دیتاشیت فنی LED مادون قرمز IR26-91C/L510/2D - بسته‌بندی SMD 3.0x1.0mm - طول موج 940nm - ولتاژ مستقیم 1.6V - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

«««IR26-91C/L510/2D یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز مینیاتوری از نوع نصب سطحی (SMD) است. این قطعه در یک بسته فشرده 3.0 میلی‌متر در 1.0 میلی‌متر قالب‌گیری شده از پلاستیک شفاف با یک لنز کروی از نمای بالا قرار دارد. عملکرد اصلی این قطعه، انتشار نور مادون قرمز با طول موج اوج 940 نانومتر (nm) است که از نظر طیفی با حساسیت فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی رایج مطابقت دارد. این ویژگی آن را به یک منبع ایده‌آل برای سیستم‌های حسگری و ارتباطی مادون قرمز تبدیل می‌کند که در آن‌ها کوپلینگ نوری دقیق مورد نیاز است.»»»

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

«««این قطعه چندین مزیت فنی و انطباقی کلیدی ارائه می‌دهد. ویژگی نوری اصلی آن، طول موج اوج 940nm است که برای عملکرد بهینه با آشکارسازهای مبتنی بر سیلیکون انتخاب شده و در عین حال انتقال اتمسفری خوبی ارائه می‌دهد. از نظر الکتریکی، دارای ولتاژ مستقیم پایین معمولی 1.3 ولت در جریان 20 میلی‌آمپر است که به عملکرد بهینه انرژی کمک می‌کند. این قطعه به صورت بدون سرب (Pb-free) تولید شده و با دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک اتحادیه اروپا (RoHS) و مقررات ثبت، ارزیابی، مجوز و محدودیت مواد شیمیایی (REACH) مطابقت دارد. همچنین به عنوان عاری از هالوژن طبقه‌بندی شده است، با محتوای برم (Br) و کلر (Cl) هر کدام کمتر از 900 قسمت در میلیون (ppm) و مجموع آن‌ها کمتر از 1500 ppm.»»»

1.2 کاربردهای هدف

«««این LED مادون قرمز برای استفاده در سیستم‌های مختلف کاربردی مادون قرمز طراحی شده است. کاربردهای معمول شامل سنسورهای مجاورتی، تشخیص شیء، کلیدهای بدون تماس، انکودرهای نوری و لینک‌های انتقال داده برد کوتاه می‌شود. اندازه کوچک و طراحی SMD آن، آن را برای فرآیندهای مونتاژ خودکار در الکترونیک مصرفی، اتوماسیون صنعتی و ماژول‌های حسگری داخلی خودرو مناسب می‌سازد.»»»

2. تحلیل پارامترهای فنی

«««این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی مشخص شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد. درک این ریتینگ‌ها برای طراحی مدار قابل اعتماد و اطمینان از عملکرد بلندمدت قطعه حیاتی است.»»»

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

«««ریتینگ‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این ریتینگ‌ها برای کارکرد مداوم نیستند. جریان مستقیم پیوسته (I_F) در 65 میلی‌آمپر ریت شده است. یک جریان مستقیم پیک به مراتب بالاتر (I_FP) معادل 700 میلی‌آمپر مجاز است، اما تنها تحت شرایط پالس سختگیرانه: عرض پالس ≤ 70 میکروثانیه (μs) و چرخه کاری ≤ 0.7%. حداکثر ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت است که نشان می‌دهد LED تحمل بسیار پایینی برای بایاس معکوس دارد. قطعه می‌تواند در دمای محیط (T_opr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد کار کند و در دمای (T_stg) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد ذخیره شود. حداکثر دمای لحیم‌کاری (T_sol) در طول ریفلو 260 درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان حداکثر 5 ثانیه است. اتلاف توان (P_d) در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا پایین‌تر، 100 میلی‌وات است. همچنین دارای محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) است، با ریتینگ مدل بدن انسان (HBM) حداقل 2000 ولت و ریتینگ مدل ماشین (MM) حداقل 200 ولت.»»»

