دیتاشیت LED مادون قرمز HIR26-21C/L423/TR8 - بسته‌بندی گرد 1.6 میلی‌متری - ولتاژ پیشرو 1.45 ولت - طول موج 850 نانومتر - شدت تابش 16 میلی‌وات بر استرادیان - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

HIR26-21C/L423/TR8 یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IR) با عملکرد بالا است که برای کاربردهای فناوری نصب سطحی (SMT) طراحی شده است. این قطعه در دسته LEDهای چیپ با بسته‌بندی معکوس زیرمینیاتوری قرار می‌گیرد و دارای فرم‌فاکتور گرد فشرده 1.6 میلی‌متری است. عملکرد اصلی آن تابش نور مادون قرمز در طول موج اوج 850 نانومتر است که به‌طور بهینه با حساسیت طیفی آشکارسازهای نوری سیلیکونی و فوتوترانزیستورها مطابقت دارد. این ویژگی آن را به منبعی ایده‌آل برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای حسگری و سیگنالینگ که نیاز به انتقال نور نامرئی دارند، تبدیل می‌کند.

این LED با استفاده از ماده گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs) ساخته شده و در رزین پلاستیکی شفاف آبکی با عدسی کروی محصور شده است. این طراحی، استخراج کارآمد نور و الگوی تابش یکنواختی را تضمین می‌کند. یک مزیت کلیدی این قطعه، ولتاژ پیشرو پایین آن است که به عملکرد بهینه انرژی کمک می‌کند. علاوه بر این، محصول با استانداردهای زیست‌محیطی بدون سرب و RoHS مطابقت دارد و با الزامات تولید مدرن برای کاهش مواد خطرناک همسو است.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 مقادیر حداکثر 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 پیشرو پیوسته (I_F): 65 میلی‌آمپر
• ولتاژ معکوس (V_R): 5 ولت
• توان تلف شده (P_d) در T_a≤ 25°C: 110 میلی‌وات
• دمای کاری (T_opr): 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس
• دمای نگهداری (T_stg): 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس
• دمای لحیم‌کاری (T_sol): 260 درجه سلسیوس (حداکثر به مدت 10 ثانیه در حین ریفلو)

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (T_a= 25°C)

این پارامترها عملکرد قطعه را تحت شرایط کاری متداول تعریف می‌کنند و در جریان پیشرو 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

• شدت تابش (I_e): 14.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل)، 16.0 میلی‌وات بر استرادیان (متداول). این پارامتر توان نوری تابش‌شده در هر واحد زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند و نشان‌دهنده روشنایی پرتو IR است.
• طول موج اوج (λ_p): 850 نانومتر (متداول). طول موجی که در آن توان خروجی نوری حداکثر است و کاملاً برای گیرنده‌های مبتنی بر سیلیکون مناسب است.
• پهنای باند طیفی (Δλ): 42 نانومتر (متداول). محدوده طول موج‌های تابش‌شده که حول طول موج اوج متمرکز است.
• ولتاژ پیشرو (V_F): 1.45 ولت (متداول)، 1.70 ولت (حداکثر). افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار در جریان مشخص‌شده. مقدار متداول پایین یک مزیت کارایی قابل توجه است.
• جریان معکوس (I_R): 10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. جریان نشتی کوچک هنگامی که قطعه با بایاس معکوس کار می‌کند.
• زمان صعود/سقوط نوری (t_r/t_f): 25/15 نانوثانیه (متداول)، 35/35 نانوثانیه (حداکثر) در I_F=50mA. این زمان‌های سوئیچینگ سریع، امکان عملکرد پالسی با سرعت بالا برای انتقال داده را فراهم می‌کنند.
• زاویه دید (2θ_1/2): 20 درجه (متداول). زاویه کامل‌ای که در آن شدت تابش نصف شدت حداکثری (روی محور) است. این پارامتر پهنای پرتو را تعریف می‌کند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

3.1 جریان پیشرو در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش مجاز جریان پیشرو حداکثر را با افزایش دمای محیط نشان می‌دهد. برای جلوگیری از آسیب حرارتی، جریان پیشرو باید هنگام کار بالاتر از 25 درجه سلسیوس کاهش یابد. محدودیت توان تلف شده 110 میلی‌وات بر این رابطه حاکم است.

