Dokumen Teknikal Komponen LED Inframerah - Panjang Gelombang Puncak 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini menyediakan spesifikasi teknikal untuk komponen diod pemancar cahaya (LED) inframerah (IR). Aplikasi utama untuk komponen sedemikian adalah dalam sistem yang memerlukan sumber cahaya tidak kelihatan, seperti alat kawalan jauh, sensor jarak, pencahayaan penglihatan malam, dan penghantaran data optik. Kelebihan teras komponen khusus ini adalah pancaran pada panjang gelombang puncak 940nm, yang sangat sesuai untuk aplikasi di mana pancaran cahaya tampak minimum dikehendaki, kerana ia kebanyakannya tidak kelihatan oleh mata manusia. Pasaran sasaran termasuk elektronik pengguna, automasi perindustrian, sistem keselamatan, dan aplikasi automotif.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Kandungan yang diberikan menentukan parameter fotometrik utama: panjang gelombang puncak (λp). Ini adalah spesifikasi kritikal untuk LED IR.

2.1 Ciri-ciri Fotometrik

Panjang Gelombang Puncak (λp):940 nanometer (nm). Parameter ini mentakrifkan panjang gelombang di mana LED memancarkan kuasa optik maksimumnya. Panjang gelombang 940nm terletak dalam spektrum inframerah dekat. Panjang gelombang ini biasa digunakan kerana fotodiod silikon, yang merupakan penerima tipikal dalam sistem IR, mempunyai sensitiviti tinggi sekitar julat ini. Tambahan pula, cahaya 940nm kurang dapat dilihat sebagai cahaya merah redup berbanding panjang gelombang IR yang lebih pendek seperti 850nm, menjadikannya lebih sesuai untuk pencahayaan tersembunyi.

Analisis:Pemilihan 940nm menunjukkan komponen ini dioptimumkan untuk kecekapan dalam sistem pengesanan yang menggunakan sensor silikon standard dan untuk aplikasi yang memerlukan pencemaran cahaya tampak rendah. Keamatan sinaran dan sudut pandangan, spesifikasi pelengkap biasa, tidak diberikan tetapi adalah penting untuk mengira julat efektif dan kawasan liputan dalam reka bentuk.

2.2 Parameter Elektrik

Walaupun nilai voltan kehadapan (Vf), arus kehadapan (If), dan voltan songsang (Vr) khusus tidak disenaraikan dalam petikan, ini adalah asas untuk mana-mana LED. Pereka bentuk mesti merujuk lembaran data penuh untuk penarafan maksimum mutlak dan keadaan operasi biasa untuk memastikan operasi yang boleh dipercayai dan jangka hayat yang panjang. Melebihi arus kehadapan maksimum adalah punca utama kegagalan LED disebabkan penjanaan haba yang berlebihan.

2.3 Ciri-ciri Terma

Pengurusan terma adalah penting untuk prestasi dan jangka hayat LED. Parameter utama termasuk rintangan terma dari simpang ke udara ambien (RθJA) dan suhu simpang maksimum (Tj max). Penyingkiran haba yang cekap melalui pakej LED dan papan litar bercetak (PCB) adalah perlu untuk mengekalkan Tj dalam had selamat, terutamanya apabila beroperasi pada arus tinggi atau dalam suhu ambien yang tinggi.

3. Penjelasan Sistem Pembahagian Kumpulan (Binning)

Pembuatan LED melibatkan variasi semula jadi. Sistem pembahagian kumpulan mengkategorikan komponen berdasarkan parameter utama untuk memastikan konsistensi dalam kelompok pengeluaran.

3.1 Pembahagian Kumpulan Panjang Gelombang

Untuk LED IR, panjang gelombang puncak adalah parameter pembahagian kumpulan utama. Komponen mungkin disusun ke dalam kumpulan dengan toleransi ketat sekitar nominal 940nm (contohnya, 935nm hingga 945nm). Ini memastikan semua LED dalam sistem mempunyai ciri-ciri pancaran yang hampir sama, yang penting untuk prestasi penapis optik dan penalaan sensor dalam penerima.

3.2 Pembahagian Kumpulan Voltan Kehadapan

LED juga dibahagikan mengikut voltan kehadapan (Vf) pada arus ujian yang ditentukan. Mengumpulkan LED dengan nilai Vf yang serupa membantu dalam mereka bentuk litar pemacu, terutamanya apabila berbilang LED disambung secara bersiri, untuk memastikan pengagihan arus dan kecerahan yang seragam.

