Инфракрасный светодиод 850нм 3.0x3.0x2.1мм 1.7В 1.7Вт в корпусе EMC: техническое описание

1. Обзор продукта

Этот инфракрасный светодиод выполнен в корпусе EMC с высокой надежностью, подходит для охранного мониторинга, инфракрасной подсветки камер и систем машинного зрения. Размеры корпуса: 3,00 мм x 3,00 мм x 2,10 мм. Он имеет пиковую длину волны 850 нм, низкое прямое напряжение и соответствует стандарту RoHS. Уровень чувствительности к влаге — Уровень 3.

1.1 Общее описание

Данное изделие использует структуру корпуса EMC (эпоксидный компаунд для формования), которая обеспечивает отличную надежность и механическую прочность. Широко применяется в различных системах охранного мониторинга и датчиковых электронных устройствах. Компактный квадратный корпус 3,0 мм позволяет создавать плотные массивы.

1.2 Особенности

• Низкое прямое напряжение (типично 1,7 В при 1000 мА)
• Пиковая длина волны λp=850 нм
• Применяется для бессвинцовой пайки оплавлением
• Уровень чувствительности к влаге: Уровень 3 (168 часов срока хранения после вскрытия)
• Соответствие требованиям RoHS

1.3 Применение

• Системы наблюдения
• Инфракрасная подсветка для камер
• Системы машинного зрения

2. Анализ технических параметров

2.1 Оптические и электрические характеристики

В следующей таблице приведены основные оптические и электрические параметры, измеренные при Ts=25°C и прямом токе 1000 мА (если не указано иное):

Прямое напряжение составляет от 1,4 В до 2,0 В при токе 1000 мА, типичное значение — 1,7 В. Это низкое прямое напряжение снижает рассеиваемую мощность и повышает эффективность системы. Пиковая длина волны сосредоточена на 850 нм, что идеально подходит для кремниевых сенсоров камер, имеющих пиковую чувствительность в этом диапазоне. Полуширина спектра 37 нм обеспечивает хороший баланс между эффективностью и совместимостью с фильтрами. Полный поток излучения варьируется от 450 мВт до 1120 мВт, что позволяет получить высокую оптическую мощность для подсветки на большие расстояния. Угол обзора 90° обеспечивает широкий луч, подходящий для освещения площади. Тепловое сопротивление от перехода до точки пайки составляет 16 °C/Вт, что свидетельствует о хороших тепловых характеристиках.

2.2 Абсолютные максимальные номинальные значения

Для обеспечения безопасной работы светодиод не должен превышать следующие абсолютные максимальные номинальные параметры:

Обратите внимание, что прямой ток 1000 мА указан для импульсного режима (коэффициент заполнения 1/10, длительность импульса 0,1 мс). Для непрерывного режима необходимо тщательно управлять отводом тепла, чтобы температура перехода не превышала 115°C. Защита от электростатического разряда при обращении обязательна.

3. Система сортировки (бинирования)

Светодиоды сортируются и группируются по полному потоку излучения (Φe) и пиковой длине волны (WLP) в процессе производства. Код бина указывается на этикетке вместе с конкретными значениями Φe и WLP. Это обеспечивает стабильные оптические характеристики в приложениях, требующих согласованных массивов светодиодов, например, в панелях подсветки камер.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Зависимость прямого напряжения от прямого тока

На рисунках 1-6 показана типичная зависимость прямого напряжения от прямого тока. При токе 1000 мА VF составляет около 1,7 В. Кривая соответствует типичному экспоненциальному поведению диода. Разработчики должны учитывать это изменение при проектировании источников постоянного тока.

4.2 Зависимость относительной интенсивности от прямого тока

На рисунке 1-7 показано, что относительная интенсивность излучения увеличивается почти линейно с ростом прямого тока до 1000 мА, что свидетельствует о хорошей эффективности. При меньших токах выходная мощность пропорционально ниже, но линейность указывает на стабильные характеристики в широком диапазоне рабочих токов.

