دیتاشیت LED مادون قرمز بسته‌بندی 1206 - ابعاد 3.2x1.6x1.1 میلی‌متر - ولتاژ 1.7 ولت - توان 110 میلی‌وات - طول موج 940 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

IR11-21C/L491/TR8 یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز نصب سطحی است که در بسته‌بندی مینیاتوری 1206 قرار دارد. این قطعه با پوشش پلاستیکی شفاف و دارای یک لنز داخلی مسطح طراحی شده است. عملکرد اصلی این دستگاه، انتشار نور مادون قرمز در طول موج اوج 940 نانومتر است که از نظر طیفی برای سازگاری با آشکارسازهای نوری و فوتوترانزیستورهای متداول مبتنی بر سیلیکون بهینه‌سازی شده است. این ویژگی آن را به یک قطعه ایده‌آل برای کاربردهای حس‌گری و تشخیص غیرتماسی تبدیل می‌کند.

1.1 مزایای اصلی

• طراحی فشرده:ابعاد کوچک دو سر بسته‌بندی SMD 1206 امکان نصب با چگالی بالا روی PCB را فراهم کرده و فضای ارزشمند برد را ذخیره می‌کند.
• قابلیت اطمینان بالا:برای عملکرد یکنواخت و پایداری بلندمدت در شرایط عملیاتی مختلف طراحی شده است.
• بازده اپتیکی:لنز داخلی یکپارچه، زاویه دید کنترل‌شده 80 درجه‌ای را فراهم می‌کند که جهت‌دهی نور را بهبود می‌بخشد.
• انطباق محیطی:این محصول بدون سرب بوده و با استانداردهای RoHS، EU REACH و بدون هالوژن (Br <900ppm، Cl <900ppm، Br+Cl <1500ppm) مطابقت دارد.
• سازگار با زنجیره تأمین:روی نوار 8 میلی‌متری و قرقره‌های با قطر 7 اینچ عرضه می‌شود و با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place سازگار است.

1.2 کاربردهای هدف

این LED مادون قرمز عمدتاً به عنوان منبع نور در سیستم‌های حسگر مادون قرمز نصب‌شده روی PCB مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربردهای متداول شامل حسگرهای مجاورتی، تشخیص شیء، کلیدهای بدون تماس و انکودرهای نوری است که در آن‌ها به انتشار قابل اطمینان نور مادون قرمز نیاز است.

2. مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

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

• جریان پیشروی پیوسته (I_F):65 میلی‌آمپر
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت
• دمای عملیاتی (T_opr):25- درجه تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای نگهداری (T_stg):40- درجه تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):260 درجه سانتی‌گراد به مدت ≤ 5 ثانیه
• توان تلف شده (P_d):110 میلی‌وات در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (T_a= 25 درجه سانتی‌گراد)

این پارامترها عملکرد معمول دستگاه تحت شرایط آزمایش مشخص‌شده را تعریف می‌کنند.

• شدت تابشی (I_e):1.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل)، 2.8 میلی‌وات بر استرادیان (معمول) در I_F= 20 میلی‌آمپر
• طول موج اوج (λ_p):940 نانومتر (معمول)
• پهنای باند طیفی (Δλ):30 نانومتر (معمول)
• ولتاژ پیشروی (V_F):1.3 ولت (حداقل)، 1.7 ولت (معمول)
• زاویه دید (2θ_1/2):80 درجه (معمول)
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5 ولت

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 جریان پیشروی در مقابل دمای محیط

شکل 1 منحنی کاهش مجاز حداکثر جریان پیشروی مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهد. دستگاه تنها تا حدود 25 درجه سانتی‌گراد می‌تواند جریان کامل 65 میلی‌آمپر را تحمل کند. با افزایش دما، حداکثر جریان باید به صورت خطی کاهش یابد تا از گرمایش بیش از حد جلوگیری شده و قابلیت اطمینان تضمین شود و در حدود 100 درجه سانتی‌گراد به صفر برسد. این نمودار برای مدیریت حرارتی در طراحی کاربردی حیاتی است.

3.2 توزیع طیفی

شکل 2 شدت تابشی نسبی را در مقابل طول موج ترسیم می‌کند. منحنی بر روی طول موج اوج معمول 940 نانومتر متمرکز است و دارای پهنای نیم‌حداکثر (FWHM) مشخصه حدود 30 نانومتر است. این پهنای باند باریک، اتصال کارآمد با آشکارسازهای سیلیکونی را تضمین می‌کند که حساسیت اوج آن‌ها در ناحیه مادون قرمز نزدیک است.

3.3 شدت نسبی در مقابل جریان پیشروی

شکل 3 رابطه بین شدت تابشی نسبی و جریان پیشروی را به تصویر می‌کشد. شدت نور خروجی با جریان در محدوده عملیاتی توصیه‌شده به طور کلی به صورت خطی افزایش می‌یابد. این مشخصه امکان کنترل ساده روشنایی مبتنی بر آنالوگ یا PWM را در سیستم‌های حس‌گری فراهم می‌کند.

