Spesifikasi Teknikal Diod Pancaran Inframerah IRR60-48C/TR8 - Saiz 6.0x4.8x1.1mm - Voltan 1.4-2.1V - Kuasa 50-70mW - Dua Panjang Gelombang 660nm/905nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

IRR60-48C/TR8 ialah diod pancaran inframerah peranti permukaan-pasang (SMD) bersaiz mini. Ia merupakan komponen dwiwarna yang mempunyai dua cip semikonduktor berbeza dalam satu pakej tunggal: satu memancarkan pada 660nm (merah, bahan AlGaInP) dan satu lagi memancarkan pada 905nm (inframerah, bahan AlGaAs). Peranti ini disalut dalam pakej plastik jernih air dengan kanta rata di atas, direka untuk keserasian dengan sistem pemasangan automatik pick-and-place dan proses pateri refluks inframerah atau fasa wap standard.

Objektif reka bentuk utama komponen ini ialah padanan spektrum dengan pengesan foto berasaskan silikon seperti fotodiod dan fototransistor. Ciri ini menjadikannya amat sesuai untuk aplikasi pengesanan di mana gandingan optik tepat diperlukan. Peranti ini mematuhi piawaian alam sekitar moden, bebas halogen dan mematuhi peraturan RoHS dan EU REACH.

2. Sorotan Mendalam Spesifikasi Teknikal

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini menentukan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin.

• Arus Hadapan Berterusan (I_F): 30 mA untuk kedua-dua panjang gelombang. Ini ialah arus DC maksimum yang boleh digunakan secara berterusan.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP): 150 mA. Penarafan ini hanya terpakai di bawah keadaan berdenyut dengan lebar denyut ≤10μs dan kitar tugas ≤1%.
• Voltan Songsang (V_R): 5 V. Melebihi voltan ini dalam pincang songsang boleh menyebabkan kerosakan simpang.
• Pelesapan Kuasa (P_d): 70 mW untuk cip 660nm dan 50 mW untuk cip 905nm, diukur pada atau di bawah suhu ambien 25°C. Perbezaan ini mencerminkan kecekapan dan ciri terma tipikal bahan semikonduktor yang berbeza.
• Rintangan Terma, Simpang-ke-Ambien (R_θj-a): 550 K/W. Parameter ini menunjukkan betapa berkesannya haba dipindahkan dari simpang semikonduktor ke persekitaran sekeliling. Nilai yang lebih rendah menandakan penyingkiran haba yang lebih baik.
• Julat Suhu Operasi & Penyimpanan: -25°C hingga +85°C.
• Suhu Pateri (T_sol): 260°C maksimum untuk tempoh tidak melebihi 5 saat, tipikal untuk proses refluks bebas plumbum.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Ini ialah parameter prestasi tipikal yang diukur pada 25°C dengan arus hadapan 20mA, melainkan dinyatakan sebaliknya.

• Keamatan Sinaran (I_E): Ini ialah kuasa optik yang dipancarkan per unit sudut pepejal (steradian). Untuk cip 660nm (Merah), nilai tipikal ialah 2.3 mW/sr (min 1.0). Untuk cip 905nm (IR), nilai tipikal ialah 1.0 mW/sr (min 0.5).
• Jumlah Kuasa Sinaran (P_o): Jumlah kuasa optik yang dipancarkan ke semua arah. Nilai tipikal ialah 7.0 mW untuk Merah dan 3.0 mW untuk IR.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_p): Panjang gelombang di mana sinaran yang dipancarkan paling kuat. Cip Merah berpusat pada 660nm (julat 657-663nm). Cip IR berpusat pada 905nm (julat 895-915nm).
• Lebar Jalur Spektrum (Δλ): Lebar spektrum pancaran pada separuh keamatan maksimumnya (Lebar Penuh pada Separuh Maksimum - FWHM). Nilai tipikal ialah 20nm untuk Merah dan 60nm untuk IR. Lebar jalur yang lebih luas bagi cip IR adalah ciri bahan AlGaAs.
• Voltan Hadapan (V_F): Susutan voltan merentasi diod semasa mengkonduksi. Cip Merah biasanya memerlukan 2.10V (julat 1.80-2.50V). Cip IR biasanya memerlukan 1.40V (julat 1.10-1.60V). Perbezaan ini adalah penting untuk reka bentuk litar, terutamanya apabila memacu kedua-dua cip dari sumber yang sama.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2): Sebaran sudut di mana keamatan sinaran adalah sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncaknya. Cip Merah mempunyai sudut pandangan tipikal 140°, manakala cip IR mempunyai 130°. Kanta rata di atas menyumbang kepada sudut pandangan yang luas ini.

