دیتاشیت فنی کامل LED مادون قرمز زیرمینی‌اتوره IR26-21C/L447/CT - قطر 1.6 میلی‌متر - ولتاژ 1.3 ولت - توان 130 میلی‌وات - لنز شفاف

1. مرور محصول

IR26-21C/L447/CT یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز زیرمینی‌اتوره نصب سطحی (SMD) است. این قطعه در یک بسته فشرده دو سر، قالب‌گیری شده از پلاستیک شفاف با لنز دید بالا کروی قرار دارد. عملکرد اصلی این قطعه، انتشار نور مادون قرمز در طول موج اوج 940 نانومتر است که از نظر طیفی با فوتودتکتورها و فوتوترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون مطابقت دارد و آن را برای کاربردهای سنجشی ایده‌آل می‌کند.

این LED با استفاده از ماده تراشه GaAlAs (گالیوم آلومینیوم آرسنید) ساخته شده است. مزایای اصلی آن شامل ولتاژ مستقیم بسیار پایین، اندازه کوچک مناسب برای طراحی‌های محدود از نظر فضا و قابلیت اطمینان خوب است. این قطعه با مقررات کلیدی محیط‌زیستی مطابقت دارد، از جمله بدون سرب (Pb-free)، مطابق با RoHS، مطابق با REACH اتحادیه اروپا و بدون هالوژن، که معیارهای خاصی برای محتوای برم و کلر را برآورده می‌کند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه برای کار در محدوده‌های دقیق طراحی شده است تا طول عمر و قابلیت اطمینان را تضمین کند. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• جریان مستقیم پیوسته (I_F)): 65 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌تواند به طور پیوسته از LED عبور کند.
• ولتاژ معکوس (V_R)): 5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بالاتر از این می‌تواند پیوند نیمه‌هادی LED را خراب کند.
• دمای کار (T_opr)): 25- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیط برای عملکرد عادی.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg)): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای ذخیره قطعه در هنگام عدم استفاده.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol)): 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 5 ثانیه. این محدودیت پروفیل لحیم‌کاری ریفلو را تعریف می‌کند.
• توان تلف شده (P_d)): 130 میلی‌وات در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر. این حداکثر توانی است که بسته می‌تواند به صورت گرما دفع کند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند که یک نقطه کار معمول است.

• شدت تابشی (I_e)): 11 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل)، 18 میلی‌وات بر استرادیان (معمول). این میزان توان نوری منتشر شده در واحد زاویه فضایی (استرادیان) را اندازه‌گیری می‌کند. مقدار معمول نشان‌دهنده خروجی مورد انتظار است.
• طول موج اوج (λ_p)): 940 نانومتر (معمول). طول موجی که در آن LED بیشترین توان نوری را منتشر می‌کند. این در طیف مادون قرمز نزدیک است، برای چشم انسان نامرئی اما برای سنسورهای سیلیکونی بهینه است.
• پهنای باند طیفی (Δλ)): 55 نانومتر (معمول). محدوده طول موج‌های منتشر شده، که معمولاً در نصف شدت اوج (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM) اندازه‌گیری می‌شود.
• ولتاژ مستقیم (V_F)): 1.3 ولت (معمول)، 1.5 ولت (حداکثر). افت ولتاژ در دو سر LED هنگام کار در 20mA. ولتاژ پایین یک مزیت کارایی است.
• جریان معکوس (I_R)): 10 میکروآمپر (حداکثر) در بایاس معکوس 5 ولت. معیاری از نشتی پیوند در حالت خاموش.
• زاویه دید (2θ_1/2)): 25 درجه (معمول). گستره زاویه‌ای که در آن شدت تابشی حداقل نصف مقدار اوج خود است. این الگوی پرتو را تعریف می‌کند.

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 مجاز حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط را نشان می‌دهد. برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، جریان باید هنگام کار بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. منحنی معمولاً کاهش خطی را نشان می‌دهد که اهمیت مدیریت حرارتی در محیط‌های با دمای بالا را تأکید می‌کند.

3.2 توزیع طیفی

این نمودار شدت تابشی نسبی را در مقابل طول موج ترسیم می‌کند. به صورت بصری اوج در 940 نانومتر و پهنای باند طیفی تقریباً 55 نانومتر را تأیید می‌کند. شکل مشخصه LEDهای مادون قرمز GaAlAs است.

