IRR15-22C/L491/TR8 دیتاشیت SMD LED - بسته‌بندی 3.0x1.6x1.1mm - ولتاژ پیشرو 1.3V(مادون قرمز)/1.9V(قرمز) - توان 100mW(مادون قرمز)/130mW(قرمز) - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

IRR15-22C/L491/TR8 یک دستگاه نصب سطحی (SMD) با دو گسیل‌کننده است که یک دیود گسیل‌کننده مادون قرمز (IR) و یک دیود گسیل‌کننده قرمز را در یک بسته‌بندی مینیاتوری، مسطح و نمای بالا یکپارچه کرده است. این دستگاه در پلاستیک شفاف آبی (water-clear) کپسوله شده است که امکان انتقال کارآمد نور برای هر دو طول موج را فراهم می‌کند. یک ویژگی طراحی کلیدی، تطابق طیفی گسیل‌کننده مادون قرمز با فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی است که آن را برای کاربردهای حسگری و آشکارسازی بهینه می‌سازد. این محصول مطابق با استانداردهای زیست‌محیطی مدرن است: بدون سرب، مطابق با RoHS، مطابق با REACH اتحادیه اروپا و بدون هالوژن.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

• ولتاژ پیشرو پایین:باعث تضمین بازده انرژی بالاتر و کاهش مصرف توان در مدار می‌شود.
• تطابق طیفی:خروجی دیود مادون قرمز به طور خاص با منحنی پاسخ‌دهی آشکارسازهای نوری مبتنی بر سیلیکون تطابق داده شده است که نسبت سیگنال به نویز را در سیستم‌های حسگری نوری بهبود می‌بخشد.
• گسیل دوگانه:عملکردهای مادون قرمز (برای حسگری، کنترل از راه دور) و قرمز (برای نشانگر وضعیت، نمایشگرهای ساده) را در یک فضای فشرده ترکیب می‌کند و فضای برد را ذخیره می‌نماید.
• مطابقت زیست‌محیطی:نیازمندی‌های بدون سرب، RoHS، REACH و بدون هالوژن را برآورده می‌کند و آن را برای طیف گسترده‌ای از بازارهای جهانی و طراحی‌های حساس به محیط زیست مناسب می‌سازد.
• بسته‌بندی مینیاتوری SMD:بسته‌بندی مسطح نمای بالا (3.0mm x 1.6mm x 1.1mm) برای مونتاژ خودکار و طراحی‌های PCB با چگالی بالا ایده‌آل است.

1.2 بازار هدف و کاربردها

این قطعه عمدتاً برای کاربردهایی هدف‌گیری شده است که به منابع نوری قابل اعتماد و کم‌توان برای حسگری و نشانگر نیاز دارند. کاربرد اصلی آن درسیستم‌های کاربردی مادون قرمزاست که شامل موارد زیر می‌شود، اما محدود به آن‌ها نیست:

• سنسورهای مجاورت و حضور
• سیستم‌های تشخیص و شمارش اشیاء
• انکودرهای نوری
• سوئیچ‌ها و رابط‌های بدون تماس
• پیوندهای ساده انتقال داده (مانند گیرنده‌های کنترل از راه دور)
• دستگاه‌هایی که در کنار عملکرد مادون قرمز به یک چراغ نشانگر قرمز نیاز دارند

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

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

• جریان پیشرو پیوسته (I_F):برای هر دو چیپ مادون قرمز و قرمز 50 میلی‌آمپر است. تجاوز از این جریان باعث گرمایش بیش از حد و تخریب سریع می‌شود.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. LED تحمل ولتاژ معکوس محدودی دارد؛ طراحی مدار مناسب باید از شرایط بایاس معکوس جلوگیری کند.
• توان تلف شده (P_c):برای چیپ مادون قرمز 100 میلی‌وات و برای چیپ قرمز 130 میلی‌وات در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر. این پارامتر برای مدیریت حرارتی حیاتی است.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:25- تا 85+ درجه سانتی‌گراد (کارکرد)، 40- تا 100+ درجه سانتی‌گراد (ذخیره‌سازی).
• دمای لحیم‌کاری:260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 5 ثانیه، مطابق با پروفیل‌های معمول ریفلو بدون سرب.