3. Analisis Lengkung Prestasi

3.1 Arus Hadapan vs. Suhu Ambien

Lengkung penyahkadaratan menunjukkan arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu ambien meningkat. Ini adalah pertimbangan reka bentuk kritikal untuk mencegah pelarian terma. Lengkung untuk kedua-dua cip Merah dan IR mengikuti cerun negatif yang serupa, menekankan keperluan untuk pengurusan terma yang mencukupi dalam persekitaran suhu tinggi atau aplikasi arus tinggi.

3.2 Taburan Spektrum

Graf spektrum menggambarkan keamatan sinaran relatif merentasi panjang gelombang. Pancaran Merah 660nm menunjukkan puncak tajam dan sempit yang menjadi ciri bahan AlGaInP. Pancaran IR 905nm menunjukkan taburan yang lebih luas, seperti Gaussian, tipikal untuk AlGaAs. Ketulenan spektrum ini (untuk Merah) dan lebar jalur (untuk IR) adalah kunci untuk reka bentuk sistem sensor, yang mempengaruhi pemilihan penapis dan nisbah isyarat-ke-hingar.

3.3 Keamatan Sinaran vs. Arus Hadapan

Plot ini menunjukkan hubungan hampir linear antara arus pacuan dan keluaran optik untuk kedua-dua cip dalam julat operasi standard. Kelinearan ini memudahkan kawalan keluaran optik dalam aplikasi modulasi analog. Cerun garis (kecekapan) berbeza antara kedua-dua panjang gelombang.

3.4 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Lengkung I-V)

Lengkung I-V menunjukkan hubungan eksponen tipikal diod. Voltan hidup jelas kelihatan dan berbeza antara kedua-dua cip (lebih tinggi untuk Merah). Lengkung diukur di bawah keadaan berdenyut (denyut 100μs, kitar tugas 1/100) untuk mengurangkan kesan pemanasan sendiri, memberikan perwakilan paling tepat bagi ciri simpang.

3.5 Keamatan Sinaran Relatif vs. Anjakan Sudut

Plot kutub ini mewakili sudut pandangan secara visual. Taburan keamatan adalah lebih kurang Lambertian (seperti kosinus) untuk kedua-dua cip, dengan Merah menjadi sedikit lebih luas. Maklumat ini adalah penting untuk mereka bentuk sistem optik bagi memastikan liputan pencahayaan yang betul atau penjajaran dengan pengesan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

Peranti ini dibungkus dalam pakej SMD padat berukuran 6.0mm panjang, 4.8mm lebar, dan 1.1mm tinggi. Lukisan garis besar pakej memberikan dimensi kritikal untuk reka bentuk tapak kaki PCB, termasuk saiz pad, penempatan, dan kawasan larangan. Komponen ini mempunyai badan plastik acuan jernih air dengan bahagian atas rata, yang bertindak sebagai kanta. Kekutuban ditunjukkan oleh tanda pada pakej dan mesti dipatuhi semasa penempatan untuk memastikan operasi elektrik yang betul.

5. Panduan Pateri dan Pemasangan

5.1 Pateri Refluks

Komponen ini serasi dengan profil pateri refluks bebas plumbum dengan suhu puncak 260°C. Adalah kritikal untuk mematuhi profil suhu-masa yang disyorkan untuk mengelakkan kejutan terma atau kerosakan pada pakej plastik. Pateri refluks tidak boleh dilakukan lebih daripada dua kali pada peranti yang sama. Tekanan pada badan LED semasa pemanasan dan lengkungan papan litar selepas pateri mesti dielakkan.

5.2 Pateri Tangan

Jika pateri tangan diperlukan untuk pembaikan, berhati-hati yang melampau diperlukan. Suhu hujung besi pateri hendaklah di bawah 350°C, dan masa sentuhan per terminal tidak boleh melebihi 3 saat. Besi berkuasa rendah (≤25W) adalah disyorkan. Selang minimum 2 saat harus ditinggalkan antara pateri setiap terminal. Penggunaan besi pateri berkepala dua untuk penyingkiran adalah dicadangkan untuk mengurangkan tekanan terma, tetapi kesannya pada ciri peranti harus disahkan terlebih dahulu.

