Техническая спецификация инфракрасного светодиода IR17-21C/TR8 - Корпус 0805 - 1.2В - 940нм - 130мВт

1. Обзор продукта

IR17-21C/TR8 — это высокопроизводительный инфракрасный (ИК) излучающий диод, предназначенный для современных применений в технологии поверхностного монтажа (SMT). Размещенный в компактном корпусе 0805, этот компонент разработан для обеспечения надежного инфракрасного излучения, специально согласованного с кремниевыми фотодетекторами. Его основная функция — служить эффективным источником инфракрасного излучения в различных схемах датчиков и переключателей.

Ключевое преимущество этого компонента заключается в его миниатюрном форм-факторе, который позволяет реализовывать высокоплотные конструкции печатных плат, и в отличном спектральном согласовании с кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами, что обеспечивает оптимальную чувствительность системы. Устройство выполнено с прозрачной пластиковой линзой, обеспечивающей плоский верхний вид, что способствует широкому углу обзора в 120 градусов. Оно соответствует ключевым экологическим и стандартам безопасности, включая RoHS, EU REACH, и производится как бесгалогенный компонент.

2. Технические характеристики и объективная интерпретация

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы нагрузки, 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. Это максимальный постоянный ток, который может непрерывно протекать через светодиод.
• Обратное напряжение (V_R): 5 В. Приложение обратного смещающего напряжения выше этого значения может привести к пробою PN-перехода светодиода.
• Рабочая и температура хранения (T_opr, T_stg): от -40°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Рассеиваемая мощность (P_d): 130 мВт при 25°C. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в виде тепла. При более высоких температурах окружающей среды необходимо снижение номинала.
• Температура пайки (T_sol): 260°C в течение ≤5 секунд. Это определяет допустимый пиковый профиль оплавления.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний: температура окружающей среды 25°C и прямой ток 20 мА, что представляет типичные условия эксплуатации.

• Сила излучения (I_e): 0.2 мВт/ср (мин.), 0.8 мВт/ср (тип.). Это измеряет оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла. Типичное значение указывает на ожидаемую выходную мощность.
• Пиковая длина волны (λ_p): 940 нм (тип.). Излучаемый инфракрасный свет сосредоточен на этой длине волны, что идеально подходит для кремниевых детекторов, имеющих высокую чувствительность в ближней инфракрасной области.
• Спектральная ширина полосы (Δλ): 45 нм (тип.). Это определяет диапазон излучаемых длин волн, обычно полная ширина на половине максимума (FWHM).
• Прямое напряжение (V_F): 1.2 В (тип.), 1.5 В (макс.) при 20 мА. Низкое прямое напряжение снижает энергопотребление и тепловую нагрузку.
• Обратный ток (I_R): 10 мкА (макс.) при 5 В. Это ток утечки, когда устройство находится под обратным смещением.
• Угол обзора (2θ_1/2): 120° (тип.). Определяется как полный угол, при котором интенсивность падает до половины значения на оси, обеспечивая очень широкую диаграмму направленности излучения.

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации представлены несколько характеристических кривых, которые имеют решающее значение для инженеров-конструкторов.

• Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды: Этот график показывает, как максимально допустимый прямой ток уменьшается с увеличением температуры окружающей среды из-за предела рассеиваемой мощности корпуса. Это важно для управления тепловым режимом.
• Спектральное распределение: Иллюстрирует относительную излучаемую мощность как функцию длины волны, подтверждая пик на 940 нм и спектральную ширину полосы.
• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая): Демонстрирует экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Кривая помогает выбрать соответствующий токоограничивающий резистор для заданного напряжения питания.
• Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения: Полярная диаграмма, показывающая диаграмму направленности излучения. Угол обзора 120 градусов визуально подтверждается здесь, показывая ламбертовское или близкое к нему распределение, характерное для светодиодов с плоской вершиной.

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

IR17-21C/TR8 соответствует стандартному посадочному месту 0805 (дюймовая система) или 2012 (метрическая система). Ключевые размеры включают длину корпуса приблизительно 2.0 мм, ширину 1.25 мм и высоту, как правило, от 0.8 до 1.0 мм (точное значение из чертежа). Анод и катод четко обозначены на корпусе. Предоставлена рекомендуемая контактная площадка для проектирования печатной платы с рекомендациями по корректировке в зависимости от конкретных производственных процессов.