4.3 Зависимость относительной интенсивности от температуры

Рисунок 1-8 показывает, что относительная интенсивность снижается по мере увеличения температуры точки пайки (Ts). При 85°C интенсивность падает примерно до 80% от значения при 25°C. Этот тепловой эффект необходимо учитывать при работе в условиях высоких температур или при подаче на светодиод тока, близкого к максимальному.

4.4 Спектральное распределение

Рисунок 1-9 показывает спектр излучения с центром на 850 нм и полушириной 37 нм. Спектр типичен для инфракрасных светодиодов на основе GaAs. Это узкое излучение хорошо согласуется с распространенными кремниевыми фотоприемниками.

4.5 Диаграмма излучения

Рисунок 1-10 иллюстрирует диаграмму направленности с половинным углом 45° (полная ширина на полувысоте 90°). Диаграмма приблизительно ламбертовская, обеспечивающая равномерное освещение на большой площади.

4.6 Зависимость максимального прямого тока от температуры

Рисунок 1-11 показывает максимально допустимый прямой ток в зависимости от температуры точки пайки. При Ts=25°C максимальный ток составляет 1000 мА; при Ts=85°C он снижается примерно до 500 мА. Эта кривая снижения номиналов имеет решающее значение для теплового управления.

5. Информация о механических характеристиках и упаковке

5.1 Размеры корпуса

Корпус светодиода имеет размеры 3,00 мм x 3,00 мм x 2,10 мм (Д x Ш x В). Корпус черного цвета с инфракрасно-прозрачной линзой. Контактные площадки анода и катода обозначены на виде снизу. Катодная площадка имеет большую площадь для отвода тепла. Рекомендуемая конфигурация контактных площадок для пайки приведена на рисунке 1-5 с указанием конкретных размеров (0,69 мм, 1,45 мм, 0,46 мм и т.д.) для обеспечения надлежащего механического и теплового соединения.

5.2 Идентификация полярности

Полярность отмечена на корпусе: указаны анод (положительный) и катод (отрицательный). На виде снизу показано расположение контактных площадок.

5.3 Размеры упаковочной ленты и катушки

Светодиоды упакованы в упаковочную ленту с размерами, показанными на рисунке 2-1. Каждая катушка содержит 3000 шт. Размеры катушки: A=12,7±0,3 мм, B=330,2±2 мм, C=79,5±1 мм, D=14,3±0,2 мм. На ленте имеется маркер полярности для указания ориентации.

5.4 Информация на этикетке

Этикетка содержит номер детали, номер спецификации, номер партии, код бина (включая бины полного потока излучения и пиковой длины волны), бин прямого напряжения, количество и дату. На этикетке также имеется штрих-код для отслеживаемости.

6. Руководство по пайке и сборке

6.1 Профиль пайки оплавлением для SMT

Рекомендуемый профиль пайки оплавлением показан на рисунке 3-1. Ключевые параметры: предварительный нагрев от 150°C до 200°C в течение 60-120 с; время выше 217°C: макс. 60 с; пиковая температура: 260°C в течение макс. 10 с; скорость охлаждения: макс. 6°C/с. Общее время от 25°C до пика должно быть менее 8 минут. Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз. Если между двумя оплавлениями прошло более 24 часов, светодиоды могут быть повреждены из-за поглощения влаги.

6.2 Ручная пайка

При необходимости ручной пайки температура паяльника должна быть ниже 300°C, а время контакта — менее 3 секунд. Допускается только одна операция ручной пайки.

6.3 Ремонт

Ремонт после пайки не рекомендуется. Если это неизбежно, используйте двусторонний паяльник и убедитесь, что характеристики светодиода не нарушены.

