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 peranti ini adalah dalam sistem yang memerlukan sumber cahaya tidak kelihatan, seperti alat kawalan jauh, sensor jarak, dan pencahayaan penglihatan malam. Kelebihan teras komponen ini terletak pada panjang gelombang puncak khususnya, yang dioptimumkan untuk keserasian dengan pengesan foto berasaskan silikon dan menawarkan keterlihatan rendah kepada mata manusia. Pasaran sasaran termasuk elektronik pengguna, automasi perindustrian, sistem keselamatan, dan aplikasi automotif di mana isyarat atau penderiaan inframerah yang boleh dipercayai diperlukan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Data yang diberikan menentukan parameter fotometrik utama untuk LED IR ini.

2.1 Ciri-ciri Fotometrik

Parameter paling kritikal yang ditakrifkan ialah panjang gelombang puncak (λp).

• Panjang Gelombang Puncak (λp):940 nanometer (nm). Nilai ini menunjukkan titik khusus dalam spektrum elektromagnet di mana LED memancarkan kuasa optik maksimumnya. Panjang gelombang 940nm berada dengan kukuh dalam julat inframerah-dekat (NIR). Panjang gelombang ini amat berfaedah kerana ia selaras dengan baik dengan kepekaan puncak fotodiod dan fototransistor silikon biasa, memastikan penghantaran dan penerimaan isyarat yang cekap. Tambahan pula, cahaya 940nm kurang kelihatan sebagai cahaya merah malap berbanding panjang gelombang IR yang lebih pendek seperti 850nm, menjadikannya lebih sesuai untuk aplikasi tersembunyi.

Parameter fotometrik biasa lain untuk LED IR, seperti keamatan sinaran (dalam miliwatt per steradian, mW/sr), sudut pandangan (dalam darjah), dan voltan ke hadapan pada arus tertentu, tidak diberikan secara eksplisit dalam petikan tetapi adalah penting untuk reka bentuk litar lengkap.

2.2 Parameter Elektrik

Walaupun nilai khusus tidak disenaraikan dalam teks yang diberikan, kelakuan elektrik LED IR ditakrifkan oleh beberapa parameter utama yang mesti dipertimbangkan oleh pereka.

• Voltan Ke Hadapan (Vf):Susutan voltan merentasi LED apabila ia mengalirkan arus. Untuk LED IR berasaskan GaAs biasa, ini biasanya berada dalam julat 1.2V hingga 1.6V pada arus ke hadapan nominal mereka.
• Arus Ke Hadapan (If):Arus operasi berterusan yang disyorkan. Melebihi arus ke hadapan maksimum yang dinilai boleh menyebabkan degradasi pantas atau kegagalan bencana.
• Voltan Songsang (Vr):Voltan maksimum yang boleh ditahan oleh LED apabila terpincang dalam arah tidak mengkonduksi. LED IR biasanya mempunyai penarafan voltan songsang yang sangat rendah (selalunya sekitar 5V) dan mudah rosak akibat lonjakan voltan songsang.
• Pelesapan Kuasa:Jumlah kuasa elektrik yang ditukar kepada haba dan cahaya (Vf * If). Pengurusan terma yang betul adalah perlu untuk mengelakkan kepanasan berlebihan.

2.3 Ciri-ciri Terma

Pengurusan terma adalah penting untuk jangka hayat dan prestasi stabil LED.

• Suhu Simpang (Tj):Suhu di kawasan aktif cip semikonduktor. Tj maksimum yang dibenarkan adalah had kritikal.
• Rintangan Terma (Rθj-a):Parameter ini, diukur dalam darjah Celsius per watt (°C/W), menunjukkan betapa berkesannya haba bergerak dari simpang LED ke udara ambien. Nilai yang lebih rendah menandakan keupayaan penyingkiran haba yang lebih baik. Reka bentuk pembungkusan sangat mempengaruhi nilai ini.
• Lengkung Penurunan Kadar:Graf yang menunjukkan bagaimana arus ke hadapan maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu ambien atau suhu simpang meningkat. Beroperasi dalam had ini adalah penting untuk kebolehpercayaan.

3. Penjelasan Sistem Binning

Pembuatan LED volum tinggi menghasilkan variasi dalam parameter utama. Binning adalah proses menyusun komponen kepada kumpulan (bin) berdasarkan prestasi yang diukur untuk memastikan konsistensi untuk pengguna akhir.