3.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این منحنی اساسی رابطه نمایی بین جریان و ولتاژ برای یک دیود را نشان می‌دهد. این به طراحی مدار درایور محدودکننده جریان کمک می‌کند. منحنی یک روشنایی تیز در حدود V_Fمعمول 1.3 ولت نشان خواهد داد.

3.4 شدت نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی خطی بودن (یا غیرخطی بودن بالقوه در جریان‌های بسیار بالا) خروجی نور نسبت به جریان درایو را نشان می‌دهد. برای بیشتر LEDها، این رابطه در محدوده کار توصیه شده نسبتاً خطی است و امکان کنترل ساده روشنایی از طریق مدولاسیون جریان را فراهم می‌کند.

3.5 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی الگوی تابش فضایی را تعریف می‌کند. برای این LED با لنز کروی، انتظار می‌رود الگو تقریباً لامبرتی (توزیع کسینوسی) یا کمی باریک‌تر باشد، حول محور عمود بر سطح ساطع‌کننده متمرکز شده است. زاویه دید 25 درجه از این منحنی استخراج شده است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته

این قطعه یک بسته SMD زیرمینی‌اتوره گرد با قطر بدنه 1.6 میلی‌متر است. نقشه‌های مکانیکی دقیق در دیتاشیت تمام ابعاد حیاتی از جمله ارتفاع کلی، فاصله پایه‌ها و هندسه لنز را ارائه می‌دهند. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

4.2 طرح پد و توصیه خمیر لحیم

یک طرح لند پیشنهادی (طرح پد) برای طراحی PCB به عنوان مرجع ارائه شده است. به طراحان توصیه می‌شود این طرح را بر اساس فرآیند تولید خاص و نیازمندی‌های قابلیت اطمینان خود اصلاح کنند. دیتاشیت ترکیب خمیر لحیم Sn/Ag3.0/Cu0.5 و ضخامت استنسیل 0.10 میلی‌متر را برای تشکیل اتصال لحیم بهینه توصیه می‌کند.

4.3 شناسایی قطبیت

بسته دارای طراحی دو سر است. قطبیت معمولاً با علامتی در سمت کاتد یا با یک ویژگی شکل خاص در بسته یا نوار نشان داده می‌شود. علامت دقیق باید در برابر نقشه ابعاد بسته تأیید شود.

4.4 ابعاد نوار حامل

LEDها در نوار حامل برجسته روی قرقره‌های 7 اینچی برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place عرضه می‌شوند. ابعاد نوار (اندازه جیب، گام و غیره) مشخص شده‌اند تا سازگاری با تجهیزات استاندارد مونتاژ SMD تضمین شود. هر قرقره حاوی 1500 قطعه است.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل دمای لحیم سرب توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل مرحله پیش‌گرم، دمای اوج که از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند و زمان بالای مایع (TAL) کنترل شده برای جلوگیری از آسیب حرارتی است. لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار روی یک قطعه انجام شود.

5.2 احتیاط‌های لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید نهایت دقت به کار رود. دمای نوک هویه باید زیر 350 درجه سانتی‌گراد باشد و زمان تماس برای هر ترمینال نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. یک هویه کم‌توان (≤25 وات) توصیه می‌شود، با فاصله حداقل 2 ثانیه بین لحیم‌کاری هر ترمینال تا اجازه خنک‌شدن داده شود.

5.3 ذخیره‌سازی و حساسیت رطوبتی

LEDها در یک کیسه ضد رطوبت بسته‌بندی شده‌اند. کیسه را تا زمان آمادگی برای استفاده باز نکنید. پس از باز کردن، قطعات استفاده نشده باید در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی (RH) ≤60% ذخیره شوند. "عمر مفید" پس از باز کردن 168 ساعت (7 روز) است. اگر این زمان تجاوز شود یا اگر نشانگر رطوبت (سیلیکاژل) اشباع را نشان دهد، قبل از استفاده نیاز به عملیات پخت در دمای 60±5 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت است تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

5.4 تعمیر و بازکاری

تعمیر پس از لحیم‌کاری به شدت توصیه نمی‌شود. در صورت اجتناب ناپذیر بودن، باید از یک هویه دو سر تخصصی برای گرم کردن همزمان هر دو ترمینال استفاده شود تا تنش حرارتی روی بسته پلاستیکی به حداقل برسد. پتانسیل آسیب به مشخصات LED در حین تعمیر باید از قبل ارزیابی شود.

