IR19-315C/TR8 0603 SMD ال‌ایدی مادون قرمز - ابعاد 1.6x0.8x0.6 میلی‌متر - طول موج 940 نانومتر - توان 130 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

IR19-315C/TR8 یک دیود نورافشان مادون قرمز (LED) مینیاتوری نصب سطحی است که در بسته‌بندی استاندارد 0603 قرار دارد. این قطعه برای تابش نور در طول موج اوج 940 نانومتر طراحی شده است که به طور بهینه با حساسیت طیفی فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی مطابقت دارد. عملکرد اصلی آن به عنوان یک منبع مادون قرمز کارآمد در سیستم‌های مختلف سنجش و ارتباط است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این قطعه چندین مزیت کلیدی برای طراحی الکترونیکی مدرن ارائه می‌دهد. اندازه کوچک SMD آن امکان چیدمان PCB با چگالی بالا را فراهم می‌کند که برای الکترونیک مصرفی فشرده و دستگاه‌های اینترنت اشیا ضروری است. این قطعه با استفاده از ماده تراشه AlGaAs (آلومینیوم گالیم آرسنید) ساخته شده است که عملکرد قابل اعتمادی برای تابش مادون قرمز فراهم می‌کند. در یک لنز اپوکسی شفاف آبکی کپسوله شده است که جذب حداقلی نور مادون قرمز ساطع شده را تضمین می‌کند. این محصول کاملاً با مقررات RoHS (محدودیت مواد خطرناک)، مقررات اتحادیه اروپا REACH مطابقت دارد و به صورت بدون هالوژن تولید می‌شود و استانداردهای سختگیرانه زیست‌محیطی و ایمنی را برآورده می‌کند. کاربردهای اصلی هدف شامل واحدهای کنترل از راه دور مادون قرمز با خروجی یکنواخت، سنسورهای تشخیص مجاورت یا شیء نصب شده روی PCB، اسکنرهای بارکد و سایر سیستم‌های مبتنی بر مادون قرمز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

درک کامل از محدودیت‌ها و مشخصات عملکردی دستگاه برای طراحی مدار قابل اعتماد و تضمین عملکرد بلندمدت بسیار مهم است.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

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

• جریان مستقیم پیوسته (I_F): 65 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور پیوسته به ال‌ایدی اعمال کرد.
• ولتاژ معکوس (V_R): 5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• دمای عملیاتی (T_opr): 25- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیط برای عملکرد عادی.
• دمای نگهداری (T_stg): 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری غیرعملیاتی.
• توان اتلافی (P_d): 130 میلی‌وات در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر. حداکثر توانی که بسته‌بندی می‌تواند به صورت گرما دفع کند.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol): 260 درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان حداکثر 5 ثانیه، قابل اعمال برای فرآیندهای ریفلو.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (T_a= 25°C)

این پارامترها عملکرد دستگاه را در شرایط عملیاتی معمولی تعریف می‌کنند. تمام مقادیر در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده‌اند.

• شدت تابشی (I_e): این توان نوری ساطع شده در واحد زاویه فضایی است که بر حسب میلی‌وات بر استرادیان (mW/sr) اندازه‌گیری می‌شود. در جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر، مقدار معمول 0.6 mW/sr است. در حالت پالسی (I_F=100mA، عرض پالس ≤100μs، چرخه کاری ≤1%)، شدت تابشی می‌تواند تا 4.0 mW/sr برسد.
• طول موج اوج (λ_p): 940 نانومتر. این طول موجی است که در آن توان خروجی نوری حداکثر است.
• پهنای باند طیفی (Δλ): تقریباً 45 نانومتر. این نشان‌دهنده محدوده طول موج‌های ساطع شده است که معمولاً در نصف حداکثر شدت (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM) اندازه‌گیری می‌شود.
• ولتاژ مستقیم (V_F): افت ولتاژ در سراسر ال‌ایدی هنگامی که جریان جاری است. در I_F=20mA، مقدار معمول V_F1.2V است، با حداکثر 1.5V. این مقدار در I_F=100mA در شرایط پالسی به 1.4V (معمول) و 1.8V (حداکثر) افزایش می‌یابد.
• جریان معکوس (I_R): حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس 5V اعمال می‌شود.
• زاویه دید (2θ_1/2): 140 درجه. این زاویه کامل است که در آن شدت تابشی به نصف مقدار خود در 0 درجه (روی محور) کاهش می‌یابد. زاویه دید گسترده برای کاربردهایی که نیاز به پوشش منطقه وسیع دارند مفید است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

IR19-315C/TR8 از یک سیستم دسته‌بندی برای طبقه‌بندی دستگاه‌ها بر اساس خروجی شدت تابشی آن‌ها استفاده می‌کند. این به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص برای کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت تابشی

دستگاه‌ها بر اساس شدت تابشی اندازه‌گیری شده در شرایط تست I_F= 20 میلی‌آمپر، در دسته‌ها (E, F, G) مرتب می‌شوند.