3.1 Binning Panjang Gelombang

Untuk LED IR 940nm ini, komponen akan diuji dan disusun ke dalam bin berdasarkan panjang gelombang puncak sebenar mereka. Sebagai contoh, bin mungkin ditakrifkan sebagai 935-940nm, 940-945nm, dan lain-lain. Ini membolehkan pereka memilih LED dengan toleransi panjang gelombang yang lebih ketat jika aplikasi mereka memerlukan padanan spektrum yang tepat.

3.2 Binning Keamatan Sinaran / Kuasa Optik

LED juga dibin mengikut output sinaran mereka. Ini adalah penting untuk aplikasi yang memerlukan kecerahan seragam atau kekuatan isyarat tertentu. Bin ditakrifkan oleh nilai keamatan sinaran minimum dan maksimum (contohnya, 20-25 mW/sr, 25-30 mW/sr) pada arus ujian piawai.

3.3 Binning Voltan Ke Hadapan

Untuk memudahkan reka bentuk litar had arus dan memastikan kelakuan konsisten dalam tatasusunan selari, LED dibin mengikut voltan ke hadapan (Vf). Bin biasa mungkin mengumpulkan LED dengan Vf antara 1.2V-1.3V, 1.3V-1.4V, dan seterusnya.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Data grafik adalah penting untuk memahami kelakuan peranti di bawah keadaan operasi yang berbeza.

4.1 Lengkung Ciri Arus-Voltan (I-V)

Lengkung ini memplot arus ke hadapan (If) terhadap voltan ke hadapan (Vf). Ia menunjukkan hubungan eksponen tipikal diod. Lengkung digunakan untuk menentukan titik operasi dan mereka bentuk perintang had arus atau litar pemacu yang sesuai. Voltan "lutut", di mana arus mula meningkat dengan cepat, adalah ciri utama.

4.2 Kebergantungan Suhu

Beberapa lengkung menggambarkan kesan suhu.

• Voltan Ke Hadapan vs. Suhu:Biasanya menunjukkan bahawa Vf berkurangan secara linear apabila suhu simpang meningkat (lebih kurang -2mV/°C untuk LED IR). Ini penting untuk pemacu arus malar.
• Keamatan Sinaran vs. Suhu:Menunjukkan bagaimana output optik berkurangan apabila suhu meningkat. Penurunan kadar ini adalah kritikal untuk aplikasi yang beroperasi dalam suhu ambien tinggi.
• Taburan Spektrum Relatif vs. Suhu:Menunjukkan bagaimana panjang gelombang puncak mungkin beralih sedikit (biasanya ke panjang gelombang yang lebih panjang) apabila suhu meningkat.

4.3 Taburan Spektrum

Graf ini memplot kuasa sinaran relatif terhadap panjang gelombang. Ia menunjukkan puncak pada 940nm dan lebar jalur spektrum (biasanya Lebar Penuh pada Separuh Maksimum, atau FWHM, selalunya sekitar 40-50nm untuk LED IR). Lebar jalur yang lebih sempit menunjukkan cahaya yang lebih monokromatik.

5. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

Petikan yang diberikan mengandungi butiran pembungkusan khusus.

5.1 Hierarki Pembungkusan

Komponen dilindungi oleh sistem pembungkusan berbilang lapisan:

• Beg Perlindungan Nyahcas Elektrostatik (ESD):Bekas utama untuk komponen LED individu atau gegelung. Beg ini diperbuat daripada bahan penyerak statik untuk mengelakkan kerosakan daripada nyahcas elektrostatik semasa pengendalian dan penyimpanan.
• Karton Dalaman:Kotak atau dulang kecil yang memegang berbilang beg ESD atau gegelung, menyediakan struktur fizikal dan perlindungan tambahan.
• Karton Luar:Bekas penghantaran utama yang memegang berbilang karton dalaman. Ia direka untuk ketahanan semasa pengangkutan dan penyimpanan.

5.2 Kuantiti Pembungkusan

Dokumen ini secara eksplisit menyenaraikan "Kuantiti Pembungkusan" sebagai parameter utama. Ini merujuk kepada bilangan komponen LED individu yang terkandung dalam satu unit penghantaran piawai (contohnya, per gegelung, per tiub, atau per beg dalam karton dalaman). Kuantiti biasa adalah 1000, 2000, atau 5000 keping per gegelung untuk peranti permukaan-pasang.

