برگه مشخصات ال ای دی مادون قرمز SMD مدل RE30AX - ابعاد 3.00x3.00x2.10mm - ولتاژ 1.7V - توان 0.9W - طول موج 850 نانومتر - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این مستند فنی جزئیات مشخصات و دستورالعمل‌های کاربردی یک دیود ساطع‌کننده نور (ال‌ایدی) مادون‌قرمز (IR) پرقدرت با فناوری سطح‌نصب را شرح می‌دهد. این قطعه در بستری از جنس EMC (ترکیب قالب‌گیری اپوکسی) قرار دارد که استحکام مکانیکی عالی، پایداری حرارتی و قابلیت اطمینان بالا را برای محیط‌های عملیاتی سخت فراهم می‌کند.

مزایای کلیدی:مزایای اصلی این قطعه شامل ابعاد فشرده SMD (3.0x3.0 میلی‌متر)، شار تابشی کل بالا و زاویه دید گسترده 100 درجه برای پوشش روشنایی وسیع است. این قطعه برای سازگاری با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری بی‌سرب رِفلو طراحی شده است.

بازار هدف:حوزه‌های اصلی کاربرد این ال‌ایدی مادون‌قرمز، سیستم‌های امنیتی و نظارتی است، جایی که به عنوان منبع نور نامرئی برای دوربین‌های دید در شب عمل می‌کند. همچنین برای سیستم‌های بینایی ماشین در اتوماسیون صنعتی بسیار مناسب است و امکان تشخیص و موقعیت‌یابی قابل اعتماد اجسام در شرایط نور کم را فراهم می‌آورد.

1.1 ابعاد بسته‌بندی

قطعه در یک بسته‌بندی مستطیلی فشرده با ابعاد طول 3.00 میلی‌متر، عرض 3.00 میلی‌متر و ارتفاع 2.10 میلی‌متر قرار دارد. تلرانس ابعادی معمولاً ±0.2 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. روی بسته‌بندی علامت مشخص قطبیت برای اطمینان از جهت‌دهی صحیح در حین مونتاژ برد مدار چاپی (PCB) تعبیه شده است. طرح زمین لحیم توصیه شده (فوت‌پرینت) برای تسهیل عملکرد حرارتی و الکتریکی بهینه و همچنین اتصال مکانیکی مطمئن به PCB ارائه شده است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش‌های زیر تفسیر دقیق و عینی‌ای از ویژگی‌های الکتریکی، نوری و حرارتی دستگاه ارائه می‌دهند.

2.1 مشخصه‌های الکتریکی و نوری

تمامی اندازه‌گیری‌ها در دمای استاندارد نقطه لحیم (Ts) برابر 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• ولتاژ بایاس مستقیم (V_F):در جریان بایاس مستقیم (I_F) معادل 500 میلی‌آمپر، افت ولتاژ معمول روی ال‌ایدی 1.7 ولت، با حداقل مقدار 1.4 ولت است. این ولتاژ بایاس مستقیم پایین به بازدهی بالاتر سیستم کمک می‌کند.
• طول موج پیک (λ_p):طول موج اصلی نور مادون‌قرمز منتشر شده 850 نانومتر است، که نزدیک به حداکثر حساسیت بسیاری از سنسورهای تصویر مبتنی بر سیلیکون بوده و در عین حال برای چشم انسان نامرئی است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):عرض طیفی در نصف حداکثر شدت، معمولاً 30 نانومتر است که خلوص نور مادون‌قرمز منتشر شده را تعریف می‌کند.
• شار تابشی کل (Φ_e):این پارامتر کل توان نوری خروجی را بر حسب میلی‌وات اندازه‌گیری می‌کند. در I_F= 500 میلی‌آمپر، مقدار معمول آن 350 میلی‌وات، با محدوده‌ای از 280 میلی‌وات (حداقل) تا 450 میلی‌وات (حداکثر) است.
• زاویه دید (2θ_1/2):زاویه‌ای که در آن شدت تابشی نصف حداکثر شدت است، برابر 100 درجه می‌باشد که الگوی پرتوی وسیعی ایجاد می‌کند.
• مقاومت حرارتی (R_θJ-S):مقاومت حرارتی اتصال به نقطه لحیم 16 درجه سلسیوس بر وات است. این مقدار برای محاسبه دمای اتصال در حین کار به منظور اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت بسیار حیاتی است.

2.2 مقادیر حداکثر مطلق

این‌ها حد تنش‌هایی هستند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدوده‌ها یا نزدیک به آن‌ها برای مدت‌زمان طولانی توصیه نمی‌شود.

