Spesifikasi Lengkap LED Inframerah Subminiatur Bulat 1.8mm IR42-21C/TR8 - Dimensi 1.8mm Dia - Voltan 1.2V - Kuasa 130mW - Kanta Jernih Air - Dokumen Teknikal MS

1. Gambaran Keseluruhan Produk

IR42-21C/TR8 ialah diod pancaran inframerah subminiatur permukaan-pasang yang direka untuk aplikasi optoelektronik padat. Ia mempunyai pakej bulat berdiameter 1.8mm yang diperbuat daripada plastik jernih air dengan kanta atas sfera, mengoptimumkan keluaran cahaya. Peranti ini menggunakan bahan cip Gallium Aluminium Arsenida (GaAlAs), yang sepadan secara spektrum dengan fotodiod dan fototransistor silikon, memastikan pengesanan yang cekap dalam sistem sensor. Matlamat reka bentuk utamanya ialah peminikroan, keserasian dengan proses pemasangan automatik, dan prestasi yang boleh dipercayai dalam pelbagai peranti elektronik pengguna dan industri.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

LED ini menawarkan beberapa kelebihan utama untuk pereka. Voltan hadapan rendahnya (biasanya 1.2V) menyumbang kepada operasi yang cekap tenaga. Komponen ini mematuhi sepenuhnya peraturan bebas plumbum (Pb-free), RoHS, EU REACH, dan bebas halogen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), menjadikannya sesuai untuk pasaran global dengan piawaian alam sekitar yang ketat. Ia serasi dengan kedua-dua proses pematerian semula inframerah dan fasa wap, memudahkan pemasangan PCB automatik volum tinggi. Pasaran sasaran utama termasuk pengeluar sensor inframerah padat, halangan cahaya miniatur untuk automasi, pemacu cakera liut (untuk sistem warisan atau khusus), suis optoelektronik kegunaan am, dan sistem pengesan asap di mana sumber IR tidak kelihatan diperlukan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Prestasi IR42-21C/TR8 ditakrifkan oleh satu set penarafan maksimum mutlak dan ciri-ciri elektro-optik yang diukur pada suhu ambien piawai (Ta) 25°C. Memahami parameter ini adalah kritikal untuk reka bentuk litar yang boleh dipercayai dan memastikan LED beroperasi dalam kawasan operasi selamatnya (SOA).

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ia tidak boleh dilampaui, walaupun seketika. Arus hadapan berterusan (IF) dinilai pada 65 mA. Voltan songsang maksimum yang dibenarkan (VR) ialah 5 V. Peranti boleh beroperasi dalam julat suhu ambien (Topr) -25°C hingga +85°C dan disimpan (Tstg) antara -40°C dan +85°C. Suhu pematerian (Tsol) tidak boleh melebihi 260°C untuk tempoh 5 saat atau kurang semasa proses pematerian semula. Jumlah disipasi kuasa (Pd) pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C ialah 130 mW. Melebihi mana-mana had ini berisiko kegagalan katastrofik atau degradasi dipercepatkan.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter ini, biasanya diukur pada arus hadapan (IF) 20 mA, mentakrifkan prestasi fungsi peranti. Keamatan sinaran (Ie), ukuran kuasa optik yang dipancarkan per sudut pepejal, mempunyai nilai minimum 1.0 mW/sr dan nilai tipikal 3.0 mW/sr. Panjang gelombang puncak (λp) biasanya 940 nm, meletakkannya dengan kukuh dalam spektrum inframerah dekat, yang sesuai untuk pengesan berasaskan silikon. Lebar jalur spektrum (Δλ) biasanya 45 nm, mentakrifkan julat panjang gelombang yang dipancarkan. Voltan hadapan (VF) mempunyai nilai tipikal 1.2 V dan maksimum 1.5 V pada 20 mA. Arus songsang (IR) adalah maksimum 10 µA apabila bias songsang 5 V dikenakan. Sudut pandangan (2θ1/2), ditakrifkan sebagai sudut penuh di mana keamatan sinaran jatuh kepada separuh nilai puncaknya, biasanya 30 darjah, memberikan pancaran yang agak fokus.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Spesifikasi ini menyediakan beberapa lengkung ciri yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi. Graf ini penting untuk memahami tingkah laku dunia sebenar di luar spesifikasi titik tunggal pada 25°C.

