نسخه سرامیکی مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:

• عملکرد حرارتی برتر:مقاومت حرارتی کمتر از پیوند به برد، منجر به دمای پیوند عملیاتی پایین‌تر، پتانسیل جریان راه‌اندازی حداکثری بالاتر و طول عمر به طور قابل توجهی بیشتر در توان بالا می‌شود.
• قابلیت اطمینان بهبودیافته:سرامیک خنثی است و تحت قرارگیری در معرض دمای بالا یا UV بالا، برخلاف برخی پلاستیک‌ها، تخریب یا زرد نمی‌شود. همچنین در برابر ترک خوردگی مکانیکی مقاوم‌تر است.
• خروجی نوری پایدار:مدیریت حرارتی بهتر منجر به طول موج و توان تابشی پایدارتر در طول زمان و چرخه‌های دمایی می‌شود.
• معمولاً معاوضه آن، هزینه واحد کمی بالاتر در مقایسه با بسته‌بندی‌های پلاستیکی است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 تفاوت بین جریان مستقیم (IF) و جریان پالسی (IFP) چیست؟

IF (500mA)حداکثر جریان DC پیوسته‌ای است که LED می‌تواند تحمل کند.IFP (700mA)حداکثر جریان مجاز در پالس‌های کوتاه (عرض ≤10ms، چرخه کاری ≤10%) است. پالس‌زنی امکان خروجی تابشی لحظه‌ای بالاتر را فراهم می‌کند که در کاربردهای استروب یا سنجش پالسی مفید است، اما توان متوسط نباید از حد 1 وات تجاوز کند.

10.2 چگونه دسته ولتاژ صحیح را انتخاب کنم؟

اگر طراحی شما از یک مقاومت سری ساده برای محدود کردن جریان استفاده می‌کند، یک دسته VF تنگ‌تر (مثلاً همه کد B) جریان یکنواخت‌تر و در نتیجه روشنایی یکنواخت در تمام LEDهای یک آرایه را تضمین می‌کند. برای طراحی‌هایی که از درایورهای جریان ثابت فعال استفاده می‌کنند، دسته ولتاژ اهمیت کمتری دارد، زیرا درایور ولتاژ را برای حفظ جریان تنظیم‌شده تنظیم می‌کند.

10.3 آیا می‌توانم این LED را بدون هیت‌سینک راه‌اندازی کنم؟

در رتبه کامل 350mA/1W، یک مسیر حرارتی مناسب اجباری است. بسته‌بندی سرامیکی کمک می‌کند، اما باید به سیستم مدیریت حرارتی PCB متصل شود. برای جریان‌های راه‌اندازی پایین‌تر (مثلاً 100-200mA) یا کار پالسی، الزامات سخت‌گیرانه کمتری دارد، اما تحلیل حرارتی همچنان توصیه می‌شود.

11. مطالعه موردی کاربردی

سناریو: اسکنر بارکد صنعتی پرسرعت.یک اسکنر نیاز به خواندن کدها روی بسته‌های در حال حرکت سریع دارد. سیستم از یک آرایه LED مادون قرمز 850 نانومتری پالسی برای روشن کردن هدف استفاده می‌کند. LED سرامیکی 3535 به دلیل توانایی آن در تحمل جریان‌های پالسی بالا (تا 700mA) برای فلاش‌های روشن و کوتاه‌مدت، برای ثبت تصاویر واضح بدون تاری حرکتی انتخاب شده است. پایداری حرارتی بسته‌بندی سرامیکی، دامنه پالس و طول موج یکنواخت را در دوره‌های عملیاتی طولانی در یک محیط کارخانه گرم تضمین می‌کند. پرتو گسترده 120 درجه‌ای امکان پوشش میدان اسکن با تعداد کمتری LED را فراهم می‌کند. PCB با لایه‌های مس ضخیم و وایای‌های حرارتی زیر پد حرارتی هر LED برای دفع گرمای متوسط تولید شده در حین کار پالسی طراحی شده است.

12. معرفی اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) بر اساس همان اصل الکترولومینسانس یک LED مرئی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. برای تابش 850 نانومتر، معمولاً از موادی مانند آلومینیوم گالیم آرسناید (AlGaAs) استفاده می‌شود. بسته‌بندی سرامیکی عمدتاً به عنوان محفظه‌ای مستحکم از نظر مکانیکی و هادی حرارت برای دی نیمه‌هادی، اتصالات سیمی و اپتیک اولیه (در صورت وجود) عمل می‌کند.

13. روندها و تحولات فناوری

روند در LEDهای مادون قرمز پرتوان به سمت راندمان بالاتر تبدیل برق به نور (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) و افزایش چگالی توان است. این امر، پذیرش فناوری‌های تراشه پیشرفته (فلیپ‌چیپ، فیلم نازک) و مواد بسته‌بندی مانند سرامیک و زیرلایه‌های با هسته فلزی را برای مدیریت حرارتی بهینه هدایت می‌کند. همچنین تمرکز بر بهبود قابلیت اطمینان و طول عمر تحت شرایط سخت (دمای بالا، رطوبت بالا) وجود دارد. علاوه بر این، ادغام درایورها و سنسورها با LED در ماژول‌های هوشمند یک روند رو به رشد است که طراحی سیستم را برای کاربران نهایی ساده می‌کند. تقاضا برای باندهای طول موج خاص و باریک برای کاربردهای سنجشی، همچنان پیشرفت‌ها در رشد مواد اپیتاکسیال و مهندسی دستگاه را پیش می‌برد.