3.2 توزیع طیفی

نمودار شدت تابش نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد و اوج در 850 نانومتر و پهنای باند تقریبی 42 نانومتر را تأیید می‌کند. این برای اطمینان از سازگاری با پاسخ طیفی گیرنده بسیار مهم است.

3.3 طول موج اوج تابش در مقابل دما

طول موج اوج دارای ضریب دمایی جزئی است که معمولاً حدود 0.1 تا 0.3 نانومتر بر درجه سلسیوس جابجا می‌شود. این منحنی به طراحان اجازه می‌دهد تا جابجایی طول موج عملیاتی را در محدوده دمایی مورد نظر کاربرد خود پیش‌بینی کنند.

3.4 جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو

این منحنی مشخصه جریان-ولتاژ برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است. این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد و اهمیت استفاده از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای تنظیم نقطه کار را برجسته می‌کند.

3.5 شدت تابش در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی، زاویه دید 20 درجه‌ای را به صورت بصری تعریف می‌کند. الگوی تابش درون این مخروط تقریباً لامبرتی است که برای محاسبه تابندگی روی یک هدف در فاصله و زاویه معین مهم است.

3.6 شدت تابش نسبی در مقابل جریان پیشرو

این منحنی نشان می‌دهد که خروجی نوری در محدوده کاری متداول تقریباً با جریان درایو خطی است. این به تعیین جریان درایو مورد نیاز برای دستیابی به سطح خاصی از شدت تابش کمک می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

این قطعه دارای بسته‌بندی معکوس گرد و زیرمینیاتوری است. ابعاد کلیدی شامل قطر بدنه 1.6 میلی‌متر می‌شود. نقشه‌های مکانیکی دقیق در دیتاشیت، تمام ابعاد حیاتی از جمله فاصله پایه‌ها، ارتفاع کلی و هندسه عدسی را با تلرانس استاندارد 0.1± میلی‌متر مشخص می‌کنند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. مهندسان باید برای طراحی دقیق ردپای PCB به این نقشه‌ها مراجعه کنند.

4.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً توسط یک علامت روی بسته‌بندی یا پیکربندی خاص پایه‌ها همانطور که در نقشه ابعادی نشان داده شده است، شناسایی می‌شود. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین مونتاژ برای جلوگیری از خرابی قطعه الزامی است.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای قطعات SMD جهت اطمینان از قابلیت اطمینان بسیار مهم است.

5.1 نگهداری و حساسیت به رطوبت

LEDها در کیسه‌های ضد رطوبت بسته‌بندی شده‌اند. عمر مفید پس از باز کردن کیسه، در شرایط 30 درجه سلسیوس یا کمتر و رطوبت نسبی 60% یا کمتر، 1 سال است. اگر زمان نگهداری بیش‌تر شود یا نشانگر رطوبت تغییر کند، قبل از لحیم‌کاری ریفلو نیاز به عملیات پخت در دمای 5 ± 60 درجه سلسیوس به مدت 24 ساعت است تا از آسیب "پاپ کورن" جلوگیری شود.

5.2 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

پروفیل لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب توصیه می‌شود. دمای اوج لحیم‌کاری نباید از 260 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان بالای 250 درجه سلسیوس باید حداکثر به 10 ثانیه محدود شود. لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار روی یک قطعه انجام شود.

5.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر مجدد

اگر لحیم‌کاری دستی اجتناب‌ناپذیر است، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه باید زیر 350 درجه سلسیوس باشد و زمان تماس برای هر ترمینال باید به 3 ثانیه یا کمتر محدود شود. استفاده از هویه کم‌توان (≤25 وات) توصیه می‌شود. برای تعمیر مجدد، استفاده از هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال و جلوگیری از تنش مکانیکی پیشنهاد می‌شود. تأثیر تعمیر مجدد بر مشخصات قطعه باید از قبل تأیید شود.