3.1 Arus Hadapan vs. Suhu Ambien

Lengkung ini menunjukkan hubungan antara arus hadapan berterusan yang dibenarkan dan suhu ambien. Apabila suhu ambien meningkat, arus hadapan maksimum yang dibenarkan berkurangan secara linear. Pengurangan penarafan ini adalah perlu untuk mengelakkan suhu simpang melebihi hadnya, yang berkaitan dengan penarafan disipasi kuasa. Pereka mesti menggunakan graf ini untuk memilih arus operasi yang sesuai untuk suhu ambien maksimum yang dijangkakan bagi aplikasi mereka.

3.2 Taburan Spektrum

Lengkung taburan spektrum memplot keamatan sinaran relatif terhadap panjang gelombang. Ia mengesahkan secara visual panjang gelombang puncak 940 nm dan lebar jalur spektrum kira-kira 45 nm. Lengkung ini tidak simetri, yang tipikal untuk spektrum pancaran LED. Maklumat ini adalah penting untuk aplikasi yang memerlukan padanan spektrum khusus dengan lengkung responsiviti pengesan foto.

3.3 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan

Lengkung ciri IV (Arus-Voltan) ini adalah tidak linear, seperti semua diod. Ia menunjukkan bahawa peningkatan kecil dalam voltan hadapan melebihi voltan "lutut" mengakibatkan peningkatan besar dan eksponen dalam arus hadapan. Ini menekankan kepentingan kritikal menggunakan perintang had arus bersiri atau pemacu arus malar untuk mengelakkan pelarian haba dan kemusnahan LED daripada arus berlebihan.

3.4 Keamatan Sinaran Relatif vs. Anjakan Sudut

Plot kutub ini menggambarkan corak pancaran spatial LED. Keamatan dinormalkan kepada nilai maksimumnya pada 0 darjah (paksi). Lengkung menunjukkan bagaimana keamatan berkurangan apabila sudut pemerhatian meningkat, mentakrifkan sudut pandangan 30 darjah di mana keamatan adalah 50% daripada puncak. Corak ini umumnya Lambertian (seperti kosinus) untuk pakej berbentuk kubah ini, yang berguna untuk mengira irradians pada pengesan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

4.1 Dimensi Pakej

Peranti ini dibungkus dalam pakej SMD bulat padat dengan diameter 1.8mm. Lukisan mekanikal terperinci dalam spesifikasi ini menyediakan semua dimensi kritikal, termasuk ketinggian badan, jarak kaki, dan geometri kanta. Semua dimensi adalah dalam milimeter, dengan toleransi piawai ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Susun atur pad yang dicadangkan disediakan untuk reka bentuk PCB, tetapi dinyatakan dengan jelas bahawa ini adalah untuk rujukan sahaja dan harus diubah berdasarkan keperluan proses individu dan keperluan pengurusan haba.

4.2 Pengenalpastian Polarisasi dan Pita Pembawa

Pakej ini mempunyai sisi rata atau tanda serupa untuk menunjukkan kaki katod (negatif), yang penting untuk orientasi yang betul semasa pemasangan. Untuk pengeluaran volum tinggi, komponen dibekalkan pada gegelung pita pembawa. Spesifikasi ini termasuk dimensi pita pembawa, menentukan saiz poket, pic, dan diameter gegelung. Gegelung piawai mengandungi 1000 keping, yang tipikal untuk mesin pick-and-place automatik.

5. Garis Panduan Pematerian dan Pemasangan

Pengendalian dan pematerian yang betul adalah penting untuk kebolehpercayaan. LED ini sensitif kepada kelembapan dan dibekalkan dalam beg penghalang kelembapan dengan penyerap lembapan.

5.1 Penyimpanan dan Kepekaan Kelembapan

Sebelum membuka beg yang dimeterai, LED mesti disimpan pada 30°C atau kurang dan 90% Kelembapan Relatif (RH) atau kurang. Jangka hayat simpanan adalah satu tahun. Selepas membuka beg, komponen harus disimpan pada 30°C/60%RH atau kurang dan mesti digunakan dalam masa 168 jam (7 hari). Jika masa penyimpanan dilampaui atau penyerap lembapan menunjukkan kemasukan kelembapan, rawatan pembakaran pada 60 ± 5°C selama 24 jam diperlukan sebelum digunakan untuk membuang kelembapan yang diserap dan mengelakkan "popcorning" semasa pematerian semula.

