دیتاشیت فنی LED مادون قرمز HIR16-213C/L423/TR8 - بسته‌بندی SMD - طول موج اوج 850 نانومتر - زاویه دید 145 درجه

1. مرور کلی محصول

HIR16-213C/L423/TR8 یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IR) با قابلیت اطمینان بالا و از نوع نصب سطحی مینیاتوری (SMD) است. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده که به یک منبع مادون قرمز فشرده و کارآمد نیاز دارند و با فرآیندهای مونتاژ خودکار مدرن سازگار است. قطعه در اپوکسی شفاف قالب‌گیری شده که بسته‌بندی مستحکمی فراهم کرده و در عین حال انتقال بهینه نور مادون قرمز را ممکن می‌سازد.

مزایای اصلی:مزایای اصلی این قطعه شامل ابعاد کوچک بسته‌بندی دو سر، قابلیت اطمینان بالا و مطابقت کامل با مقررات زیست‌محیطی مانند RoHS، EU REACH و الزامات بدون هالوژن (Br <900 ppm، Cl <900 ppm، Br+Cl < 1500 ppm) است. این قطعه به طور خاص از نظر طیفی با فوتودیودها و فوتوترانزیستورهای سیلیکونی هماهنگ شده و برای سیستم‌های سنجش ایده‌آل است.

بازار هدف و کاربردها:این LED مادون قرمز برای طراحان و سازندگان سیستم‌های الکترونیکی که به عملکرد مادون قرمز نیاز دارند، هدف‌گیری شده است. حوزه‌های کلیدی کاربرد شامل سنسورهای مادون قرمز نصب‌شده روی PCB برای تشخیص مجاورت یا شیء، واحدهای کنترل از راه‌دور مادون قرمز که به شدت تابشی بالاتر نیاز دارند، انواع مختلف اسکنرهای نوری و سایر سیستم‌های کاربردی مادون قرمز می‌شود.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 محدودیت‌های مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد خارج از این محدودیت‌ها توصیه نمی‌شود.

• جریان مستقیم پیوسته (I_F):50 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور پیوسته اعمال کرد.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست اتصال دیود شود.
• دمای کار و نگهداری (T_opr, T_stg):40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. این محدوده وسیع، مناسب بودن برای محیط‌های صنعتی و خودرویی را تضمین می‌کند.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 5 ثانیه، سازگار با پروفیل‌های ریفلو بدون سرب.
• توان تلف شده (P_c):100 میلی‌وات در دمای محیط 25 درجه سلسیوس یا کمتر. در دماهای بالاتر، کاهش رتبه (دری‌ریتینگ) ضروری است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت تابشی (I_E):مقدار معمول 1.50 میلی‌وات بر استرادیان، با حداقل 0.50 میلی‌وات بر استرادیان. این پارامتر توان نوری ساطع شده در هر واحد زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند.
• طول موج اوج (λ_p):850 نانومتر (معمول)، در محدوده 840 تا 870 نانومتر. این طول موج برای آشکارسازهای مبتنی بر سیلیکون نزدیک بهینه است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):معمولاً 30 نانومتر. این پارامتر عرض طیفی در نصف حداکثر شدت را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 1.45 ولت، با حداکثر 1.65 ولت در I_F=20mA. در جریان پالسی 100mA (عرض پالس ≤100μs، چرخه کاری ≤1%)، V_Fحداکثر به 2.00 ولت افزایش می‌یابد.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R=5V، که نشان‌دهنده کیفیت خوب اتصال است.
• زاویه دید (2θ_1/2):145 درجه (معمول). این زاویه دید بسیار باز، مشخصه طراحی لنز است و تابش گسترده‌ای فراهم می‌کند.

3. توضیح سیستم درجه‌بندی (بینینگ)

این قطعه در رتبه‌های عملکردی مختلف، عمدتاً بر اساس شدت تابشی، موجود است. این امکان را به طراحان می‌دهد تا درجه‌ای متناسب با نیازهای خاص حساسیت یا برد خود انتخاب کنند.

