دیتاشیت فنی LED SMD مدل BR15-22C/L586/R/TR8 - بسته‌بندی 3.2x1.6x1.1mm - ولتاژ 1.3-2.6V - توان 100-125mW - مادون قرمز 905nm و قرمز 660nm

1. مرور کلی محصول

BR15-22C/L586/R/TR8 یک LED نصب سطحی (SMD) با انتشار دوگانه است که هم یک دیود نورافشان مادون قرمز (IR) و هم یک دیود نورافشان قرمز را در یک بسته‌بندی مسطح و مینیاتوری با دید از بالا ادغام کرده است. این قطعه در پلاستیک شفاف آب‌مانند کپسوله شده که امکان انتقال کارآمد نور را فراهم می‌کند. یک ویژگی طراحی کلیدی آن، خروجی طیفی است که به طور خاص با حساسیت فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی مطابقت دارد و آن را به یک منبع ایده‌آل برای سیستم‌های حس‌گری و آشکارسازی نوری تبدیل می‌کند.

مزایای اصلی این قطعه شامل ولتاژ پیشروی پایین است که به بازده انرژی بالاتر در طراحی‌های مدار کمک می‌کند. این قطعه به صورت بدون سرب (Pb-free) تولید شده و با مقررات اصلی زیست‌محیطی از جمله RoHS، EU REACH و استانداردهای بدون هالوژن (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) مطابقت دارد که آن را برای تولید الکترونیک مدرن و سازگار با محیط زیست مناسب می‌سازد.

بازار هدف اولیه و کاربرد اصلی، سیستم‌های کاربردی مادون قرمز، مانند سنسورهای مجاورتی، تشخیص شیء، انکودرها و سایر رابط‌های اپتوالکترونیکی است که در آن‌ها انتشار نور مطمئن و هماهنگ حیاتی است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• جریان پیشروی پیوسته (IF): 50 میلی‌آمپر برای هر دو چیپ IR و قرمز.
• ولتاژ معکوس (VR): 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• دمای عملیاتی (Topr): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این محدوده دمای محیطی برای عملکرد مطمئن را تعریف می‌کند.
• دمای ذخیره‌سازی (Tstg): 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری (Tsol): 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 5 ثانیه، که برای فرآیندهای مونتاژ ریفلو حیاتی است.
• توان اتلافی (Pc): 100 میلی‌وات برای گسیلنده IR و 125 میلی‌وات برای گسیلنده قرمز در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر. این پارامتر برای طراحی مدیریت حرارتی بسیار مهم است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این‌ها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در دمای Ta=25°C اندازه‌گیری شده‌اند و رفتار مورد انتظار تحت شرایط عملیاتی نرمال را ارائه می‌دهند.

• شدت تابشی (IE): برای گسیلنده IR (BR)، مقدار معمول 0.50 میلی‌وات بر استرادیان در IF=20mA است. برای گسیلنده قرمز، این مقدار در همان جریان 1.50 میلی‌وات بر استرادیان است. این پارامتر توان نوری منتشر شده در هر زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند.
• طول موج اوج (λp): گسیلنده IR در 905 نانومتر به اوج می‌رسد، در حالی که گسیلنده قرمز در 660 نانومتر به اوج می‌رسد. این، رنگ غالب نور منتشر شده را تعریف می‌کند.
• پهنای باند طیفی (Δλ): تقریباً 30 نانومتر برای هر دو گسیلنده، که نشان‌دهنده گسترش طول‌موج‌ها حول نقطه اوج است.
• ولتاژ پیشروی (VF): چیپ IR دارای VF معمولی 1.30 ولت (حداکثر 1.80 ولت) و چیپ قرمز دارای VF معمولی 1.80 ولت (حداکثر 2.60 ولت) در IF=20mA است. VF پایین یک ویژگی کلیدی برای بازده توان است.
• جریان معکوس (IR): حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V برای هر دو چیپ، که نشان‌دهنده جریان نشتی در حالت خاموش است.
• زاویه دید (2θ1/2): 140 درجه. این زاویه دید گسترده، مشخصه بسته‌بندی بدون لنز با دید از بالا است که انتشار وسیعی را فراهم می‌کند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 مشخصات گسیلنده مادون قرمز (905nm)

