دیتاشیت LED مادون قرمز LTL-E7939Q3K - بسته‌بندی ترو-هول - طول موج 850 نانومتر - شدت تابش 20 میلی‌وات بر استرادیان - ولتاژ مستقیم 1.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTL-E7939Q3K یک دیود نورافشان (LED) مادون قرمز (IR) با عملکرد بالا است که برای نصب ترو-هول روی بردهای مدار چاپی (PCB) یا پنل‌ها طراحی شده است. این قطعه برای کاربردهایی مهندسی شده که نیاز به سیگنال‌دهی نوری قابل اعتماد و پرسرعت یا روشنایی در طیف مادون قرمز نزدیک دارند. دستگاه از ماده نیمه‌هادی آل‌گا-آس (آلومینیوم گالیم آرسناید) استفاده می‌کند که برای تابش در 850 نانومتر بهینه‌سازی شده است. این طول موجی رایج برای ارتباطات IR، حسگرها و سیستم‌های روشنایی دید در شب است.

مزایای اصلی آن شامل ترکیبی از شدت تابش بالا، سازگاری با مدارهای مجتمع به دلیل نیاز جریانی پایین، و یک بسته‌بندی ترو-هول مستحکم مناسب برای فرآیندهای مونتاژ متنوع است. محصول مطابق با دستورالعمل‌های RoHS است که نشان می‌دهد بدون استفاده از مواد خطرناکی مانند سرب (Pb) تولید شده است. بازارهای هدف اصلی شامل اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های امنیتی (مانند دید در شب دوربین‌های مداربسته)، انکودرهای نوری، کنترل‌های از راه دور و حسگرهای مجاورتی است که در آن‌ها منابع نور مادون قرمز قابل اعتماد حیاتی هستند.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن‌ها تضمین نمی‌شود و در طراحی‌های قابل اعتماد باید از آن اجتناب کرد.

• اتلاف توان (Pd):حداکثر 120 میلی‌وات. این کل توانی (Vf * If) است که بسته‌بندی می‌تواند به صورت گرما دفع کند بدون آنکه از حداکثر دمای پیوند خود فراتر رود. تجاوز از این حد خطر فرار حرارتی و خرابی را به همراه دارد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):1 آمپر در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه). این مقدار به طور قابل توجهی بالاتر از مقدار DC است و امکان پالس‌های کوتاه و با شدت بالا را فراهم می‌کند که در انتقال داده مفید هستند.
• جریان مستقیم DC (I_F):60 میلی‌آمپر پیوسته. این حداکثر جریان حالت پایدار برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بیشتر از این مقدار می‌تواند باعث شکست و خرابی فاجعه‌بار پیوند PN LED شود.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:به ترتیب 30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. این‌ها محدودیت‌های محیطی برای کارکرد و ذخیره‌سازی غیرفعال را تعریف می‌کنند.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 2.0 میلی‌متری از بدنه LED. این امر فرآیندهای لحیم‌کاری دستی را راهنمایی می‌کند تا از آسیب حرارتی به لنز اپوکسی و اتصالات داخلی تراشه جلوگیری شود.

2.2 مشخصات الکتریکی / نوری

این‌ها پارامترهای عملکردی معمول و تضمین‌شده هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C) اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت تابش (I_e):حداقل 20.0 میلی‌وات بر استرادیان در I_F= 20mA. شدت تابش، 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 سیستم‌های IR است. دیتاشیت اشاره می‌کند که یک تلرانس ±15٪ باید به مقدار تضمین‌شده اعمال شود.
• زاویه دید (2θ_1/2):معمولاً 30 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت تابش به نصف مقدار پیک (روی محور) خود کاهش می‌یابد. زاویه 30 درجه نشان‌دهنده یک پرتو نسبتاً متمرکز است که برای کاربردهای جهت‌دار مناسب است.
• طول موج پیک (λ_P):معمولاً 850 نانومتر. این طول موجی است که LED بیشترین توان نوری را در آن ساطع می‌کند. 850 نانومتر در محدوده مادون قرمز نزدیک قرار دارد، برای چشم انسان نامرئی اما توسط فوتودیودهای سیلیکونی و بسیاری از سنسورهای دوربین قابل تشخیص است.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ):معمولاً 40 نانومتر. این پهنای باند طول موجی را مشخص می‌کند که در آن شدت تابش حداقل نصف شدت پیک است. عرض 40 نانومتر برای LEDهای IR رایج است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 1.3 ولت، حداکثر 1.6 ولت در I_F= 20mA. این افت ولتاژ در دو سر LED هنگام عبور جریان است. برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R= 5V. این جریان نشتی کوچکی است که وقتی LED در محدوده ایمن خود بایاس معکوس شده است، جریان می‌یابد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که از یک سیستم طبقه‌بندی یا دسته‌بندی برای شدت تابش (I_e) استفاده می‌شود. یادداشت می‌گوید: \"کد طبقه‌بندی Ie روی هر بسته بسته‌بندی علامت‌گذاری شده است.\" این بدان معناست که LEDهای تولید شده بر اساس شدت تابش اندازه‌گیری شده‌شان آزمایش و مرتب (دسته‌بندی) می‌شوند. شماره قطعه LTL-E7939Q3K یک حداقل شدت تابش را مشخص می‌کند (حداقل 18~21.5 میلی‌وات بر استرادیان، همانطور که در جدول تجزیه شماره قطعه نشان داده شده است)، اما واحدهای منفرد در یک محموله ممکن است در محدوده‌های فرعی خاصی (بین‌ها) قرار گیرند. طراحان باید آگاه باشند که شدت واقعی یک LED خاص ممکن است در محدوده حداقل تضمین‌شده و محدوده بین متغیر باشد. دیتاشیت بین‌های صریحی برای طول موج (λ_P) یا ولتاژ مستقیم (V_F) جزئیات نمی‌دهد و فقط مقادیر معمول و حداکثر/حداقل را فهرست می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به چندین منحنی مشخصه معمول اشاره می‌کند که بینش عمیق‌تری از رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

