دیتاشیت فنی LED مادون قرمز HIR25-21C/L423/TR8 با ارتفاع 0.8 میلی‌متر - ابعاد 2.0x1.25x0.8mm - ولتاژ 1.35V - توان 100mW - لنز شفاف

1. مرور کلی محصول

HIR25-21C/L423/TR8 یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز با نصب سطحی (SMD) مینیاتوری است. این قطعه در یک بسته دو سر فشرده با پروفیل فوق‌العاده کم 0.8 میلی‌متر قرار گرفته است که آن را برای کاربردهای با محدودیت فضا مناسب می‌سازد. دستگاه در پلاستیک شفاف با یک لنز تخت قالب‌گیری شده است که یک الگوی تابشی خاص را فراهم می‌کند. ماده نیمه‌هادی اصلی آن گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs) است که برای تطابق طیفی بهینه با فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی طراحی شده است و بازدهی بالا را در سیستم‌های آشکارسازی تضمین می‌کند.

این محصول با ویژگی ولتاژ پیشروی پایین طراحی شده است که به بازدهی کلی سیستم کمک می‌کند. این قطعه به طور کامل با استانداردهای مدرن زیست‌محیطی و ایمنی مطابقت دارد، از جمله عاری از سرب (Pb-free)، رعایت مقررات REACH اتحادیه اروپا و برآورده کردن الزامات عاری از هالوژن (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). دستگاه بر روی نوار 8 میلی‌متری نصب شده بر روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود که فرآیندهای مونتاژ خودکار را تسهیل می‌کند.

2. تفسیر عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه تحت شرایط دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است. تجاوز از این محدوده‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. ولتاژ معکوس (V_R) در 5V مشخص شده است. جریان پیشروی (I_F) دارای حداکثر رتبه‌بندی 100mA است. اتلاف توان (P_D) در 100mW رتبه‌بندی شده است. محدوده دمای عملیاتی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است، در حالی که محدوده دمای نگهداری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد گسترش می‌یابد. دمای لحیم‌کاری باید با دقت مدیریت شود، با پیک 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه مطابق با پروفیل ریفلو عاری از سرب.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

پارامترهای عملکرد کلیدی معمولاً در I_F=20mA و Ta=25°C اندازه‌گیری می‌شوند. ولتاژ پیشروی (V_F) به طور معمول 1.35V است. شدت تابشی (I_e) با یک مقدار حداقل مشخص شده است که توان خروجی نوری را تعریف می‌کند. طول موج تابش پیک (λ_p) در طیف مادون قرمز متمرکز شده است، معمولاً حدود 940nm، که کاملاً با حساسیت پیک گیرنده‌های رایج مبتنی بر سیلیکون هماهنگ است. پهنای باند طیفی (نیم‌عرض) نیز تعریف شده است که محدوده طول‌موج‌های تابش شده را نشان می‌دهد. زاویه دید توسط طراحی لنز تخت تعیین می‌شود که یک الگوی تابشی خاص مناسب برای کاربردهای هدفمند فراهم می‌کند.

3. توضیح سیستم باینینگ

شماره قطعه HIR25-21C/L423/TR8 شامل یک ساختار باینینگ برای اطمینان از عملکرد یکنواخت است. در حالی که دیتاشیت یک راهنمای کلی انتخاب دستگاه ارائه می‌دهد که ماده چیپ GaAlAs و لنز شفاف را نشان می‌دهد، باین‌های خاص برای پارامترهایی مانند طول موج پیک (HUE) و شدت تابشی (CAT) در طول تولید مدیریت می‌شوند. مشتریان قطعاتی را در محدوده‌های تلورانس مشخص شده برای این پارامترهای کلیدی دریافت می‌کنند که تضمین می‌کند دستگاه در مدار و کاربرد خاص آنها مطابق نیاز عمل خواهد کرد. کدهای 'L423' و 'TR8' در شماره قطعه به ترتیب مربوط به باین‌های عملکرد خاص و مشخصات بسته‌بندی نوار و قرقره هستند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه است که بینش عمیق‌تری از رفتار دستگاه فراتر از داده‌های جدولی ارائه می‌دهد.

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

این منحنی رابطه بین جریان عبوری از LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این منحنی معمولاً یک رابطه نمایی را نشان می‌دهد، با یک ولتاژ "زانو" تعریف شده. ویژگی ولتاژ پیشروی پایین این LED به صورت بصری در اینجا تأیید می‌شود، نشان می‌دهد که در مقایسه با برخی جایگزین‌ها در ولتاژ پایین‌تری شروع به هدایت قابل توجهی می‌کند، که برای طراحی‌های مدار با ولتاژ پایین مفید است.