نمودارهای ارائه شده رابطه بین پارامترهای کلیدی برای چیپ IR را نشان می‌دهند. منحنیشدت تابشی در مقابل جریان پیشرویافزایش تقریباً خطی در خروجی نوری با جریان تا حداکثر مقدار مجاز را نشان می‌دهد. منحنیجریان پیشروی در مقابل ولتاژ پیشرویرابطه نمایی IV دیود را نشان می‌دهد که برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان حیاتی است. نمودارتوزیع طیفیاوج در 905nm با پهنای باند تعریف شده را تأیید می‌کند. منحنیجریان پیشروی در مقابل دمای محیطبرای درک الزامات کاهش رتبه ضروری است؛ با افزایش دما، حداکثر جریان پیوسته مجاز برای جلوگیری از گرمای بیش از حد کاهش می‌یابد.

3.2 مشخصات گسیلنده قرمز (660nm)

منحنی‌های مشابهی برای گسیلنده قرمز ارائه شده است. قابل توجه است که شدت تابشی برای یک جریان معین در مقایسه با گسیلنده IR بیشتر است. نمودار طیفی یک قله تیز در 660nm در طیف قرمز مرئی نشان می‌دهد. مشخصات الکتریکی (منحنی IV) از همان قانون دیود پیروی می‌کنند اما با ولتاژ پیشروی معمولی بالاتر.

3.3 مشخصات زاویه‌ای

به نموداری با عنوانجریان نور نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ایارجاع داده شده است. این منحنی برای طراحی کاربرد حیاتی است و نشان می‌دهد که شدت درک شده توسط یک آشکارساز چگونه با زاویه بین LED و آشکارساز تغییر می‌کند. زاویه دید 140 درجه به عنوان زاویه‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت به نصف مقدار خود در محور اصلی کاهش می‌یابد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

این قطعه در یک بسته‌بندی SMD فشرده عرضه می‌شود. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) شامل طول بدنه تقریباً 3.2، عرض 1.6 و ارتفاع 1.1 است. نقشه‌های دقیق، طرح پد، نمای کلی قطعه و تلرانس‌ها (معمولاً ±0.1mm مگر خلاف آن ذکر شده) را مشخص می‌کنند که برای طراحی جای پایه PCB حیاتی هستند.

4.2 شناسایی قطبیت

بسته‌بندی شامل نشانه‌ها یا یک طرح پد خاص (اغلب یک گوشه پخ‌خورده یا یک نقطه) برای نشان دادن کاتد است. قطبیت صحیح باید در حین مونتاژ رعایت شود تا از آسیب بایاس معکوس جلوگیری شود.

4.3 مشخصات نوار حامل و قرقره

محصول بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود. ابعاد نوار حامل مشخص شده است و یک قرقره استاندارد حاوی 2000 قطعه است. این اطلاعات برای راه‌اندازی ماشین‌های Pick-and-Place ضروری است.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 ذخیره‌سازی و جابجایی

LEDها به رطوبت حساس هستند. اقدامات احتیاطی شامل موارد زیر است: نگه داشتن کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده تا زمان استفاده؛ ذخیره کیسه‌های بازنشده در دمای ≤30°C/90%RH و استفاده در عرض یک سال؛ پس از باز کردن، ذخیره در دمای ≤30°C/60%RH و استفاده در عرض 168 ساعت (7 روز). اگر زمان ذخیره‌سازی بیش از حد شود، نیاز به عملیات پخت در دمای 60±5°C به مدت حداقل 24 ساعت است.

5.2 لحیم‌کاری ریفلو

پروفیل دمایی لحیم بدون سرب توصیه می‌شود. لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود تا از تنش حرارتی جلوگیری شود. در حین گرمایش، نباید هیچ تنش مکانیکی به بدنه LED اعمال شود. PCB پس از لحیم‌کاری نباید تاب بردارد.

5.3 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از هویه‌ای با دمای نوک زیر 350°C استفاده کنید، حرارت را به هر ترمینال حداکثر به مدت 3 ثانیه اعمال کنید و از هویه‌ای با ظرفیت 25 وات یا کمتر استفاده کنید. بین لحیم‌کاری هر ترمینال، یک فاصله خنک‌کننده بیش از 2 ثانیه در نظر بگیرید.

