دیتاشیت LED مادون قرمز IR17-21C/TR8 - بسته‌بندی 0805 - 1.2 ولت - طول موج 940 نانومتر - توان 130 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

IR17-21C/TR8 یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IR) با عملکرد بالا است که برای کاربردهای مدرن فناوری نصب سطحی (SMT) طراحی شده است. این قطعه در یک بسته‌بندی فشرده 0805 قرار دارد و برای ارائه تابش مادون قرمز قابل اطمینان، به‌طور خاص منطبق بر آشکارسازهای نوری سیلیکونی، مهندسی شده است. عملکرد اصلی آن به‌عنوان یک منبع مادون قرمز کارآمد در مدارهای مختلف حسگری و سوئیچینگ است.

مزیت اصلی این قطعه در اندازه مینیاتوری آن است که امکان طراحی‌های PCB با چگالی بالا را فراهم می‌کند و همچنین تطابق طیفی عالی با فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی دارد که حساسیت بهینه سیستم را تضمین می‌کند. این قطعه با یک لنز پلاستیکی شفاف آب ساخته شده است که نمای تخت بالایی را ارائه می‌دهد و به زاویه دید گسترده 120 درجه آن کمک می‌کند. این قطعه با استانداردهای کلیدی محیط‌زیستی و ایمنی، از جمله RoHS، EU REACH مطابقت دارد و به‌عنوان یک قطعه بدون هالوژن تولید می‌شود.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نمی‌شود.

• جریان مستقیم پیوسته (I_F): 65 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌تواند به‌طور پیوسته از LED عبور کند.
• ولتاژ معکوس (V_R): 5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بالاتر از این مقدار می‌تواند پیوند PN LED را خراب کند.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی (T_opr, T_stg): 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. این قطعه برای محدوده دمایی صنعتی درجه‌بندی شده است.
• توان تلف شده (P_d): 130 میلی‌وات در دمای 25 درجه سلسیوس. این حداکثر توانی است که بسته‌بندی می‌تواند به‌عنوان گرما تلف کند. در دمای محیطی بالاتر، کاهش درجه (دری‌تینگ) ضروری است.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol): 260 درجه سلسیوس برای ≤5 ثانیه. این تحمل پروفایل اوج ری‌فلو را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند که نمایانگر شرایط کارکرد معمول است.

• شدت تابشی (I_e): 0.2 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل)، 0.8 میلی‌وات بر استرادیان (معمول). این پارامتر توان نوری ساطع‌شده در هر واحد زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند. مقدار معمول نشان‌دهنده خروجی مورد انتظار است.
• طول موج اوج (λ_p): 940 نانومتر (معمول). نور مادون قرمز ساطع‌شده در این طول موج متمرکز است که برای آشکارسازهای سیلیکونی که در ناحیه مادون قرمز نزدیک حساسیت بالایی دارند، ایده‌آل است.
• پهنای باند طیفی (Δλ): 45 نانومتر (معمول). این محدوده طول‌موج‌های ساطع‌شده را تعریف می‌کند، معمولاً به‌صورت عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM).
• ولتاژ مستقیم (V_F): 1.2 ولت (معمول)، 1.5 ولت (حداکثر) در 20mA. ولتاژ مستقیم پایین، مصرف توان و بار حرارتی را کاهش می‌دهد.
• جریان معکوس (I_R): 10 میکروآمپر (حداکثر) در 5V. این جریان نشتی است هنگامی که قطعه تحت بایاس معکوس قرار دارد.
• زاویه دید (2θ_1/2): 120 درجه (معمول). به‌عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت به نصف مقدار روی محور کاهش می‌یابد و یک الگوی تابش بسیار گسترده را فراهم می‌کند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای مهندسان طراح حیاتی است.

