IR25-21C/TR8 रिवर्स पैकेज इन्फ्रारेड LED डेटाशीट - SMD पैकेज - GaAlAs चिप - वॉटर क्लियर लेंस - अंग्रेजी तकनीकी दस्तावेज

1. उत्पाद अवलोकन

IR25-21C/TR8 एक मिनिएचर सरफेस-माउंट डिवाइस (SMD) इन्फ्रारेड एमिटिंग डायोड है। इसमें वाटर-क्लियर प्लास्टिक में ढले गए रिवर्स पैकेज डिज़ाइन की विशेषता है, जिसके शीर्ष पर एक गोलाकार लेंस है। इस घटक का प्राथमिक कार्य इन्फ्रारेड प्रकाश उत्सर्जित करना है, और इसका स्पेक्ट्रल आउटपुट विशेष रूप से सिलिकॉन फोटोडायोड और फोटोट्रांजिस्टर से मेल खाता है, जो इसे विभिन्न संवेदन अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श स्रोत बनाता है।

इस LED के प्रमुख लाभों में इसका कॉम्पैक्ट डबल-एंडेड पैकेज शामिल है, जो PCB माउंटिंग और सीमित स्थान वाले डिज़ाइनों में एकीकरण को सुविधाजनक बनाता है। यह कम फॉरवर्ड वोल्टेज पर कार्य करता है, जो ऊर्जा दक्षता में योगदान देता है। यह डिवाइस प्रमुख पर्यावरणीय और सुरक्षा मानकों का अनुपालन करता है, जिसमें RoHS, EU REACH शामिल हैं, और हैलोजन-मुक्त है, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक विनिर्माण के लिए इसकी उपयुक्तता सुनिश्चित करता है।

1.1 डिवाइस चयन मार्गदर्शिका

IR25-21C/TR8 इन्फ्रारेड (IR) एलईडी श्रेणी से संबंधित है। यह गैलियम एल्यूमीनियम आर्सेनाइड (GaAlAs) चिप सामग्री का उपयोग करता है, जो कुशल इन्फ्रारेड उत्सर्जन के लिए जानी जाती है। लेंस वाटर-क्लियर है, जो रंग फ़िल्टरिंग के बिना इन्फ्रारेड प्रकाश के अधिकतम संचरण की अनुमति देता है।

2. तकनीकी विशिष्टताएँ और वस्तुनिष्ठ व्याख्या

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग्स

डिवाइस की परिचालन सीमाएँ मानक परिवेश तापमान (Ta=25°C) के तहत परिभाषित की गई हैं। इन रेटिंग्स से अधिक होने पर स्थायी क्षति हो सकती है।

• Forward Current (I_F): 100 mA - एलईडी के माध्यम से अनुमत अधिकतम निरंतर धारा।
• रिवर्स वोल्टेज (V_R): 5 V - रिवर्स दिशा में लागू किया जा सकने वाला अधिकतम वोल्टेज।
• पावर डिसिपेशन (P_d): 120 mW - पैकेज द्वारा ऊष्मा के रूप में विसर्जित की जा सकने वाली अधिकतम शक्ति।
• Operating Temperature (T_opr): -40°C to +85°C - विश्वसनीय संचालन के लिए परिवेशी तापमान सीमा।
• भंडारण तापमान (T_stg): -40°C से +85°C - डिवाइस को बिना पावर किए स्टोर करने के लिए सुरक्षित तापमान सीमा।
• सोल्डरिंग तापमान (T_s): 260°C अधिकतम 5 सेकंड - रीफ्लो सोल्डरिंग के दौरान एलईडी जिस शिखर तापमान और अवधि को सहन कर सकती है।