2.2 مشخصات الکترو-نوری

«««جدول مشخصات الکترو-نوری، مقادیر معمولی و حداکثر/حداقل را تحت شرایط تست مشخص شده (Ta=25°C) ارائه می‌دهد. شدت تابشی (I_e)، که معیاری از توان نوری در هر زاویه فضایی است، معمولاً در جریان مستقیم 20mA برابر با 8.0 میلی‌وات بر استرادیان (mW/sr) است. طول موج اوج (λ_p) در مرکز 940nm قرار دارد. پهنای باند طیفی (Δλ)، که نشان‌دهنده محدوده طول‌موج‌های منتشر شده در نصف شدت اوج است، معمولاً 45nm است. ولتاژ مستقیم (V_F) در 20mA از مقدار معمولی 1.3 ولت تا حداکثر 1.6 ولت متغیر است. جریان معکوس (I_R) حداکثر مقدار 10 میکروآمپر (μA) را دارد هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال شود. زاویه دید، که به عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت به نصف مقدار اوج خود می‌رسد، نامتقارن است: تقریباً 130 درجه در محور X و 20 درجه در محور Y. این امر یک الگوی تابش بیضوی بسیار مشخص ایجاد می‌کند که یک ملاحظه طراحی حیاتی برای شکل‌دهی پرتو و تراز سنسور است.»»»

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

«««دیتاشیت شامل چندین نمودار است که رفتار قطعه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای درک روابط غیرخطی و طراحی برای محیط‌های عملیاتی مختلف ضروری هستند.»»»

3.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

«««این منحنی کاهش ریتینگ نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. در 25 درجه سانتی‌گراد، ریتینگ کامل 65mA در دسترس است. با افزایش دما، جریان باید کاهش یابد تا از تجاوز از حداکثر دمای اتصال و محدودیت‌های اتلاف توان جلوگیری شود و قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین گردد.»»»

3.2 توزیع طیفی

«««نمودار توزیع طیفی، خروجی نور را به عنوان تابعی از طول موج به صورت گرافیکی نشان می‌دهد. این نمودار اوج در 940nm و پهنای باند طیفی تقریبی 45nm (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM) را تأیید می‌کند. منحنی نشان می‌دهد که نور مرئی بسیار کمی (زیر ~700nm) منتشر می‌شود که برای عملکرد محتاطانه در سیستم‌های IR مطلوب است.»»»

3.3 شدت تابشی در مقابل جریان مستقیم

«««این منحنی رابطه بین جریان درایو و توان خروجی نوری را نشان می‌دهد. این رابطه در جریان‌های پایین عموماً خطی است اما ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی، اشباع یا کاهش بازدهی نشان دهد. طراحان از این منحنی برای تعیین جریان درایو مورد نیاز برای دستیابی به سطح سیگنال خاصی در آشکارساز استفاده می‌کنند.»»»

3.4 الگوهای تابش زاویه‌ای

«««نمودارهای جداگانه برای محور X و محور Y، شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از جابجایی زاویه‌ای از مرکز نوری (0°) نشان می‌دهند. الگوی محور X بسیار پهن (~130° نیم‌زاویه) است، در حالی که الگوی محور Y بسیار باریک‌تر (~20° نیم‌زاویه) است. این الگوی بیضوی باید هنگام تراز کردن LED با یک سنسور یا طراحی المان‌های نوری مانند لنزها یا دیافراگم‌ها در نظر گرفته شود.»»»

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد و تلرانس‌های بسته

«««قطعه دارای اندازه اسمی بسته 3.0 میلی‌متر در طول، 1.0 میلی‌متر در عرض و ارتفاع مشخص شده است. یک نقشه ابعادی دقیق ارائه شده است که شامل مکان پدها، شکل لنز و نشانگر قطبیت (معمولاً یک فرورفتگی یا یک نقطه در سمت کاتد) می‌شود. تمام ابعاد نامشخص دارای تلرانس ±0.1mm هستند. یک الگوی پد لحیم‌کاری توصیه شده برای نصب نمای جانبی نیز نشان داده شده است تا پایداری مکانیکی مناسب و تشکیل اتصال لحیم در طول ریفلو تضمین شود.»»»