• جریان مستقیم در مقابل دمای محیط: این نمودار نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد که به دلیل محدودیت تلفات توان بسته‌بندی است. این برای مدیریت حرارتی ضروری است.
• توزیع طیفی: توان تابشی نسبی را به‌عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد و اوج در 940nm و پهنای باند طیفی را تأیید می‌کند.
• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V): رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. این منحنی در انتخاب مقاومت محدودکننده جریان مناسب برای یک ولتاژ تغذیه معین کمک می‌کند.
• شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای: یک نمودار قطبی که الگوی تابش را نشان می‌دهد. زاویه دید 120 درجه در اینجا به‌صورت بصری تأیید می‌شود و توزیع لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی رایج برای LEDهای با سطح تخت را نشان می‌دهد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

IR17-21C/TR8 مطابق با فوت‌پرینت استاندارد 0805 (سیستم امپریال) یا 2012 (سیستم متریک) است. ابعاد کلیدی شامل طول بدنه تقریباً 2.0 میلی‌متر، عرض 1.25 میلی‌متر و ارتفاع معمولاً 0.8 تا 1.0 میلی‌متر (مقدار دقیق از نقشه) است. آند و کاتد به‌وضوح روی بسته‌بندی مشخص شده‌اند. طرح پد پیشنهادی برای طراحی PCB ارائه شده است و توصیه می‌شود بر اساس فرآیندهای تولید خاص تنظیم شود.

4.2 ابعاد نوار حامل

قطعات روی ری‌فل‌های نوار استاندارد 8 میلی‌متری برای مونتاژ خودکار پیک اند پلیس عرضه می‌شوند. هر ری‌فل حاوی 3000 قطعه است. ابعاد نوار، از جمله اندازه جیب، پیتچ و قطر ری‌فل، مشخص شده‌اند تا سازگاری با فیدرهای تجهیزات SMT تضمین شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 حساسیت به رطوبت و ذخیره‌سازی

قطعه به رطوبت حساس است (سطح MSL روی برچسب مشخص شده است). کیسه‌های مهر و موم شده مانع رطوبت باید در دمای زیر 30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 90% ذخیره شوند. پس از باز شدن، قطعات در صورت ذخیره در رطوبت نسبی ≤60%، عمر مفید 168 ساعت (7 روز) دارند. فراتر رفتن از این نیاز به فرآیند پخت (به‌عنوان مثال، 96 ساعت در 60 درجه سلسیوس) قبل از ری‌فلو دارد تا از آسیب \"پاپ کورن\" در حین لحیم‌کاری جلوگیری شود.

5.2 پروفیل دمایی لحیم‌کاری ری‌فلو

یک پروفیل دمایی ری‌فلو بدون سرب (Pb-free) توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل مرحله پیش‌گرم، زمان تعریف‌شده بالاتر از نقطه مایع (به‌عنوان مثال، 217 درجه سلسیوس)، دمای اوج که از 260 درجه سلسیوس تجاوز نکند و کل زمان در ناحیه دمایی بحرانی است. ری‌فلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

5.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید از هویه‌ای با دمای نوک زیر 350 درجه سلسیوس و توان زیر 25 وات استفاده شود. زمان تماس برای هر ترمینال باید به 3 ثانیه محدود شود و بین ترمینال‌ها خنک‌سازی کافی انجام شود. برای تعمیر، استفاده از هویه دو سر توصیه می‌شود تا هر دو ترمینال به‌طور همزمان گرم شوند و از تنش مکانیکی روی اتصالات لحیم جلوگیری شود. تأثیر تعمیر بر قابلیت اطمینان قطعه باید از قبل ارزیابی شود.

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 سناریوهای کاربردی معمول

• سنسورهای مادون قرمز نصب‌شده روی PCB: به‌عنوان فرستنده در سنسورهای مجاورتی، تشخیص شیء و سوئیچ‌های بدون تماس استفاده می‌شود.
• موانع نوری مینیاتوری / قطع‌کننده‌های نوری: همراه با یک آشکارساز نوری برای تشخیص اشیایی که پرتو نور را قطع می‌کنند، در انکودرها، سنسورهای شکاف و سیستم‌های امنیتی استفاده می‌شود.
• سوئیچ‌های اپتوالکترونیک: در سنسورهای بازتابی که نور LED از یک سطح به سمت یک آشکارساز بازتاب می‌یابد.
• دتکتورهای دود: در برخی طراحی‌های محفظه نوری برای تشخیص ذرات دودی که نور را پراکنده می‌کنند، به کار می‌رود.