• رتبه F:شدت تابشی بین 0.50 تا 1.50 mW/sr در I_F=20mA.
• رتبه G:شدت تابشی بین 1.00 تا 2.50 mW/sr.
• رتبه H:شدت تابشی بین 2.00 تا 3.50 mW/sr.
• رتبه J:شدت تابشی بین 3.00 تا 4.50 mW/sr.

در پیشنهاد استاندارد، درجه‌بندی مشخصی برای ولتاژ مستقیم یا طول موج اوج نشان داده نشده است، اگرچه این پارامترها مقادیر حداقل/معمول/حداکثر مشخصی دارند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 شدت تابشی در مقابل جریان مستقیم

نمودار ارائه شده یک رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد. شدت تابشی با افزایش جریان مستقیم افزایش می‌یابد اما در نهایت به دلیل محدودیت‌های حرارتی و بازدهی اشباع می‌شود. این منحنی برای تعیین جریان کاری مورد نیاز برای دستیابی به خروجی نوری مطلوب ضروری است.

4.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

این منحنی جریان-ولتاژ، مشخصه نمایی استاندارد یک دیود را نشان می‌دهد. مقدار معمول V_Fبرابر 1.45V در 20mA یک پارامتر کلیدی برای طراحی مدار راه‌انداز (مثلاً محاسبه مقاومت سری) است.

4.3 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

منحنی کاهش رتبه نشان می‌دهد که حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. این موضوع برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت، به ویژه در کاربردهای با دمای بالا، حیاتی است. این قطعه نمی‌تواند در کل محدوده دمایی با حداکثر رتبه 50mA خود کار کند.

4.4 توزیع طیفی

خروجی طیفی حول 850nm متمرکز شده و پهنای باند معمولی آن 30nm است. این با منطقه حداکثر پاسخ‌دهی فوتودتکتورهای سیلیکونی رایج مطابقت دارد و نسبت سیگنال به نویز سیستم را به حداکثر می‌رساند.

4.5 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

نمودار قطبی زاویه دید 145 درجه را تأیید می‌کند، جایی که شدت در ±72.5 درجه از محور مرکزی به نصف مقدار اوج خود کاهش می‌یابد. الگوی تابش نزدیک به لامبرتی به نظر می‌رسد که برای روشنایی منطقه گسترده مناسب است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

این قطعه از بسته‌بندی SMD فشرده "مینی‌توپ" استفاده می‌کند. نکات کلیدی ابعادی از دیتاشیت شامل موارد زیر است:

• همه ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند.
• تلرانس استاندارد برای ابعاد نامشخص ±0.1mm است.
• بسته‌بندی دارای طراحی دو سر برای پایداری مکانیکی در حین لحیم‌کاری است.
• لنز اپوکسی شفاف آب، جزئی جدایی‌ناپذیر از بدنه بسته‌بندی است.

شناسایی قطبیت:کاتد معمولاً روی بسته‌بندی علامت‌گذاری شده است، اغلب با یک نقطه سبز، یک شکاف یا یک پایه کوتاه‌تر. برای اطلاع از طرح علامت‌گذاری دقیق باید به نمودار دیتاشیت مراجعه کرد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 نگهداری و حساسیت به رطوبت

این قطعه به رطوبت حساس است (MSL). اقدامات احتیاطی حیاتی هستند:

• کیسه ضد رطوبت را تا زمان آمادگی برای استفاده باز نکنید.
• نگهداری قبل از باز کردن: ≤30°C / ≤90% رطوبت نسبی. ظرف 1 سال استفاده شود.
• نگهداری پس از باز کردن: ≤30°C / ≤60% رطوبت نسبی. ظرف 168 ساعت (7 روز) استفاده شود.
• اگر زمان نگهداری بیش از حد باشد یا ماده خشک‌کن نشان‌دهنده رطوبت باشد، قبل از ریفلو، پخت در دمای 60±5°C به مدت حداقل 24 ساعت مورد نیاز است.

6.2 لحیم‌کاری ریفلو

این قطعه با فرآیندهای ریفلو مادون قرمز و فاز بخار سازگار است.

• یک پروفیل دمایی بدون سرب با اوج 260°C مشخص شده است.
• ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود.
• از اعمال تنش مکانیکی روی بسته‌بندی در حین گرمایش و سرمایش خودداری کنید.
• پس از لحیم‌کاری، PCB را تاب ندهید.