• منحنی طیف:توان تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد که حول پیک 850 نانومتر با عرض نیمه تعریف‌شده 40 نانومتر متمرکز شده است.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):رابطه غیرخطی بین ولتاژ و جریان را نشان می‌دهد. منحنی یک ولتاژ آستانه (حدود 1.1-1.2 ولت برای AlGaAs) خواهد داشت که پس از آن جریان با افزایش‌های کوچک در ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد و بر این نکته تأکید می‌کند که چرا کنترل جریان (نه کنترل ولتاژ) ضروری است.
• توان تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم DC:نشان می‌دهد که چگونه توان خروجی نوری با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده کاری یک رابطه تقریباً خطی دارد قبل از آنکه بازده در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی کاهش یابد.
• توان تابشی نسبی در مقابل جریان پیک (پالسی):مشابه منحنی DC اما برای عملکرد پالسی است که خروجی پیک قابل دستیابی در جریان‌های تا حداکثر 1 آمپر را نشان می‌دهد.
• توان تابشی نسبی در مقابل دما:یک منحنی حیاتی که کاهش خروجی نوری با افزایش دمای پیوند را نشان می‌دهد. این عامل کاهش حرارتی باید در طراحی‌هایی که دمای محیط بالا است یا مدیریت حرارتی ضعیف است، در نظر گرفته شود.
• الگوی جهت‌داری:یک نمودار قطبی که توزیع زاویه‌ای نور ساطع شده را نشان می‌دهد و به صورت بصری زاویه دید 30 درجه را تعریف می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

LED در یک بسته‌بندی گرد استاندارد ترو-هول، T-1 3/4 (5 میلی‌متر) قرار دارد. ابعاد کلیدی از نقشه شامل موارد زیر است:

• قطر لنز: تقریباً 5.0 میلی‌متر.
• ارتفاع بسته‌بندی: تقریباً 8.7 میلی‌متر از انتهای پایه‌ها تا بالای لنز.
• قطر پایه: اسمی 0.56 میلی‌متر.
• فاصله پایه‌ها: استاندارد 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ)، اندازه‌گیری شده در جایی که پایه‌ها از بدنه بسته‌بندی خارج می‌شوند.
• فلنج/پایه: یک فلنج به نصب روی پنل کمک می‌کند و در هنگام قرارگیری یک توقف مکانیکی ایجاد می‌کند. رزین بیرون‌زده زیر فلنج حداکثر 1.0 میلی‌متر است.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد در نقشه ابعاد مشخص شده است. برای یک LED استاندارد، کاتد معمولاً پایه کوتاه‌تر و/یا پایه مجاور نقطه صاف روی فلنج بسته‌بندی است. برای شناسایی دقیق علامت، باید به نقشه ارائه‌شده مراجعه کرد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

نگهداری صحیح برای جلوگیری از آسیب بسیار مهم است.