5.2 Parameter Pematerian Semula

Peranti ini serasi dengan profil pematerian semula bebas plumbum (Pb-free). Profil suhu khusus disyorkan, biasanya melibatkan peringkat pemanasan awal, zon rendaman, zon suhu puncak tidak melebihi 260°C untuk maksimum 5 saat, dan peringkat penyejukan terkawal. Pematerian semula tidak boleh dilakukan lebih daripada dua kali. Semasa pemanasan, tiada tekanan mekanikal harus dikenakan pada badan atau kaki LED, dan PCB tidak boleh meleding selepas pematerian.

5.3 Pematerian Tangan dan Kerja Semula

Jika pematerian tangan tidak dapat dielakkan, penjagaan yang sangat teliti mesti diambil. Suhu hujung besi pemateri harus di bawah 350°C, dan masa sentuhan dengan setiap terminal harus dihadkan kepada 3 saat atau kurang. Besi pemateri berkuasa rendah (25W atau kurang) disyorkan. Jeda sekurang-kurangnya 2 saat harus diperhatikan antara pematerian setiap kaki. Kerja semula selepas pematerian awal sangat tidak digalakkan. Jika benar-benar perlu, besi pemateri berkepala dua khusus harus digunakan untuk memanaskan kedua-dua kaki secara serentak dan mengangkat komponen tanpa menekan pakej. Potensi kerosakan semasa kerja semula adalah tinggi.

6. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Tipikal

Litar aplikasi paling asas ialah sambungan bersiri mudah LED, perintang had arus, dan sumber voltan. Nilai perintang (R) dikira menggunakan Hukum Ohm: R = (V_sumber - VF_LED) / IF. Sebagai contoh, dengan sumber 5V, VF 1.2V, dan IF yang dikehendaki 20mA, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 Ohm. Perintang 200 Ohm akan menjadi nilai piawai yang sesuai. Untuk operasi yang lebih stabil, terutamanya dengan voltan bekalan berubah-ubah, litar pemacu arus malar adalah lebih disukai.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk untuk Sistem Inframerah

Apabila mereka bentuk sistem penderiaan inframerah, beberapa faktor mesti dipertimbangkan. Penjajaran optik antara LED IR dan pengesan foto adalah kritikal, terutamanya dengan pancaran 30 darjah. Penolakan cahaya ambien selalunya diperlukan; ini boleh dicapai dengan memodulatkan arus pemacu LED dan menggunakan litar pengesan segerak untuk menapis cahaya ambien DC. Keamatan sinaran dan kepekaan pengesan mesti dipadankan untuk jarak penderiaan yang diperlukan. Pengurusan haba harus dipertimbangkan jika beroperasi berhampiran penarafan maksimum, kerana peningkatan suhu simpang mengurangkan keluaran cahaya dan jangka hayat.

7. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan LED IR lubang-lalu yang lebih besar, kelebihan utama IR42-21C/TR8 ialah jejak SMD miniaturnya, membolehkan reka bentuk PCB yang lebih kecil, ringan dan lebih automatik. Berbanding dengan LED IR SMD lain, pembeza utama ialah saiz pakej bulat 1.8mm khususnya, panjang gelombang puncak 940nm yang dioptimumkan untuk pengesan silikon, dan pematuhannya dengan peraturan alam sekitar terkini (Bebas Halogen, REACH). Kanta jernih air, berbanding dengan kanta berwarna atau tersebar, memaksimumkan penghantaran cahaya inframerah, menghasilkan keamatan sinaran yang lebih tinggi untuk input elektrik tertentu.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Mengapa perintang had arus mutlak diperlukan?

J: Lengkung IV menunjukkan hubungan eksponen antara voltan dan arus untuk LED. Peningkatan sedikit dalam voltan bekalan atau penurunan voltan hadapan LED (disebabkan suhu) boleh menyebabkan lonjakan arus besar dan tidak terkawal, membawa kepada pembakaran serta-merta. Perintang menyediakan impedans penstabilan linear.

S: Bolehkah saya memacu LED ini dengan pin mikropengawal 3.3V secara langsung?

J: Mungkin, tetapi tidak optimum. Dengan VF 1.2V, perintang bersiri akan diperlukan. Arus yang tersedia dari pin GPIO selalunya terhad (contohnya, 20-25mA). Anda mesti memastikan jumlah pengambilan arus, termasuk pengiraan perintang (R = (3.3V - 1.2V) / I_dikehendaki), tidak melebihi keupayaan sumber arus GPIO. Untuk arus yang lebih tinggi atau pelbagai LED, pemacu transistor diperlukan.