6.4 Меры предосторожности

Герметик выполнен из силикона, который мягок. Не оказывайте чрезмерного давления на верхнюю поверхность. Избегайте установки светодиодов на искривленные печатные платы и не изгибайте плату после пайки. Не прилагайте механических усилий и не допускайте вибрации во время охлаждения. Следует избегать быстрого охлаждения.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Количество в упаковке

Стандартная упаковка: 3000 шт. на катушку. Светодиоды размещаются в упаковочной ленте и наматываются на катушку в соответствии с EIA-481.

7.2 Влагозащитная упаковка

Каждая катушка помещается в влагозащитный пакет (MBB) вместе с осушителем и индикатором влажности. Затем пакет герметизируется для поддержания низкой влажности. На этикетке указан уровень чувствительности к влаге.

7.3 Картонная коробка

Несколько катушек упаковываются в картонную коробку с соответствующей амортизацией для транспортировки.

7.4 Условия хранения

Перед вскрытием алюминиевой фольгированной упаковки хранить при ≤30°C и ≤75% ОВ до одного года с даты упаковки. После вскрытия светодиоды должны быть использованы в течение 168 часов (7 дней) при хранении при ≤30°C и ≤60% ОВ. Если срок хранения превышен или осушитель обесцветился, перед использованием требуется сушка при 60±5°C в течение ≥24 часов.

8. Меры предосторожности при обращении

8.1 Ограничения по сере и галогенам

Рабочая среда и сопрягаемые материалы не должны содержать серу или соединения серы в количестве, превышающем 100 ppm. Содержание брома и хлора должно быть менее 900 ppm каждое, а их суммарное содержание — ниже 1500 ppm. Это помогает предотвратить коррозию и обесцвечивание светодиода.

8.2 Летучие органические соединения и совместимость материалов

Летучие органические соединения (ЛОС) из материалов оснастки могут проникать в силиконовый герметик и вызывать обесцвечивание при воздействии тепла и света. Рекомендуется проверить все материалы на совместимость в конкретной рабочей среде. Не используйте клеи, выделяющие органические пары.

8.3 Обращение с силиконовой поверхностью

Поверхность силиконовой линзы мягкая и легко притягивает пыль. Берите компонент сбоку с помощью пинцета или подходящего инструмента. Избегайте прямого касания поверхности линзы. При необходимости очистки используйте изопропиловый спирт. Ультразвуковая очистка не рекомендуется, так как может повредить светодиод.

8.4 Рекомендации по проектированию схем

Спроектируйте управляющую схему так, чтобы ограничить ток ниже абсолютного максимального номинала. Используйте токоограничивающий резистор или источник постоянного тока. Небольшие изменения напряжения могут вызвать значительные изменения тока из-за крутой ВАХ. Не подавайте на светодиод обратное напряжение, так как это может вызвать миграцию и повреждение.

8.5 Тепловое проектирование

Тепловое управление критически важно. Температура перехода ни в коем случае не должна превышать 115°C. Обеспечьте достаточный отвод тепла с помощью медной области печатной платы и тепловых переходных отверстий. Тепловое сопротивление от перехода до точки пайки составляет 16 °C/Вт, поэтому при рассеиваемой мощности 1,7 Вт повышение температуры от точки пайки до перехода составляет около 27 °C. Убедитесь, что температура окружающей среды плюс повышение не превышает 115°C.

8.6 Защита от электростатического разряда (ЭСР)

Светодиод имеет стойкость к ЭСР 2000 В (HBM). Тем не менее, необходима защита от ЭСР при обращении и сборке. Используйте заземленные рабочие места, антистатические браслеты и проводящую упаковку.

9. Рекомендации по применению

Инфракрасный светодиод 850 нм идеально подходит для камер безопасности, подсветки ночного видения и освещения в системах машинного зрения. Для оптимальной производительности используйте источник постоянного тока с возможностью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Используйте методы отвода тепла, такие как тепловые переходные отверстия и медные полигоны на печатной плате. Угол обзора 90° подходит для освещения больших площадей; для более узкого луча можно использовать внешнюю оптику. Убедитесь, что спектр излучения светодиода совпадает с пиком чувствительности сенсора камеры (обычно около 850 нм для кремниевых сенсоров).