4.2 شدت تابشی در مقابل جریان پیشروی

این نمودار خروجی نوری (شدت تابشی) را به عنوان تابعی از جریان درایو نشان می‌دهد. این نمودار معمولاً یک رابطه خطی را در محدوده جریان عملیاتی توصیه شده نشان می‌دهد، تأیید می‌کند که خروجی نور مستقیماً با جریان متناسب است. این خطی بودن برای کاربردهایی که نیاز به سیگنال‌های مدوله شده دارند، مانند انتقال داده مادون قرمز، حیاتی است.

4.3 شدت تابشی در مقابل دمای محیط

این منحنی نشان می‌دهد که چگونه توان خروجی نوری با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. مانند همه LEDها، بازدهی این فرستنده مادون قرمز با افزایش دما کاهش می‌یابد. درک این کاهش رتبه برای طراحی سیستم‌هایی که در کل محدوده دمایی به طور قابل اعتماد کار می‌کنند، به ویژه در محیط‌های با دمای بالا، حیاتی است. مدیریت حرارتی کافی ممکن است در کاربردهای با توان بالا یا دمای بالا برای حفظ خروجی یکنواخت ضروری باشد.

4.4 توزیع طیفی

یک نمودار توزیع طیفی، توان تابشی نسبی را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد. این نمودار یک پیک واضح در طول موج اسمی (مثلاً 940nm) با شکل و نیم‌عرض مشخصه نشان خواهد داد. این نمایش بصری تطابق طیفی خوب با آشکارسازهای سیلیکونی را تأیید می‌کند، که منحنی پاسخ‌دهی آنها در همان منطقه نزدیک مادون قرمز به اوج می‌رسد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

LED دارای ابعاد بسیار فشرده است. ابعاد بسته 2.0 میلی‌متر طول، 1.25 میلی‌متر عرض و 0.8 میلی‌متر ارتفاع (مقادیر اسمی) است. نقشه‌های مکانیکی دقیق تمام ابعاد حیاتی از جمله فاصله پایه‌ها، موقعیت پدها و هندسه لنز را ارائه می‌دهند. تلورانس برای اکثر ابعاد ±0.1mm است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. آند و کاتد به وضوح روی بسته علامت‌گذاری شده‌اند تا شناسایی صحیح قطبیت در طول مونتاژ امکان‌پذیر باشد.

5.2 طرح پد پیشنهادی

یک الگوی لند (فوت‌پرینت) پیشنهادی برای طراحی PCB ارائه شده است. این شامل اندازه پد و توصیه‌های فاصله‌گذاری برای اطمینان از لحیم‌کاری قابل اعتماد و پایداری مکانیکی است. دیتاشیت به صراحت اشاره می‌کند که این فقط برای مرجع است و طراحان باید ابعاد پد را بر اساس قابلیت‌های خاص تولید PCB و نیازهای کاربردی خود، مانند ملاحظات تنش حرارتی یا مکانیکی، تغییر دهند.

5.3 ابعاد نوار حامل

دستگاه در نوار حامل برجسته‌دار برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place عرضه می‌شود. عرض نوار 8mm است. ابعاد دقیق حفره جیبی که LED را نگه می‌دارد، فاصله بین جیب‌ها (پیچ) و موقعیت سوراخ‌های چرخ‌دنده ارائه شده است. هر قرقره حاوی 2000 قطعه (PCS) است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 حساسیت به رطوبت و نگهداری

LEDها در یک کیسه ضد رطوبت با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند. کیسه نباید باز شود تا زمانی که قطعات آماده استفاده هستند. پس از باز کردن، LEDها باید در دمای 30 درجه سانتی‌گراد یا کمتر و رطوبت نسبی 60% یا کمتر نگهداری شوند. آنها باید ظرف 168 ساعت (7 روز) پس از باز کردن کیسه استفاده شوند. اگر زمان نگهداری بیش از حد باشد یا ماده خشک‌کن نشان‌دهنده جذب رطوبت باشد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت در دمای 60 ± 5 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت است تا از "پاپ کورن شدن" در طول لحیم‌کاری ریفلو جلوگیری شود.

6.2 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل دمای لحیم‌کاری ریفلو عاری از سرب توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل مرحله پیش‌گرم، افزایش تدریجی دما، دمای پیک که از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند و زمان بالای مایع (معمولاً 217 درجه سانتی‌گراد) به مدت 30-60 ثانیه است. دمای پیک باید حداکثر به مدت 10 ثانیه حفظ شود. لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار روی یک دستگاه انجام شود تا از آسیب حرارتی به بسته پلاستیکی و دی نیمه‌هادی جلوگیری شود.