3.4 جریان پیشروی در مقابل ولتاژ پیشروی

شکل 4 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V) است. این منحنی رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ پیشروی نسبتاً پایین است و در 20 میلی‌آمپر حدود 1.7 ولت است که به مصرف توان کمتر در سیستم کمک می‌کند.

3.5 الگوی تابش

شکل 5 شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از جابجایی زاویه‌ای از محور مرکزی (زاویه دید) ارائه می‌دهد. الگو تقریباً لامبرتی است، با شدتی که در حدود ±40 درجه از مرکز به نصف مقدار اوج خود می‌رسد که زاویه دید کامل 80 درجه‌ای را تأیید می‌کند. این الگو برای تعیین منطقه پوشش نور مادون قرمز منتشرشده مهم است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته

دستگاه مطابق با طرح کلی استاندارد بسته‌بندی 1206 (3216 متریک) است. ابعاد کلیدی به شرح زیر است:

• طول (L):3.20 میلی‌متر ± 0.10 میلی‌متر
• عرض (W):1.60 میلی‌متر ± 0.10 میلی‌متر
• ارتفاع (H):1.10 میلی‌متر ± 0.10 میلی‌متر

نقشه‌های مکانیکی دقیق با توصیه‌های الگوی لند در دیتاشیت برای مرجع چیدمان PCB ارائه شده است. طراحی پد پیشنهادی، لحیم‌کاری مناسب و پایداری مکانیکی را تضمین می‌کند.

4.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً روی بدنه دستگاه علامت‌گذاری شده است. برای اطمینان از جهت‌گیری صحیح در حین مونتاژ، به نقشه بسته برای طرح علامت‌گذاری دقیق مراجعه کنید.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 نگهداری و جابجایی

LEDها به رطوبت حساس هستند. آن‌ها باید قبل از استفاده در کیسه ضد رطوبت اصلی خود در دمای 10 تا 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی <90% نگهداری شوند. عمر قفسه یک سال است. پس از باز شدن کیسه، "عمر کف" 168 ساعت (7 روز) است در صورتی که در دمای 10 تا 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤ 60% نگهداری شوند. قطعاتی که از این زمان فراتر رفته‌اند قبل از لحیم‌کاری رفلو نیاز به پخت (مثلاً 96 ساعت در دمای 60 ± 5 درجه سانتی‌گراد، رطوبت نسبی <5%) دارند.

5.2 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

پروفیل لحیم‌کاری رفلو بدون سرب توصیه می‌شود. دمای اوج نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان بالای 240 درجه سانتی‌گراد باید کنترل شود. نباید بیش از دو بار عملیات رفلو روی یک دستگاه انجام شود. از اعمال تنش به قطعه در حین گرمایش خودداری کرده و پس از لحیم‌کاری PCB را تاب ندهید.

5.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از هویه‌ای با دمای نوک زیر 350 درجه سانتی‌گراد و توان زیر 25 وات استفاده کنید. زمان تماس برای هر پایه باید به 3 ثانیه محدود شود. برای تعمیر، استفاده از هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایه و جلوگیری از تنش حرارتی پیشنهاد می‌شود. تأثیر تعمیر بر مشخصات دستگاه باید از قبل تأیید شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات روی نوار حامل برجسته‌کاری‌شده به عرض 8 میلی‌متر که روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ پیچیده شده‌اند عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. ابعاد نوار حامل (فاصله جیب، عرض و غیره) مشخص شده‌اند تا سازگاری با تجهیزات استاندارد مونتاژ SMD تضمین شود.

6.2 اطلاعات برچسب

برچسب قرقره شامل اطلاعات حیاتی مانند شماره قطعه (P/N)، شماره سری ساخت (LOT No.)، تعداد (QTY)، طول موج اوج (HUE)، رتبه (CAT) و سطح حساسیت به رطوبت (MSL) است.

7. ملاحظات طراحی کاربردی

7.1 محدود‌سازی جریان

بسیار مهم:همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی به صورت سری با LED استفاده شود. ولتاژ پیشروی دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. بدون مقاومت، یک افزایش کوچک در ولتاژ می‌تواند باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب جریان (فرار حرارتی) شود. مقدار مقاومت باید بر اساس ولتاژ تغذیه (V_CC)، جریان پیشروی مورد نظر (I_F) و ولتاژ پیشروی معمول (V_F) با استفاده از قانون اهم محاسبه شود: R = (V_CC- V_F) / I_F.

7.2 طراحی اپتیکی

هنگام طراحی لنزها، دیافراگم‌ها یا راهنماهای نور برای سیستم حسگر، زاویه دید 80 درجه‌ای را در نظر بگیرید. الگوی تابش بر محدوده حس‌گری و میدان دید تأثیر خواهد گذاشت. برای تشخیص در بردهای طولانی‌تر، ممکن است اپتیک کولیماتور خارجی برای متمرکز کردن نور منتشرشده لازم باشد.

