دیتاشیت LED مادون قرمز 0402 SMD - ابعاد 1.0x0.5x0.5mm - ولتاژ مستقیم 1.5V - طول موج پیک 940nm - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز مینیاتوری با قابلیت اطمینان بالا و نصب سطحی را به تفصیل شرح می‌دهد. قطعه در یک پکیج فشرده 0402 قرار گرفته، در اپوکسی شفاف قالب‌گیری شده و از نظر طیفی با فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی هماهنگ است که آن را برای کاربردهای سنجش ایده‌آل می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی

• قابلیت اطمینان بالا:طراحی شده برای عملکرد یکنواخت در کاربردهای سخت و طاقت‌فرسا.
• ابعاد مینیاتوری:پکیج دو سر 0402 امکان نصب با چگالی بالا روی PCB را فراهم می‌کند.
• سازگاری با فرآیند:مناسب برای هر دو فرآیند لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز و فاز بخار.
• مطابقت محیطی:محصول بدون سرب، مطابق با RoHS، مطابق با REACH اتحادیه اروپا و استانداردهای بدون هالوژن (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) را برآورده می‌کند.

1.2 کاربردهای هدف

• سنسورهای مادون قرمز نصب شده روی PCB
• واحدهای کنترل از راه دور مادون قرمز که نیاز به خروجی توان بالا دارند
• اسکنرهای نوری
• انواع سیستم‌های کاربردی مادون قرمز

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

پارامتر	نماد	مقدار	واحد	توضیحات
جریان مستقیم پیوسته	IF	50	mA
ولتاژ معکوس	VR	5	V
دمای کاری	Topr	40- تا 100+	°C
دمای ذخیره‌سازی	Tstg	40- تا 100+	°C
دمای لحیم‌کاری	Tsol	260	°C	زمان لحیم‌کاری ≤ 5 ثانیه.
توان اتلافی (Ta=25°C)	Pd	100	mW

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (Ta=25°C)

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد اندازه‌گیری شده‌اند (IF=20mA مگر اینکه خلاف آن ذکر شود).

پارامتر	نماد	Min.	Typ.	Max.	واحد	شرایط
شدت تابشی	Ie	0.5	2.35	--	mW/sr	IF=20mA
طول موج پیک	λp	--	940	--	nm	IF=20mA
پهنای باند طیفی (FWHM)	Δλ	--	45	--	nm	IF=20mA
ولتاژ مستقیم	VF	--	1.5	1.9	V	IF=20mA
جریان معکوس	IR	--	--	10	μA	VR=5V
زاویه دید (نیم زاویه)	2θ1/2	--	120	--	درجه	IF=20mA

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ضروری برای مهندسان طراح ارائه می‌دهد.

3.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV)

منحنی رابطه نمایی بین جریان مستقیم (IF) و ولتاژ مستقیم (VF) را نشان می‌دهد. در نقطه کاری معمول 20mA، ولتاژ مستقیم تقریباً 1.5V است. طراحان باید از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنند تا از تجاوز از حداکثر جریان مستقیم جلوگیری شود، زیرا حتی یک افزایش کوچک در ولتاژ می‌تواند منجر به افزایش بزرگ و بالقوه مخرب در جریان شود.

3.2 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش رتبه نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. قطعه می‌تواند جریان نامی کامل خود را تا حدود 25°C تحمل کند. فراتر از این، حداکثر جریان باید به صورت خطی تا صفر در حداکثر دمای اتصال (که توسط حد دمای کاری 100°C القا می‌شود) کاهش یابد. این برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت در محیط‌های با دمای بالا حیاتی است.

3.3 توزیع طیفی

نمودار خروجی طیفی، طول موج تابش پیک در 940nm با پهنای باند طیفی معمول (عرض کامل در نصف بیشینه) 45nm را تأیید می‌کند. این طول موج برای آشکارسازهای نوری مبتنی بر سیلیکون تقریباً بهینه است که در این ناحیه حساسیت بالایی دارند و نسبت سیگنال به نویز را در کاربردهای سنجش به حداکثر می‌رسانند.