• حداکثر تلفات توان (P_D):0.9 وات.
• حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F):500 میلی‌آمپر.
• حداکثر ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث شکست فوری شود.
• تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD):میزان تحمل بر اساس مدل بدن انسان (HBM) 2000 ولت است. رعایت روش‌های صحیح کنترل ESD الزامی است.
• محدوده‌های دمایی:دمای کار: 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. دمای ذخیره‌سازی: 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس.
• حداکثر دمای اتصال (T_J):105 درجه سلسیوس. جریان کار باید به گونه‌ای کاهش یابد (درِیت) که T_Jزیر این حد باقی بماند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 منحنی ولتاژ مستقیم در برابر جریان مستقیم (منحنی I-V)

منحنی I-V رابطه غیرخطی معمول دیودهای نیمه‌هادی را نشان می‌دهد. با افزایش جریان از 0 تا 600 میلی‌آمپر، ولتاژ بایاس مستقیم از حدود 1.3 ولت به 1.7 ولت افزایش می‌یابد. این منحنی برای انتخاب مدار محدودکننده جریان مناسب و درک تلفات توان ضروری است.

3.2 منحنی شدت نسبی در برابر جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که خروجی نوری (شدت نسبی) تقریباً به صورت خطی با افزایش جریان محرک تا حداکثر مقدار نامی افزایش می‌یابد. این رابطه قابل پیش‌بینی به طراحان اجازه می‌دهد تا روشنایی را با تنظیم جریان محرک کنترل کنند.

3.3 منحنی شدت نسبی در برابر دمای محیط

نمودار نشان‌دهنده کاهش خروجی نوری با افزایش دمای محیط است. از دمای 25 درجه سلسیوس تا 85 درجه سلسیوس، شدت نسبی به حدود 90-85٪ از مقدار آن در دمای اتاق کاهش می‌یابد. این افت حرارتی باید در طراحی‌ها برای عملکرد پایدار در کل محدوده دمای کاری در نظر گرفته شود.

3.4 طیف توزیع

نمودار طیفی، انتشار پیک در 850 نانومتر با پهنای باند نسبتاً باریک را تأیید می‌کند که در اطراف پیک پاسخ‌دهی معمول سنسورهای سیلیکونی متمرکز است. این شکل مشخصه ساختار ال‌ایدی مبتنی بر AlGaAs است.

3.5 الگوی تابش

نمودار قطبی، زاویه دید 100 درجه‌ای را به تصویر می‌کشد و یک الگوی انتشار نزدیک به لامبرت نشان می‌دهد که در آن شدت در سراسر مخروط دید مرکزی نسبتاً یکنواخت است و در زوایای بازتر کاهش می‌یابد.

3.6 منحنی دمای نقطه لحیم در برابر جریان مستقیم

این منحنی جفت‌شدگی حرارتی بین اتصال ال‌ایدی و نقطه لحیم آن را نشان می‌دهد. برای یک جریان مستقیم معین، دمای نقطه لحیم افزایش خواهد یافت. این داده‌ها، در ترکیب با مقاومت حرارتی، برای طراحی مدیریت حرارتی دقیق استفاده می‌شوند.

4. اطلاعات بسته‌بندی و مونتاژ SMT

4.1 مشخصات بسته‌بندی

محصول در بسته‌بندی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار SMT عرضه می‌شود. هر قرقره حاوی 3000 قطعه است. ابعاد نوار حامل (فاصله حفره‌ها، عرض، عمق) و ابعاد قرقره (قطر، اندازه مرکز) مطابق با استاندارد EIA است تا از سازگاری با تجهیزات استاندارد Pick-and-Place اطمینان حاصل شود.

4.2 دستورالعمل‌های لحیم‌کاری رِفلو SMT

این قطعه برای فرآیندهای لحیم‌کاری رِفلو بی‌سرب درجه‌بندی شده است. ملاحظات کلیدی عبارتند از:

• سطح حساسیت به رطوبت (MSL):سطح 3. در صورتی که بسته‌بندی باز شده و فراتر از عمر مفید مشخص شده در معرض شرایط محیطی قرار گرفته باشد، قطعات باید طبق استاندارد IPC/JEDEC پخته شوند.
• پارامترهای پروفایل:یک پروفایل استاندارد رِفلو بی‌سرب با دمای پیک حداکثر 260 درجه سلسیوس توصیه می‌شود. زمان بالای دمای مایع (معمولاً 217 درجه سلسیوس) باید کنترل شود تا تنش حرارتی روی بسته‌بندی EMC و تراشه نیمه‌هادی به حداقل برسد.
• ملاحظات جابجایی:از اعمال تنش مکانیکی روی بسته‌بندی اجتناب کنید. از نازل‌های وکیوم با اندازه مناسب استفاده کنید. محیط‌ها و تجهیزات کاری ایمن در برابر ESD را حفظ کنید.

5. کاربرد و توصیه‌های طراحی

5.1 سناریوهای کاربردی معمول

• دوربین‌های نظارتی و امنیتی:روشنایی پنهان برای قابلیت دید در شب در دوربین‌های مداربسته، دوربین‌های داشبورد و دوربین‌های درب را فراهم می‌کند.
• بینایی ماشین و اتوماسیون صنعتی:روشنایی یکنواختی برای بارکدخوان‌ها، سنسورهای نوری، راهنمایی ربات‌ها و سیستم‌های بازرسی کیفیت ایجاد می‌کند.
• سنسورهای بیومتریک:می‌تواند در ماژول‌های روشنایی IR برای سیستم‌های تشخیص چهره یا اسکن عنبیه استفاده شود.