2.2 مشخصات الکترو-نوری (Ta=25°C)

اینها پارامترهای عملکرد معمول تحت شرایط تست مشخص شده هستند.

• شدت تابشی (I_E):بر حسب mW/sr (میلی‌وات بر استرادیان) اندازه‌گیری می‌شود. مقادیر معمول در I_F=20mA، 2.1 mW/sr (مادون قرمز) و 2.3 mW/sr (قرمز) است. این نشان‌دهنده توان نوری گسیل شده در یک زاویه فضایی خاص است.
• طول موج اوج (λ_p):برای مادون قرمز 940 نانومتر (معمول) و برای قرمز 660 نانومتر (معمول). طول موج مادون قرمز برای فوتودیودهای سیلیکونی ایده‌آل است که حساسیت اوج آن‌ها حدود 900-1000 نانومتر است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):تقریباً برای مادون قرمز 30 نانومتر و برای قرمز 20 نانومتر، که خلوص طیفی نور گسیل شده را تعریف می‌کند.
• ولتاژ پیشرو (V_F):مقادیر معمول در I_F=20mA، برای مادون قرمز 1.30 ولت و برای قرمز 1.90 ولت است. چیپ قرمز به دلیل ماده نیمه‌هادی متفاوت (AlGaInP در مقابل GaAlAs) V_Fبالاتری دارد.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه. این زاویه دید گسترده، مشخصه بسته‌بندی نمای بالا، بدون لنز و شفاف آبی است که یک الگوی گسیل وسیع را فراهم می‌کند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 ویژگی‌های چیپ مادون قرمز (IR)

منحنی‌های ارائه شده برای چیپ مادون قرمز بینش‌های طراحی حیاتی ارائه می‌دهند:

• توزیع طیفی:منحنی یک قله تیز در 940 نانومتر با عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) حدود 30 نانومتر نشان می‌دهد که تطابق طیفی خوب با آشکارسازهای سیلیکونی را تأیید می‌کند.
• جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو (منحنی I-V):این منحنی نمایی برای انتخاب مقاومت محدودکننده جریان ضروری است. یک تغییر کوچک در ولتاژ منجر به تغییر بزرگی در جریان می‌شود که نیاز به درایو جریان ثابت یا یک مقاومت سری محاسبه‌شده را تأکید می‌کند.
• شدت نسبی در مقابل جریان پیشرو:نشان می‌دهد که شدت تابشی تا حد حداکثر مجاز به صورت خطی با جریان افزایش می‌یابد و امکان مدولاسیون روشنایی از طریق کنترل جریان را فراهم می‌کند.
• جریان پیشرو در مقابل دمای محیط:نیاز به کاهش رتبه (دریتینگ) را نشان می‌دهد. حداکثر جریان پیشرو مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد تا از تجاوز از حد توان تلف شده جلوگیری شود.

3.2 ویژگی‌های چیپ قرمز

منحنی‌های چیپ قرمز از اصول مشابهی پیروی می‌کنند اما با تفاوت‌های خاص ماده:

• توزیع طیفی:در 660 نانومتر (قرمز عمیق) متمرکز شده با پهنای باند باریک‌تر (~20 نانومتر) که منجر به رنگ قرمز اشباع می‌شود.
• منحنی I-V، شدت در مقابل جریان، و کاهش رتبه حرارتی:این منحنی‌ها مشابه چیپ مادون قرمز هستند اما با مقادیر ولتاژ و توان تلف شده متفاوت، همانطور که در جداول مقادیر حداکثر مطلق و مشخصات الکترو-نوری نشان داده شده است.