6.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

اگر لحیم‌کاری دستی ضروری است، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه باید زیر 350 درجه سانتی‌گراد باشد و زمان تماس برای هر ترمینال باید به 3 ثانیه یا کمتر محدود شود. یک هویه کم‌توان (25 وات یا کمتر) توصیه می‌شود. یک فاصله خنک‌کننده حداقل 2 ثانیه بین لحیم‌کاری دو ترمینال باید رعایت شود. تعمیر پس از لحیم‌کاری به شدت توصیه نمی‌شود. اگر اجتناب‌ناپذیر است، باید از یک هویه دو سر تخصصی برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال استفاده شود تا از تنش حرارتی که باعث بلند شدن یک پد در حالی که دیگری هنوز لحیم شده است جلوگیری شود. پتانسیل آسیب در طول تعمیر بالا است و باید از قبل ارزیابی شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی استاندارد 2000 قطعه در هر قرقره 7 اینچی بر روی نوار حامل به عرض 8mm است. شماره قطعه HIR25-21C/L423/TR8 شامل سری محصول، باین‌های عملکرد خاص و نوع بسته‌بندی است. برچسب‌های روی قرقره شامل شماره قطعه (P/N)، شماره لات (LOT No)، تعداد (QTY)، طول موج پیک (HUE)، رتبه (CAT) و سطح حساسیت رطوبتی (MSL-X) خواهد بود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

سنسور مادون قرمز نصب شده روی PCB:LED به عنوان منبع نور در سنسورهای مجاورتی، تشخیص اشیاء و ربات‌های دنبال‌کننده خط استفاده می‌شود. این قطعه اغلب با یک فوتوترانزیستور یا فوتودیود جفت می‌شود. یک مقاومت محدودکننده جریان به طور مطلق در سری با LED ضروری است تا از آسیب جریان بیش از حد جلوگیری شود، زیرا ولتاژ پیشروی LED دارای ضریب دمایی منفی است و یک محدودکننده جریان قابل اعتماد نیست.

کنترل از راه دور مادون قرمز:برای کنترل‌های از راه دور با نیاز توان بالا، این LED می‌تواند شدت تابشی کافی برای برد بیشتر یا عبور از موانع را ارائه دهد. این قطعه معمولاً با جریان‌های پالسی بالاتر از رتبه‌بندی DC پیوسته (مثلاً پالس‌های 100mA) درایو می‌شود تا جرقه‌های نور روشن برای انتقال داده حاصل شود.

اسکنرها و سیستم‌های کاربردی مادون قرمز:در اسکنرهای بارکد، سیستم‌های تشخیص ژست و انکودرهای نوری استفاده می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

درایو جریان:همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت به صورت R = (V_منبع- V_F) / I_F.

مدیریت حرارتی:اگرچه بسته کوچک است، اما عملیات پیوسته در جریان‌های بالا در دمای محیط بالا می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد و کاهش عمر مفید شود. در صورت لزوم، اطمینان حاصل کنید که مساحت مسی کافی PCB یا وایاهای حرارتی وجود دارد.

هم‌محوری نوری:لنز تخت یک الگوی پرتو خاص را فراهم می‌کند. برای کوپلینگ بهینه با یک گیرنده، قرارگیری نسبی و هر لنز یا دیافراگم لازم را در نظر بگیرید.

محافظت ESD:اگرچه در این دیتاشیت به صراحت به عنوان حساس ذکر نشده است، اما مدیریت همه دستگاه‌های نیمه‌هادی با احتیاط‌های ESD یک عمل خوب است.

9. مقایسه و تمایز فنی

عوامل تمایز اصلی HIR25-21C/L423/TR8 عبارتند ازپروفیل فوق‌العاده کم 0.8 میلی‌متری آن، که نازک‌تر از بسیاری از LEDهای SMD استاندارد است، ولنز تخت شفاف آن. در مقایسه با لنزهای گنبدی، لنز تخت ممکن است یک الگوی تابشی متمرکزتر یا با شکل متفاوت ارائه دهد، که می‌تواند در کاربردهای سنجش خاصی که نور نیاز به هدایت به روش خاصی دارد مفید باشد. ولتاژ پیشروی پایین به بازده انرژی کمک می‌کند. استفاده از ماده GaAlAs و باینینگ دقیق، تطابق عالی و یکنواخت با آشکارسازهای سیلیکونی را تضمین می‌کند که می‌تواند نسبت سیگنال به نویز را در سیستم‌های سنسوری در مقایسه با LEDهای دارای طیف گسترده‌تر یا نامطابق بهبود بخشد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چرا یک مقاومت سری اجباری است؟

ج: منحنی I-V یک LED نمایی است. یک افزایش کوچک در ولتاژ فراتر از نقطه زانو باعث افزایش بسیار زیاد و بالقوه مخرب در جریان می‌شود. یک مقاومت یک رابطه خطی بین ولتاژ منبع و جریان فراهم می‌کند و نقطه کار را تثبیت می‌کند.

