دیتاشیت کامل قطعه مادون قرمز LTE-S9511T-E - طول موج اوج 940 نانومتر - زاویه دید 25 درجه - اتلاف توان 100 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTE-S9511T-E یک قطعه گسسته مادون قرمز است که برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای اپتوالکترونیک طراحی شده است. این قطعه متعلق به خانواده‌ای از دستگاه‌هاست که برای ارائه راه‌حل‌هایی نیازمند توان بالا، سرعت بالا و ویژگی‌های نوری خاص مهندسی شده‌اند. این قطعه با استفاده از فناوری GaAs که استاندارد فرستنده‌های مادون قرمز است، ساخته شده تا به معیارهای عملکرد هدف خود دست یابد.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

این دستگاه چندین ویژگی کلیدی را در خود جای داده که آن را برای مونتاژ الکترونیکی مدرن و استانداردهای محیطی مناسب می‌سازد. این قطعه با دستورالعمل‌های RoHS مطابقت دارد و به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی می‌شود. بسته‌بندی آن برای سازگاری با تولید انبوه طراحی شده و بر روی قرقره‌های 7 اینچی در نوار 8 میلی‌متری عرضه می‌شود که با تجهیزات قرارگیری خودکار سازگار است. علاوه بر این، قطعه می‌تواند فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز را تحمل کند که یک نیاز حیاتی برای خطوط مونتاژ فناوری نصب سطحی (SMT) است. خود پکیج نیز مطابق با استانداردهای EIA است که تضمین‌کننده سازگاری مکانیکی می‌باشد.

1.2 کاربردهای هدف و بازار

کاربرد اصلی این قطعه به عنوان یک فرستنده مادون قرمز است. ویژگی‌های آن، این قطعه را برای ادغام در سیستم‌هایی مانند کنترل از راه دور لوازم الکترونیکی مصرفی، لینک‌های انتقال داده بی‌سیم مبتنی بر IR، آلارم‌های امنیتی و سایر کاربردهای سنجشی بسیار مناسب می‌سازد. این قطعه برای پیکربندی‌های نصب شده بر روی PCB در نظر گرفته شده و منبعی فشرده و قابل اعتماد از نور مادون قرمز فراهم می‌کند.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای الکتریکی، نوری و حرارتی دستگاه را همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند.

• اتلاف توان (Pd):100 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که دستگاه می‌تواند به صورت گرما بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود تلف کند.
• جریان مستقیم پالسی (I_FP):1 آمپر. این حداکثر جریان مجاز تحت شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) است. این مقدار به طور قابل توجهی بالاتر از ریتینگ DC است و قابلیت دستگاه برای کار پالسی را که در انتقال داده و کنترل از راه دور رایج است، برجسته می‌سازد.
• جریان مستقیم DC (I_F):50 میلی‌آمپر. حداکثر جریان مستقیم پیوسته‌ای که دستگاه می‌تواند تحمل کند.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بالاتر از این مقدار می‌تواند باعث شکست اتصال نیمه‌هادی شود.
• محدوده دمای کاری (T_op):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که دستگاه برای عملکرد صحیح در آن مشخص شده است.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی (T_stg):55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. محدوده دمایی برای ذخیره‌سازی در حالت غیرفعال.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:تحمل 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه. این مشخصه، تحمل پروفیل لحیم‌کاری ریفلو را تعریف می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس تحت شرایط تست مشخص شده اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت تابشی (I_E):6.0 میلی‌وات بر استرادیان (معمولی) در I_F= 20mA. این پارامتر، توان نوری ساطع شده در هر واحد زاویه فضایی (استرادیان) را اندازه‌گیری می‌کند. این یک پارامتر کلیدی برای تعیین برد مؤثر و قدرت سیگنال در یک کاربرد است.
• طول موج اوج تابش (λ_p):940 نانومتر (معمولی). طول موجی که در آن توان نوری ساطع شده حداکثر است. این طول موج در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد که برای چشم انسان نامرئی اما توسط فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی قابل تشخیص است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):50 نانومتر (معمولی). این نشان‌دهنده پهنای باند طیفی، یا محدوده طول‌موج‌های ساطع شده است. مقدار 50 نانومتر برای IREDهای استاندارد GaAs رایج است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.2 ولت (معمولی)، 1.5 ولت (حداکثر) در I_F= 20mA. افت ولتاژ در دو سر دستگاه هنگام عبور جریان. این پارامتر برای طراحی مدار درایو و محاسبه مصرف توان حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5V. جریان نشتی کوچکی که هنگام بایاس معکوس دستگاه جریان می‌یابد.
• زاویه دید (2θ_1/2):25 درجه (معمولی). به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت تابشی به نصف مقدار خود در محور مرکزی کاهش می‌یابد. زاویه 25 درجه نشان‌دهنده یک پرتو نسبتاً متمرکز است که می‌تواند برای ارتباط یا سنجش جهت‌دار مفید باشد.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین نمودار است که رابطه بین پارامترهای کلیدی را نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد ضروری هستند.