6.3 لحیم‌کاری دستی و تعمیر

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی:

• از هویه با دمای نوک <350°C استفاده کنید.
• زمان تماس را به ≤3 ثانیه برای هر پایانه محدود کنید.
• از هویه با توان ≤25W استفاده کنید.
• بین پایانه‌ها یک فاصله خنک‌کننده >2 ثانیه در نظر بگیرید.
• برای تعمیر، استفاده از هویه دو سر برای گرم کردن همزمان هر دو پایانه و جلوگیری از آسیب به بسته‌بندی توصیه می‌شود. پس از هر تعمیر، همیشه عملکرد قطعه را تأیید کنید.

6.4 محافظت مدار

نکته حیاتی:باید از یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی به صورت سری با LED استفاده شود. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است، به این معنی که اگر به درستی کنترل نشود، جریان می‌تواند به صورت فراری افزایش یابد. افزایش جزئی در ولتاژ می‌تواند باعث تغییر بزرگ در جریان شده و منجر به سوختن فوری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

این قطعه در نوار حامل 8 میلی‌متری روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ عرضه می‌شود. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. ابعاد نوار حامل، سازگاری با تجهیزات استاندارد برداشت و قراردادن SMD را تضمین می‌کند.

7.2 روش بسته‌بندی و برچسب‌ها

قرقره‌ها در کیسه‌های ضد رطوبت آلومینیومی همراه با ماده خشک‌کن بسته‌بندی می‌شوند. برچسب‌های روی کیسه شامل اطلاعات حیاتی برای ردیابی و کاربرد صحیح است:

• CPN (شماره قطعه مشتری)
• P/N (شماره قطعه تولید: HIR16-213C/L423/TR8)
• QTY (تعداد)
• CAT (کد رتبه/بین، مثلاً F، G، H، J)
• HUE (طول موج اوج)
• LOT No. (شماره دسته ساخت)
• مبدا تولید

7.3 راهنمای انتخاب قطعه

شماره مدل HIR16-213C/L423/TR8 به شرح زیر رمزگشایی می‌شود: جنس چیپ AlGaAs (آلومینیوم گالیم آرسنید) و رنگ لنز شفاف آب است. پسوند "TR8" نشان‌دهنده بسته‌بندی نوار و قرقره 8 میلی‌متری است.

8. پیشنهادات طراحی کاربرد

8.1 مدارهای کاربرد معمول

در یک مدار راه‌انداز معمول، LED به صورت سری با یک مقاومت محدودکننده جریان به منبع ولتاژ (V_CC) متصل می‌شود. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_CC- V_F) / I_F. به عنوان مثال، با V_CC=5V، V_F=1.45V و I_F=20mA، R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 Ω. یک مقاومت استاندارد 180 Ω مناسب خواهد بود. برای کار پالسی در جریان‌های بالاتر (مثلاً 100mA)، اطمینان حاصل کنید که درایور (اغلب یک ترانزیستور) می‌تواند جریان اوج را تحمل کند و چرخه کاری بسیار کم نگه داشته شود (≤1%) تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.

8.2 ملاحظات طراحی اپتیکال

زاویه دید باز 145 درجه، این LED را برای کاربردهایی که به روشنایی گسترده و منتشر نیاز دارند، مانند سنسورهای مجاورتی که باید منطقه وسیعی را پوشش دهند، عالی می‌کند. برای کاربردهای برد بلندتر یا جهت‌دارتر، ممکن است به اپتیک ثانویه (لنز) برای موازی کردن پرتو نیاز باشد. لنز شفاف آب برای انتقال نور نزدیک مادون قرمز با حداقل جذب بهینه است.