2.2 Electro-Optical Characteristics

ये पैरामीटर Ta=25°C पर मापे गए हैं और एलईडी के विशिष्ट प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• Radiant Intensity (I_e): 40 mW/sr (Min) @ I_F=20 mA - This is the optical power output per unit solid angle, a key measure of brightness for directional sources like LEDs.
• Peak Wavelength (λ_p): 940 nm (Typ.) - The wavelength at which the LED emits the most optical power. This aligns well with the peak sensitivity of common silicon photodetectors.
• Spectral Bandwidth (Δλ): 50 nm (Typ.) - शिखर तीव्रता के आधे पर मापी गई उत्सर्जित तरंगदैर्ध्य की सीमा (पूर्ण चौड़ाई आधी अधिकतम पर)।
• Forward Voltage (V_F): 1.5 V (Typ.) @ I_F=20 mA - निर्दिष्ट धारा पर संचालित होने पर LED के पार वोल्टेज ड्रॉप। यह कम मान कम वोल्टेज सर्किट के लिए लाभकारी है।
• Viewing Angle (2θ_1/2): ±20° (Typ.) - वह कोणीय विस्तार जहाँ विकिरण तीव्रता शिखर तीव्रता की कम से कम आधी होती है। यह बीम की चौड़ाई को परिभाषित करता है।

3. Performance Curve Analysis

The datasheet provides several graphs illustrating the device's behavior under different conditions.

3.1 Forward Current vs. Ambient Temperature

Figure 1 shows the derating of the maximum allowable forward current as ambient temperature increases. To prevent overheating, the current must be reduced when operating above 25°C. This curve is critical for thermal management design.

3.2 स्पेक्ट्रल डिस्ट्रीब्यूशन

चित्र 2 तरंगदैर्ध्य के विरुद्ध सापेक्ष तीव्रता को दर्शाता है, जो लगभग 940 nm पर शिखर और ~50 nm बैंडविड्थ की पुष्टि करता है। सिलिकॉन डिटेक्टर प्रतिसादशीलता (जो लगभग 900-1000 nm के आसपास शिखर पर होती है) के साथ यह मेल सेंसर प्रणालियों में सिग्नल शक्ति को अधिकतम करता है।

3.3 रिलेटिव इंटेंसिटी बनाम फॉरवर्ड करंट

चित्र 3 प्रकाशिक आउटपुट और ड्राइव धारा के बीच संबंध को प्रदर्शित करता है। आउटपुट धारा के साथ बढ़ता है, लेकिन अत्यधिक उच्च धाराओं पर तापन और दक्षता में गिरावट के कारण उप-रैखिक हो सकता है। अनुशंसित सीमा के भीतर संचालन स्थिर प्रदर्शन सुनिश्चित करता है।

3.4 Forward Current vs. Forward Voltage

Figure 4 I-V विशेषता वक्र है। यह एक डायोड की विशिष्ट घातांकीय संबंध को दर्शाता है। वक्र एक करंट-सीमित रोकनेवाला या स्थिर-धारा ड्राइवर के उपयोग के महत्व को उजागर करता है, क्योंकि घुटने के बिंदु से आगे वोल्टेज में थोड़ी सी वृद्धि करंट में बड़ी, संभावित रूप से विनाशकारी, वृद्धि का कारण बनती है।

3.5 कोणीय विस्थापन

चित्र 5 केंद्रीय अक्ष से कोण के विरुद्ध सापेक्ष दीप्त तीव्रता को आलेखित करता है, जो स्थानिक उत्सर्जन पैटर्न (लैम्बर्टियन या अन्यथा) को परिभाषित करता है। यह प्रकाशीय डिजाइन के लिए आवश्यक है, जो यह निर्धारित करता है कि लक्ष्य क्षेत्र में प्रकाश कैसे वितरित होता है।

4. यांत्रिक और पैकेजिंग जानकारी

4.1 Package Dimensions

LED का एक कॉम्पैक्ट SMD फुटप्रिंट है। मुख्य आयामों में लगभग 2.0mm x 1.25mm का बॉडी आकार शामिल है, जिसकी ऊंचाई लगभग 0.8mm है। विस्तृत चित्र पैड लेआउट, टर्मिनल स्पेसिंग और लेंस ज्योमेट्री निर्दिष्ट करते हैं। सहनशीलता आमतौर पर ±0.1mm होती है, जब तक कि अन्यथा नोट न किया गया हो। PCB डिजाइन के लिए एक सुझाया गया लैंड पैटर्न (पैड लेआउट) प्रदान किया गया है, लेकिन इसे विशिष्ट विनिर्माण प्रक्रियाओं और थर्मल आवश्यकताओं के आधार पर अनुकूलित किया जाना चाहिए।