• دسته E: شدت تابشی از حداقل 0.2 mW/sr تا حداکثر 1.0 mW/sr متغیر است.
• دسته F: شدت تابشی از حداقل 0.5 mW/sr تا حداکثر 1.5 mW/sr متغیر است.
• دسته G: شدت تابشی از حداقل 1.0 mW/sr تا حداکثر 2.5 mW/sr متغیر است.

این درجه‌بندی ثبات درون یک دسته تولیدی را تضمین می‌کند و امکان عملکرد اپتیکی قابل پیش‌بینی در محصول نهایی را فراهم می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که رفتار دستگاه را در شرایط مختلف نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای طراحی پیشرفته و درک اثرات غیرخطی ضروری هستند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش حداکثر جریان مستقیم مجاز را با افزایش دمای محیط نشان می‌دهد. قابلیت اتلاف توان ال‌ایدی با افزایش دما کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود. طراحان هنگام کار با دستگاه در محیط‌های با دمای بالا باید به این نمودار مراجعه کنند تا اطمینان حاصل کنند که جریان راه‌اندازی از ناحیه عملیاتی ایمن تجاوز نمی‌کند.

4.2 توزیع طیفی

نمودار توزیع طیفی، توان خروجی نوری نسبی را در طول موج‌های مختلف نشان می‌دهد. این نمودار اوج در 940 نانومتر و پهنای باند طیفی تقریبی 45 نانومتر را تأیید می‌کند. این برای اطمینان از سازگاری با پاسخ طیفی سنسور گیرنده بسیار مهم است.

3.3 طول موج اوج تابش در مقابل دمای محیط

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه طول موج اوج (λ_p) با تغییرات دمای پیوند تغییر می‌کند. معمولاً طول موج با دما کمی افزایش می‌یابد (ضریب مثبت). این تغییر باید در کاربردهای سنجش دقیق که فیلتر یا حساسیت گیرنده به طور باریک تنظیم شده است، در نظر گرفته شود.

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

منحنی I-V برای طراحی مدار اساسی است. این منحنی رابطه نمایی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. ولتاژ "زانو" حدود 1.2 ولت است. این منحنی برای محاسبه مقدار مقاومت سری لازم برای محدود کردن جریان به سطح مورد نظر هنگام راه‌اندازی از یک منبع ولتاژ استفاده می‌شود، همانطور که در احتیاط‌ها تأکید شده است.

4.5 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی، زاویه دید را به صورت بصری نشان می‌دهد. این نمودار نشان می‌دهد که چگونه شدت با دور شدن زاویه مشاهده از محور مرکزی (0 درجه) کاهش می‌یابد و در ±70 درجه (و در نتیجه زاویه دید کل 140 درجه) به 50% می‌رسد. این اطلاعات برای طراحی مسیر نوری و تراز در یک سیستم حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

این دستگاه با فوت‌پرینت استاندارد بسته‌بندی SMD 0603 (1608 متریک) مطابقت دارد. ابعاد کلیدی شامل طول بدنه 1.6 میلی‌متر، عرض 0.8 میلی‌متر و ارتفاع 0.6 میلی‌متر است. الگوی لند (طرح پد PCB توصیه شده) و ابعاد پایه‌ها ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری و پایداری مکانیکی به درستی انجام می‌شود. تمام تلرانس‌های ابعادی معمولاً ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً روی بدنه دستگاه علامت‌گذاری شده است. نمودار دیتاشیت سمت کاتد را نشان می‌دهد که باید طبق فوت‌پرینت توصیه شده به درستی روی PCB جهت‌دهی شود. قطبیت نادرست از تابش نور توسط دستگاه جلوگیری می‌کند و بایاس معکوس اعمال می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت و لحیم‌کاری صحیح برای حفظ قابلیت اطمینان و عملکرد دستگاه بسیار مهم است.

6.1 نگهداری و حساسیت به رطوبت

ال‌ایدی‌ها در یک کیسه ضد رطوبت همراه با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند. احتیاط‌های کلیدی شامل موارد زیر است:

• تا زمان آمادگی برای استفاده، کیسه را باز نکنید.
• کیسه‌های بازنشده را در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری کنید.
• ظرف یک سال از تاریخ حمل استفاده کنید.
• پس از باز کردن، در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری کنید و ظرف 168 ساعت (7 روز) استفاده کنید.
• اگر زمان نگهداری بیش از حد باشد یا ماده خشک‌کن نشان‌دهنده رطوبت باشد، قبل از لحیم‌کاری نیاز به عملیات پخت در دمای 60 ±5°C به مدت حداقل 24 ساعت است.