3.3 ویژگی‌های زاویه‌ای

منحنیجریان نور نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای(احتمالاً از یک آشکارساز جفت شده) الگوی گسیل فضایی را نشان می‌دهد. زاویه دید 120 درجه منجر به توزیعی شبیه لامبرت می‌شود که در آن شدت در 0° (عمود بر سطح گسیل‌کننده) بیشترین است و در ±60° به نصف کاهش می‌یابد. این برای طراحی مسیرهای نوری و اطمینان از قدرت سیگنال کافی در گیرنده مهم است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه در یک بسته‌بندی SMD مینیاتوری ارائه می‌شود. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) شامل اندازه بدنه تقریباً 3.0 x 1.6، با ارتفاع 1.1 است. کاتد معمولاً توسط یک علامت یا یک فرورفتگی روی بسته‌بندی شناسایی می‌شود. نقشه ابعادی فاصله پایه‌ها و توصیه‌های الگوی لند (Land Pattern) برای طراحی جای پایه PCB را نشان می‌دهد که برای لحیم‌کاری قابل اعتماد و پایداری مکانیکی حیاتی هستند.

4.2 شناسایی قطبیت

اتصال صحیح قطبیت حیاتی است. نمودار بسته‌بندی در دیتاشیت، پایه‌های آند و کاتد را نشان می‌دهد. اعمال قطبیت معکوس بیش از حد مجاز ولتاژ معکوس 5 ولت می‌تواند به سرعت پیوند دیود را آسیب برساند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری، مونتاژ و نگهداری

5.1 احتیاط‌های حیاتی

• محافظت در برابر جریان بیش از حد:یک مقاومت محدودکننده جریان خارجیاجباری است. منحنی شیب‌دار I-V به این معنی است که حتی یک افزایش کوچک ولتاژ می‌تواند باعث یک موج جریان مخرب شود.
• ذخیره‌سازی و حساسیت به رطوبت:دستگاه به رطوبت حساس است (MSL). باید در کیسه ضد رطوبت اصلی خود با ماده خشک‌کننده نگهداری شود. پس از باز کردن، باید ظرف 168 ساعت (7 روز) استفاده شود مگر اینکه مجدداً خشک شود (60 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت).

5.2 شرایط لحیم‌کاری

• لحیم‌کاری ریفلو:یک پروفیل دمایی بدون سرب توصیه می‌شود، با دمای اوج 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 5 ثانیه. ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.
• لحیم‌کاری دستی:در صورت لزوم، از هویه با دمای نوک <350 درجه سانتی‌گراد استفاده کنید، حرارت را به هر پایه برای <3 ثانیه اعمال کنید و از هویه کم‌توان (<25 وات) استفاده نمایید. بین اتصالات اجازه خنک شدن دهید.
• تعمیر:توصیه نمی‌شود. اگر اجتناب‌ناپذیر است، از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایه استفاده کنید و از اعمال تنش مکانیکی بر روی اتصالات لحیم خودداری نمایید.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات بسته‌بندی

دستگاه‌ها روی نوار حامل برجسته‌دار که روی قرقره پیچیده شده‌اند عرضه می‌شوند. مقدار بسته‌بندی استاندارد 2000 عدد در هر قرقره است. ابعاد نوار حامل، سازگاری با تجهیزات استاندارد Pick-and-Place SMD را تضمین می‌کند.

6.2 برچسب و ردیابی

بسته‌بندی شامل برچسب‌هایی روی کیسه ضد رطوبت و قرقره است. این برچسب‌ها حاوی اطلاعات ردیابی مانند شماره قطعه (P/N)، شماره سری ساخت (LOT No.)، مقدار (QTY) و محل تولید هستند. این برای کنترل کیفیت و مدیریت زنجیره تأمین ضروری است.