8.3 مدیریت حرارتی

اگرچه بسته‌بندی کوچک است، اما تلفات توان باید در نظر گرفته شود، به ویژه در جریان‌های بالاتر یا در دمای محیط بالا. اطمینان حاصل کنید که طرح پد PCB تخلیه حرارتی کافی را فراهم می‌کند و حداکثر دمای اتصال تجاوز نمی‌کند. منحنی کاهش رتبه جریان مستقیم در مقابل دما راهنمای اصلی است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مادون قرمز استاندارد 5mm یا 3mm از نوع ترو-هول، این قطعه SMD مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:

• اندازه و اتوماسیون:بسته‌بندی SMD مینیاتوری امکان طراحی PCB کوچکتر را فراهم کرده و کاملاً با برداشت و قراردادن خودکار پرسرعت و لحیم‌کاری ریفلو سازگار است که هزینه مونتاژ را کاهش می‌دهد.
• زاویه دید:زاویه دید 145 درجه برای یک LED مادون قرمز SMD به طور استثنایی باز است و پوشش یکنواخت‌تری نسبت به بسیاری از رقبا با پرتوهای باریک‌تر فراهم می‌کند.
• مطابقت:مطابقت کامل با استانداردهای RoHS، REACH و بدون هالوژن، یک عامل تمایز کلیدی برای محصولاتی است که بازارهای جهانی با مقررات زیست‌محیطی سخت را هدف قرار می‌دهند.
• هماهنگی طیفی:اوج 850nm به عمد با آشکارسازهای سیلیکونی هماهنگ شده است، ویژگی‌ای که ممکن است در همه LEDهای مادون قرمز عمومی بهینه نشده باشد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 تفاوت بین شدت تابشی (mW/sr) و توان تابشی (mW) چیست؟

شدت تابشی، توان نوری ساطع شده در هر واحد زاویه فضایی (استرادیان) است. توان تابشی، کل توان نوری ساطع شده در همه جهات است. برای یک LED با شدت و الگوی زاویه دید مشخص، توان کل را می‌توان با انتگرال‌گیری شدت بر روی کل کره تابش محاسبه کرد. دیتاشیت شدت را ارائه می‌دهد که برای محاسبه تابندگی روی یک آشکارساز در فاصله و زاویه خاص مفیدتر است.

10.2 آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته با جریان 50 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

تنها در صورتی می‌توانید آن را با جریان DC 50mA راه‌اندازی کنید که دمای محیط در 25 درجه سلسیوس یا کمتر باشد و مدیریت حرارتی مناسبی داشته باشید. منحنی کاهش رتبه نشان می‌دهد که حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دما کاهش می‌یابد. برای عملکرد قابل اطمینان در کل محدوده دمایی، جریان کمتر یا کار پالسی توصیه می‌شود.

10.3 چرا استفاده از مقاومت محدودکننده جریان کاملاً ضروری است؟

LEDها قطعات جریان‌محور هستند، نه ولتاژ‌محور. منحنی جریان-ولتاژ آنها بسیار شیب دار است. افزایش کوچک در ولتاژ مستقیم (به دلیل دما یا تغییرات منبع تغذیه) می‌تواند باعث افزایش بسیار زیاد و بالقوه مخرب جریان شود. مقاومت سری، فیدبک منفی ارائه می‌دهد و نقطه کار را پایدار می‌کند.

10.4 چگونه کد "رتبه" (F, G, H, J) را تفسیر کنم؟

رتبه یک کد درجه‌بندی برای شدت تابشی است. این امکان را به شما می‌دهد تا قطعه‌ای با حداقل خروجی نوری تضمین شده برای کاربرد خود انتخاب کنید. به عنوان مثال، اگر سنسور شما حداقل به 2.0 mW/sr نیاز دارد، باید رتبه H یا J را مشخص کنید. استفاده از رتبه پایین‌تر (F یا G) ممکن است منجر به قطعه‌ای شود که نیازهای حساسیت سیستم شما را برآورده نمی‌کند.

11. مثال کاربردی عملی

مورد طراحی: سنسور مجاورتی ساده

هدف:تشخیص زمانی که یک شیء در فاصله 10 سانتی‌متری سنسور قرار می‌گیرد.

طراحی:LED مادون قرمز HIR16-213C/L423/TR8 و یک فوتوترانزیستور سیلیکونی متناسب را در کنار هم روی یک PCB قرار دهید، به طوری که هر دو به یک جهت نگاه کنند. LED را با جریان ثابت 20mA (با استفاده از مقاومت سری محاسبه شده) راه‌اندازی کنید. وقتی هیچ شیء‌ای وجود ندارد، پرتوهای مادون قرمز دور می‌شوند و فوتوترانزیستور نور بازتابی بسیار کمی می‌بیند. وقتی یک شیء وارد منطقه تشخیص می‌شود، مقداری نور مادون قرمز به فوتوترانزیستور بازتاب می‌یابد و باعث افزایش جریان کلکتور آن می‌شود. این تغییر جریان را می‌توان توسط یک مقایسه‌گر تقویت و به سیگنال دیجیتال تبدیل کرد.