5.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:با توجه به تلفات توان بالا (تا 0.9 وات)، خنک‌کنندگی موثر بسیار مهم است. از یک PCB با ویازهای حرارتی کافی در زیر پد ال‌ایدی که به صفحه زمین یا هیت‌سینک اختصاصی متصل است، استفاده کنید. دمای اتصال مورد انتظار را با استفاده از فرمول T_J= T_S+ (P_D* R_θJ-S) محاسبه کنید و اطمینان حاصل کنید که زیر 105 درجه سلسیوس باقی می‌ماند.
• مدار محرک:استفاده از درایور جریان ثابت به شدت به جای منبع ولتاژ ثابت توصیه می‌شود تا خروجی نوری پایدار تضمین شده و از فرار حرارتی جلوگیری شود. درایور باید قادر به تأمین جریان تا 500 میلی‌آمپر باشد.
• طراحی نوری:زاویه دید گسترده 100 درجه‌ای برای روشنایی عمومی سیلابی مناسب است. برای پرتوهای متمرکز، نیاز به اپتیک ثانویه (عدسی) خواهد بود.

5.3 تحلیل مقایسه‌ای

در مقایسه با ال‌ایدی‌های IR معمولی پایه‌دار (through-hole)، این نسخه SMD برای تولید مدرن مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد: ردپای کوچکتر، مناسب‌تر برای مونتاژ خودکار و عملکرد حرارتی بهتر به دلیل اتصال مستقیم به PCB. در مقایسه با سایر ال‌ایدی‌های IR نوع SMD، ترکیب خروجی 350 میلی‌واتی در 500 میلی‌آمپر و زاویه 100 درجه‌ای در یک بسته‌بندی 3.0x3.0 میلی‌متری، یک راه‌حل متعادل برای کاربردهای با خروجی بالا و پوشش وسیع ارائه می‌دهد.

6. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این ال‌ایدی را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، اما باید از یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. ولتاژ بایاس مستقیم معمول در 500 میلی‌آمپر 1.7 ولت است، بنابراین برای محدود کردن جریان از خط 3.3 ولت، نیاز به یک مقاومت سری یا مدار درایور اکتیو است.

س: چند ال‌ایدی را می‌توانم به صورت سری وصل کنم؟

ج: این به ولتاژ درایور شما بستگی دارد. برای یک درایور 12 ولتی، به طور نظری می‌توانید تا 7 ال‌ایدی را به صورت سری وصل کنید (12V / 1.7V ≈ 7). با این حال، باید تلرانس ولتاژ و حاشیه درایور را در نظر بگیرید. اتصال موازی ال‌ایدی‌ها بدون بالانس جریان فردی توصیه نمی‌شود.

س: عمر مفید مورد انتظار چقدر است؟

ج: عمر ال‌ایدی عمدتاً توسط دمای اتصال در حین کار تعیین می‌شود. هنگام کار در محدوده مقادیر حداکثر مطلق مشخص شده، به ویژه حفظ T_Jبه میزان قابل توجهی زیر 105 درجه سلسیوس، دستگاه می‌تواند به ده‌ها هزار ساعت عملیات دست یابد. دمای بالا افت شار نوری را تسریع می‌کند.

س: آیا روی دوربین نیاز به فیلتر IR است؟

ج: بیشتر دوربین‌های روزنه دارای فیلتر برش IR برای جلوگیری از اعوجاج رنگ هستند. برای دید در شب IR مؤثر، این فیلتر باید به طور مکانیکی کنار زده شود یا باید از دوربینی بدون فیلتر برش IR دائمی استفاده کرد.

7. اصول فنی و روندها

7.1 اصل عملکرد

یک ال‌ایدی مادون‌قرمز، یک دیود پیوند نیمه‌هادی p-n است. هنگامی که ولتاژ بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج این فوتون‌ها (در این مورد 850 نانومتر) توسط انرژی گاف باند مواد نیمه‌هادی مورد استفاده، که معمولاً برای این محدوده طول موج آلومینیوم گالیم آرسناید (AlGaAs) است، تعیین می‌شود.

7.2 روندهای صنعت

روند در ال‌ایدی‌های IR برای کاربردهای تصویربرداری، به سمت بازدهی بالاتر (میلی‌وات بیشتر در هر میلی‌آمپر)، اندازه بسته‌بندی کوچکتر برای آرایه‌های متراکم‌تر و قابلیت اطمینان بهبود یافته است. همچنین توسعه مداومی در زمینه طول‌موج‌های بهینه‌شده برای انواع خاص سنسورها و کاربردهایی که نیاز به ایمنی چشم دارند در جریان است. ادغام درایور IC با ال‌ایدی در یک بسته واحد، روند رو به رشد دیگری برای ساده‌سازی طراحی سیستم است.