5.4 بازکاری و تعمیر

تعمیر پس از لحیم‌کاری توصیه نمی‌شود. اگر اجتناب‌ناپذیر است، باید از یک هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال استفاده شود تا تنش حرارتی در سراسر بسته به حداقل برسد. پتانسیل آسیب به مشخصات LED باید از قبل ارزیابی شود.

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 مدارهای کاربردی معمول

مهم‌ترین قانون طراحی،محافظت در برابر جریان بیش از حداست. یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی اجباری است. به دلیل مشخصه نمایی IV دیود، یک افزایش کوچک در ولتاژ می‌تواند باعث افزایش بزرگ و مخرب جریان شود. مقدار مقاومت باید بر اساس ولتاژ تغذیه (Vs)، جریان پیشروی مطلوب (If) و ولتاژ پیشروی LED (Vf) با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود: R = (Vs - Vf) / If. اگر قرار است گسیلنده‌های IR و قرمز به طور مستقل راه‌اندازی شوند، مقاومت‌های جداگانه مورد نیاز است.

6.2 مدیریت حرارتی

اگرچه توان اتلافی پایین است، اما چیدمان مناسب PCB می‌تواند به دفع گرما کمک کند. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس به پدهای حرارتی (در صورت وجود) یا پایه‌های قطعه متصل است. به دستورالعمل‌های کاهش رتبه توان که توسط حداکثر مقادیر مجاز دلالت می‌شود پایبند باشید - عملکرد در دمای محیطی بالا مستلزم کاهش جریان پیشروی است.

6.3 طراحی نوری

از زاویه دید گسترده 140 درجه برای کاربردهایی که نیاز به پوشش وسیع دارند استفاده کنید. برای حس‌گری با برد طولانی‌تر یا جهت‌دارتر، ممکن است به لنزها یا بازتابنده‌های خارجی نیاز باشد. لنز شفاف آب‌مانند برای کاربردهایی مناسب است که الگوی انتشار دقیق چیپ بدون فیلتر رنگ مورد نظر است.

7. مقایسه و تمایز فنی

تمایز اصلی BR15-22C/L586/R/TR8 درقابلیت دو طول موجیآن در یک بسته‌بندی SMD فشرده و واحد نهفته است. این امر در مقایسه با استفاده از دو LED جداگانه، فضای برد را ذخیره می‌کند.مطابقت طیفی آن با آشکارسازهای سیلیکونیبهینه شده است و به طور بالقوه نسبت سیگنال به نویز را در کاربردهای حس‌گری بهبود می‌بخشد.ولتاژ پیشروی پایین، به ویژه برای گسیلنده IR، یک مزیت بازدهی ارائه می‌دهد. مطابقت با استانداردهای سختگیرانه زیست‌محیطی (RoHS, REACH, Halogen-Free) آن را برای طیف گسترده‌ای از بازارهای جهانی مناسب می‌سازد.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم LEDهای IR و قرمز را همزمان در حداکثر جریان 50mA هر کدام راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. حداکثر مقدار مطلق جریان پیشروی پیوسته برای هر چیپ 50mA است. راه‌اندازی همزمان هر دو در 50mA احتمالاً از محدودیت‌های کل توان اتلافی بسته (Pc) فراتر رفته و باعث گرمای بیش از حد می‌شود. جریان‌های راه‌اندازی باید بر اساس توان کل و شرایط حرارتی کاهش رتبه داده شوند.

س: چرا یک مقاومت محدودکننده جریان کاملاً ضروری است؟

ج: LED یک قطعه جریان‌محور است. ولتاژ پیشروی آن با جریان و دما کمی تغییر می‌کند. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ (حتی یک منبع تنظیم‌شده) باعث می‌شود جریان به طور کنترل‌ناپذیری افزایش یابد تا زمانی که قطعه از کار بیفتد، زیرا هیچ مقاومت داخلی برای محدود کردن آن وجود ندارد. مقاومت یک جریان پایدار و قابل پیش‌بینی فراهم می‌کند.

