SMD инфракрасный светодиод высотой 0.8 мм с плоской линзой - 1.6В - 875нм - 110мВт - Техническая спецификация

1. Обзор продукта

В данном документе представлены полные технические характеристики миниатюрного инфракрасного (ИК) излучающего диода для поверхностного монтажа. Устройство предназначено для применений, требующих компактного и надежного источника инфракрасного излучения, согласованного с кремниевыми фотодетекторами.

1.1 Ключевые особенности и позиционирование

Основной характеристикой светодиода является его исключительно малая высота — 0.8 мм, что делает его подходящим для конструкций печатных плат с ограниченным пространством. Он оснащен плоской линзой, отлитой из прозрачной пластмассы, которая формирует определенную диаграмму направленности излучения. Устройство изготовлено на основе кристалла из GaAlAs (арсенида галлия-алюминия), оптимизированного для инфракрасного излучения. Ключевым конструктивным преимуществом является его спектральная характеристика, которая тесно согласуется с кривой чувствительности распространенных кремниевых фотодиодов и фототранзисторов, что максимизирует эффективность детектирования в сенсорных системах.

1.2 Соответствие стандартам и экологические требования

Компонент соответствует основным экологическим директивам и требованиям безопасности. Он производится как бессвинцовый продукт. Также он соответствует требованиям по отсутствию галогенов, в частности, ограничивая содержание брома (Br) и хлора (Cl) до менее 900 ppm каждого по отдельности и их общую сумму до менее 1500 ppm. Продукт разработан в соответствии с параметрами директивы RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

2. Анализ технических параметров

В данном разделе подробно описаны абсолютные пределы и стандартные рабочие характеристики инфракрасного светодиода. Все параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C, если не оговорено иное.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Постоянный прямой ток (I_F):65 мА
• Обратное напряжение (V_R):5 В
• Рабочая температура (T_opr):от -25°C до +85°C
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +85°C
• Температура пайки (T_sol):260°C в течение не более 5 секунд.
• Рассеиваемая мощность (P_d):110 мВт (при температуре свободного воздуха 25°C или ниже).

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют типичные характеристики устройства в стандартных условиях испытаний (I_F= 20мА, Ta=25°C).

• Сила излучения (I_e):0.2 мВт/ср (мин.), 0.5 мВт/ср (тип.). Измеряет оптическую мощность, излучаемую в единицу телесного угла.
• Длина волны пика излучения (λ_p):875 нм (тип.). Это длина волны, на которой оптическая мощность максимальна.
• Спектральная ширина (Δλ):80 нм (тип.). Указывает диапазон излучаемых длин волн, обычно измеряется на половине максимальной интенсивности (FWHM).
• Прямое напряжение (V_F):1.3 В (тип.), 1.6 В (макс.). Падение напряжения на светодиоде при токе 20мА.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.). Ток утечки при обратном смещении 5В.
• Угол излучения (2θ_1/2):145° (тип.). Полный угол, при котором сила излучения составляет половину от пиковой (на оси 0°). Плоская линза способствует такому широкому углу обзора.

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько графиков, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Эти кривые необходимы инженерам-конструкторам для прогнозирования работы в реальных условиях.

3.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Для предотвращения теплового повреждения прямой ток должен быть уменьшен при работе выше 25°C. Номинальная рассеиваемая мощность 110мВт является критическим фактором в этом расчете снижения мощности.

3.2 Спектральное распределение

График изображает относительную оптическую мощность в спектре длин волн. Он подтверждает пик излучения примерно на 875нм и спектральную ширину ~80нм, подчеркивая соответствие чувствительности кремниевых детекторов (пик которой приходится на 800-900нм).

3.3 Относительная интенсивность в зависимости от прямого тока

Этот график иллюстрирует зависимость между током накачки и световым выходом. Обычно наблюдается сублинейная зависимость, где увеличение тока дает уменьшающуюся отдачу по силе излучения, особенно когда тепловые эффекты становятся значительными. Это информирует о выборе тока накачки для желаемого выхода с учетом эффективности и срока службы устройства.

3.4 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) является основополагающей для проектирования схемы. Она показывает экспоненциальную зависимость, позволяя разработчикам рассчитать необходимый последовательный резистор для заданного напряжения питания для достижения целевого тока накачки (например, 20мА). Типичное значение V_F1.3В является ключевым для этих расчетов.

3.5 Относительная излучательная интенсивность в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма визуально представляет диаграмму направленности излучения или угол обзора. Здесь подтверждается угол обзора 145°, показывая, как интенсивность уменьшается с увеличением угла от центральной оси (0°). Это критически важно для совмещения светодиода с детектором в сенсорных приложениях.

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство размещено в очень компактном корпусе для поверхностного монтажа. Ключевые размеры включают размер корпуса примерно 1.6мм x 1.2мм при общей высоте 0.8мм. Контактные площадки анода и катода расположены на нижней части корпуса. Подробные механические чертежи в спецификации предоставляют все критические размеры со стандартным допуском ±0.1мм, если не указано иное. Предоставлен рекомендуемый посадочный рисунок (footprint) для проектирования печатной платы в качестве справочного материала, но разработчикам рекомендуется модифицировать его в соответствии с их конкретным процессом сборки и требованиями к надежности.

4.2 Определение полярности

Корпус включает индикатор полярности, обычно выемку или метку на одном конце, для различения анода и катода. Правильная ориентация жизненно важна для работы схемы.

4.3 Упаковка для монтажа

Компоненты поставляются на ленте в катушке для совместимости с автоматическим оборудованием для установки компонентов. Ширина ленты составляет 8мм, намотана на стандартную катушку диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 3000 штук. Приведены размеры несущей ленты для обеспечения совместимости с питающими системами.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение критически важно для сохранения надежности и производительности устройства.