5.4 طراحی برد مدار چاپی

پس از لحیم‌کاری، برد مدار چاپی نباید تاب بردارد یا تحت تنش مکانیکی قرار گیرد، زیرا این امر می‌تواند باعث ترک خوردن بسته‌بندی LED یا آسیب به اتصالات داخلی شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات ریل و نوار حامل

محصول در نوار حامل استاندارد صنعتی 8 میلی‌متری که روی ریل‌هایی به قطر 7 اینچ پیچیده شده است، عرضه می‌شود. هر ریل حاوی 1500 عدد (PCS) از LED مدل HIR26-21C/L423/TR8 است. ابعاد دقیق نوار حامل از جمله اندازه حفره، گام و مشخصات سوراخ‌های زنجیری ارائه شده است تا سازگاری با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place تضمین شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• سنسورهای مادون قرمز نصب‌شده روی PCB:به عنوان منبع نور در سنسورهای مجاورتی، تشخیص اشیاء و ربات‌های دنبال‌کننده خط استفاده می‌شود.
• واحدهای کنترل از راه دور مادون قرمز:به دلیل شدت تابش خوب، برای نیازهای توان بالا در کنترل از راه دور لوازم الکترونیکی مصرفی (تلویزیون، سیستم‌های صوتی) ایده‌آل است.
• اسکنرها:می‌تواند در اسکنرهای بارکد و اسکنرهای اسناد که نیاز به نورپردازی IR دارند، استفاده شود.
• سیستم‌های مادون قرمز عمومی:برای هر کاربرد دیگری که نیاز به یک منبع فشرده، کارآمد و قابل اطمینان از نور مادون قرمز 850 نانومتری دارد، مناسب است.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:یک مقاومت سری خارجیکاملاً الزامی استتا جریان کاری را تنظیم کند. ولتاژ پیشرو پایین LED به این معنی است که حتی یک افزایش کوچک در ولتاژ تغذیه می‌تواند باعث افزایش زیاد و مخرب جریان شود.
• مدیریت حرارتی:اگرچه بسته‌بندی کوچک است، اما باید تلفات توان را در نظر گرفت، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا یا هنگام درایو نزدیک به جریان حداکثر. مساحت کافی مس روی PCB می‌تواند به هیت سینک کمک کند.
• طراحی نوری:زاویه دید 20 درجه‌ای باید در طراحی محفظه لحاظ شود تا الگوی نورپردازی مطلوب روی هدف یا گیرنده حاصل شود.
• مطابقت با گیرنده:این LED را با یک فوتودیود یا فوتوترانزیستور سیلیکونی جفت کنید که حساسیت اوج آن حدود 850 نانومتر است تا عملکرد سیستم و نسبت سیگنال به نویز بهینه شود.

8. تست قابلیت اطمینان

قطعه تحت مجموعه جامعی از تست‌های قابلیت اطمینان قرار می‌گیرد تا عملکرد بلندمدت تحت تنش‌های مختلف تضمین شود. تست‌ها با سطح اطمینان 90% و درصد تحمل معیوبی لات (LTPD) 10% انجام می‌شوند. تست‌های کلیدی شامل موارد زیر است:

• شبیه‌سازی لحیم‌کاری ریفلو (260 درجه سلسیوس)
• چرخه دمایی (40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس)
• شوک حرارتی (10- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس)
• نگهداری در دمای بالا (100+ درجه سلسیوس)
• نگهداری در دمای پایین (40- درجه سلسیوس)
• عمر کاری DC (1000 ساعت در 20 میلی‌آمپر)
• عمر کاری در دمای بالا/رطوبت بالا (85 درجه سلسیوس/85% رطوبت نسبی به مدت 1000 ساعت)

معیارهای شکست برای تست‌های محیطی بر اساس تغییرات در پارامترهای کلیدی مانند جریان معکوس (I_R)، شدت تابش (I_e) و ولتاژ پیشرو (V_F) است.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 چرا مقاومت سری ضروری است؟