4.2 بسته‌بندی نوار حامل و قرقره

«««برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place، LEDها در نوار حامل برجسته‌دار که روی قرقره پیچیده شده‌اند عرضه می‌شوند. دیتاشیت ابعاد دقیق جیب‌های نوار حامل، پیتچ و مشخصات قرقره را ارائه می‌دهد. یک قرقره استاندارد حاوی 2000 قطعه است. این اطلاعات برای پیکربندی صحیح فیدرهای تجهیزات مونتاژ حیاتی است.»»»

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

«««مدیریت و لحیم‌کاری صحیح برای جلوگیری از آسیب به LED و اطمینان از قابلیت اطمینان اتصال لحیم بسیار مهم است.»»»

5.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

«««قطعه برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب (Pb-free) مناسب است. یک پروفیل دمایی توصیه شده ارائه شده است که معمولاً شامل مراحل پیش‌گرم، خیساندن، ریفلو (حداکثر دما ≤ 260°C برای ≤ 5 ثانیه) و خنک‌سازی می‌شود. تعداد سیکل‌های ریفلو نباید از سه بار تجاوز کند تا تنش حرارتی روی بسته پلاستیکی و اتصالات سیم داخلی به حداقل برسد.»»»

5.2 لحیم‌کاری دستی و بازکاری

«««در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه باید زیر 350 درجه سانتی‌گراد باشد و زمان تماس برای هر ترمینال باید به 3 ثانیه یا کمتر محدود شود. استفاده از هویه کم‌توان (≤25W) توصیه می‌شود. برای بازکاری، استفاده از هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال و جلوگیری از تنش مکانیکی روی اتصالات لحیم پیشنهاد می‌شود. امکان‌سنجی و تأثیر بازکاری باید از قبل ارزیابی شود.»»»

5.3 حساسیت به رطوبت و ذخیره‌سازی

«««بسته SMD به رطوبت حساس است. قطعه باید در کیسه ضد رطوبت اصلی خود همراه با سیلیکاژل در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% ذخیره شود. عمر مفید قبل از باز کردن کیسه یک سال است. پس از باز کردن، قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% ذخیره شده و در عرض 168 ساعت (7 روز) استفاده شوند. اگر این شرایط فراتر رود یا سیلیکاژل نشان‌دهنده اشباع باشد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت در دمای 60 ±5°C به مدت حداقل 24 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شده و از پدیده \"پاپ کورن\" در طول ریفلو جلوگیری شود.»»»

6. ملاحظات طراحی کاربردی

6.1 طراحی مدار درایو

«««یک نکته طراحی حیاتی، نیاز به محدود کردن جریان است. LED باید با یک منبع جریان یا، رایج‌تر، یک منبع ولتاژ به صورت سری با یک مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی شود. دیتاشیت به صراحت هشدار می‌دهد که یک تغییر جزئی در ولتاژ می‌تواند باعث تغییر بزرگی در جریان شود و به طور بالقوه منجر به سوختن قطعه گردد. مقدار مقاومت (R_limit) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F، که در آن V_Fولتاژ مستقیم LED در جریان مورد نظر I_Fاست. استفاده از حداکثر V_F(1.6V) برای این محاسبه، اطمینان می‌دهد که جریان تحت همه شرایط از هدف تجاوز نمی‌کند.»»»

6.2 طراحی نوری و تراز

«««به دلیل الگوی پرتو بسیار بیضوی (130° x 20°)، طراحی نوری دقیق ضروری است. برای کاربردهایی که نیاز به نقطه دایره‌ای یا پروفایل روشنایی خاص دارند، ممکن است به اپتیک ثانویه مانند لنزها یا رفلکتورها نیاز باشد. تراز بین LED و فوتودتکتور جفت شده نیز در امتداد محور باریک Y حیاتی‌تر است. طراحان باید نمودارهای جابجایی زاویه‌ای را برای درک افت شدت مشورت کنند.»»»

