دیتاشیت LED مادون قرمز IR95-21C/TR7 - SMD گرد 1.9 میلی‌متری - 1.2 ولت - 940 نانومتر - 130 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

IR95-21C/TR7 یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز از نوع دستگاه نصب سطحی (SMD) با ابعاد بسیار کوچک است. این قطعه در یک بسته‌بندی فشرده دوطرفه با لنز دید بالا کروی که از پلاستیک شفاف قالب‌گیری شده، قرار دارد. این دستگاه به‌طور خاص برای تطابق طیفی با فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی طراحی شده و منبعی ایده‌آل برای کاربردهای مختلف حسگری مادون قرمز است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این قطعه چندین مزیت کلیدی از جمله ابعاد بسیار کوچک، قابلیت اطمینان بالا و کارکرد با ولتاژ مستقیم پایین ارائه می‌دهد. بازارهای هدف اصلی آن شامل الکترونیک مصرفی، اتوماسیون صنعتی و تجهیزات ایمنی است که در آن‌ها تابش مطمئن مادون قرمز در فضای محدودی مورد نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

عملکرد IR95-21C/TR7 توسط مشخصات الکتریکی، نوری و حرارتی آن تحت شرایط تعیین‌شده تعریف می‌شود.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای کارکرد مداوم در نظر گرفته نشده‌اند.

• جریان مستقیم پیوسته (I_F)): 65 میلی‌آمپر
• ولتاژ معکوس (V_R)): 5 ولت
• دمای کارکرد (T_opr)): 25- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای نگهداری (T_stg)): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• اتلاف توان (P_d)): 130 میلی‌وات (در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد یا پایین‌تر)
• دمای لحیم‌کاری (T_sol)): 260 درجه سانتی‌گراد به مدت ≤ 5 ثانیه

2.2 مشخصات الکترواپتیکال (T_a=25°C)

این پارامترها در جریان آزمایش استاندارد 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده و نمایانگر عملکرد معمول دستگاه هستند.

• شدت تابشی (I_e)): 3.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل)، 5.0 میلی‌وات بر استرادیان (معمول)
• طول موج اوج (λ_p)): 940 نانومتر (معمول)
• پهنای باند طیفی (Δλ)): 45 نانومتر (معمول)
• ولتاژ مستقیم (V_F)): 1.2 ولت (معمول)، 1.5 ولت (حداکثر)
• جریان معکوس (I_R)): 10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V
• زاویه دید (2θ_1/2)): 25 درجه (معمول)

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای مهندسان طراحی حیاتی هستند.

3.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش جریان مستقیم مجاز حداکثر را با افزایش دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد. مدیریت حرارتی مناسب برای باقی ماندن در ناحیه عملیاتی ایمن ضروری است.

3.2 توزیع طیفی

منحنی خروجی طیفی حول طول موج اوج معمول 940 نانومتر با پهنای باند تقریبی 45 نانومتر متمرکز است. این با حساسیت اوج آشکارسازهای نوری سیلیکونی متداول به خوبی مطابقت دارد.

3.3 شدت تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

این نمودار رابطه غیرخطی بین جریان راه‌اندازی و خروجی نوری را نشان می‌دهد. شدت تابشی با افزایش جریان افزایش می‌یابد اما طراحان باید بازده و تولید گرما را در نظر بگیرند.

3.4 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

منحنی I-V مشخصه نمایی دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم معمول در 20mA برابر 1.2V است که نسبتاً پایین بوده و به طراحی مدار کم‌مصرف کمک می‌کند.

3.5 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی الگوی تابش فضایی LED را تعریف می‌کند. زاویه دید 25 درجه نشان‌دهنده یک پرتو نسبتاً جهت‌دار است که برای کاربردهای حسگری هدفمند مفید است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

IR95-21C/TR7 دارای بدنه گرد 1.9 میلی‌متری با پایه‌های "گال‌وینگ" برای نصب سطحی است. ابعاد کلیدی شامل قطر بدنه، ارتفاع کلی و فاصله پایه‌ها می‌شود. تمام ابعاد حیاتی تلرانس ±0.1mm دارند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. طراحی پایه گال‌وینگ پایداری مکانیکی خوبی در حین و پس از فرآیند لحیم‌کاری فراهم می‌کند.