4.2 Polarity Identification

घटक में रिवर्स पैकेज होता है। पोलैरिटी बॉडी पर एक निशान या पैकेज फुटप्रिंट के आकार से दर्शाई जाती है। सर्किट के संचालन के लिए सही ओरिएंटेशन महत्वपूर्ण है।

4.3 कैरियर टेपिंग आयाम

डिवाइस 7 इंच व्यास के रील पर लपेटे गए 8 मिमी चौड़े उभरे हुए कैरियर टेप पर आपूर्ति की जाती है। टेप पिच और पॉकेट आयाम स्वचालित पिक-एंड-प्लेस असेंबली उपकरण के साथ संगतता सुनिश्चित करने के लिए निर्दिष्ट हैं। प्रत्येक रील में 2000 टुकड़े होते हैं।

5. Soldering and Assembly Guidelines

5.1 Storage and Handling

एलईडी नमी-संवेदनशील (MSL) हैं। बिना खोले नमी अवरोध बैग को 30°C और 90% RH से नीचे संग्रहीत किया जाना चाहिए। एक बार खोलने के बाद, ≤60% RH पर संग्रहीत करने पर "फ्लोर लाइफ" 168 घंटे (7 दिन) होती है। इससे अधिक होने पर सोल्डरिंग के दौरान "पॉपकॉर्निंग" क्षति को रोकने के लिए रीफ्लो से पहले बेकिंग (उदाहरण के लिए, 60°C पर 96 घंटे) की आवश्यकता होती है।

5.2 रीफ्लो सोल्डरिंग प्रोफाइल

एक लीड-फ्री (Pb-free) रीफ्लो तापमान प्रोफाइल की सिफारिश की जाती है। मुख्य पैरामीटर में प्रीहीट ज़ोन, एक क्रमिक तापमान वृद्धि, 5 सेकंड के अधिकतम समय के लिए 260°C से अधिक न होने वाला चरम तापमान, और एक नियंत्रित कूलिंग चरण शामिल हैं। एक ही डिवाइस पर दो बार से अधिक रीफ्लो नहीं किया जाना चाहिए।

5.3 हैंड सोल्डरिंग और रीवर्क

यदि मैन्युअल सोल्डरिंग आवश्यक हो, तो 350°C से कम टिप तापमान और 25W से कम शक्ति वाले सोल्डरिंग आयरन का उपयोग किया जाना चाहिए। प्रति टर्मिनल संपर्क समय 3 सेकंड से कम होना चाहिए। रीवर्क के लिए, दोनों टर्मिनलों को एक साथ गर्म करने और यांत्रिक तनाव से बचने के लिए दोहरे सिरे वाले सोल्डरिंग आयरन का सुझाव दिया जाता है। किसी भी रीवर्क के बाद डिवाइस विशेषताओं पर प्रभाव की जांच की जानी चाहिए।

5.4 महत्वपूर्ण सावधानियाँ

• Current Protection: An external series resistor is mandatory to limit forward current. The steep I-V curve means minor voltage fluctuations can cause catastrophic overcurrent.
• Mechanical Stress: Avoid applying force to the LED body during or after soldering. Do not bend the PCB in the vicinity of the mounted LED.

6. अनुप्रयोग सुझाव और डिज़ाइन विचार

6.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

• PCB-Mounted Infrared Sensors: प्रॉक्सिमिटी सेंसर, ऑब्जेक्ट डिटेक्शन और पोजीशन एन्कोडिंग में प्रकाश स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है।
• मिनिएचर लाइट बैरियर/ऑप्टिकल स्विच: गिनती, सेफ्टी कर्टन या लिमिट स्विच के लिए एक अवरोधित किरण बनाने के लिए फोटोडिटेक्टर के साथ युग्मित।
• Floppy Disk Drives (Legacy): Historically used for track detection.
• Smoke Detectors: धुएँ के कण प्रकाश की किरण को बिखेरते हैं, ऐसे अस्पष्टता-प्रकार के डिटेक्टरों में प्रयुक्त।