6.3 مدیریت حرارتی

«««اگرچه اتلاف توان نسبتاً پایین است (حداکثر 100mW)، مدیریت حرارتی مؤثر همچنان مهم است، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا یا هنگام راه‌اندازی با جریان‌های بالا. منحنی کاهش ریتینگ باید رعایت شود. اطمینان از مساحت کافی مس روی PCB زیر و اطراف پدهای LED به دفع حرارت و حفظ دمای اتصال پایین‌تر کمک می‌کند که بازده نوری و طول عمر را حفظ می‌نماید.»»»

7. مقایسه و تمایز فنی

«««IR26-91C/L510/2D خود را در بازار از طریق ترکیب خاصی از پارامترها متمایز می‌کند. طول موج 940nm آن یک استاندارد رایج است که تعادل خوبی بین حساسیت آشکارساز سیلیکونی و تداخل نور محیطی کمتر در مقایسه با LEDهای 850nm ارائه می‌دهد. ولتاژ مستقیم بسیار پایین (معمولاً 1.3V) یک مزیت کلیدی برای مدارهای منطقی کم‌ولتاژ یا مبتنی بر باتری است، زیرا فضای ولتاژ مورد نیاز برای درایور را کاهش می‌دهد. فوت‌پرینت فشرده 3.0x1.0mm امکان چیدمان PCB با چگالی بالا را فراهم می‌کند. مطابقت با استانداردهای RoHS، REACH و عاری از هالوژن، آن را برای بازارهای جهانی با مقررات سختگیرانه زیست‌محیطی مناسب می‌سازد. زاویه دید نامتقارن می‌تواند بسته به نیازهای نوری کاربرد، یک مزیت یا محدودیت باشد.»»»

8. پرسش‌های متداول (FAQ)

8.1 چرا مقاومت محدودکننده جریان اجباری است؟

«««یک LED یک دیود با مشخصه جریان-ولتاژ (I-V) غیرخطی است. فراتر از ولتاژ روشنایی آن، یک افزایش کوچک در ولتاژ باعث افزایش بسیار بزرگی در جریان می‌شود. کارکرد مستقیم از یک منبع ولتاژ بدون مقاومت سری، اجازه می‌دهد جریان به صورت کنترل‌نشده افزایش یابد و به سرعت از ریتینگ حداکثر مطلق تجاوز کرده و قطعه را از بین ببرد. مقاومت یک رابطه خطی و قابل پیش‌بینی بین ولتاژ تغذیه و جریان LED ایجاد می‌کند.»»»

8.2 آیا می‌توانم این LED را با پین میکروکنترلر 3.3V یا 5V راه‌اندازی کنم؟

«««بله، اما همیشه یک مقاومت سری مورد نیاز است. به عنوان مثال، برای راه‌اندازی در I_F=20mA از منبع تغذیه 3.3V، با فرض V_F=1.5V: R = (3.3V - 1.5V) / 0.020A = 90 اهم. یک مقاومت استاندارد 91 اهم مناسب خواهد بود. پین میکروکنترلر نیز باید قادر به تأمین یا دریافت جریان 20mA مورد نیاز باشد.»»»

8.3 هدف از طول موج 940nm چیست؟

«««نور مادون قرمز 940nm برای چشم انسان نامرئی است و امکان عملکرد محتاطانه را فراهم می‌کند. این نور به شدت توسط سیلیکون، ماده مورد استفاده در اکثر فوتودیودها و فوتوترانزیستورها، جذب می‌شود که باعث کارایی تشخیص می‌گردد. همچنین تداخل کمتری از منابع نور محیطی رایج تجربه می‌کند (که محتوای IR کمتری در 940nm نسبت به 850nm دارند) و کمتر مستعد نویز در سنسورهای تصویربرداری است.»»»