4. Analisis Keluk Prestasi

Data grafik adalah penting untuk memahami tingkah laku komponen di bawah pelbagai keadaan.

4.1 Keluk Arus vs. Voltan (I-V)

Keluk I-V menunjukkan hubungan antara voltan kehadapan dan arus melalui LED. Ia adalah tidak linear. Voltan "lutut" adalah titik anggaran di mana LED mula mengalirkan arus dengan ketara dan memancarkan cahaya. Cerun keluk dalam kawasan operasi membantu menentukan rintangan dinamik LED.

4.2 Ciri-ciri Suhu

Prestasi LED bergantung pada suhu. Biasanya, voltan kehadapan (Vf) berkurangan apabila suhu simpang meningkat. Sebaliknya, keamatan bercahaya atau kuasa sinaran juga berkurangan dengan peningkatan suhu. Graf yang menunjukkan keamatan relatif vs. suhu simpang dan voltan kehadapan vs. suhu adalah kritikal untuk mereka bentuk litar yang mengimbangi kesan terma.

3.3 Taburan Spektrum

Graf taburan spektrum memplot kuasa sinaran terhadap panjang gelombang. Untuk LED 940nm, graf ini akan menunjukkan puncak dominan pada atau berhampiran 940nm dengan lebar jalur spektrum tertentu (contohnya, Lebar Penuh pada Separuh Maksimum - FWHM). FWHM yang lebih sempit menunjukkan sumber cahaya yang lebih monokromatik, yang boleh menjadi penting untuk aplikasi yang menggunakan penapis optik.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

Petikan tersebut menyebut jenis pembungkusan tetapi bukan pakej LED khusus (contohnya, 5mm, 3mm, peranti permukaan-pasang seperti 0805 atau 1206). Lembaran data yang lengkap akan termasuk lukisan mekanikal terperinci.

5.1 Lukisan Dimensi

Rajah berdimensi diperlukan, menunjukkan panjang, lebar, tinggi, jarak kaki (untuk lubang tembus), atau dimensi pad (untuk SMD). Toleransi untuk semua dimensi mesti dinyatakan.

5.2 Reka Bentuk Susun Atur Pad (untuk SMD)

Untuk pakej permukaan-pasang, corak tanah PCB yang disyorkan (footprint) disediakan. Ini termasuk saiz, bentuk, dan jarak pad tembaga untuk memastikan pateri yang betul dan kestabilan mekanikal.

5.3 Pengenalpastian Kutub

Kaedah untuk mengenal pasti anod dan katod mesti ditunjukkan dengan jelas. Untuk LED lubang tembus, katod biasanya kaki yang lebih pendek atau kaki di sebelah titik rata pada kanta. Untuk LED SMD, tanda seperti titik, takuk, atau sudut berlorek pada pakej menandakan katod.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

6.1 Profil Pateri Alir Semula (Reflow)

Untuk komponen SMD, profil alir semula terperinci adalah perlu. Ini termasuk suhu dan masa pemanasan awal, masa rendaman, suhu puncak, masa di atas cecair (TAL), dan kadar penyejukan. Pematuhan kepada profil ini menghalang kejutan terma dan memastikan sambungan pateri yang boleh dipercayai.

6.2 Langkah Berjaga-jaga

Langkah berjaga-jaga umum termasuk: mengelakkan tekanan mekanikal pada kanta LED, menggunakan perlindungan ESD semasa pengendalian (kerana LED sensitif kepada nyahcas elektrostatik), dan memastikan tiada pencemaran pada permukaan optik. Untuk bahagian lubang tembus, lenturan kaki harus dilakukan pada jarak yang mencukupi dari badan pakej.

6.3 Keadaan Penyimpanan

LED harus disimpan dalam persekitaran yang sejuk dan kering, biasanya dalam julat suhu dan kelembapan yang ditentukan. Ia sering dibekalkan dalam pembungkusan sensitif lembap dengan bahan pengering, dan mungkin memerlukan pembakaran sebelum digunakan jika pembungkusan telah dibuka untuk tempoh yang lama.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Petikan PDF secara eksplisit menyenaraikan elemen pembungkusan, yang merupakan bahagian utama kandungan yang diberikan.