6. پیشنهادات کاربردی

6.1 مدارهای کاربردی متداول

مهم‌ترین ملاحظه طراحی، محدود کردن جریان است. یک مقاومت سری خارجی اجباری است. به دلیل مشخصه نمایی I-V دیود، یک افزایش کوچک در ولتاژ می‌تواند باعث افزایش بزرگ و مخرب جریان شود. مقدار مقاومت (R) با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود: R = (V_supply- V_F) / I_F. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف I_Fمعادل 20mA با V_F~1.3V، R ≈ (5 - 1.3) / 0.02 = 185 اهم. یک مقاومت استاندارد 180Ω یا 200Ω مناسب خواهد بود.

6.2 ملاحظات طراحی

• گرم‌گیر: اگرچه کوچک است، تلفات توان (تا 130mW) باید در نظر گرفته شود، به ویژه در دمای محیط بالا یا در جریان‌های درایو بالاتر. مساحت کافی مس در اطراف پد‌های PCB می‌تواند به عنوان یک گرم‌گیر ساده عمل کند.
• هم‌ترازی نوری: زاویه دید 25 درجه نیاز به هم‌ترازی دقیق با فوتودتکتور جفت شده در طراحی‌های سنسور مانع یا بازتابی دارد تا قدرت سیگنال کافی تضمین شود.
• نویز الکتریکی: در مدارهای سنجش آنالوگ حساس، درایور LED باید از تقویت‌کننده‌های دتکتور حساس جدا شود تا از تداخل الکتریکی جلوگیری شود.

6.3 سناریوهای کاربردی رایج

• سنسورهای مادون قرمز نصب شده روی PCB: به عنوان منبع نور در سنسورهای مجاورتی، تشخیص شی و تاکومترها استفاده می‌شود.
• موانع نوری مینیاتوری / اپتواینتراپترهای شیاری: همراه با یک فوتوترانزیستور برای تشخیص اشیایی که پرتو نور را قطع می‌کنند، در پرینترها، انکودرها و دستگاه‌های فروش خودکار استفاده می‌شود.
• درایو فلاپی دیسک: در گذشته برای تشخیص Track-Zero و سنجش Write-Protect استفاده می‌شد.
• سوئیچ‌های اپتوالکترونیک: در سنسورهای بازتابی برای تشخیص حضور سطح یا کنتراست (مثلاً ربات‌های دنبال‌کننده خط).
• دتکتورهای دود: در دتکتورهای دود از نوع تاری‌سازی به کار می‌رود که ذرات دود یک پرتو مادون قرمز داخلی بین یک LED و یک فوتودیود را پراکنده یا مسدود می‌کنند.

7. مقایسه و تمایز فنی

IR26-21C/L447/CT جایگاه خاصی در بازار LEDهای مادون قرمز دارد. تمایزدهنده‌های اصلی آن، بسته گرد بسیار کوچک 1.6 میلی‌متری و ولتاژ مستقیم پایین آن است. در مقایسه با LEDهای مادون قرمز بزرگتر 3 میلی‌متری یا 5 میلی‌متری Through-Hole، امکان مینیاتوری‌سازی محصولات نهایی را فراهم می‌کند. در مقایسه با سایر LEDهای مادون قرمز SMD، لنز شفاف آن (برخلاف لنزهای رنگی یا پخش‌کننده) و طول موج خاص 940 نانومتری با تطابق خوب با سیلیکون، آن را برای حداکثر انتقال انرژی به گیرنده سیلیکونی بهینه کرده و نسبت سیگنال به نویز سیستم و برد را در کاربردهای سنجشی بهبود می‌بخشد. مطابقت با استانداردهای بدون هالوژن و RoHS تضمین می‌کند که با استانداردهای محیط‌زیستی مدرن برای تولید الکترونیک جهانی مطابقت دارد.

8. پرسش‌های متداول (FAQ)

8.1 چرا مقاومت محدودکننده جریان کاملاً ضروری است؟

یک LED یک قطعه جریان‌محور است، نه ولتاژ‌محور. ولتاژ مستقیم آن در محدوده وسیعی از جریان نسبتاً ثابت می‌ماند. بدون یک مقاومت سری، اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ سعی می‌کند جریانی را بکشد که تنها توسط مقاومت داخلی منبع و مقاومت دینامیک LED محدود می‌شود که بسیار کم است. این تقریباً مطمئناً از حداکثر جریان مستقیم (65mA) تجاوز کرده و LED را فوراً نابود می‌کند.