• فرم‌دهی پایه‌ها:باید قبل از لحیم‌کاری در دمای اتاق انجام شود. خم‌ها باید حداقل در فاصله 3 میلی‌متری از پایه لنز LED ایجاد شوند. نباید از پایه فریم پایه به عنوان تکیه‌گاه استفاده کرد.
• مونتاژ PCB:از حداقل نیروی گیره‌ای استفاده کنید تا از تنش مکانیکی روی پایه‌ها جلوگیری شود.
• لحیم‌کاری:
  • حداقل فاصله 2 میلی‌متری از پایه لنز تا نقطه لحیم را حفظ کنید.
  • از غوطه‌ور کردن لنز در قلع لحیم خودداری کنید.
  • در حین لحیم‌کاری در حالی که LED داغ است، به پایه‌ها فشار وارد نکنید.
  • لحیم‌کاری دستی:دمای هویه ≤ 350 درجه سانتی‌گراد، زمان ≤ 3 ثانیه (فقط یک بار).
  • لحیم‌کاری موجی:پیش‌گرم ≤ 100 درجه سانتی‌گراد برای ≤ 60 ثانیه، موج قلع ≤ 260 درجه سانتی‌گراد، زمان تماس ≤ 5 ثانیه.
  • لحیم‌کاری بازجریانی IR برای این بسته‌بندی ترو-هول مناسب نیست.
• تمیزکاری:در صورت لزوم از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده کنید.
• ذخیره‌سازی:خارج از بسته‌بندی اصلی، ظرف 3 ماه استفاده شود. برای ذخیره‌سازی طولانی‌تر، از یک ظرف دربسته با ماده رطوبت‌گیر یا محیط نیتروژن استفاده کنید. ذخیره‌سازی نباید از 30 درجه سانتی‌گراد و 70٪ رطوبت نسبی تجاوز کند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

• بسته‌بندی واحد:1000 قطعه در هر کیسه بسته‌بندی ضد استاتیک.
• کارتن داخلی:6 کیسه بسته‌بندی (در مجموع 6000 قطعه).
• کارتن خارجی:8 کارتن داخلی (در مجموع 48000 قطعه).
• شماره قطعه:LTL-E7939Q3K. تجزیه نشان می‌دهد: LTL (لامپ)، E79 (سری/کد)، 39 (احتمالاً مربوط به زاویه دید یا بین شدت)، Q3K (کد واریانت خاص). رنگ لنز \"Water Clear\" (شفاف) است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• روشنایی مادون قرمز:برای دوربین‌های مداربسته در کاربردهای امنیتی کم‌نور یا شبانه.
• سوئیچینگ و کدگذاری نوری:در سنسورهای نوری شکافی یا بازتابی برای حس‌کردن موقعیت، کنترل سرعت موتور و انکودرهای چرخشی.
• انتقال داده:در دستگاه‌های سازگار با انجمن داده مادون قرمز (IrDA) یا پیوندهای داده سریال ساده برد کوتاه، با بهره‌گیری از قابلیت پرسرعت آن.
• تشخیص مجاورت و شیء:همراه با یک آشکارساز نوری برای حس‌کردن حضور یا عدم حضور یک شیء.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار راه‌انداز:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی، به ویژه هنگام اتصال چندین LED به صورت موازی، یک مقاومت محدودکننده جریان باید به صورت سری با هر LED قرار گیرد (مدل مدار A). راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی مستقیماً از یک منبع ولتاژ با یک مقاومت واحد (مدل مدار B) به دلیل تغییرات در ولتاژ مستقیم (Vf) هر LED، که باعث توزیع نابرابر جریان و روشنایی می‌شود، توصیه نمی‌شود.
• مدیریت حرارتی:در حالی که بسته‌بندی ترو-هول گرما را از طریق پایه‌های خود دفع می‌کند، باید به چیدمان PCB و شرایط محیطی توجه کرد تا از تجاوز دمای پیوند از محدودیت‌ها جلوگیری شود، که باعث کاهش خروجی و طول عمر می‌شود.
• محافظت در برابر ESD:LED در برابر تخلیه الکترواستاتیک آسیب‌پذیر است. روش‌های نگهداری باید شامل استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، زیراندازهای ضد استاتیک و یونایزرها باشد. آسیب ESD می‌تواند به صورت نشتی معکوس بالا، ولتاژ مستقیم پایین یا عدم تابش نور در جریان‌های کم ظاهر شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مرئی استاندارد یا LEDهای IR کم‌توان، LTL-E7939Q3K ترکیب متعادلی ازشدت تابش بالا (حداقل 20 میلی‌وات بر استرادیان)و یکزاویه دید متوسط و متمرکز (30 درجه)ارائه می‌دهد. این امر آن را برای کاربردهای برد بلندتر یا با قدرت سیگنال بالاتر نسبت به دستگاه‌های زاویه باز و کم‌توان مناسب‌تر می‌سازد. ساختار AlGaAs آن برای تابش 850 نانومتر معمول است و بازده خوبی ارائه می‌دهد. عامل تمایز کلیدی در کلاس آن، مشخصات صریح برای عملکرد پرسرعت است که آن را به گزینه‌ای برای کاربردهای پالسی فراتر از روشنایی ساده تبدیل می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت، Vf=1.3 ولت و جریان مطلوب I_F=20mA، مقدار مقاومت خواهد بود: R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω. یک مقاومت 180Ω یا 220Ω مناسب خواهد بود. راه‌اندازی مستقیم آن به دلیل جریان بیش از حد احتمالاً LED را از بین می‌برد.