8.4 چگونه آند و کاتد را شناسایی کنم؟

«««بسته شامل یک نشانگر قطبیت است. به نقشه ابعاد بسته در دیتاشیت مراجعه کنید. معمول است که کاتد با یک نقطه سبز، یک فرورفتگی در بسته، یا یک گوشه پخ‌خورده مشخص شده باشد. اتصال قطبیت نادرست از انتشار نور توسط LED جلوگیری می‌کند و اگر ولتاژ معکوس بیش از 5V اعمال شود، ممکن است به قطعه آسیب برساند.»»»

9. مطالعه موردی طراحی عملی

«««طراحی یک سنسور تشخیص شیء ساده با استفاده از این LED و یک فوتوترانزیستور سیلیکونی را در نظر بگیرید. LED توسط یک منبع تغذیه 5V از طریق یک مقاومت 180 اهمی راه‌اندازی می‌شود (جریان را به ~20mA محدود می‌کند، با فرض V_F=1.5V). فوتوترانزیستور در فاصله چند سانتی‌متری قرار گرفته و روی همان محور نوری تراز شده است. هنگامی که هیچ شیئی وجود ندارد، نور IR از LED به فوتوترانزیستور نمی‌رسد و خروجی آن پایین است. هنگامی که یک شیء بین آن‌ها عبور می‌کند، مقداری از نور IR را روی فوتوترانزیستور منعکس می‌کند و باعث افزایش جریان خروجی آن می‌شود. این سیگنال می‌تواند تقویت شده و به یک مقایسه‌گر یا ADC میکروکنترلر تغذیه شود تا حضور شیء تشخیص داده شود. الگوی پرتو بیضوی LED به این معنی است که منطقه تشخیص مؤثر سنسور به صورت افقی پهن‌تر از عمودی خواهد بود که هنگام تعریف میدان دید سنسور باید در نظر گرفته شود.»»»

10. اصل عملکرد

«««یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک ماده نیمه‌هادی عمل می‌کند. IR26-91C/L510/2D از یک چیپ گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs) استفاده می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ گاف انرژی دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n از طریق پیوند p-n به ناحیه نوع p تزریق می‌شوند و حفره‌ها در جهت مخالف تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) در ناحیه فعال پیوند بازترکیب می‌شوند. انرژی آزاد شده در طول این بازترکیب به صورت فوتون (ذرات نور) منتشر می‌شود. ترکیب خاص نیمه‌هادی GaAlAs انرژی گاف را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج فوتون‌های منتشر شده را دیکته می‌کند - در این مورد، حول و حوش 940nm در طیف مادون قرمز متمرکز است.»»»

11. روندهای صنعت

«««بازار LEDهای مادون قرمز همچنان در حال تحول است. روندهای کلیدی شامل فشار برای شدت تابشی و بازدهی بالاتر از بسته‌های کوچک‌تر برای امکان‌پذیر ساختن حسگری قدرتمندتر در دستگاه‌های فشرده است. ادغام فزاینده LEDهای IR با درایورها و سنسورها در ماژول‌های کامل یا سیستم‌در-بسته (SiP) در حال رشد است. تقاضا برای طول‌موج‌های خاص در حال تنوع است؛ در حالی که 940nm استاندارد باقی مانده است، طول‌موج‌هایی مانند 850nm (برای نظارت) و 1050nm/1300nm (برای کاربردهای حسگری خاص) در حال جذب توجه هستند. علاوه بر این، فشار برای مصرف توان پایین‌تر و قابلیت اطمینان بهبود یافته در کاربردهای خودرویی (مانند نظارت در کابین)، مصرفی (مانند تشخیص چهره) و اینترنت اشیاء صنعتی، پیشرفت‌هایی در فناوری چیپ، بسته‌بندی و مدیریت حرارتی برای ساطع‌کننده‌های IR به پیش می‌راند.»»»