7.1 Spesifikasi Pembungkusan

Hierarki pembungkusan ditakrifkan sebagai:

• Beg Elektrostatik:Bekas utama, direka untuk melindungi komponen daripada nyahcas elektrostatik (ESD) dan kelembapan.
• Karton Dalaman:Kotak atau dulang yang memegang berbilang beg ESD atau gegelung komponen.
• Karton Luar:Karton penghantaran utama yang mengandungi berbilang karton dalaman.

7.2 Kuantiti Pembungkusan

Kuantiti khusus komponen LED per beg ESD, per karton dalaman, dan per karton luar mesti dinyatakan. Kuantiti biasa adalah dalam gandaan 1000, 2000, atau 5000 keping untuk bahagian SMD pada gegelung, atau kiraan khusus untuk pembungkusan pukal.

7.3 Maklumat Pelabelan

Setiap peringkat pembungkusan harus mempunyai label yang menunjukkan nombor bahagian, kuantiti, kod tarikh, nombor lot, dan tahap sensitiviti ESD/kelembapan (MSL).

7.4 Peraturan Penamaan Nombor Model

Nombor bahagian penuh biasanya mengkodkan atribut utama. Sebagai contoh, nombor model mungkin menunjukkan saiz pakej, panjang gelombang puncak, sudut pandangan, dan kumpulan fluks. Kod seperti "IR940-45D" boleh membayangkan LED IR, 940nm, sudut pandangan 45 darjah, dan kumpulan keamatan sinaran khusus 'D'.

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Senario Aplikasi Biasa

LED IR 940nm ini sesuai untuk:

• Alat Kawalan Jauh Inframerah:Untuk TV, sistem audio, dan set-top box.
• Sensor Jarak dan Kehadiran:Dalam telefon pintar, perkakas, dan paip automatik.
• Pencahayaan Penglihatan Malam:Digandingkan dengan kamera sensitif IR dalam sistem keselamatan dan pengawasan.
• Suis dan Pengekod Optik:Untuk mengesan kedudukan atau putaran.
• Penghantaran Data:Dalam peranti yang mematuhi IrDA untuk komunikasi tanpa wayar jarak dekat.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

Litar Pemacu:Sumber arus malar disyorkan berbanding sumber voltan dengan perintang bersiri untuk output yang stabil, terutamanya atas variasi suhu. Pemacu mesti dinilai untuk arus kehadapan LED.
Reka Bentuk Optik:Bahan kanta atau penutup antara LED dan sasaran mesti lutsinar kepada cahaya 940nm. Banyak plastik sesuai, tetapi beberapa jenis kaca atau bahan berwarna mungkin melemahkan isyarat.
Penyingkiran Haba:Pastikan kawasan kuprum PCB yang mencukupi atau penyingkiran haba luaran jika beroperasi pada arus berterusan yang tinggi.
Pemadanan Penerima:Fotopengesan (contohnya, fototransistor, fotodiod) harus mempunyai sensitiviti puncak sekitar 940nm. Penapis optik yang dipadankan dengan spektrum LED boleh meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi dengan menyekat cahaya ambien.

9. Perbandingan Teknikal

Berbanding dengan LED IR lain, komponen 940nm menawarkan kelebihan dan pertukaran khusus.

vs. LED IR 850nm:LED 850nm sering memberikan output sinaran yang sedikit lebih tinggi untuk input elektrik yang sama disebabkan kecekapan bahan yang lebih baik pada panjang gelombang itu. Walau bagaimanapun, 850nm memancarkan cahaya merah redup yang boleh kelihatan dalam keadaan gelap, yang mungkin tidak diingini untuk aplikasi tersembunyi. 940nm hampir tidak kelihatan, menjadikannya lebih unggul untuk pencahayaan tersembunyi.

vs. LED Tampak:Pembeza utama adalah panjang gelombang. LED IR membolehkan fungsi yang tidak kelihatan kepada pengguna, membolehkan ciri seperti operasi automatik (sensor) atau kawalan (alat kawalan jauh) tanpa memancarkan cahaya yang mengganggu.

10. Soalan Lazim (FAQ)

S: Mengapakah panjang gelombang puncak 940nm penting?
J: Ia sepadan dengan julat sensitiviti tinggi fotopengesan silikon biasa sambil meminimumkan pancaran cahaya tampak, menjadikannya sesuai untuk aplikasi sensor dan pencahayaan tersembunyi.