3.1 توزیع طیفی

منحنی توزیع طیفی (شکل 1) شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد. این منحنی اوج در حدود 940 نانومتر و نیم‌عرض تقریبی 50 نانومتر را تأیید می‌کند و نمایشی بصری از خلوص طیفی نور ساطع شده ارائه می‌دهد.

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

این منحنی (شکل 3) برای هر دستگاه نیمه‌هادی اساسی است. این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان عبوری از IRED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این منحنی با دما جابجا می‌شود که برای مدیریت حرارتی در طراحی حیاتی است.

3.3 وابستگی به دما

شکل‌های 2 و 4 نشان می‌دهند که عملکرد دستگاه چگونه با دمای محیط تغییر می‌کند. به طور معمول، ولتاژ مستقیم یک دیود دارای ضریب دمایی منفی است (با افزایش دما کاهش می‌یابد)، در حالی که توان خروجی نوری نیز عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد. این نمودارها به طراحان اجازه می‌دهند تا عملکرد را برای محیط‌های با دمای بالا کاهش دهند.

3.4 شدت تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

شکل 5 نشان می‌دهد که خروجی نور چگونه با جریان درایو مقیاس می‌یابد. این رابطه معمولاً زیرخطی است؛ دو برابر کردن جریان، خروجی نوری را دو برابر نمی‌کند. این رابطه برای تنظیم نقطه کار به منظور دستیابی به روشنایی یا قدرت سیگنال مورد نظر به طور کارآمد مهم است.

3.5 الگوی تابش

نمودار قطبی (شکل 6) نقشه‌ای دقیق از شدت ساطع شده به عنوان تابعی از زاویه از محور مرکزی ارائه می‌دهد. این دستگاه با زاویه دید 25 درجه، الگوی پرتویی را نشان می‌دهد که در مرکز قوی‌ترین است و به سمت لبه‌ها کاهش می‌یابد، که برای طراحی سیستم نوری، مانند هم‌ترازی با میدان دید گیرنده، حیاتی است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد کلی

دیتاشیت نقشه‌های مکانیکی دقیقی از قطعه ارائه می‌دهد. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه، فاصله پایه‌ها و ارتفاع کلی می‌شود. قطعه دارای یک پکیج پلاستیکی شفاف با لنز دید جانبی است که الگوی تابش نور ساطع شده را شکل می‌دهد. تمام ابعاد حیاتی با تلرانس استاندارد ±0.15 میلی‌متر ارائه شده‌اند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

4.2 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک الگوی لند پیشنهادی (فوتیپرینت) برای طراحی PCB گنجانده شده است. رعایت این ابعاد برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم در حین ریفلو، دستیابی به استحکام مکانیکی خوب و تسهیل اتلاف حرارت از دستگاه حیاتی است.

4.3 شناسایی قطبیت

قوانین استاندارد قطبیت LED اعمال می‌شود. کاتد معمولاً توسط یک لبه صاف روی بدنه پکیج، یک شکاف یا یک پایه کوتاه‌تر نشان داده می‌شود. قطبیت صحیح باید در حین مونتاژ رعایت شود تا از آسیب جلوگیری شود.

5. دستورالعمل‌های مونتاژ، جابجایی و قابلیت اطمینان

5.1 راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

این دستگاه برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز ریت شده است. دیتاشیت پارامترهای حیاتی پروفیل را مشخص می‌کند:

• پیش‌گرم:150 تا 200 درجه سلسیوس.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
• دمای اوج:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:حداکثر 10 ثانیه (برای حداکثر دو سیکل ریفلو).

برای لحیم‌کاری دستی با هویه، توصیه حداکثر دمای 300 درجه سلسیوس برای حداکثر 3 ثانیه در هر اتصال است. دیتاشیت تأکید می‌کند که پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر بستگی دارد و استفاده از پروفیل‌های استاندارد JEDEC را به عنوان نقطه شروع توصیه می‌کند.