س: آیا می‌توانم این LED را با پالس‌های بالاتر از 100mA درایو کنم؟

ج: احتمالاً، اما فقط تحت شرایط پالسی خاص (چرخه وظیفه کم، عرض پالس کوتاه) همانطور که توسط منحنی‌های کاهش رتبه تعریف شده است، که در این خلاصه ارائه نشده است. تجاوز از محدوده حداکثر مطلق در هر شرایطی خطر آسیب فوری را به همراه دارد.

س: "تطابق طیفی با آشکارساز نوری سیلیکونی" به چه معناست؟

ج: به این معنی است که طول موج پیک و پهنای طیفی نور ساطع شده از LED به طور نزدیکی با منطقه حساسیت پیک یک فوتودیود یا فوتوترانزیستور سیلیکونی استاندارد هماهنگ است. این امر سیگنال الکتریکی تولید شده توسط آشکارساز برای یک توان نوری معین را به حداکثر می‌رساند و بازدهی و برد سیستم را بهبود می‌بخشد.

س: اهمیت حیاتی بودن عمر مفید 7 روزه پس از باز کردن کیسه چقدر است؟

ج: اگر دستگاه‌ها تحت لحیم‌کاری ریفلو قرار گیرند بسیار حیاتی است. رطوبت جذب شده می‌تواند در طول فرآیند ریفلو با دمای بالا تبخیر شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک خوردگی ("پاپ کورن شدن") شود. اگر عمر مفید بیش از حد باشد، پخت مورد نیاز است.

11. مثال‌های کاربردی عملی

مورد 1: سوئیچ تشخیص شیء بدون تماس.LED در یک طرف یک شکاف نصب شده است و یک فوتوترانزیستور در مقابل آن نصب شده است. یک شیء که از شکاف عبور می‌کند پرتو مادون قرمز را قطع می‌کند و باعث تغییر خروجی فوتوترانزیستور می‌شود. پروفیل کم اجازه می‌دهد این سنسور در دستگاه‌های بسیار نازک ادغام شود. طول موج یکنواخت باعث راه‌اندازی قابل اعتماد در تغییرات دما می‌شود.

مورد 2: کنترل از راه دور تلویزیون پیشرفته.یک طراح به یک کنترل از راه دور نیاز دارد که از زوایای وسیع‌تر یا از طریق موانع جزئی کار کند. استفاده از این LED با یک درایو جریان پالسی بالاتر می‌تواند شدت تابشی بیشتری نسبت به یک LED مادون قرمز استاندارد ارائه دهد و عملکرد را بهبود بخشد. لنز تخت همچنین ممکن است به پراکندگی نور به شکل کمی متفاوت برای پوشش وسیع‌تر کمک کند.

مورد 3: انکودر نوری مینیاتوری.در یک انکودر چرخشی کوچک، LED و آشکارساز در دو طرف یک دیسک کدگذاری شده قرار می‌گیرند. بسته نازک 0.8 میلی‌متری برای قرارگیری در مونتاژ مکانیکی تنگ انکودر حیاتی است. تطابق طیفی خوب، یک سیگنال دیجیتال تمیز از آشکارساز با چرخش دیسک تضمین می‌کند.

12. معرفی اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی اعمال می‌شود، الکترون‌ها از منطقه نوع n و حفره‌ها از منطقه نوع p به منطقه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در ماده GaAlAs استفاده شده در اینجا، این انرژی مربوط به یک فوتون در طیف مادون قرمز (معمولاً حدود طول موج 940nm) است. ترکیب خاص اتم‌های گالیم، آلومینیوم و آرسنید، انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج نور ساطع شده را تعیین می‌کند. بسته اپوکسی شفاف، چیپ را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند و سطح تخت به عنوان یک لنز اولیه برای شکل‌دهی الگوی تابشی نور ساطع شده عمل می‌کند.

13. روندها و تحولات فناوری

روند در LEDهای مادون قرمز SMD به سمتبازدهی بالاتر(خروجی تابشی بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)،اندازه بسته کوچک‌تربرای دستگاه‌های هرچه فشرده‌تر، وقابلیت اطمینان افزایش یافتهتحت شرایط سخت ادامه دارد. همچنین توسعه در ایجاد LEDها با خروجی‌های طیفی خاص و باریک برای کاربردهای سنجش پیشرفته و ادغام چندین فرستنده (مثلاً طول‌موج‌های مختلف) در یک بسته واحد وجود دارد. تلاش برای مصرف توان کمتر در دستگاه‌های IoT با باتری، فشار برای ولتاژ پیشروی پایین‌تر و بازدهی بالاتر را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در مواد بسته‌بندی با هدف بهبود عملکرد حرارتی و مقاومت در برابر رطوبت، ممکن است برخی از الزامات سختگیرانه مدیریت را کاهش دهد.