LED مادون قرمز دارای مشخصه جریان-ولتاژ (I-V) بسیار غیرخطی و شیب‌دار است. یک تغییر کوچک در ولتاژ پیشرو منجر به تغییر بزرگی در جریان می‌شود. بدون یک مقاومت محدودکننده جریان، LED جریان بیش‌ازحدی از یک منبع ولتاژ متداول (مثلاً 3.3 ولت یا 5 ولت) می‌کشد که منجر به گرمایش فوری و شکست فاجعه‌بار می‌شود. مقاومت یک نقطه کاری پایدار را تنظیم می‌کند.

9.2 چگونه مقدار مقاومت سری را محاسبه کنم؟

از قانون اهم استفاده کنید: R = (V_supply- V_F) / I_F. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت، جریان هدف 20 میلی‌آمپر و V_Fمتداول 1.45 ولت: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 اهم. یک مقاومت استاندارد 180 اهم مناسب خواهد بود. همیشه برای طراحی محافظه‌کارانه از حداکثر V_Fدیتاشیت (1.70 ولت) استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان از حد مورد نظر تجاوز نمی‌کند.

9.3 آیا از این LED می‌توان برای انتقال داده استفاده کرد؟

بله، زمان‌های صعود و سقوط سریع آن (معمولاً 25/15 نانوثانیه) آن را برای عملکرد مدوله‌شده یا پالسی در سیستم‌های انتقال داده مادون قرمز، مانند IrDA یا لینک‌های ارتباطی سریال ساده مناسب می‌سازد. مدار درایور باید قادر به سوئیچینگ در این سرعت‌ها باشد.

9.4 تفاوت بین شدت تابش و توان چیست؟

شدت تابش (بر حسب میلی‌وات بر استرادیان اندازه‌گیری می‌شود) توان نوری تابش‌شده در هر واحد زاویه فضایی است. این پارامتر نشان می‌دهد که پرتو چقدر "متمرکز" است. شار تابشی کل (توان بر حسب میلی‌وات) انتگرال شدت در تمام زوایا خواهد بود. برای یک پرتو باریک 20 درجه‌ای، یک مقدار شدت تابش بالا نشان‌دهنده یک پرتو روشن و متمرکز است که برای کاربردهای جهت‌دار مناسب است.

10. اصل عملکرد

HIR26-21C/L423/TR8 یک دیود ساطع‌کننده نور نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ پیشرو بیش‌تر از انرژی گاف نواری آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال (ساخته‌شده از GaAlAs) بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص ماده GaAlAs انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج اوج نور تابش‌شده را تعریف می‌کند - در این مورد، 850 نانومتر در طیف مادون قرمز. بسته‌بندی اپوکسی شفاف آبکی به عنوان یک عدسی عمل می‌کند و پرتو خروجی را به زاویه دید مشخص‌شده 20 درجه شکل می‌دهد.

11. زمینه و روندهای صنعت

LEDهای مادون قرمز در طول موج‌های 850 و 940 نانومتر، اجزای اساسی در بی‌شمار سیستم‌های الکترونیکی هستند. روند به سمت اندازه‌های بسته‌بندی حتی کوچک‌تر، کارایی بالاتر (خروجی تابشی بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) و یکپارچه‌سازی بیشتر است. همچنین تقاضای رو به رشدی برای قطعاتی وجود دارد که بتوانند با سرعت‌های بالاتر کار کنند تا از کاربردهای نوظهور در LiDAR، حسگر سه‌بعدی و ارتباطات نوری پشتیبانی کنند. HIR26-21C/L423/TR8 با اندازه فشرده، عملکرد خوب و مطابقت با RoHS، نمایان‌گر یک راه‌حل جاافتاده برای کاربردهای سنتی و بسیاری از کاربردهای مدرن IR است که نیاز به یک منبع نور قابل اطمینان و نصب سطحی دارند.