5.3 Penyimpanan dan Kepekaan Kelembapan

Peranti ini sensitif kepada kelembapan. Langkah berjaga-jaga termasuk:

• Jangan buka beg kalis lembap sehingga sedia untuk digunakan.
• Simpan beg yang belum dibuka pada ≤30°C dan ≤90% RH. Gunakan dalam tempoh satu tahun.
• Selepas dibuka, simpan pada ≤30°C dan ≤60% RH. Gunakan dalam tempoh 24 jam.
• Jika masa penyimpanan terlampaui atau penyerap lembap menunjukkan kemasukan kelembapan, rawatan pembakaran pada 60±5°C selama sekurang-kurangnya 24 jam diperlukan sebelum refluks.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Peranti ini dibekalkan pada pita pembawa timbul untuk pengendalian automatik. Gegelung standard mengandungi 1000 keping. Dimensi pita pembawa ditentukan untuk memastikan keserasian dengan sistem feeder standard. Pembungkusan tahan lembap terdiri daripada beg laminat aluminium yang mengandungi penyerap lembap dan kad penunjuk kelembapan. Label beg termasuk medan untuk Nombor Bahagian Pelanggan (CPN), Nombor Pengeluaran (P/N), kuantiti, kod pangkat (CAT, HUE), rujukan, nombor lot, dan negara asal.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Tipikal

• Sensor Optik: Dua panjang gelombang membolehkan penggunaan dalam sensor pantulan atau transmisi untuk pengesanan objek, pengiraan, atau pengesanan kedudukan. Panjang gelombang 905nm sering digunakan di mana cahaya nampak tidak diingini, manakala merah 660nm boleh berfungsi sebagai penunjuk nampak atau untuk pengesanan fotometrik tertentu.
• Oksimetri Nadi Perubatan: Panjang gelombang 660nm dan 905nm (atau 940nm) adalah standard dalam oksimeter nadi untuk mengukur ketepuan oksigen darah (SpO2). Padanan spektrum peranti dengan pengesan silikon adalah penting untuk aplikasi ini.
• Automasi Perindustrian: Digunakan dalam pengekod optik, sistem pengesanan tepi, dan langsir keselamatan.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Had Arus: Perintang siri luaran adalah wajib untuk operasi dari sumber voltan. Cerun curam lengkung I-V bermaksud perubahan voltan kecil menyebabkan perubahan arus besar, yang boleh memusnahkan LED serta-merta.
• Pengurusan Terma:** Rintangan terma yang ditentukan (550 K/W) agak tinggi. Untuk operasi berterusan pada arus tinggi atau dalam persekitaran hangat, susun atur PCB dengan kawasan kuprum yang mencukupi untuk penyingkiran haba adalah disyorkan untuk mengekalkan suhu simpang dalam had.
• Reka Bentuk Optik: Sudut pandangan yang luas mungkin memerlukan optik sekunder (kanta, apertur) untuk meluruskan atau memfokuskan cahaya untuk tugas pengesanan tertentu. Kanta jernih air sesuai untuk aplikasi di mana corak pancaran tepat tidak kritikal atau di mana optik luaran digunakan.
• Litar Pacuan: Voltan hadapan berbeza bagi kedua-dua cip mesti dipertimbangkan jika ia hendak dipacu secara berasingan atau dipelbagaikan. Pemacu arus malar lebih disukai daripada voltan malar untuk keluaran optik yang stabil.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Pembezaan utama IRR60-48C/TR8 terletak pada reka bentuk dwi-panjang gelombang, pakej tunggalnya. Berbanding dengan menggunakan dua LED SMD berasingan, ini menawarkan kelebihan ketara:

• Penjimatan Ruang: Mengurangkan tapak kaki PCB sebanyak 50%.
• Pemasangan Dipermudahkan: Hanya satu komponen untuk diletakkan, meningkatkan hasil pengeluaran dan mengurangkan kos penempatan.
• Penjajaran Diperbaiki: Dua titik pancaran terletak bersama dalam pakej yang sama, memastikan penjajaran ruang yang sempurna untuk aplikasi yang memerlukan kedua-dua panjang gelombang menerangi titik yang sama. Ini adalah kritikal dalam peranti seperti oksimeter nadi.
• Keserasian Bahan: Penggunaan AlGaInP untuk merah menawarkan kecekapan lebih tinggi dan ketulenan spektrum lebih baik berbanding teknologi lama seperti GaAsP, manakala cip IR AlGaAs memberikan keluaran kuat dalam rantau inframerah-dekat.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Bolehkah saya memacu kedua-dua cip LED serentak pada arus berterusan maksimum 30mA setiap satu?

J: Tidak. Jumlah pelesapan kuasa mesti dipertimbangkan. Operasi serentak pada 30mA berkemungkinan melebihi keupayaan penyingkiran haba pakej, membawa kepada pemanasan melampau. Penyahkadaratan berdasarkan suhu ambien dan kitar tugas khusus aplikasi adalah perlu.