10. Тестирование надежности

10.1 Испытания и условия

Продукт прошел испытания на надежность в соответствии со стандартами JEDEC, включая: пайку оплавлением (260°C, 10 с, 3 раза), термоциклирование (-40°C до 100°C, 100 циклов), термический удар (-40°C до 100°C, 300 циклов), хранение при высокой температуре (100°C, 1000 ч), хранение при низкой температуре (-40°C, 1000 ч), испытание на срок службы (25°C, 1000 мА, 1000 ч) и испытание на срок службы при высокой температуре и влажности (85°C/85%ОВ, 1000 мА, 1000 ч). Все испытания пройдены с критериями приемки: 0 отказов на 10 образцов.

10.2 Критерии отказа

Отказ определяется как: прямое напряжение превышает верхний предел спецификации (U.S.L) x 1,1; обратный ток превышает U.S.L x 2,0; полный поток излучения падает ниже нижнего предела спецификации (L.S.L) x 0,7.

11. Принцип работы

Этот инфракрасный светодиод основан на полупроводниковом p-n-переходе, изготовленном из арсенида галлия (GaAs) или родственных соединений III-V. При прямом смещении электроны рекомбинируют с дырками в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов. Энергия запрещенной зоны определяет длину волны фотонов; для 850 нм материалом обычно является GaAs с небольшим содержанием алюминия. Корпус EMC инкапсулирует чип и обеспечивает отвод тепла и защиту.

12. Тенденции развития

Спрос на инфракрасные светодиоды продолжает расти с расширением систем наблюдения, автономных транспортных средств (LiDAR) и промышленной автоматизации. Будущие тенденции включают увеличение плотности мощности, уменьшение корпусов и повышение эффективности. Интеграция ИК-светодиодов с усовершенствованными драйверами и интеллектуальными системами управления позволит реализовать адаптивное освещение. Также растет переход к более длинным волнам (940 нм) для скрытой подсветки, но 850 нм остается доминирующим для стандартных камер благодаря лучшей чувствительности сенсора.

13. Часто задаваемые вопросы

В: Каков максимальный непрерывный прямой ток? О: Абсолютный максимум составляет 1000 мА, но только для импульсного режима (коэффициент заполнения 1/10). Для непрерывного режима постоянного тока ток должен быть снижен в зависимости от температуры. При температуре окружающей среды 25°C и хорошем отводе тепла типичный непрерывный ток составляет около 500 мА, чтобы температура перехода оставалась в безопасных пределах.

В: Как обращаться с компонентами уровня MSL 3? О: Храните в герметичном влагозащитном пакете. После вскрытия используйте в течение 168 часов или перед оплавлением просушите при 60°C в течение 24 часов.

В: Можно ли использовать этот светодиод в наружных камерах? О: Да, но убедитесь, что диапазон рабочих температур находится в пределах от -40°C до +85°C, и корпус обеспечивает надлежащее тепловое управление.

В: Какой драйвер светодиода рекомендуется? О: Источник постоянного тока с номинальным током, основанным на вашем тепловом расчете. Например, если вы используете ток 700 мА, может быть достаточно драйвера мощностью 1,5 Вт.

14. Практические примеры применения

Пример 1: Подсветка для купольной камеры ночного видения - Матрица 3x3 из этих светодиодов используется в купольной камере, обеспечивая эффективную подсветку на расстояние до 30 метров. Угол луча 90° покрывает поле зрения камеры. Тепловая конструкция использует алюминиевую печатную плату для отвода тепла.

Пример 2: Инспекция в машинном зрении - На заводе линейная камера использует мощную ИК-светодиодную матрицу (12 светодиодов) для подсветки движущихся деталей. Импульсный режим при токе 500 мА, коэффициент заполнения 50%, обеспечивает стабильную подсветку без перегрева.