S: Bagaimanakah cara saya memacu LED ini?
J: Gunakan litar pemacu arus malar. Pelaksanaan mudah adalah sumber voltan dengan perintang had arus, dikira menggunakan voltan kehadapan biasa LED (Vf) dan arus kehadapan yang dikehendaki (If) dari lembaran data penuh: R = (Vsumber - Vf) / If.

S: Bolehkah saya melihat cahaya dari LED ini?
J: Panjang gelombang 940nm berada di luar spektrum tampak bagi kebanyakan manusia. Sesetengah individu mungkin melihat cahaya merah yang sangat dalam di bawah keadaan yang sangat gelap, tetapi ia kebanyakannya tidak kelihatan. Walau bagaimanapun, kamera telefon pintar biasanya dapat melihatnya dengan jelas, kerana sensor kamera sensitif kepada inframerah dekat.

S: Apakah tujuan beg elektrostatik?
J: Ia melindungi LED daripada nyahcas elektrostatik (ESD), yang boleh merosakkan simpang semikonduktor walaupun nyahcas itu tidak dirasai oleh seseorang.

11. Kes Penggunaan Praktikal

Kajian Kes 1: Dispenser Sabun Automatik.LED IR 940nm digandingkan dengan fototransistor untuk mencipta sensor jarak. LED sentiasa memancarkan pancaran tidak kelihatan. Apabila tangan mengganggu pancaran, perubahan dalam cahaya yang dikesan mencetuskan motor pam. Panjang gelombang 940nm memastikan operasi berjalan lancar dan tanpa sebarang petunjuk cahaya tampak.

Kajian Kes 2: Alat Kawalan Jauh TV Jarak Jauh.Susunan LED 940nm digunakan dalam alat kawalan jauh sejagat. Keamatan sinaran tinggi (dipastikan oleh pembahagian kumpulan dan arus pemacu yang betul) membolehkan isyarat mencapai sensor TV dari sudut lebar dan jarak yang lebih jauh. Kekurangan cahaya tampak menghalang gangguan dalam teater rumah yang gelap.

12. Pengenalan Prinsip

Diod Pemancar Cahaya Inframerah (IR LED) adalah diod simpang p-n semikonduktor. Apabila pincang kehadapan, elektron dari kawasan-n bergabung semula dengan lubang dari kawasan-p dalam kawasan aktif. Proses penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya). Panjang gelombang khusus foton yang dipancarkan ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor yang digunakan dalam pembinaan LED (biasanya aluminium gallium arsenide - AlGaAs untuk 940nm). Jurang jalur yang lebih besar menghasilkan panjang gelombang yang lebih pendek (cahaya lebih biru), dan jurang jalur yang lebih kecil menghasilkan panjang gelombang yang lebih panjang (cahaya lebih merah atau inframerah). Output 940nm adalah hasil langsung kejuruteraan komposisi semikonduktor untuk mencapai tenaga jurang jalur khusus ini.

13. Trend Pembangunan

Bidang LED IR didorong oleh permintaan untuk kecekapan yang lebih tinggi, pakej yang lebih kecil, dan integrasi yang lebih besar.

Peningkatan Kecekapan:Penyelidikan memberi tumpuan kepada meningkatkan kecekapan kuantum dalaman (peratusan penggabungan semula elektron-lubang yang menghasilkan foton) dan kecekapan pengekstrakan cahaya (mengeluarkan foton yang dijana dari bahan semikonduktor). Ini membawa kepada output sinaran yang lebih tinggi untuk input elektrik yang sama, membolehkan jangka hayat bateri yang lebih lama dalam peranti mudah alih.

Pengecilan:Trend ke arah elektronik pengguna yang lebih kecil mendorong pembangunan LED IR dalam pakej permukaan-pasang yang semakin kecil (contohnya, saiz metrik 0402, 0201) sambil mengekalkan atau meningkatkan prestasi.

Penyelesaian Bersepadu:Terdapat pergerakan ke arah menggabungkan LED IR, fotopengesan, dan logik kawalan ke dalam modul atau cip tunggal. Ini memudahkan reka bentuk untuk pengguna akhir, mengurangkan jejak PCB, dan meningkatkan kebolehpercayaan sistem dengan memastikan ciri-ciri optik yang dipadankan.

Panjang Gelombang Baru:Walaupun 850nm dan 940nm mendominasi, panjang gelombang lain sedang dibangunkan untuk aplikasi khusus, seperti spektroskopi, pengesanan gas, dan komunikasi optik menggunakan gentian optik plastik.