6.2 Design Considerations

• ड्राइव सर्किट: एक स्थिर धारा स्रोत या वोल्टेज स्रोत को एक सटीक गणना की गई धारा-सीमित प्रतिरोधक (R = (V_supply - V_F) / I_F).
• ऑप्टिकल संरेखण: ±20° देखने के कोण के लिए इष्टतम सिग्नल युग्मन हेतु, विशेष रूप से संकीर्ण-बीम अनुप्रयोगों में, प्राप्त करने वाले डिटेक्टर के साथ सावधानीपूर्वक संरेखण की आवश्यकता होती है।
• थर्मल प्रबंधन: पर्याप्त PCB कॉपर क्षेत्र या थर्मल वाया सुनिश्चित करें ताकि गर्मी का निस्तारण हो सके, खासकर जब उच्च धाराओं पर या बढ़े हुए परिवेश के तापमान में संचालित किया जा रहा हो।
• विद्युत शोर: संवेदनशील एनालॉग सेंसिंग सर्किट में, एलईडी ड्राइव सिग्नल को परिवेशी प्रकाश और विद्युत शोर से अलग करने के लिए शील्डिंग या मॉड्यूलेशन पर विचार करें।

7. Technical Comparison and Differentiation

मानक इन्फ्रारेड एलईडी की तुलना में, IR25-21C/TR8 के रिवर्स पैकेज में संभावित रूप से कम प्रोफ़ाइल और एक भिन्न विकिरण पैटर्न होता है। इसकी मुख्य विशिष्टता सिलिकॉन के साथ विशिष्ट स्पेक्ट्रल मिलान है, जो ऑफ-पीक तरंग दैर्ध्य वाले एलईडी की तुलना में डिटेक्टर प्रणालियों में उच्च सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात प्रदान कर सकता है। हैलोजन-मुक्त और आधुनिक पर्यावरणीय मानकों का अनुपालन इसे ग्रीन इलेक्ट्रॉनिक्स पहलों के लिए उपयुक्त बनाता है।

8. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (तकनीकी मापदंडों के आधार पर)

8.1 करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर पूरी तरह से आवश्यक क्यों है?

डायोड की घातांकीय I-V विशेषता का अर्थ है कि फॉरवर्ड वोल्टेज नी (लगभग 1.5V) से आगे, वोल्टेज में न्यूनतम वृद्धि के साथ करंट नाटकीय रूप से बढ़ जाता है। ऑपरेटिंग पॉइंट सेट करने के लिए एक रेसिस्टर के बिना, बिजली आपूर्ति में मामूली उतार-चढ़ाव या तापमान परिवर्तन करंट को 100mA अधिकतम सीमा से आगे धकेल सकते हैं, जिससे LED तुरंत नष्ट हो जाती है।

8.2 "स्पेक्ट्रल मैचिंग टू Si फोटो डिटेक्टर" का क्या अर्थ है?

सिलिकॉन-आधारित फोटोडायोड और फोटोट्रांजिस्टर की एक विशिष्ट प्रतिक्रियाशीलता वक्र होती है; वे 800-1000 nm के आसपास के प्रकाश के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं। इस एलईडी का 940 nm पर शिखर उत्सर्जन सीधे इस उच्च-संवेदनशीलता क्षेत्र में आता है, जो यह सुनिश्चित करता है कि डिटेक्टर एलईडी की प्रकाशीय शक्ति की अधिकतम मात्रा को विद्युत धारा में परिवर्तित करता है, जिससे सिस्टम दक्षता और सीमा में सुधार होता है।

8.3 168-घंटे की फ्लोर लाइफ कितनी महत्वपूर्ण है?