5.1 Хранение и чувствительность к влажности

Светодиоды упакованы в влагозащитный пакет с осушителем. Пакет не следует вскрывать до момента готовности к использованию компонентов. Перед вскрытием хранить при 10-30°C и влажности ≤90%. После вскрытия "время нахождения на производстве" составляет 168 часов (7 дней) при хранении при 10-30°C и влажности ≤60%. Неиспользованные детали должны быть повторно упакованы с осушителем. Если время нахождения на производстве или срок хранения превышены, перед использованием требуется прогрев при 60°C ±5°C в течение 96 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время пайки оплавлением.

5.2 Профиль оплавления бессвинцовой пайки

Предоставлен рекомендуемый температурный профиль для бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевые параметры включают стадию предварительного нагрева, заданную скорость нагрева, пиковую температуру не выше 260°C и время выше температуры ликвидуса (TAL), соответствующее припойной пасте. Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз на одном и том же устройстве. Необходимо избегать механических напряжений на корпусе светодиода во время нагрева и коробления печатной платы после пайки.

5.3 Ручная пайка и перемонтаж

Если необходима ручная пайка, требуется особая осторожность. Температура жала паяльника должна быть ниже 350°C, прикладываться к каждому выводу не более 3 секунд. Рекомендуется маломощный паяльник (≤25Вт). Между пайкой двух выводов должен быть интервал охлаждения не менее 2 секунд. Перемонтаж после пайки светодиода настоятельно не рекомендуется. Если это неизбежно, необходимо использовать специализированный паяльник с двумя жалами для одновременного нагрева обоих выводов и снятия компонента без приложения механического напряжения. Влияние перемонтажа на характеристики устройства должно быть проверено заранее.

6. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

6.1 Основные сценарии применения

• Инфракрасные датчики на печатной плате:Датчики приближения, обнаружение объектов, следования по линии.
• Блоки инфракрасных пультов дистанционного управления:Подходят для конструкций, требующих большей выходной мощности для увеличения дальности.
• Сканеры:Считыватели штрих-кодов, сканеры документов.
• Общие инфракрасные системы:Любые применения, требующие компактного, эффективного ИК-источника в паре с кремниевым детектором.

6.2 Критически важные аспекты проектирования

• Ограничение тока:Внешний последовательный резистор ОБЯЗАТЕЛЕН. Экспоненциальная ВАХ светодиода означает, что небольшое увеличение напряжения может вызвать большое, разрушительное увеличение тока. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F.
• Тепловой режим:Необходимо соблюдать предел рассеиваемой мощности 110мВт. Следует учитывать площадь медных проводников на плате (тепловые площадки) для отвода тепла, особенно при работе на повышенных токах или в условиях повышенной температуры окружающей среды.
• Оптическое выравнивание:Широкий угол обзора 145° упрощает выравнивание, но снижает интенсивность в конкретной точке. Для сфокусированных лучей могут потребоваться внешние оптические элементы.
• Электрическая защита:Низкое номинальное обратное напряжение (5В) означает, что необходимо избегать условий обратного смещения, которые могут быть вызваны индуктивными нагрузками или неправильной разводкой печатной платы.

6.3 Факторы сравнения и выбора

При выборе ИК-светодиода ключевыми отличительными факторами являются:
Размер/Высота корпуса:Профиль 0.8 мм данного устройства является основным преимуществом для сверхтонких конструкций.
Угол обзора:Плоская широкоугольная линза идеальна для широкого покрытия, тогда как купольные линзы обеспечивают более сфокусированный луч.
Длина волны:Пик 875нм является стандартным для согласования с кремнием. Другие длины волн (например, 940нм) обеспечивают меньшую видимость, но могут иметь несколько меньший отклик детектора.
Сила излучения:Типичный выход 0.5мВт/ср подходит для многих применений средней дальности. Доступны устройства с более высокой мощностью, но они могут иметь компромисс по размеру или углу обзора.

7. Маркировка и информация для заказа

Этикетка на катушке содержит основную информацию для прослеживаемости и контроля производства. Обычно включаются поля: Номер детали заказчика (CPN), Номер детали производителя (P/N), Номер партии (LOT No), Количество (QTY), Пиковая длина волны (H.E.), Класс производительности (CAT), Код ссылки (REF), Уровень чувствительности к влаге (MSL-X) и Страна производства (Made In). Конкретный номер детали для данного устройства — SIR19-21C/TR8, где "TR8" указывает на упаковку в виде ленты шириной 8мм на катушке.

8. Технические принципы и тенденции

8.1 Принцип работы

Инфракрасный светодиод представляет собой полупроводниковый p-n переход. При прямом смещении электроны и дырки рекомбинируют в активной области (кристалле GaAlAs), высвобождая энергию в виде фотонов. Удельная ширина запрещенной зоны материала GaAlAs определяет длину волны фотона, что приводит к инфракрасному излучению около 875нм. Прозрачная эпоксидная линза защищает кристалл и формирует диаграмму направленности излучаемого света.

8.2 Тенденции отрасли

Тенденция в SMD оптоэлектронике продолжается в направлении миниатюризации, повышения эффективности и большей интеграции. Растет спрос на еще меньшие размеры корпусов и меньшую высоту для создания более тонкой потребительской электроники. Достижения в области проектирования кристаллов и материалов корпусов направлены на получение более высокой силы излучения от меньших устройств при сохранении или улучшении надежности. Интеграция с драйверами и датчиками в многокристальных модулях (MCM) или решениях "система в корпусе" (SiP) также является растущей областью, упрощающей проектирование и экономящей место на плате.