6.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• محدود کردن جریان اجباری است: همیشه باید از یک مقاومت سری خارجی برای تنظیم جریان مستقیم استفاده شود. ولتاژ مستقیم پایین LED به این معنی است که حتی افزایش‌های کوچک در ولتاژ تغذیه می‌تواند باعث افزایش بزرگ و مخرب جریان شود.
• مدیریت حرارتی: اگرچه بسته‌بندی کوچک است، اما تلفات توان باید در نظر گرفته شود، به‌ویژه در محیط‌های با دمای محیطی بالا یا هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان. مساحت کافی مس PCB می‌تواند به دفع گرما کمک کند.
• هم‌خطی نوری: زاویه دید گسترده 120 درجه برای پوشش وسیع مفید است اما شدت را در هر نقطه خاص کاهش می‌دهد. برای کاربردهای برد بلند یا متمرکز، ممکن است نیاز به لنزهای خارجی باشد.
• مصونیت در برابر نویز الکتریکی: در محیط‌های پرنویز الکتریکی، محافظت یا مدولاسیون جریان راه‌اندازی LED را در نظر بگیرید تا سیگنال از نویز IR محیطی (به‌عنوان مثال، از نور خورشید یا منابع دیگر) متمایز شود.

7. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با سایر LEDهای مادون قرمز، تمایزدهنده‌های کلیدی IR17-21C/TR8 ترکیب فوت‌پرینت بسیار فشرده 0805 با شدت تابشی نسبتاً بالا (معمولاً 0.8 mW/sr) و زاویه دید گسترده 120 درجه است. بسیاری از LEDهای مادون قرمز رقیب در بسته‌بندی‌های مشابه ممکن است زوایای دید باریک‌تر یا خروجی کمتری ارائه دهند. ولتاژ مستقیم پایین 1.2V آن نیز یک مزیت برای مدارهای با کارکرد باتری و ولتاژ پایین است که بازدهی را بهبود می‌بخشد. مطابقت صریح با استانداردهای بدون هالوژن و REACH آن را برای طراحی‌های با ملاحظات محیط‌زیستی و محدودیت‌های مواد سخت‌گیرانه مناسب می‌سازد.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

8.1 برای راه‌اندازی این LED با جریان 20mA از منبع تغذیه 5V باید از چه مقدار مقاومت استفاده کنم؟

با استفاده از قانون اهم: R = (V_supply- V_F) / I_F. با V_supply=5V، V_F=1.2V (معمول)، و I_F=0.020A، R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 اهم. یک مقاومت استاندارد 200 اهمی منجر به جریان تقریبی (5-1.2)/200 = 19mA می‌شود که قابل قبول است. همیشه با استفاده از حداکثر V_F(1.5V) محاسبه کنید تا اطمینان حاصل شود که حداقل جریان برای کاربرد شما کافی است.

8.2 آیا می‌توانم این LED را با جریان‌های بالاتر از 65mA به صورت پالسی راه‌اندازی کنم؟

مقدار حداکثر مطلق برای جریان مستقیم پیوسته 65mA است. پالس‌دهی با جریان‌های اوج بالاتر ممکن است در صورتی امکان‌پذیر باشد که چرخه وظیفه به اندازه کافی پایین باشد تا جریان متوسط و دمای پیوند حاصل در محدوده ایمن باقی بماند. با این حال، دیتاشیت ریتینگ جریان پالسی یا منحنی‌های دری‌تینگ را ارائه نمی‌دهد. عملکرد بالاتر از مقادیر حداکثر مطلق بدون داده‌های مشخصه‌سازی خاص از سازنده توصیه نمی‌شود، زیرا می‌تواند قابلیت اطمینان و عمر مفید را کاهش دهد.