7.3 جفت‌سازی با آشکارساز

خروجی 940 نانومتری این LED به طور بهینه با پاسخ طیفی فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی مطابقت دارد. اطمینان حاصل کنید که آشکارساز انتخابی در این ناحیه طول موج حساس است تا نسبت سیگنال به نویز سیستم حداکثر شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مادون قرمز قدیمی از نوع Through-Hole، این نسخه SMD 1206 مزایای قابل توجهی در مینیاتوری‌سازی و مناسب بودن برای تولید اتوماتیک ارائه می‌دهد. تمایزهای کلیدی آن در دسته LEDهای مادون قرمز SMD، ترکیب شدت تابشی نسبتاً بالا (معمولاً 2.8 میلی‌وات بر استرادیان) با ابعاد استاندارد و به‌طور گسترده پذیرفته‌شده 1206 و انطباق آن با مقررات سختگیرانه محیطی است. لنز مسطح یکپارچه در مقایسه با دستگاه‌های بدون لنز داخلی، خروجی اپتیکی یکنواختی را فراهم می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 چرا استفاده از مقاومت محدودکننده جریان اجباری است؟

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند، نه ولتاژ‌محور. مشخصه I-V آن‌ها نمایی است. کار کردن مستقیم آن‌ها از یک منبع ولتاژ، حتی منبعی نزدیک به V_F اسمی آن‌ها، می‌تواند منجر به جریان کنترل‌نشده، گرمایش سریع و خرابی فوری شود. مقاومت سری یک روش خطی و پایدار برای تنظیم جریان عملیاتی فراهم می‌کند.

9.2 در صورت عدم رعایت دستورالعمل‌های حساسیت به رطوبت چه اتفاقی می‌افتد؟

رطوبت جذب‌شده در بسته پلاستیکی می‌تواند در طی فرآیند لحیم‌کاری رفلو با دمای بالا به سرعت تبخیر شود. این می‌تواند باعث لایه‌لایه شدن داخلی، ترک خوردن بسته ("پاپ کورن شدن") یا آسیب به اتصالات سیمی شود که منجر به خرابی فوری یا کاهش قابلیت اطمینان بلندمدت می‌شود.

9.3 آیا از این LED می‌توان برای انتقال داده استفاده کرد؟

اگرچه نور مدوله‌شده منتشر می‌کند، اما طراحی اولیه آن برای کاربردهای حس‌گری است. سرعت سوئیچینگ آن معمولاً در این دیتاشیت مشخص نشده است. برای انتقال داده‌های پرسرعت (مانند کنترل‌های از راه دور مادون قرمز)، باید LEDهایی که به طور خاص برای زمان پاسخ سریع مشخص شده‌اند انتخاب شوند.

10. مثال عملی طراحی

سناریو:طراحی یک حسگر مجاورتی ساده با استفاده از این LED مادون قرمز و یک فوتوترانزیستور سیلیکونی.

1. مدار درایو:آند LED را از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به منبع تغذیه 5 ولت وصل کنید. برای جریان هدف I_F برابر 20 میلی‌آمپر و V_F برابر 1.7 ولت، مقاومت را محاسبه کنید: R = (5V - 1.7V) / 0.02A = 165 اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد استفاده کنید (مثلاً 160 یا 180 اهم). یک ترانزیستور یا پین GPIO میکروکنترلر می‌تواند LED را روشن/خاموش کند.
2. مدار تشخیص:فوتوترانزیستور را در نزدیکی قرار دهید. هنگامی که یک شیء نور مادون قرمز را به آشکارساز بازتاب می‌دهد، جریان کلکتور آن افزایش می‌یابد. این جریان را می‌توان با استفاده از یک مقاومت بار به ولتاژ تبدیل کرد و به یک مقایسه‌گر یا ADC میکروکنترلر وارد کرد تا حضور شیء تشخیص داده شود.
3. چیدمان:LED و آشکارساز را نزدیک به هم روی PCB قرار دهید اما اطمینان حاصل کنید که از موانع فیزیکی یا جداکننده‌های نوری برای جلوگیری از کراس‌تاک مستقیم (ورود نور از LED مستقیماً به آشکارساز بدون بازتاب) استفاده می‌شود.

11. اصل عملکرد

یک LED مادون قرمز یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n با حفره‌های ناحیه p در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب مواد خاص (در این مورد GaAlAs) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که طول موج فوتون‌های منتشرشده را تعریف می‌کند، در اینجا در طیف مادون قرمز در 940 نانومتر. لنز داخلی نور منتشرشده را به یک الگوی تابش خاص شکل می‌دهد.

12. روندهای فناوری

روند در قطعات مادون قرمز برای حس‌گری به سمت یکپارچگی بیشتر، بسته‌های کوچک‌تر و بهبود بازده ادامه دارد. تقاضا برای LEDهای مادون قرمز با پهنای باند طیفی باریک‌تر و توان خروجی بالاتر برای کاربردهای برد طولانی‌تر مانند LiDAR و حس‌گری زمان پرواز (ToF) در حال افزایش است. علاوه بر این، یکپارچه‌سازی ساطع‌کننده و آشکارساز مادون قرمز در یک ماژول واحد، طراحی سیستم را ساده می‌کند. انطباق محیطی و مقرراتی همچنان یک محرک حیاتی برای تمام قطعات الکترونیکی باقی مانده است.