س: عبارت "مطابقت طیفی با فوتودیود سیلیکونی" به چه معناست؟

ج: فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی یک منحنی پاسخ طیفی خاص دارند؛ آن‌ها به طول‌موج‌های خاصی (معمولاً در ناحیه مادون قرمز نزدیک و قرمز) بیشترین حساسیت را دارند. طول‌موج‌های اوج این LED (905nm مادون قرمز و 660nm قرمز) طوری انتخاب شده‌اند که در مناطق با حساسیت بالا این آشکارسازها قرار گیرند و سیگنال الکتریکی تولید شده برای یک توان نوری معین را به حداکثر برسانند.

س: چگونه باید "زاویه دید" 140 درجه را تفسیر کنم؟

ج: این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت تابشی به نصف (50%) مقدار خود هنگامی که مستقیماً روی محور (0 درجه) اندازه‌گیری می‌شود، کاهش می‌یابد. بنابراین، انتشار به طور مؤثر در یک مخروط بسیار وسیع ±70 درجه از مرکز قابل استفاده است.

9. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک سنسور مجاورتی برای یک دستگاه همراه

BR15-22C/L586/R/TR8 می‌تواند در یک سنسور مجاورتی برای تشخیص زمانی که یک شی (مانند گوش کاربر در طول تماس) نزدیک تلفن است استفاده شود. گسیلنده IR (905nm) پالس‌دهی می‌شود. یک فوتودیود سیلیکونی مجاور، نور IR بازتابیده را آشکار می‌کند. گسیلنده قرمز در این حالت خاص استفاده نمی‌شود اما می‌تواند برای عملکردهای دیگر مانند نشانگر وضعیت مورد استفاده قرار گیرد. مراحل طراحی شامل موارد زیر است: 1) محاسبه مقاومت محدودکننده جریان برای LED IR بر اساس ولتاژ خروجی درایور IC و جریان پالس مطلوب (مثلاً 20mA برای شدت خوب). 2) قرار دادن LED و فوتودیود روی PCB با یک مانع نوری بین آن‌ها برای جلوگیری از کراس‌تاک مستقیم. 3) دنبال کردن دقیق پروفیل لحیم‌کاری ریفلو برای جلوگیری از آسیب به بسته حساس به رطوبت. 4) پیاده‌سازی فرم‌ور که LED را پالس‌دهی کرده و سیگنال فوتودیود را می‌خواند و از یک آستانه برای تعیین حالت "نزدیک" یا "دور" استفاده می‌کند.

10. معرفی اصل عملکرد

دیودهای نورافشان (LEDها) قطعات نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n با حفره‌های ناحیه نوع p بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول‌موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. گسیلنده IR از آرسنید گالیم آلومینیوم (GaAlAs) استفاده می‌کند که گاف باندی معادل نور مادون قرمز 905nm دارد. گسیلنده قرمز از فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم (AlGaInP) استفاده می‌کند که نور قرمز 660nm را تولید می‌کند. لنز اپوکسی شفاف آب‌مانند چیپ را کپسوله می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و الگوی خروجی نور را شکل می‌دهد.

11. روندها و زمینه فناوری

توسعه LEDهای SMD مانند BR15-22C/L586/R/TR8 توسط روندهای کوچک‌سازی، اتوماسیون و چندکارکردی در الکترونیک هدایت می‌شود. حرکت به سمت تولید بدون سرب و بدون هالوژن، نشان‌دهنده فشار جهانی برای قطعات پایدار از نظر زیست‌محیطی است. در کاربردهای حس‌گری، تقاضای مداومی برای بازدهی بالاتر (خروجی نور بیشتر در هر وات الکتریکی) و مطابقت طیفی دقیق‌تر برای بهبود عملکرد سیستم و کاهش مصرف انرژی وجود دارد. ادغام چندین طول‌موج یا عملکرد در بسته‌های واحد، گامی منطقی برای صرفه‌جویی در فضا و هزینه در دستگاه‌های به طور فزاینده پیچیده است. علاوه بر این، بهبودهای در مواد و طراحی بسته‌بندی با هدف افزایش قابلیت اطمینان تحت تنش حرارتی و قرارگیری در معرض رطوبت است که برای کاربردهای خودرویی، صنعتی و مصرفی حیاتی هستند.