7. ملاحظات طراحی کاربرد

7.1 طراحی مدار

هنگام طراحی مدار درایو:

1. مقاومت سری (R_s) را محاسبه کنید:از فرمول R_s= (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_Fاستفاده کنید. از حداکثر V_Fاز دیتاشیت استفاده کنید تا جریان کافی در همه شرایط تضمین شود. به عنوان مثال، برای LED قرمز در 20mA با منبع تغذیه 5V: R_s= (5V - 2.5V) / 0.02A = 125Ω. از مقدار استاندارد بعدی (مانند 130Ω یا 150Ω) استفاده کنید.
2. PWM را برای تنظیم نور در نظر بگیرید:برای کنترل شدت، از مدولاسیون عرض پالس (PWM) به جای کاهش جریان آنالوگ استفاده کنید، زیرا رنگ (برای قرمز) و طول موج را ثابت نگه می‌دارد.
3. مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که چیدمان PCB مساحت کافی مس برای هیت‌سینک فراهم می‌کند، به ویژه اگر نزدیک به جریان حداکثر یا در دمای محیط بالا کار می‌کند.

7.2 طراحی نوری

• برای حسگری (مادون قرمز):گسیل‌کننده مادون قرمز و فوتودیود را از نظر نوری هم‌راستا کنید. از دیافراگم، لنز یا راهنماهای نور برای تعریف میدان حسگری و مسدود کردن تداخل نور محیط استفاده کنید. زاویه وسیع 120 درجه ممکن است نیاز به محافظ داشته باشد تا یک پرتو جهت‌دارتر برای حسگری برد بلندتر ایجاد شود.
• برای نشانگر (قرمز):لنز شفاف آبی و زاویه وسیع، دید خوبی فراهم می‌کنند. در صورت تمایل به یک نشانگر نرم‌تر و یکنواخت‌تر، استفاده از یک پخش‌کننده نور را در نظر بگیرید.

8. مقایسه و تمایز فنی

تمایز اصلی IRR15-22C/L491/TR8 درطراحی دو طول موجی و تک بسته‌ایآن نهفته است. در مقایسه با استفاده از دو LED جداگانه، این موارد را ارائه می‌دهد:

• صرفه‌جویی در فضا:فضای مورد نیاز PCB را تا 50٪ کاهش می‌دهد.
• ساده‌سازی مونتاژ:یک عملیات Pick-and-Place به جای دو عملیات.
• بازده هزینه:به طور بالقه هزینه کل قطعات و مونتاژ را کاهش می‌دهد.
• عملکرد بهینه مادون قرمز:چیپ GaAlAs با طول موج خاص 940nm برای عملکرد بهینه با آشکارسازهای سیلیکونی انتخاب شده است که ممکن است حساسیت و برد بهتری نسبت به LEDهای مادون قرمز عمومی ارائه دهد.

9. پرسش‌های متداول (FAQs)

9.1 آیا می‌توانم LEDهای مادون قرمز و قرمز را همزمان راه‌اندازی کنم؟

بله، اما باید توسط مدارهای محدودکننده جریان جداگانه (مقاومت‌ها یا درایورها) راه‌اندازی شوند. آن‌ها یک بسته‌بندی مشترک دارند اما چیپ‌های نیمه‌هادی و اتصالات الکتریکی مستقل دارند.

9.2 چرا یک مقاومت محدودکننده جریان کاملاً ضروری است؟

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. ولتاژ پیشرو آن‌ها دارای ضریب دمایی منفی است و از قطعه‌ای به قطعه دیگر متفاوت است. یک منبع ولتاژ بدون مقاومت سری باعث جریان کنترل‌نشده می‌شود که منجر به فرار حرارتی فوری و تخریب می‌گردد.

9.3 طول عمر معمول این LED چقدر است؟

طول عمر LED معمولاً به عنوان نقطه‌ای تعریف می‌شود که خروجی نور به 50٪ از مقدار اولیه خود کاهش می‌یابد (L70/L50). اگرچه در این دیتاشیت به صراحت ذکر نشده است، اما SMD LEDهای به‌درستی کارکرده (در محدوده مجاز، با مدیریت حرارتی خوب) اغلب طول عمری بیش از 50,000 ساعت دارند.