5.3 Dimensi Fizikal dan Polarity

Walaupun dimensi tepat tidak diberikan, pakej LED IR biasa (seperti LED lubang-lalu 3mm atau 5mm, atau pakej permukaan-pasang seperti 0805 atau 1206) akan mempunyai lukisan mekanikal terperinci. Lukisan ini menentukan panjang badan, lebar, tinggi, jarak lead (pic), dan dimensi lead. Yang penting, ia termasuk pengenalpastian polarity, biasanya menunjukkan katod (sisi negatif) melalui tepi rata pada kanta, lead yang lebih pendek, titik pada pakej, atau penanda pad khusus pada tapak kaki.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Pemasangan yang betul adalah penting untuk kebolehpercayaan.

6.1 Profil Pateri Semula Alir

Untuk LED IR permukaan-pasang, profil semula alir yang disyorkan mesti diikuti. Ini termasuk:

• Kadar Pemanasan Awal/Peningkatan:Biasanya 1-3°C per saat untuk mengelakkan kejutan terma.
• Zon Rendam:Tempoh pada suhu di bawah likuidus pateri untuk mengaktifkan fluks dan menyamakan suhu papan.
• Zon Semula Alir (Likuidus):Suhu puncak, yang mesti cukup tinggi untuk mencairkan pateri (contohnya, 240-250°C untuk SAC305) tetapi cukup rendah dan singkat untuk tidak merosakkan LED (suhu badan pakej maksimum selalunya 260°C selama 10 saat).
• Kadar Penyejukan:Penyejukan terkawal untuk memejalkan sendi pateri dengan betul.

6.2 Langkah Berjaga-jaga Utama

• Perlindungan ESD:Sentiasa kendalikan komponen dalam persekitaran selamat ESD menggunakan gelang pergelangan tangan dibumikan dan tikar konduktif.
• Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL):Jika berkaitan, pakej akan mempunyai penarafan MSL (contohnya, MSL 3). Komponen yang melebihi jangka hayat lantai mesti dibakar sebelum semula alir untuk mengelakkan kerosakan "popcorning".
• Pembersihan:Gunakan hanya pelarut pembersihan yang serasi yang tidak akan merosakkan kanta LED atau epoksi.
• Tekanan Mekanikal:Elakkan menggunakan tekanan langsung pada kanta LED semasa penempatan atau ujian.

6.3 Keadaan Penyimpanan

Komponen harus disimpan dalam beg ESD asal, tidak dibuka, dalam persekitaran terkawal. Keadaan yang disyorkan biasanya suhu antara 5°C dan 30°C dan kelembapan relatif di bawah 60%. Elakkan pendedahan kepada cahaya matahari langsung, gas menghakis, atau habuk berlebihan.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Data kitaran hayat dokumen menunjukkan "Semakan: 5" dan "Tempoh Luput: Selamanya," mencadangkan ini adalah dokumen stabil, tidak dikawal usang yang dikeluarkan pada 2013-05-27. Spesifikasi pembungkusan ditakrifkan dengan jelas dalam bahagian 5.1. Kod pesanan atau nombor model biasanya mengikut konvensyen penamaan yang mengekod atribut utama seperti jenis pakej, bin panjang gelombang, bin keamatan, dan kuantiti pembungkusan (contohnya, "IR940-SMD1206-B2-2K" mungkin menunjukkan LED IR 940nm dalam pakej 1206, bin keamatan B2, dibekalkan pada gegelung 2000 keping).