5.2 شرایط نگهداری

این قطعه دارای سطح حساسیت به رطوبت (MSL) 3 است. این به معنای:

• کیسه مهر و موم شده:می‌تواند تا یک سال در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شود.
• پس از باز کردن کیسه:باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شود. قطعات باید ظرف یک هفته (168 ساعت) تحت ریفلو قرار گیرند. اگر برای مدت طولانی‌تری خارج از کیسه اصلی نگهداری شوند، باید در یک کابینت خشک یا ظرف دربسته با ماده جاذب رطوبت نگهداری شوند. اگر بیش از یک هفته در معرض محیط قرار گیرند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت است تا از ترکیدن پاپ کورنی در حین ریفلو جلوگیری شود.

5.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) استفاده شود. مواد شیمیایی خشن یا مهاجم ممکن است به پکیج پلاستیکی یا لنز آسیب برسانند.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعه در نوار حامل برجسته با نوار پوششی عرضه می‌شود که بر روی قرقره‌های به قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر) پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. بسته‌بندی مطابق با استانداردهای ANSI/EIA-481-1-A-1994 است. مشخصات شامل ابعاد جیب، عرض نوار و اندازه هاب قرقره برای اطمینان از سازگاری با ماشین‌های برداشت و قرارگیری خودکار است.

7. ملاحظات طراحی کاربرد

7.1 طراحی مدار درایو

یک نکته طراحی حیاتی این است که LED یک دستگاه جریان‌محور است. دیتاشیت به شدت توصیه می‌کند که چندین LED را مستقیماً به صورت موازی از یک منبع ولتاژ واحد با یک مقاومت محدودکننده جریان (مدل مدار B) وصل نکنید. به دلیل تغییرات طبیعی در ولتاژ مستقیم (V_F) دستگاه‌های منفرد، جریان به طور مساوی تقسیم نخواهد شد که منجر به تفاوت‌های قابل توجه در روشنایی و احتمال تنش بیش از حد یک دستگاه می‌شود. روش توصیه شده (مدل مدار A) استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر LED است. این امر جریان یکنواخت و در نتیجه شدت تابشی یکنواخت در بین تمام دستگاه‌های آرایه را تضمین می‌کند.

7.2 مدیریت حرارتی

در حالی که حداکثر مطلق اتلاف توان 100 میلی‌وات است، عملیات عملی باید به خوبی زیر این حد باقی بماند، به ویژه در دمای محیطی بالاتر. باید به منحنی‌های کاهش ریت (شکل 2، شکل 4) مراجعه کرد. مساحت کافی مس PCB (استفاده از طرح پد پیشنهادی کمک می‌کند) برای هدایت گرما از اتصال دستگاه به منظور حفظ عملکرد و طول عمر ضروری است.

7.3 طراحی نوری

زاویه دید 25 درجه و پکیج لنز دید جانبی بر نحوه هدایت انرژی IR تأثیر می‌گذارند. برای عملکرد بهینه در یک لینک سنجشی یا ارتباطی، الگوی تابش فرستنده باید با پروفیل حساسیت زاویه‌ای گیرنده هم‌تراز شود. نمودار تابش (شکل 6) برای این هم‌ترازی ضروری است. برای کاربردهایی که نیاز به الگوی پرتوی متفاوتی دارند، ممکن است استفاده از لنزها یا بازتابنده‌های خارجی ضروری باشد.

8. مقایسه و تمایز فنی

LTE-S9511T-E با طول موج اوج 940 نانومتر، برای کاربردهای عمومی مادون قرمز موقعیت‌یابی شده است. تمایزدهنده‌های کلیدی شامل پکیج دید جانبی آن است که برای نورپردازی لبه یا نیازمندی‌های خاص مسیر نوری مفید است و سازگاری آن با فرآیندهای مونتاژ خودکار. در مقایسه با دستگاه‌های دارای زاویه دید وسیع‌تر (مثلاً 60 تا 120 درجه)، این قطعه شدت محوری بالاتری برای یک جریان درایو معین ارائه می‌دهد که می‌تواند به برد بیشتر یا مصرف توان کمتر برای لینک‌های جهت‌دار ترجمه شود. طول موج 940 نانومتر آن یک استاندارد رایج است که تضمین‌کننده سازگاری گسترده با گیرنده‌ها و فیلترهای مادون قرمز مبتنی بر سیلیکون طراحی شده برای آن طیف است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: آیا می‌توانم این IRED را مستقیماً از یک پین GPIO میکروکنترلر درایو کنم؟

پاسخ: بستگی به قابلیت تأمین جریان GPIO دارد. در جریان درایو معمولی 20 میلی‌آمپر، GPIO باید حداقل بتواند این مقدار را تأمین کند. همیشه یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان مورد نیاز است که به صورت R = (V_منبع- V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود. برای منبع 3.3 ولت و V_F برابر 1.2 ولت در 20 میلی‌آمپر، R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 اهم. یک مقاومت 100 اهمی انتخاب استانداردی خواهد بود.