6.2 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

این دستگاه با فرآیندهای ریفلو مادون قرمز و فاز بخار سازگار است. پروفیل دمایی لحیم‌کاری بدون سرب توصیه می‌شود، با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 5 ثانیه. لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود. باید از تنش روی بدنه ال‌ایدی در حین گرمایش و تاب برداشتن PCB پس از لحیم‌کاری اجتناب شود.

6.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از هویه با دمای نوک زیر 350 درجه سانتی‌گراد استفاده کنید، حرارت را به هر پایه برای حداکثر 3 ثانیه اعمال کنید و از هویه با توان 25 وات یا کمتر استفاده کنید. بین پایه‌ها حداقل 2 ثانیه فاصله خنک‌کننده در نظر بگیرید. تعمیر توصیه نمی‌شود، اما اگر اجتناب‌ناپذیر است، باید از هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایه استفاده شود تا از تنش مکانیکی روی اتصالات لحیم جلوگیری شود. تأثیر تعمیر بر مشخصات دستگاه باید از قبل تأیید شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات روی نوار حامل برجسته 8 میلی‌متری عرض که روی قرقره استاندارد 7 اینچی قطر پیچیده شده است، عرضه می‌شوند. هر قرقره حاوی 4000 قطعه (4 هزار قطعه در قرقره) است. ابعاد دقیق نوار حامل، از جمله اندازه جیب، فاصله و مشخصات سوراخ زنجیر، برای اطمینان از سازگاری با تجهیزات اتوماتیک برداشت و قراردادن ارائه شده است.

7.2 روش بسته‌بندی

قرقره‌ها در داخل یک کیسه آلومینیومی ضد رطوبت همراه با ماده خشک‌کن مهر و موم می‌شوند. برچسب‌های روی کیسه اطلاعات کلیدی مانند شماره قطعه (P/N)، شماره قطعه مشتری (CPN)، مقدار (QTY)، رتبه دسته (CAT)، طول موج اوج (HUE)، شماره دسته (LOT No.) و کشور سازنده را ارائه می‌دهند.

8. توصیه‌های طراحی کاربردی

8.1 محدود کردن جریان الزامی است

مهم‌ترین قانون طراحی، استفاده اجباری از یک مقاومت محدودکننده جریان سری است. ولتاژ مستقیم یک ال‌ایدی دارای ضریب دمایی منفی است و می‌تواند بین واحدها کمی متفاوت باشد. یک افزایش کوچک در ولتاژ می‌تواند باعث افزایش زیاد و بالقوه مخرب در جریان شود. مقدار مقاومت (R) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_supply- V_F) / I_F، که در آن V_Fولتاژ مستقیم در جریان مورد نظر I_F.

است.

8.2 مدیریت حرارتی

در حالی که بسته‌بندی 0603 جرم حرارتی محدودی دارد، باید به اتلاف توان، به ویژه هنگام راه‌اندازی با جریان‌های بالاتر یا در دمای محیط بالا توجه شود. باید از منحنی کاهش توان پیروی کرد. اطمینان از مساحت کافی مس متصل به پدهای حرارتی (در صورت وجود) یا پایه‌های دستگاه می‌تواند به دفع گرما به داخل PCB کمک کند.

8.3 ملاحظات طراحی اپتیکی

زاویه دید گسترده 140 درجه، این ال‌ایدی را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی وسیع دارند، مانند سنسورهای مجاورتی مناسب می‌کند. برای پرتوهای با برد طولانی‌تر یا جهت‌دار، ممکن است اپتیک ثانویه (لنز) مورد نیاز باشد. طول موج 940 نانومتر برای چشم انسان نامرئی است که آن را برای عملکرد محتاطانه ایده‌آل می‌کند، اما مهم است توجه داشته باشید که برخی از سنسورهای دوربین دیجیتال مصرفی می‌توانند آن را تشخیص دهند که ممکن است به صورت درخشش بنفش ظاهر شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