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Senario Aplikasi Biasa

• Alat Kawalan Jauh Inframerah:Untuk TV, sistem audio, dan kotak set atas. Panjang gelombang 940nm adalah piawaian industri.
• Sensor Jarak dan Kehadiran:Digunakan dalam telefon pintar untuk melumpuhkan skrin sentuh semasa panggilan, dalam pili automatik, dan suis lampu keselamatan.
• Pengiraan dan Pengesanan Objek:Dalam mesin layan diri, barisan pemasangan perindustrian, dan peralatan percetakan.
• Pencahayaan Penglihatan Malam:Dipasangkan dengan kamera peka IR untuk pengawasan dalam keadaan cahaya rendah.
• Penghantaran Data Optik:Untuk komunikasi bersiri jarak pendek, kelajuan rendah (IrDA) atau pautan data perindustrian.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Litar Pemacu:Sentiasa gunakan perintang had arus bersiri atau pemacu arus malar. Jangan sekali-kali menyambungkan LED terus ke sumber voltan.
• Penyingkiran Haba:Untuk operasi arus tinggi atau suhu ambien tinggi, pastikan kawasan kuprum PCB yang mencukupi atau penyingkiran haba luaran untuk mengurus rintangan terma LED.
• Reka Bentuk Optik:Pertimbangkan sudut pandangan LED. Gunakan kanta atau pemantul untuk meluruskan atau menyebarkan pancaran seperti yang diperlukan untuk aplikasi.
• Pemadanan Pengesan Foto:Pastikan pengesan foto yang dipilih (fotodiod, fototransistor) mempunyai kepekaan tinggi pada 940nm. Gunakan penapis IR untuk menyekat cahaya nampak jika persekitaran bising.
• Kekebalan Bunyi Elektrik:Dalam aplikasi penderia, modulasi isyarat IR (contohnya, dengan pembawa 38kHz) dan gunakan penerima yang ditala untuk menolak gangguan cahaya ambien daripada cahaya matahari atau lampu pendarfluor.

9. Perbandingan Teknikal

Berbanding dengan sumber IR lain, LED 940nm ini menawarkan kelebihan khusus.

• vs. LED IR 850nm:Cahaya 940nm jauh kurang kelihatan sebagai cahaya merah malap, menjadikannya lebih unggul untuk pengawasan tersembunyi. Walau bagaimanapun, pengesan foto silikon sedikit kurang sensitif pada 940nm berbanding pada 850nm, dan penyerapan atmosfera sedikit lebih tinggi.
• vs. Lampu IR Pijar:LED adalah jauh lebih cekap, mempunyai masa tindak balas yang lebih pantas (membolehkan modulasi kelajuan tinggi), lebih kukuh secara mekanikal, dan mempunyai jangka hayat operasi yang lebih panjang (puluhan ribu jam).
• vs. Diod Laser:LED mempunyai output spektrum yang lebih luas dan kawasan pancaran yang lebih besar, menghasilkan pancaran meresap yang lebih mudah untuk digunakan untuk pencahayaan dan penderiaan umum. Ia juga jauh lebih murah dan tidak memerlukan litar pemacu dan keselamatan kompleks diod laser.

10. Soalan Lazim (FAQ)

Q1: Apakah tujuan panjang gelombang puncak 940nm?
A1: Panjang gelombang 940nm adalah optimum kerana ia sepadan dengan kepekaan pengesan foto silikon sementara hampir tidak kelihatan kepada mata manusia, menjadikannya sesuai untuk aplikasi penderiaan dan kawalan jauh yang berhati-hati.

Q2: Bagaimana saya menentukan nilai perintang had arus yang betul?
A2: Gunakan Hukum Ohm: R = (Vsupply - Vf) / If. Anda mesti tahu voltan bekalan anda (Vsupply), voltan ke hadapan LED (Vf) daripada datasheet atau binnya, dan arus ke hadapan yang dikehendaki (If). Sentiasa pastikan penarafan kuasa perintang (P = (Vsupply - Vf) * If) mencukupi.

Q3: Bolehkah saya menggunakan LED ini di luar rumah?
A3: Ya, tetapi dengan langkah berjaga-jaga. Kanta epoksi mungkin merosot di bawah pendedahan UV yang berpanjangan. Lebih penting lagi, cahaya matahari terang mengandungi komponen IR yang kuat yang boleh memenuhi penerima. Menggunakan penapis optik dan isyarat termodulasi adalah penting untuk operasi luar rumah yang boleh dipercayai.

Q4: Mengapakah perlindungan ESD begitu penting untuk LED?
A4: Simpang semikonduktor dalam LED amat sensitif kepada nyahcas elektrostatik voltan tinggi. Peristiwa ESD boleh serta-merta menurunkan output optik, meningkatkan arus bocor, atau menyebabkan kegagalan lengkap tanpa sebarang kerosakan yang kelihatan.