S: Mengapakah keamatan sinaran untuk cip IR lebih rendah daripada cip Merah pada arus yang sama?

J: Ini terutamanya disebabkan oleh perbezaan kepekaan mata (pengukuran fotopik vs. radiometrik) dan kecekapan penukaran semula jadi bahan semikonduktor berbeza (AlGaAs vs. AlGaInP) pada panjang gelombang masing-masing. Metrik Jumlah Kuasa Sinaran memberikan perbandingan yang lebih baik bagi jumlah keluaran optik.

S: Spesifikasi menunjukkan suhu pateri 260°C, tetapi profil refluks saya memuncak pada 245°C. Adakah ini boleh diterima?

J: Ya, suhu puncak 245°C boleh diterima dan mungkin lebih baik kerana ia memberikan tekanan terma yang kurang kepada komponen, dengan syarat masa di atas likuidus (TAL) mencukupi untuk pembentukan sendi pateri yang betul.

S: Betapa kritikalnya tetingkap penggunaan 24 jam selepas dibuka?

J: Ia adalah kritikal untuk pateri refluks yang boleh dipercayai. Kelembapan yang diserap ke dalam pakej plastik boleh mengewap semasa refluks, menyebabkan penyahlaminaan dalaman, retakan ("popcorning"), atau kerosakan wayar ikatan. Mematuhi panduan ini adalah penting untuk hasil yang tinggi dalam pembuatan.

10. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario: Mereka Bentuk Sensor Objek Pantulan

Dalam aplikasi tipikal mengesan objek putih pada tali sawat hitam, IRR60-48C/TR8 akan dipadankan dengan fototransistor silikon. Cip IR 905nm akan digunakan untuk pengesanan utama untuk mengelakkan gangguan dari cahaya nampak ambien. Sumber arus malar ditetapkan kepada 20mA akan memacu LED. Cahaya dipantulkan dari objek dan dikesan oleh fototransistor, yang isyarat keluarannya dikondisikan oleh litar penguat/pembanding. Sudut pandangan luas 130° cip IR memastikan medan pengesanan yang luas, mengurangkan keperluan ketepatan penjajaran. Pereka mesti memasukkan perintang had arus jika menggunakan sumber voltan, memastikan susun atur PCB memberikan sedikit pelepasan terma, dan mengikuti prosedur pengendalian kelembapan yang ketat sebelum papan melalui pateri refluks.

11. Prinsip Operasi

Pancaran cahaya dalam IRR60-48C/TR8 adalah berdasarkan elektroluminesens dalam bahan semikonduktor. Apabila voltan pincang hadapan melebihi tenaga jurang jalur cip digunakan, elektron dan lubang disuntik ke dalam rantau aktif semikonduktor di mana ia bergabung semula. Penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya). Panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkan ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor: AlGaInP untuk 660nm (merah) dan AlGaAs untuk 905nm (inframerah). Pakej epoksi jernih air menyelubungi cip, memberikan perlindungan mekanikal, dan permukaan atasnya yang berbentuk bertindak sebagai kanta utama untuk mengawal corak pancaran.

12. Trend Teknologi

Pembangunan LED SMD seperti IRR60-48C/TR8 mengikut beberapa trend industri:

• Pengecilan: Pengurangan berterusan dalam saiz pakej (contohnya, dari 0603 ke 0402) untuk membolehkan pemasangan elektronik yang lebih padat.
• Integrasi Multi-Cip: Menggabungkan pelbagai panjang gelombang atau bahkan jenis peranti berbeza (LED dan fotodiod) ke dalam pakej tunggal untuk modul sensor yang lebih pintar dan padat.
• Peningkatan Kecekapan: Penambahbaikan berterusan dalam kecekapan kuantum dalaman dan pengekstrakan cahaya dari bahan semikonduktor dan pakej, membawa kepada keluaran optik yang lebih tinggi untuk input elektrik yang sama.
• Kebolehpercayaan Dipertingkatkan: Kemajuan dalam bahan dan proses pembungkusan untuk menahan suhu refluks yang lebih tinggi, keadaan persekitaran yang lebih keras, dan memberikan jangka hayat operasi yang lebih panjang.
• Pemiawaian: Penerimaan lebih luas terhadap tapak kaki dan ciri optik piawai untuk meningkatkan kebolehgantian dan memudahkan reka bentuk untuk jurutera.

Trend ini mendorong evolusi komponen ke arah penyelesaian yang lebih kecil, lebih pintar, lebih cekap, dan lebih boleh dipercayai untuk pelbagai aplikasi optoelektronik yang berkembang.