यह विश्वसनीय असेंबली के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। प्लास्टिक पैकेज में अवशोषित नमी उच्च-तापमान रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया के दौरान तेजी से वाष्पित हो सकती है, जिससे आंतरिक विस्तार, दरारें या बॉन्ड वायर क्षति ("पॉपकॉर्निंग") हो सकती है। फ्लोर लाइफ का पालन करना या उचित बेकिंग करना इस विफलता मोड को रोकता है।

9. प्रैक्टिकल यूज केस उदाहरण

पेपर शीट काउंटर डिजाइन करना: एक ऑफिस मशीन में, IR25-21C/TR8 को पेपर पथ के एक तरफ माउंट किया जा सकता है, जो सीधे दूसरी तरफ एक फोटोट्रांजिस्टर के सामने होता है। जब कोई पेपर नहीं होता है, तो इन्फ्रारेड बीम डिटेक्टर तक पहुंचती है, जिससे एक हाई सिग्नल जनरेट होता है। जब एक पेपर शीट गुजरती है, तो यह बीम को बाधित करती है, जिससे डिटेक्टर सिग्नल गिर जाता है। इस इवेंट को एक माइक्रोकंट्रोलर द्वारा गिना जाता है। 940nm वेवलेंथ अदृश्य है और आसपास के कमरे के प्रकाश से अप्रभावित है। कम फॉरवर्ड वोल्टेज सिस्टम को 3.3V या 5V लॉजिक सप्लाई द्वारा संचालित करने की अनुमति देता है, एक साधारण श्रृंखला रोकनेवाला (जैसे, (5V - 1.5V)/0.02A = 175Ω) के साथ LED करंट को सुरक्षित 20mA पर सेट करता है।

10. संचालन सिद्धांत परिचय

एक इन्फ्रारेड लाइट एमिटिंग डायोड (IR LED) एक सेमीकंडक्टर p-n जंक्शन डायोड है। जब फॉरवर्ड बायस्ड होता है, तो n-क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन और p-क्षेत्र से होल जंक्शन क्षेत्र में इंजेक्ट होते हैं। जब ये आवेश वाहक पुनर्संयोजित होते हैं, तो वे ऊर्जा मुक्त करते हैं। GaAlAs सामग्री प्रणाली में, यह ऊर्जा मुख्य रूप से इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम (दृश्यमान लाल प्रकाश से अधिक तरंगदैर्ध्य, आमतौर पर 700nm से 1mm) में फोटॉन (प्रकाश कण) के रूप में मुक्त होती है। गैलियम, एल्यूमीनियम और आर्सेनाइड परतों की विशिष्ट संरचना शिखर उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य निर्धारित करती है। वाटर-क्लियर एपॉक्सी पैकेज एक लेंस के रूप में कार्य करता है, जो उत्सर्जित प्रकाश को एक परिभाषित बीम पैटर्न में आकार देता है।

11. उद्योग रुझान और विकास

संवेदन के लिए ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में प्रवृत्ति लघुरूपण, उच्च दक्षता और एकीकरण की ओर निरंतर बनी हुई है। जहां IR25-21C/TR8 जैसे असतत एलईडी लचीलेपन और प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण बने हुए हैं, वहीं एकीकृत सेंसर मॉड्यूल के लिए एक बढ़ता बाजार है जो उत्सर्जक, संसूचक और सिग्नल कंडीशनिंग सर्किटरी को एक ही पैकेज में जोड़ते हैं। ये मॉड्यूल डिजाइन को सरल बनाते हैं लेकिन विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए कम अनुकूलन प्रदान कर सकते हैं। एक अन्य प्रवृत्ति डेटा संचार अनुप्रयोगों (जैसे आईआर रिमोट कंट्रोल) के लिए उच्च-गति मॉड्यूलेशन की मांग है, जिसके लिए तेज राइज/फॉल टाइम वाले एलईडी की आवश्यकता होती है। पर्यावरण अनुपालन (RoHS, REACH, हैलोजन-मुक्त) एक अंतरकारक के बजाय एक मानक आवश्यकता बन गया है। कुशल अवरक्त उत्सर्जन के लिए अंतर्निहित प्रौद्योगिकी का लगातार शोधन जारी है, जिसमें विभिन्न तरंगदैर्ध्य रेंज के लिए InGaN जैसी नई सामग्री प्रणालियों पर शोध शामिल है।