سوال 2: تفاوت بین طول موج اوج (λ_p) و طول موج غالب (λ_d) چیست؟

پاسخ: طول موج اوج، طول موج در نقطه حداکثر منحنی توزیع توان طیفی است. طول موج غالب از رنگ‌سنجی مشتق می‌شود و نمایانگر رنگ درک شده است. برای فرستنده‌های مادون قرمز تک‌رنگ، این دو معمولاً بسیار نزدیک هستند، اما λ_p مشخصه فنی استاندارد برای عملکرد اپتوالکترونیک است.

سوال 3: چرا ریتینگ جریان پالسی (1 آمپر) بسیار بالاتر از ریتینگ DC (50 میلی‌آمپر) است؟

پاسخ: این به دلیل محدودیت‌های حرارتی است. در طول یک پالس بسیار کوتاه (10 میکروثانیه)، اتصال نیمه‌هادی فرصت گرم شدن قابل توجه را ندارد و اجازه می‌دهد جریان لحظه‌ای بسیار بالاتری بدون تجاوز از حداکثر دمای اتصال جریان یابد. در کار DC، گرما به طور پیوسته انباشته می‌شود، بنابراین جریان باید محدود شود تا دما در محدوده ایمن باقی بماند.

10. مثال‌های کاربردی عملی

مثال 1: فرستنده ساده کنترل از راه دور IR.LTE-S9511T-E می‌تواند به عنوان فرستنده در یک کنترل از راه دور پایه استفاده شود. یک میکروکنترلر یک سیگنال دیجیتال مدوله شده (مثلاً حامل 38 کیلوهرتز) مطابق با یک پروتکل فرمان (مانند NEC، RC5) تولید می‌کند. این سیگنال یک ترانزیستور را که IRED را با جریان پالسی تا ریتینگ اوج 1 آمپر درایو می‌کند، سوئیچ می‌کند و باعث ایجاد جرقه‌هایی از نور مادون قرمز می‌شود. پرتو متمرکز 25 درجه‌ای کمک می‌کند تا سیگنال به سمت گیرنده هدایت شود.

مثال 2: سنسور تشخیص مجاورت یا شیء.در جفت با یک گیرنده فوتوترانزیستور یا فوتودیود جداگانه، فرستنده می‌تواند برای تشخیص حضور یا عدم حضور یک شیء استفاده شود. فرستنده نور IR را در عرض یک شکاف می‌تاباند. هنگامی که یک شیء پرتو را قطع می‌کند، سیگنال گیرنده کاهش می‌یابد و یک رویداد تشخیص را فعال می‌کند. پکیج دید جانبی می‌تواند در طراحی مجموعه‌های سنسور فشرده که مسیر نوری موازی با PCB است، مزیت داشته باشد.

11. اصل عملکرد

LTE-S9511T-E یک دیود نورافشان (LED) مبتنی بر ماده نیمه‌هادی گالیم آرسناید (GaAs) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در دو سر اتصال P-N اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در یک نیمه‌هادی با گاف نواری مستقیم مانند GaAs، این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. گاف نواری خاص ماده، طول موج نور ساطع شده را تعیین می‌کند؛ برای GaAs، این امر منجر به تابش مادون قرمز در حدود 940 نانومتر می‌شود. لنز دید جانبی از اپوکسی شفاف ساخته شده است که تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند و نور ساطع شده را به الگوی تابش مشخص شده شکل می‌دهد.

12. زمینه و روندهای صنعت

قطعات گسسته مادون قرمز مانند LTE-S9511T-E همچنان بلوک‌های سازنده اساسی در الکترونیک باقی مانده‌اند. در حالی که ماژول‌های سنسور یکپارچه (ترکیب فرستنده، گیرنده و منطق در یک پکیج) برای کاربردهای خاص مانند سنجش حرکت در حال رشد هستند، قطعات گسسته انعطاف‌پذیری طراحی، مقرون‌به‌صرفه بودن برای کاربردهای با حجم بالا و توانایی بهینه‌سازی مسیر نوری به طور مستقل را ارائه می‌دهند. روندها در صنعت شامل تقاضای مداوم برای کوچک‌سازی، بازدهی بالاتر (خروجی نوری بیشتر به ازای هر ورودی الکتریکی) و افزایش سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب و با دمای بالا است. مطابقت این دستگاه با RoHS و محصول سبز، با مقررات محیط زیستی جهانی که صنعت الکترونیک را هدایت می‌کند، هم‌سو است.