س: چرا مقدار جریان پالسی (1A) بسیار بالاتر از مقدار DC (60mA) است؟

ج: در طول یک پالس بسیار کوتاه، گرمای تولید شده در پیوند نیمه‌هادی فرصت انتشار به بسته‌بندی و محیط اطراف را ندارد. بنابراین دمای پیوند به شدت افزایش نمی‌یابد و اجازه می‌دهد یک جریان لحظه‌ای بسیار بالاتر بدون ایجاد آسیب حرارتی جریان یابد. چرخه کاری (300pps * 10μs = 0.3%) بسیار پایین است و توان متوسط را به خوبی در محدوده نگه می‌دارد.

س: لنز \"Water Clear\" است. چرا نور نامرئی مادون قرمز ساطع می‌کند؟

ج: لنز اپوکسی شفاف برای هر دو طول موج مرئی و مادون قرمز شفاف است. نامرئی بودن نور یک ویژگی ماده نیمه‌هادی (AlGaAs) است که فوتون‌ها را در 850 نانومتر ساطع می‌کند - طول موجی خارج از محدوده حساسیت چشم انسان. لنز شفاف اغلب در کاربردهای مخفی یا جایی که درخشش قرمز مرئی (رایج در LEDهای 660 نانومتر) نامطلوب است، ترجیح داده می‌شود.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک شمارنده شیء ساده با استفاده از یک سنسور شکست پرتو.

دو عدد از این LEDهای IR را می‌توان با دو فوتوترانزیستور منطبق برای ایجاد یک سنسور شکست پرتو دو کاناله برای شمارش اشیاء روی نوار نقاله استفاده کرد. هر LED توسط یک منبع جریان ثابت تنظیم شده روی 20mA با استفاده از یک مدار ترانزیستوری یا یک IC درایور LED اختصاصی راه‌اندازی می‌شود تا شدت خروجی پایدار صرف نظر از نوسانات ولتاژ منبع تضمین شود. LEDها در یک طرف نوار نقاله و فوتوترانزیستورها در طرف مقابل قرار می‌گیرند. هنگامی که یک شیء پرتو را قطع می‌کند، خروجی فوتوترانزیستور تغییر حالت می‌دهد. زاویه دید 30 درجه LED امکان تحمل مقداری عدم همترازی را فراهم می‌کند در حالی که یک پرتو به اندازه کافی موازی ارائه می‌دهد تا تداخل بین دو کانال با فاصله نزدیک به حداقل برسد. شدت تابش بالا تضمین می‌کند که یک سیگنال قوی به آشکارساز می‌رسد و حتی در محیط‌هایی با مقداری نور IR محیطی، نسبت سیگنال به نویز خوبی ارائه می‌دهد.

12. معرفی اصل عملکرد

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در دو سر پیوند P-N آن اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع N با حفره‌های ماده نوع P بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. برای LTL-E7939Q3K، آلیاژ AlGaAs دارای گاف انرژی متناظر با انرژی فوتون تقریباً 1.46 الکترون ولت است که به نوری با طول موج نزدیک به 850 نانومتر، در ناحیه مادون قرمز، ترجمه می‌شود. لنز اپوکسی برای محافظت از تراشه نیمه‌هادی، شکل‌دهی الگوی تابش و افزایش استخراج نور از تراشه عمل می‌کند.

13. روندهای توسعه

حوزه LEDهای مادون قرمز همچنان در حال تکامل است. روندها شامل توسعه دستگاه‌هایی با بازده دیوار-پریز بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات الکتریکی ورودی) است که مصرف برق و تولید گرما را کاهش می‌دهد. همچنین کارهای مداومی برای افزایش سرعت مدولاسیون برای کاربردهای ارتباط داده سریع‌تر، مانند Li-Fi (Light Fidelity) یا سنسورهای نوری پیشرفته در جریان است. نوآوری‌های بسته‌بندی هدف ارائه مدیریت حرارتی بهتر را دارند که امکان جریان‌های راه‌اندازی بالاتر و توان نوری بیشتر از فاکتورهای شکل کوچک‌تر را فراهم می‌کند. علاوه بر این، ادغام LEDها با درایورها و مدارهای کنترل در ماژول‌های هوشمند یک روند رو به رشد است که طراحی سیستم را برای کاربران نهایی ساده می‌کند. اصل اساسی الکترولومینسانس در نیمه‌هادی‌ها بدون تغییر باقی می‌ماند، اما علم مواد و فناوری بسته‌بندی باعث بهبود مستمر عملکرد می‌شوند.