3.4 شدت تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که خروجی تابشی در محدوده کاری معمول (تا حدود 40-50mA) تقریباً با جریان مستقیم خطی است. این رابطه قابل پیش‌بینی، طراحی سیستم نوری را ساده می‌کند.

3.5 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

نمودار قطبی الگوی تابش را به تصویر می‌کشد که با نیم زاویه گسترده 120 درجه مشخص می‌شود. این یک پرتو مادون قرمز پخش و گسترده فراهم می‌کند که برای کاربردهایی که نیاز به پوشش منطقه وسیع یا سنجش مجاورت دارند و در آن‌ها هم‌ترازی حیاتی نیست، ایده‌آل است.

4. اطلاعات مکانیکی و پکیج

4.1 ابعاد پکیج (0402)

قطعه مطابق با فوت‌پرینت استاندارد 0402 (سیستم امپریال) / 1005 (سیستم متریک) است. ابعاد کلیدی شامل طول بدنه تقریباً 1.0mm، عرض 0.5mm و ارتفاع 0.5mm می‌باشد. ابعاد و فاصله ترمینال‌ها برای طراحی الگوی لند PCB ارائه شده است. تمام تلرانس‌های ابعادی معمولاً ±0.1mm هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

4.2 شناسایی قطبیت

پکیج دو سر است. قطبیت معمولاً توسط یک علامت در سمت کاتد (-) یا توسط ساختار داخلی چیپ که از طریق لنز شفاف قابل مشاهده است، نشان داده می‌شود. برای طرح علامت‌گذاری دقیق باید به نقشه دیتاشیت مراجعه شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 ذخیره‌سازی و حساسیت به رطوبت

قطعه به رطوبت حساس است. باید اقدامات احتیاطی برای جلوگیری از پاپ‌کورنینگ یا لایه‌لایه شدن در حین ریفلو انجام شود:

• در کیسه ضد رطوبت اصلی در دمای ≤30°C / رطوبت نسبی ≤90% ذخیره شود.
• ظرف یک سال از تاریخ حمل استفاده شود.
• پس از باز کردن کیسه، در دمای ≤30°C / رطوبت نسبی ≤60% ذخیره و ظرف 168 ساعت (7 روز) استفاده شود.
• اگر زمان ذخیره‌سازی بیش از حد مجاز باشد یا سیلیکاژل نشان‌دهنده رطوبت باشد، قبل از استفاده حداقل به مدت 24 ساعت در دمای 60±5°C پخت (بیک) شود.

5.2 پروفیل دمایی لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل دمایی ریفلو بدون سرب توصیه شده ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل:

• منطقه پیش‌گرم و خیس‌اندن.
حداکثر نرخ افزایش دما.
• حداکثر دمای بدنه نباید از 260°C تجاوز کند.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (مثلاً 217°C).
• نرخ خنک‌سازی.

لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.

5.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر مجدد

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی:

• از هویه با دمای نوک <350°C استفاده شود.
• توان هویه را به 25W یا کمتر محدود کنید.
• زمان تماس برای هر ترمینال باید ≤3 ثانیه باشد.
• حداقل فاصله 2 ثانیه‌ای بین لحیم‌کاری هر ترمینال رعایت شود.

تعمیر مجدد به شدت توصیه نمی‌شود. اگر اجتناب‌ناپذیر است، باید از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال استفاده شود تا از تنش مکانیکی روی پکیج جلوگیری شود. تأثیر تعمیر مجدد بر مشخصات قطعه باید از قبل تأیید شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعه روی نوار حامل برجسته که روی قرقره پیچیده شده است، عرضه می‌شود. یک قرقره استاندارد حاوی 3000 قطعه است. ابعاد دقیق نوار حامل (اندازه حفره، گام، عرض نوار) و مشخصات قرقره برای تنظیم دستگاه پیک و پلیس خودکار ارائه شده است.