9.4 چگونه مقدار شدت تابشی (mW/sr) را برای طراحی سنسور خود تفسیر کنم؟

شدت تابشی، توان نوری بر واحد زاویه فضایی را توصیف می‌کند. برای تخمین توان (بر حسب mW) دریافتی توسط یک آشکارساز، باید سطح فعال آشکارساز و فاصله/زاویه آن از LED را بدانید. منحنی جابجایی زاویه‌ای در این محاسبه برای هم‌راستایی خارج از محور کمک می‌کند.

10. مثال کاربردی عملی

10.1 سنسور مجاورت ساده

سناریو:تشخیص زمانی که یک شیء در فاصله 5 سانتی‌متری یک دستگاه قرار می‌گیرد.
پیاده‌سازی:IRR15-22C/L491/TR8 را روی یک PCB نصب کنید. گسیل‌کننده مادون قرمز را با یک جریان ثابت 20mA (با استفاده از یک مقاومت محاسبه‌شده از منبع تغذیه 3.3V) راه‌اندازی کنید. یک فوتوترانزیستور سیلیکونی را در مقابل آن قرار دهید، با یک مانع کوچک بین آن‌ها برای جلوگیری از کوپلینگ نوری مستقیم. هنگامی که یک شیء وارد شکاف می‌شود، نور مادون قرمز را از گسیل‌کننده به آشکارساز منعکس می‌کند. جریان خروجی آشکارساز افزایش می‌یابد که می‌تواند توسط یک مقاومت بار به ولتاژ تبدیل شده و توسط ADC یا مقایسه‌گر یک میکروکنترلر خوانده شود. LED قرمز می‌تواند به یک پین GPIO متصل شود تا یک نشانگر بصری "حسگری فعال" یا "شیء حاضر" ارائه دهد.

11. اصل عملکرد

دیودهای گسیل‌کننده نور (LEDها) دستگاه‌های پیوند p-n نیمه‌هادی هستند. هنگامی که یک ولتاژ پیشرو اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور گسیل شده توسط انرژی شکاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. IRR15-22C/L491/TR8 ازGaAlAs (گالیم آلومینیوم آرسناید)برای گسیل‌کننده مادون قرمز (940nm) و ازAlGaInP (آلومینیوم گالیم ایندیوم فسفاید)برای گسیل‌کننده قرمز (660nm) استفاده می‌کند. لنز اپوکسی شفاف آبی، چیپ را کپسوله می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

12. روندهای فناوری

توسعه SMD LEDهایی مانند این، چندین روند کلیدی صنعت را دنبال می‌کند:

• مینیاتوری‌سازی:کاهش مداوم در اندازه بسته‌بندی (به عنوان مثال، از 0603 به 0402 به 0201) برای امکان‌پذیر کردن محصولات نهایی کوچک‌تر.
• بسته‌های چند چیپی (MCPs):یکپارچه‌سازی چندین چیپ LED (رنگ‌های مختلف یا یک رنگ) در یک بسته برای خروجی بالاتر، ترکیب رنگ یا چندکارکردی، همانطور که در این دستگاه دو طول موجی مشاهده می‌شود.
• بازده بالاتر:بهبودهای مداوم در بازده کوانتومی داخلی (IQE) و بازده استخراج نور منجر به شدت تابشی بالاتر برای همان جریان ورودی می‌شود که بودجه توان سیستم را بهبود می‌بخشد.
• قابلیت اطمینان پیشرفته:پیشرفت در مواد بسته‌بندی (اپوکسی، سیلیکون) و تکنیک‌های اتصال چیپ، عملکرد در دمای بالا و رطوبت را بهبود می‌بخشد و طول عمر عملیاتی را افزایش می‌دهد.
• یکپارچه‌سازی هوشمند:یک روند رو به رشد، یکپارچه‌سازی ICهای کنترل (درایورها، سنسورها) در داخل بسته‌بندی LED است که ماژول‌های "LED هوشمند" را ایجاد می‌کند که طراحی سیستم را ساده می‌سازد.