Q5: Apakah yang dimaksudkan dengan "Kuantiti Pembungkusan"?
A5: Ia menentukan bilangan komponen LED individu yang dibekalkan dalam satu unit jualan piawai, seperti pada gegelung, dalam tiub, atau dalam beg anti-statik. Ini adalah penting untuk perancangan pengeluaran dan pengurusan inventori.

11. Contoh Kes Penggunaan Praktikal

11.1 Sensor Jarak Mudah

Sensor pantulan asas boleh dibina dengan meletakkan LED IR 940nm dan fototransistor bersebelahan. LED didorong dengan arus berdenyut. Apabila objek menghampiri, ia memantulkan cahaya IR kembali ke fototransistor, menyebabkan arus pengumpulnya meningkat. Litar pembanding kemudian boleh mencetuskan isyarat output digital. Reka bentuk ini digunakan dalam pengesanan kertas dalam pencetak dan pengaktifan pengering tangan.

11.2 Pencahaya IR Jarak Jauh untuk CCTV

Untuk kamera keselamatan penglihatan malam, tatasusunan berbilang LED 940nm berkuasa tinggi dibina. LED didorong oleh pemacu arus malar yang mampu beberapa ratus miliamps. Kanta Fresnel diletakkan di hadapan tatasusunan untuk meluruskan cahaya menjadi pancaran, melanjutkan julat pencahayaan berkesan kepada puluhan meter. Pengurusan terma melalui penyingkiran haba aluminium besar adalah kritikal untuk reka bentuk berkuasa tinggi ini.

12. Prinsip Operasi

Diod Pemancar Cahaya Inframerah (IR LED) adalah peranti simpang p-n semikonduktor. Apabila terpincang ke hadapan (voltan positif dikenakan pada sisi p relatif kepada sisi n), elektron dari kawasan n disuntik merentasi simpang ke kawasan p, dan lubang dari kawasan p disuntik ke kawasan n. Pembawa minoriti ini bergabung semula dengan pembawa majoriti di kawasan bertentangan. Dalam semikonduktor jurang jalur langsung seperti Gallium Arsenide (GaAs), biasa digunakan untuk LED IR, peristiwa penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton (zarah cahaya). Panjang gelombang (warna) foton yang dipancarkan ditentukan oleh tenaga jurang jalur (Eg) bahan semikonduktor, mengikut persamaan λ = hc/Eg, di mana h ialah pemalar Planck dan c ialah kelajuan cahaya. Dengan melaraskan komposisi aloi semikonduktor (contohnya, menggunakan AlGaAs atau InGaAs), jurang jalur dan seterusnya panjang gelombang yang dipancarkan boleh dikawal dengan tepat, menghasilkan output 940nm yang dinyatakan di sini.

13. Trend Teknologi

Bidang teknologi LED IR terus berkembang. Trend utama termasuk:

• Peningkatan Kuasa dan Kecekapan:Peningkatan berterusan dalam sains bahan dan pembungkusan menghasilkan LED IR dengan fluks sinaran dan kecekapan dinding-soket (penukaran kuasa elektrik-ke-optik) yang lebih tinggi, membolehkan peranti yang lebih kecil atau julat yang lebih panjang untuk kuasa input yang sama.
• Pengecilan:Dorongan untuk elektronik pengguna yang lebih kecil mendorong LED IR ke dalam pakej permukaan-pasang yang semakin kecil (contohnya, 0402, 0201) dan pakej skala cip (CSP).
• Penyelesaian Bersepadu:Terdapat trend ke arah menggabungkan LED IR, pengesan foto, litar pemacu, dan pemprosesan isyarat (seperti penolakan cahaya ambien) ke dalam satu modul atau sistem-dalam-pakej (SiP), memudahkan reka bentuk untuk pengguna akhir.
• Pengembangan ke Panjang Gelombang Baru:Walaupun 850nm dan 940nm mendominasi, terdapat minat yang semakin meningkat dalam panjang gelombang IR lain untuk aplikasi khusus, seperti 1050nm untuk LiDAR selamat mata atau jalur tertentu untuk penderiaan gas.
• Pengurusan Terma yang Lebih Baik:Reka bentuk pakej baru dengan rintangan terma yang lebih rendah dan bahan dengan kekonduksian terma yang lebih baik memanjangkan jangka hayat LED dan membolehkan arus pemacu yang lebih tinggi.