6.2 روش بسته‌بندی

قرقره‌ها در کیسه‌های مهر و موم شده آلومینیومی مانع رطوبت همراه با سیلیکاژل و کارت نشانگر رطوبت بسته‌بندی می‌شوند تا شرایط ذخیره‌سازی خشک حفظ شود.

6.3 اطلاعات برچسب

برچسب بسته شامل اطلاعات حیاتی برای ردیابی و تأیید است:

• CPN (شماره قطعه مشتری)
• P/N (شماره قطعه سازنده: IR16-213C/L510/TR8)
• QTY (تعداد)
• CAT (کد رتبه‌بندی/بینینگ)
• HUE (طول موج پیک)
• LOT No. (شماره دسته ساخت)
• کشور مبدأ

7. ملاحظات طراحی کاربردی

7.1 طراحی مدار درایو

مهم‌ترین جنبه طراحی، محدود کردن جریان است. LED یک قطعه جریان‌محور است. یک مقاومت سری (R_s) باید بر اساس ولتاژ تغذیه (V_cc)، جریان مستقیم مورد نظر (I_F) و ولتاژ مستقیم LED (V_F) محاسبه شود: R_s= (V_cc- V_F) / I_F. برای تغذیه 5V و جریان هدف 20mA: R_s≈ (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. یک مقاومت استاندارد 180Ω مناسب خواهد بود. همیشه جریان واقعی را در بدترین حالت V_F(حداقل) تأیید کنید تا مطمئن شوید از مقادیر حداکثر تجاوز نمی‌کند.

7.2 مدیریت حرارتی

اگرچه پکیج 0402 جرم حرارتی محدودی دارد، باید به اتلاف توان، به ویژه در کاربردهای با جریان بالا یا دمای محیط بالا توجه شود. اطمینان حاصل کنید که PCB مساحت مسی کافی در اطراف پدهای لحیم‌کاری فراهم می‌کند تا به عنوان هیت‌سینک عمل کند و دستورالعمل‌های کاهش رتبه جریان با دما را دنبال کنید.

7.3 طراحی نوری

زاویه دید گسترده 120 درجه، این LED را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی وسیع دارند، مناسب می‌سازد. برای پرتوهای با برد بیشتر یا جهت‌دارتر، ممکن است اپتیک ثانویه (لنز) مورد نیاز باشد. لنز شفاف، جذب حداقلی نور مادون قرمز ساطع شده را تضمین می‌کند.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با سایر LEDهای مادون قرمز، این قطعه 0402 تعادل کلیدی زیر را ارائه می‌دهد:

• در مقابل پکیج‌های بزرگتر (مثلاً 5mm):فوت‌پرینت به طور قابل توجهی کوچکتر و پروفیل پایین‌تر، امکان مینیاتوری‌سازی را فراهم می‌کند. معمولاً توان تابشی کل کمتری دارد اما برای آرایه یا قرارگیری متراکم مناسب‌تر است.
• در مقابل سایر LEDهای مادون قرمز SMD (مثلاً 0603):پکیج 0402 امکان بالاترین چگالی قطعه ممکن روی PCB را فراهم می‌کند که یک مزیت حیاتی در الکترونیک مدرن با محدودیت فضا مانند کنترل‌های از راه دور فوق فشرده یا سنسورها است.
• در مقابل قطعات غیرمطابق:مطابقت کامل با استانداردهای RoHS، REACH و بدون هالوژن امروزه یک الزام اجباری برای اکثر محصولات تجاری و صنعتی است که زنجیره تأمین و صدور گواهینامه محصول نهایی را ساده می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 هدف از طول موج 940nm چیست؟

940nm در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد. برای چشم انسان نامرئی است اما به خوبی با حساسیت پیک فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی ارزان قیمت هماهنگ است. همچنین در مقایسه با LEDهای قرمز مرئی، تداخل کمتری از نور محیطی مرئی تجربه می‌کند که یکپارچگی سیگنال را در کاربردهای سنجش بهبود می‌بخشد.