4.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً توسط یک نشانگر بصری مانند یک شکاف، لبه صاف یا پایه کوتاه‌تر روی بسته‌بندی مشخص می‌شود. برای روش شناسایی خاص مورد استفاده روی این قطعه، به نقشه دقیق بسته‌بندی مراجعه کنید.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای قطعات SMD جهت اطمینان از قابلیت اطمینان حیاتی است.

5.1 نگهداری و حساسیت به رطوبت

این دستگاه به رطوبت حساس است. قبل از باز کردن، باید در کیسه ضد رطوبت اصلی خود در دمای ≤ 30°C و رطوبت نسبی ≤ 90% نگهداری شود. پس از باز کردن، باید در دمای ≤ 30°C و رطوبت نسبی ≤ 60% نگهداری شده و ظرف 168 ساعت (7 روز) استفاده شود. اگر این شرایط رعایت نشود، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت (بیکینگ) در دمای 60 ± 5°C به مدت 24 ساعت است.

5.2 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

دیتاشیت یک پروفیل دمای لحیم‌کاری بدون سرب را مشخص می‌کند. لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود. در حین گرمایش، هیچ تنش مکانیکی نباید به بدنه LED اعمال شود و PCB پس از لحیم‌کاری نباید تاب بردارد.

5.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید از هویه‌ای با دمای نوک<≤ 350°C و توان ≤ 25W استفاده شود. زمان تماس برای هر پایه باید ≤ 3 ثانیه باشد. تعمیر به شدت توصیه نمی‌شود. در صورت اجتناب ناپذیر بودن، باید از یک هویه دو سر تخصصی برای گرم کردن همزمان هر دو پایه استفاده شود تا از تنش حرارتی روی بدنه اپوکسی جلوگیری شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 نوار حامل

قطعات بر روی نوار حامل برجسته‌دار برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند. مقدار استاندارد بارگیری شده 1000 عدد در هر ریل است. ابعاد دقیق نوار و ریل برای سازگاری با فیدر ارائه شده است.

6.2 مشخصات برچسب

برچسب ریل حاوی اطلاعات ضروری از جمله شماره قطعه (P/N)، شماره تولید مشتری (CPN)، مقدار (QTY)، رتبه (CAT)، طول موج اوج (HUE)، مرجع (REF) و شماره بچ (LOT No.) است.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی متداول

کاربرد اصلی به عنوان منبع مادون قرمز جفت شده با یک آشکارساز نوری سیلیکونی است. یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با LED کاملاً الزامی است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از فرمول محاسبه می‌شود: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F. از آنجایی که V_Fپایین است (~1.2V)، حتی افزایش‌های کوچک در ولتاژ منبع می‌تواند باعث جهش‌های جریان بزرگ شود که محاسبه دقیق مقاومت یا استفاده از درایور جریان ثابت را برای کاربردهای حیاتی ضروری می‌سازد.

7.2 ملاحظات طراحی

• تراز نوری: زاویه دید 25 درجه نیازمند تراز مکانیکی دقیق با سنسور گیرنده برای بهینه‌سازی قدرت سیگنال است.
• مدیریت حرارتی: اگرچه اتلاف توان پایین است، اما چیدمان PCB باید از قرار دادن قطعات تولیدکننده گرما در نزدیکی آن اجتناب کند، به ویژه اگر در دمای محیط بالا یا نزدیک به جریان حداکثر کار کند.
• نویز الکتریکی: در مدارهای حسگری آنالوگ حساس، محافظت یا فیلتر کردن را برای جلوگیری از معرفی نویز توسط جریان راه‌اندازی پالسی LED در نظر بگیرید.