منطق انتخاب قطعه:زاویه دید باز 145 درجه LED، میدان تشخیص گسترده‌ای را تضمین می‌کند. طول موج 850nm حداکثر پاسخ‌دهی از فوتوترانزیستور را تضمین می‌کند. انتخاب یک LED با رتبه H یا J، شدت تابشی بالاتری فراهم کرده و مقدار نور بازتابی و به طور بالقوه برد یا قابلیت اطمینان تشخیص را افزایش می‌دهد.

محاسبات کلیدی:مقدار مقاومت راه‌انداز (همانطور که در بخش 8.1 محاسبه شد). سطح سیگنال مورد انتظار در فوتوترانزیستور به بازتابندگی شیء بستگی دارد و برای تنظیم صحیح آستانه مقایسه‌گر باید به صورت تجربی مشخص شود.

12. اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از نیمه‌هادی نوع n و حفره‌ها از نیمه‌هادی نوع p به داخل پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار در منطقه فعال (چیپ AlGaAs در این مورد) بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. ترکیب ماده خاص (AlGaAs) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج فوتون‌های ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، در طیف نزدیک مادون قرمز حدود 850 نانومتر. بسته‌بندی اپوکسی شفاف آب، چیپ را محصور کرده، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و به عنوان یک لنز اولیه برای شکل‌دهی به توزیع زاویه‌ای نور ساطع شده عمل می‌کند.

13. روندهای فناوری

فناوری LED مادون قرمز در کنار روندهای گسترده‌تر اپتوالکترونیک همچنان در حال تکامل است. جهت‌گیری‌های کلیدی شامل موارد زیر است:

• افزایش بازده:توسعه مواد نیمه‌هادی جدید و ساختارهای اپی‌تاکسیال با هدف تولید توان نوری بیشتر (شدت تابشی بالاتر) برای همان ورودی الکتریکی، کاهش مصرف برق و تولید گرمای سیستم.
• مینیاتوری‌سازی:تلاش برای کوچک‌تر کردن لوازم الکترونیکی مصرفی و دستگاه‌های اینترنت اشیا، فشار برای دستیابی به ابعاد بسته‌بندی حتی کوچک‌تر در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود می‌یابد را افزایش می‌دهد.
• راه‌حل‌های یکپارچه:روندی به سمت ترکیب فرستنده IR، آشکارساز و گاهی منطق کنترل در یک ماژول یا بسته واحد وجود دارد که طراحی را ساده کرده و عملکرد را برای کاربردهای خاص مانند سنجش حرکت یا تصویربرداری سه‌بعدی فعال بهبود می‌بخشد.
• تنوع طول موج:در حالی که 850nm و 940nm رایج هستند، طول موج‌های دیگری نیز برای کاربردهای تخصصی، مانند طیف‌سنجی یا سیستم‌های ایمن برای چشم، در حال توسعه هستند.
• افزایش قابلیت اطمینان و مطابقت:با سخت‌تر شدن مقررات و افزایش طول عمر محصولات، تمرکز بر بسته‌بندی مستحکم، بهبود مقاومت در برابر رطوبت و تضمین مطابقت با استانداردهای جهانی زیست‌محیطی و ایمنی همچنان از اهمیت بالایی برخوردار است.

اطلاعیه سلب مسئولیت:اطلاعات ارائه شده در اینجا از محتوای فنی دیتاشیت ارائه شده استخراج شده و نمایانگر آن است. مقادیر معمول تضمین نشده‌اند. طراحان باید برای اطلاع از محدودیت‌های مطلق و دستورالعمل‌های کاربرد، به دیتاشیت رسمی مراجعه کنند. سازنده هیچ مسئولیتی در قبال خسارات ناشی از استفاده خارج از شرایط مشخص شده نمی‌پذیرد. همه مشخصات ممکن است توسط سازنده تغییر کند.