IR19-315C/TR8 خود را در دسته ال‌ایدی‌های مادون قرمز 0603 از طریق ترکیب خاص ماده AlGaAs و طول موج اوج 940 نانومتر متمایز می‌کند. ال‌ایدی‌های AlGaAs به طور کلی در این طول موج بازده و قابلیت اطمینان خوبی ارائه می‌دهند. در مقایسه با ال‌ایدی‌های مبتنی بر GaAs، دستگاه‌های AlGaAs می‌توانند مشخصات ولتاژ مستقیم و دمایی کمی متفاوت داشته باشند. زاویه دید گسترده 140 درجه یک ویژگی قابل توجه در مقایسه با برخی رقبا است که پرتوهای باریک‌تری ارائه می‌دهند و آن را برای کاربردهای سنجش منطقه‌ای همه‌کاره‌تر می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

10.1 هدف از کدهای دسته‌بندی (E, F, G) چیست؟

کدهای دسته‌بندی، ال‌ایدی‌ها را بر اساس خروجی شدت تابشی اندازه‌گیری شده آن‌ها طبقه‌بندی می‌کنند. این به طراحان اجازه می‌دهد تا سطح روشنایی یکنواختی برای محصول خود انتخاب کنند. به عنوان مثال، یک کاربرد که نیاز به خروجی نوری بالاتر دارد، قطعات دسته G را مشخص می‌کند.

10.2 آیا می‌توانم این ال‌ایدی را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

خیر، شما نباید آن را مستقیماً وصل کنید. ولتاژ مستقیم پایین ال‌ایدی (معمولاً 1.2 ولت) به این معنی است که اتصال مستقیم آن به منبع 3.3 ولت یا 5 ولت بدون مقاومت محدودکننده جریان باعث جریان بیش از حد می‌شود و دستگاه را فوراً از بین می‌برد. همیشه یک مقاومت سری مورد نیاز است.

10.3 چرا طول موج 940 نانومتر مهم است؟

940 نانومتر یک طول موج بسیار رایج برای سیستم‌های مادون قرمز است زیرا در منطقه‌ای قرار دارد که آشکارسازهای نوری سیلیکونی (فوتودیودها، فوتوترانزیستورها) حساسیت بالایی دارند. همچنین در مقایسه با طول موج‌های کوتاه‌تر مادون قرمز مانند 850 نانومتر، کمتر در معرض نویز نور محیط قرار دارد و برای چشم انسان نامرئی است که برای الکترونیک مصرفی مطلوب است.

10.4 چند بار می‌توانم این قطعه را ریفلو لحیم کنم؟

دیتاشیت مشخص می‌کند که لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود. هر چرخه ریفلو قطعه را در معرض تنش حرارتی قرار می‌دهد که می‌تواند به طور بالقوه باعث تخریب اتصالات سیم داخلی یا کپسوله‌سازی اپوکسی شود.

11. مطالعات موردی طراحی و کاربرد

11.1 سنسور مجاورتی ساده

یک کاربرد رایج، یک سنسور شیء بازتابی ساده است. IR19-315C/TR8 در مجاورت یک فوتوترانزیستور سیلیکونی روی یک PCB قرار می‌گیرد. ال‌ایدی با یک جریان پالسی (مثلاً 20mA، 1kHz، چرخه کاری 50%) از طریق یک مقاومت راه‌اندازی می‌شود. هنگامی که یک شیء نزدیک می‌شود، نور مادون قرمز را روی فوتوترانزیستور منعکس می‌کند که هدایت می‌کند و یک سیگنال تولید می‌کند. عملکرد پالسی به تشخیص سیگنال از نور مادون قرمز محیط کمک می‌کند. زاویه دید گسترده ال‌ایدی پوشش خوبی از منطقه تشخیص را تضمین می‌کند.

11.2 فرستنده کنترل از راه دور مادون قرمز

برای کنترل‌های از راه دوری که نیاز به برد طولانی‌تر یا خروجی بالاتر دارند، ال‌ایدی می‌تواند در حالت پالسی با جریان‌های بالاتر، مانند 100mA با چرخه کاری بسیار کم (مثلاً ≤1%) راه‌اندازی شود. این از شدت تابشی پالسی بالاتر (تا 4.0 mW/sr) بهره می‌برد در حالی که توان متوسط و اتلاف حرارت در محدوده مجاز نگه داشته می‌شود. سیگنال معمولاً در فرکانس حامل (مثلاً 38kHz) مدوله می‌شود تا گیرنده بتواند نویز را فیلتر کند.

12. اصل عملکرد

IR19-315C/TR8 یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از انرژی گاف نواری آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ماده AlGaAs نوع n در ناحیه فعال با حفره‌های ماده نوع p بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص نیمه‌هادی AlGaAs انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج فوتون‌های ساطع شده را تعیین می‌کند - در این مورد، تقریباً 940 نانومتر، که در طیف نزدیک مادون قرمز قرار دارد.

13. روندهای فناوری