9.2 چرا مقاومت محدودکننده جریان کاملاً ضروری است؟

مشخصه I-V یک LED نمایی است. فراتر از ولتاژ زانو، یک افزایش جزئی در ولتاژ باعث افزایش بسیار زیاد در جریان می‌شود. بدون یک مقاومت سری برای کنترل جریان، اتصال مستقیم LED به یک منبع ولتاژ (حتی یک باتری کوچک) تقریباً مطمئناً آن را فراتر از حداکثر جریان نامی می‌راند و باعث گرمایش لحظه‌ای و خرابی می‌شود.

9.3 آیا می‌توانم از این برای انتقال داده (مانند کنترل‌های از راه دور IR) استفاده کنم؟

بله، این یک کاربرد اولیه است. سرعت سوئیچینگ سریع آن (که توسط ماده GaAlAs القا می‌شود) و سازگاری با پالس‌های جریان بالا، آن را برای انتقال داده مدوله شده در کنترل‌های از راه دور، سیستم‌های انجمن داده IR (IrDA) و ایزولاسیون نوری مناسب می‌سازد.

9.4 چگونه مشخصه \"شدت تابشی\" را تفسیر کنم؟

شدت تابشی (I_e) معادل 2.35 mW/sr (معمول) به این معنی است که LED در امتداد محور مرکزی خود 2.35 میلی‌وات توان نوری در هر استرادیان (یک واحد زاویه فضایی) ساطع می‌کند. این معیاری از میزان \"روشنایی\" منبع IR در جهت اصلی آن است. شار تابشی کل (توان بر حسب mW) را می‌توان با ضرب شدت در زاویه فضایی پرتو تخمین زد.

10. مثال طراحی و مورد استفاده

10.1 سنسور مجاورت ساده

یک کاربرد رایج، یک سنسور مجاورت مبتنی بر بازتاب است. LED مادون قرمز در مجاورت یک فوتوترانزیستور روی PCB قرار می‌گیرد. یک میکروکنترلر LED را با یک جریان پالسی (مثلاً پالس‌های 20mA) راه‌اندازی می‌کند. فوتوترانزیستور نور مادون قرمز منعکس شده از یک جسم را تشخیص می‌دهد. قدرت سیگنال تشخیص داده شده با فاصله و بازتابندگی جسم همبستگی دارد. زاویه دید گسترده این LED پوشش خوبی برای تشخیص اجسامی که ممکن است کاملاً هم‌تراز نباشند، تضمین می‌کند.

11. اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n با حفره‌های ناحیه p در ناحیه فعال (چیپ GaAlAs) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص فوتون‌های ساطع شده (در این مورد 940nm) توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. پکیج اپوکسی شفاف، چیپ را محصور و محافظت می‌کند در حالی که اجازه می‌دهد نور مادون قرمز با حداقل تلفات عبور کند.

12. روندهای صنعت

روند در اپتوالکترونیک، مانند همه الکترونیک، به سمت مینیاتوری‌سازی، یکپارچگی بالاتر و بهبود کارایی است. پکیج 0402 نشان‌دهنده تلاش مستمر برای قطعات غیرفعال و فعال کوچکتر است. تحولات آینده ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• افزایش چگالی توان:بهبود کارایی درخشندگی (خروجی توان تابشی به ازای هر ورودی الکتریکی) چیپ‌های هرچه کوچکتر.
• راه‌حل‌های یکپارچه:ترکیب فرستنده IR، درایور و آشکارساز در یک ماژول یا پکیج واحد برای ساده‌سازی طراحی و بهبود عملکرد.
• طول موج‌های جدید:توسعه فرستنده‌ها در طول موج‌های IR دیگر (مثلاً 850nm، 1050nm) برای کاربردهای خاص مانند سیستم‌های ایمن برای چشم یا بهینه‌سازی‌های مختلف سنسور.
• پکیجینگ پیشرفته:استفاده از مواد با هدایت حرارتی بهتر برای مدیریت گرما در دستگاه‌های مینیاتوری با توان بالا.