8. مقایسه و تمایز فنی

IR95-21C/TR7 از طریق ترکیب بسته‌بندی گرد بسیار فشرده 1.9 میلی‌متری، پایه‌های گال‌وینگ برای لحیم‌کاری قوی و خروجی طیفی دقیقاً منطبق بر آشکارسازهای سیلیکونی، خود را متمایز می‌کند. در مقایسه با LEDهای مادون قرمز بزرگتر از نوع ترو-هول، فضای قابل توجهی از برد را ذخیره می‌کند. در مقایسه با سایر بسته‌بندی‌های SMD، لنز کروی و زاویه دید خاص ممکن است کوپلینگ نوری بهتری برای برخی طراحی‌های سنسور مانع یا مجاورت ارائه دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 اگر جریان مستقیم 65 میلی‌آمپر را رد کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

تجاوز از مقدار حداکثر مطلق برای جریان مستقیم می‌تواند به دلیل گرم شدن بیش از حد اتصال نیمه‌هادی باعث خرابی فاجعه‌بار فوری شود، یا قابلیت اطمینان بلندمدت و خروجی نوری دستگاه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

9.2 آیا می‌توانم از این قطعه برای کارکرد مداوم استفاده کنم؟

بله، اما باید اطمینان حاصل کنید که نقطه کار (I_F, T_a) در داخل ناحیه عملیاتی ایمن تعریف شده توسط منحنی اتلاف توان حداکثر قرار دارد. در دمای 25°C، حداکثر توان پیوسته 130mW است. در دمای محیط بالاتر، جریان مجاز حداکثر باید کاهش یابد.

9.3 چرا زمان نگهداری و استفاده پس از باز کردن بسته اینقدر حیاتی است؟

ماده بسته‌بندی اپوکسی می‌تواند رطوبت را از هوا جذب کند. در طی فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی، ترک خوردگی یا "پاپ کورن شدن" شود که قطعه را از بین می‌برد. شرایط نگهداری مشخص شده و عمر مفید پس از باز کردن (فلور لایف) این خطر را کنترل می‌کند.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک سنسور فشرده وجود کاغذ در یک پرینتر.IR95-21C/TR7 یک انتخاب عالی است. اندازه کوچک آن اجازه می‌دهد تا در مجموعه‌های مکانیکی تنگ قرار گیرد. طراح آن را با یک فوتوترانزیستور که چند میلی‌متر دورتر قرار می‌گیرد جفت می‌کند و یک سنسور از نوع عبوری ایجاد می‌کند. یک میکروکنترلر LED را با جریان 20mA (با استفاده از یک مقاومت سری مناسب) پالس می‌دهد و خروجی فوتوترانزیستور را می‌خواند. طول موج 940nm نامرئی است و در تجربه کاربری اختلال ایجاد نمی‌کند. پایه‌های گال‌وینگ یک اتصال لحیم قوی مقاوم در برابر لرزش در مکانیزم پرینتر فراهم می‌کنند. رعایت دقیق پروفیل ریفلو و روش‌های مدیریت رطوبت برای بازده تولید بالا ضروری است.

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 ترکیب می‌شوند. این فرآیند ترکیب مجدد، انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کند. ماده خاص مورد استفاده (در این مورد گالیم آلومینیوم آرسناید - GaAlAs) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج نور ساطع شده، در اینجا در طیف مادون قرمز حدود 940nm، را تعریف می‌کند.

12. روندهای صنعت

روند در الکترونیک نوری به سمت مینیاتوری‌سازی، بازده بالاتر و یکپارچه‌سازی ادامه دارد. بسته‌بندی‌های SMD مانند این مورد تا حد زیادی جایگزین قطعات ترو-هول در مونتاژ خودکار شده‌اند. تحولات آینده ممکن است شامل بسته‌بندی‌های حتی کوچکتر در مقیاس تراشه (CSP)، مدارهای درایور یکپارچه در داخل بسته‌بندی و قطعات طراحی شده برای مدولاسیون سرعت بالاتر برای کاربردهای ارتباطات داده باشد. همچنین تمرکز مداومی بر بهبود قابلیت اطمینان و ساده‌سازی فرآیندهای مونتاژ، مانند کاهش سطوح حساسیت به رطوبت وجود دارد.