8.2 آیا می‌توانم این LED را با سیگنال PWM برای کنترل روشنایی راه‌اندازی کنم؟

بله، مدولاسیون عرض پالس (PWM) یک روش عالی برای کنترل شدت تابشی متوسط است. شما LED را در جریان نامی خود (مثلاً 20mA) در طول پالس‌های "روشن" راه‌اندازی می‌کنید. فرکانس باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده در سیستم سنجش جلوگیری شود (معمولاً >100 هرتز). مدار درایور (ترانزیستور/MOSFET) باید بتواند جریان اوج را تحمل کند.

8.3 تفاوت بین شدت تابشی (mW/sr) و شدت نورانی (mcd) چیست؟

شدت نورانی (اندازه‌گیری شده در کاندلا) با حساسیت چشم انسان (پاسخ فوتوپیک) وزن‌دهی می‌شود. از آنجایی که این یک LED مادون قرمز است که در 940 نانومتر منتشر می‌کند، جایی که چشم انسان حساسیت صفر دارد، شدت نورانی آن به طور مؤثر صفر است. شدت تابشی توان نوری واقعی منتشر شده در هر زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند که معیار مرتبط برای سنسورهای ماشین است.

8.4 چگونه "زاویه دید" 25 درجه را تفسیر کنم؟

زاویه دید (2θ_1/2= 25 درجه) به معنای گستره زاویه‌ای کل است که در آن شدت حداقل نصف مقدار اوج است. زاویه نیمه (θ_1/2) 12.5 درجه از محور مرکزی است. این یک پرتو نسبتاً باریک را تعریف می‌کند که انرژی مادون قرمز را برای برد بیشتر یا سنجش جهت‌دارتر در مقایسه با LEDهای با زوایای وسیع‌تر (مثلاً 60° یا 120°) متمرکز می‌کند.

9. اصل عملکرد

یک LED مادون قرمز یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به داخل پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار در ناحیه فعال نیمه‌هادی (ساخته شده از GaAlAs) بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در این ترکیب ماده خاص، انرژی مربوط به فوتون‌هایی در طیف مادون قرمز با طول موج اوج 940 نانومتر است. بسته اپوکسی شفاف هم به عنوان محفظه محافظ و هم به عنوان لنز برای شکل‌دهی الگوی تابش نور منتشر شده عمل می‌کند.

10. روندها و زمینه صنعت

تقاضا برای قطعات مادون قرمز مینیاتوری و با قابلیت اطمینان بالا، تحت تأثیر گسترش اینترنت اشیاء (IoT)، سنسورهای خانه هوشمند، اتوماسیون صنعتی و دستگاه‌های پوشیدنی، همچنان در حال رشد است. روندهای کلیدی مؤثر بر قطعاتی مانند IR26-21C/L447/CT شامل موارد زیر است:

• افزایش یکپارچه‌سازی: حرکت به سمت ماژول‌هایی که LED مادون قرمز، فوتودتکتور و مدارهای تنظیم سیگنال را در یک بسته واحد ترکیب می‌کنند.
• کارایی بالاتر: توسعه مداوم مواد نیمه‌هادی و طراحی تراشه برای دستیابی به خروجی تابشی بالاتر برای یک جریان ورودی معین، بهبود عمر باتری در دستگاه‌های قابل حمل.
• قابلیت اطمینان بهبودیافته: تمرکز بر بسته‌بندی مستحکم برای مقاومت در برابر دمای ریفلو بالاتر و شرایط محیطی سخت‌تر مورد نیاز کاربردهای خودرویی و صنعتی.
• استانداردسازی: رعایت استانداردهای جهانی محیط‌زیستی (RoHS, REACH, Halogen-Free) و تولیدی (MSL, Tape-and-Reel) اکنون یک نیاز پایه برای دسترسی به بازار جهانی است.

قطعاتی مانند این LED مادون قرمز زیرمینی‌اتوره، بلوک‌های سازنده اساسی هستند که سنجش غیرتماسی را ممکن می‌سازند، که یک فناوری حیاتی در این بخش‌های در حال تحول است.