S: Apakah maksud "sepadan secara spektrum dengan pengesan foto Si"?

J: Fotodiod dan fototransistor silikon mempunyai kepekaan puncak dalam kawasan inframerah dekat, sekitar 800-900nm. Pancaran puncak 940nm LED ini berada dalam zon responsiviti tinggi ini, memastikan kecekapan pemindahan isyarat maksimum dari sumber cahaya ke pengesan, menghasilkan nisbah isyarat-ke-bunyi dan julat sistem yang lebih baik.

S: Betapa kritikalnya kepekaan kelembapan dan arahan pembakaran?

J: Sangat kritikal untuk komponen SMD. Kelembapan yang diserap boleh mengewap dengan cepat semasa proses pematerian semula suhu tinggi, menyebabkan delaminasi dalaman, retakan, atau "popcorning" yang memusnahkan peranti. Mengikuti prosedur pengendalian MSL (Tahap Kepekaan Kelembapan) adalah penting untuk hasil pengeluaran dan kebolehpercayaan jangka panjang.

9. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

Senario: Mereka Bentuk Sensor Pengesanan Objek Padat.Seorang pereka perlu mencipta sensor pengesanan objek tanpa sentuh untuk peranti automatik kecil. Ruang adalah terhad, memerlukan komponen SMD. Mereka memilih IR42-21C/TR8 untuk saiz kecilnya. Mereka memasangkannya dengan fototransistor dalam konfigurasi retro-reflektif: kedua-dua komponen diletakkan bersebelahan pada PCB yang sama, menghadap arah yang sama. Objek yang lalu di hadapan memantulkan pancaran IR kembali ke fototransistor. Pereka menggunakan keamatan sinaran tipikal (3.0 mW/sr) dan kepekaan fototransistor untuk mengira arus yang diperlukan untuk julat pengesanan yang dikehendaki 10cm. Mereka melaksanakan litar pemasa 555 mudah untuk mengepalkan LED pada 1kHz, dan litar pengesan termasuk penapis laluan jalur ditala kepada 1kHz untuk menolak kelipan cahaya ambien 50/60Hz dan cahaya matahari DC. Perintang had arus dipilih untuk menyediakan pemacu 15mA, dalam penarafan LED, untuk memastikan jangka hayat panjang. Pakej SMD padat membolehkan keseluruhan pemasangan sensor muat dalam perumahan kurang daripada 15mm lebar.

10. Prinsip Operasi dan Trend Teknologi

10.1 Prinsip Operasi

Diod Pancaran Cahaya Inframerah (IR LED) beroperasi berdasarkan prinsip elektroluminesens dalam simpang p-n semikonduktor. Apabila voltan hadapan dikenakan, elektron dari rantau jenis-n dan lubang dari rantau jenis-p disuntik merentasi simpang. Apabila pembawa cas ini bergabung semula dalam rantau aktif (cip GaAlAs dalam kes ini), tenaga dibebaskan dalam bentuk foton (cahaya). Jurang jalur tenaga khusus bahan semikonduktor GaAlAs menentukan panjang gelombang foton yang dipancarkan, yang berada dalam spektrum inframerah (940nm) untuk peranti ini. Pakej epoksi jernih air bertindak sebagai kanta, membentuk cahaya yang dipancarkan kepada sudut pandangan yang ditentukan.

10.2 Trend Industri

Trend dalam optoelektronik, seperti semua elektronik, adalah ke arah peminikroan lanjut, kecekapan lebih tinggi, dan integrasi lebih besar. Walaupun prinsip asas IR LED kekal stabil, kemajuan dilihat dalam teknologi pembungkusan (jejak lebih kecil seperti 0402 atau pakej skala-cip), bahan epitaksial yang diperbaiki untuk kecekapan dinding-soket lebih tinggi (lebih banyak keluaran cahaya per watt input elektrik), dan integrasi pemacu dan logik kawalan ke dalam modul LED "pintar". Terdapat juga dorongan berterusan untuk pilihan spektrum yang lebih luas dan peranti yang mampu beroperasi pada kelajuan modulasi lebih tinggi untuk aplikasi komunikasi data (seperti IRDA). Pematuhan alam sekitar (Bebas Halogen, pembuatan jejak karbon lebih rendah) kekal sebagai pemacu kuat merentasi industri.