8.3 دمای محیط چگونه بر خروجی تأثیر می‌گذارد؟

شدت تابشی LEDها معمولاً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. نمودار \"جریان مستقیم در مقابل دمای محیط\" به‌طور غیرمستقیم به این موضوع مرتبط است، زیرا دمای بالاتر کاهش جریان مجاز را برای جلوگیری از گرمای بیش از حد الزامی می‌کند. برای پایداری دقیق خروجی در دماهای مختلف، ممکن است نیاز به یک مدار فیدبک با استفاده از آشکارساز نوری جفت شده یا جبران دمایی باشد.

9. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک سنسور تشخیص کاغذ در پرینتر

یک مهندس نیاز به تشخیص وجود کاغذ در سینی ورودی یک پرینتر کوچک دارد. فضا بسیار محدود است. آنها IR17-21C/TR8 و یک فوتوترانزیستور منطبق در بسته‌بندی مشابه را انتخاب می‌کنند. قطعات در دو طرف یک کانال باریک که کاغذ از آن عبور می‌کند، قرار می‌گیرند. LED با جریان 15mA (با استفاده از یک مقاومت مناسب از منبع تغذیه منطقی 3.3V پرینتر) راه‌اندازی می‌شود تا در عین ارائه سیگنال کافی، توان مصرفی حفظ شود. زاویه دید گسترده 120 درجه LED اطمینان می‌دهد که پرتو حتی با ناهم‌خطی مکانیکی جزئی نیز به اندازه کافی کانال را پر می‌کند. هنگامی که کاغذ وجود دارد، نور مادون قرمز را مسدود می‌کند و باعث تغییر در خروجی فوتوترانزیستور می‌شود که توسط یک میکروکنترلر خوانده می‌شود. پروفایل کم ارتفاع بسته‌بندی 0805 امکان ادغام سنسور در مکانیزم باریک را فراهم می‌کند. طراح دستورالعمل‌های پروفایل ری‌فلو را دنبال می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که طرح PCB شامل پدهای رهایی حرارتی برای لحیم‌کاری است.

10. معرفی اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به ترمینال‌های آن اعمال می‌شود (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌ها از پیوند PN تزریق می‌شوند. هنگامی که این الکترون‌ها با حفره‌ها در ناحیه فعال ماده نیمه‌هادی (در این مورد گالیم آلومینیوم آرسناید - GaAlAs) بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (ذرات نور) آزاد می‌شود. ترکیب خاص ماده GaAlAs طول موج فوتون‌های ساطع‌شده را تعیین می‌کند که برای این قطعه در طیف مادون قرمز (940nm) است. این طول موج برای چشم انسان نامرئی است اما می‌تواند به‌طور مؤثر توسط فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون که هنگام برخورد فوتون‌های با انرژی کافی جریان تولید می‌کنند، آشکار شود.

11. روندها و تحولات صنعت

روند در اپتوالکترونیک، از جمله قطعات IR، همچنان به سمت مینیاتوری‌سازی، بازدهی بالاتر و یکپارچه‌سازی ادامه دارد. بسته‌بندی‌های کوچک‌تر از 0805 (به‌عنوان مثال، 0603، 0402) برای کاربردهای با محدودیت فضا رایج‌تر می‌شوند. همچنین تلاشی برای افزایش شدت تابشی و توان خروجی از بسته‌بندی‌های کوچک‌تر از طریق بهبود طراحی چیپ و مواد بسته‌بندی وجود دارد. یکپارچه‌سازی روند کلیدی دیگری است، با جفت‌های ترکیبی فرستنده-آشکارساز در بسته‌بندی‌های واحد (اپتوکوپلرها، سنسورهای بازتابی) که مونتاژ را ساده می‌کند و هم‌خطی را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، تقاضا برای قطعات منطبق با مقررات سخت‌گیرانه محیط‌زیستی (RoHS، REACH، بدون هالوژن) اکنون یک نیاز استاندارد در سراسر صنعت است که نوآوری‌های علم مواد در لحیم‌های بدون سرب و ترکیبات انکپسولاسیون را هدایت می‌کند.