4.2 Размеры упаковки в ленте

Компоненты поставляются на стандартных катушках с лентой шириной 8 мм для автоматической сборки методом pick-and-place. Каждая катушка содержит 3000 штук. Размеры ленты, включая размер кармана, шаг и диаметр катушки, указаны для обеспечения совместимости с питателями оборудования для поверхностного монтажа.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Чувствительность к влаге и хранение

Устройство чувствительно к влаге (уровень MSL указан на этикетке). Не вскрытые влагозащитные пакеты должны храниться при температуре ниже 30°C и влажности 90% RH. После вскрытия компоненты имеют срок хранения на производстве 168 часов (7 дней) при хранении при влажности ≤60% RH. Превышение этого срока требует процедуры прокаливания (например, 96 часов при 60°C) перед оплавлением, чтобы предотвратить повреждение типа \"попкорн\" во время пайки.

5.2 Профиль оплавления при пайке

Рекомендуется бессвинцовый (Pb-free) температурный профиль оплавления. Ключевые параметры включают стадию предварительного нагрева, определенное время выше температуры ликвидуса (например, 217°C), пиковую температуру, не превышающую 260°C, и общее время в критической температурной зоне. Оплавление не должно выполняться более двух раз.

5.3 Ручная пайка и переделка

Если необходима ручная пайка, следует использовать паяльник с температурой жала ниже 350°C и мощностью менее 25 Вт. Время контакта на каждый вывод должно быть ограничено 3 секундами, с достаточным охлаждением между выводами. Для переделки рекомендуется использовать паяльник с двумя жалами для одновременного нагрева обоих выводов и избежания механических напряжений на паяных соединениях. Влияние переделки на надежность устройства следует оценить заранее.

6. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

6.1 Типичные сценарии применения

• Инфракрасные датчики, устанавливаемые на печатную плату: Используется в качестве излучателя в датчиках приближения, обнаружения объектов и бесконтактных выключателях.
• Миниатюрные световые барьеры / оптические прерыватели: В паре с фотодетектором для обнаружения объектов, прерывающих световой луч, используется в энкодерах, щелевых датчиках и системах безопасности.
• Оптоэлектронные переключатели: В отражательных датчиках, где свет от светодиода отражается от поверхности обратно на детектор.
• Дымовые извещатели: Применяется в некоторых конструкциях оптических камер для обнаружения частиц дыма, рассеивающих свет.

6.2 Критические конструктивные соображения

• Ограничение тока обязательно: Всегда должен использоваться внешний последовательный резистор для установки прямого тока. Низкое прямое напряжение светодиода означает, что даже небольшое увеличение напряжения питания может вызвать большое, разрушительное увеличение тока.
• Тепловой менеджмент: Хотя корпус мал, необходимо учитывать рассеиваемую мощность, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или при работе, близкой к максимальному току. Достаточная площадь медного покрытия на печатной плате может помочь рассеять тепло.
• Оптическое выравнивание: Широкий угол обзора 120 градусов полезен для широкого покрытия, но снижает интенсивность в любой конкретной точке. Для применений с большей дальностью или фокусировкой могут потребоваться внешние линзы.
• Устойчивость к электрическим помехам: В условиях электрических помех рассмотрите возможность экранирования или модуляции тока управления светодиодом, чтобы отличить сигнал от фонового ИК-шума (например, от солнечного света или других источников).

7. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с другими инфракрасными светодиодами, ключевыми отличительными особенностями IR17-21C/TR8 являются сочетание очень компактного посадочного места 0805 с относительно высокой силой излучения (0.8 мВт/ср, тип.) и широким углом обзора 120 градусов. Многие конкурирующие ИК-светодиоды в аналогичных корпусах могут предлагать более узкие углы обзора или меньшую выходную мощность. Его низкое прямое напряжение 1.2 В также является преимуществом для низковольтных схем с батарейным питанием, повышая эффективность. Явное соответствие стандартам Halogen-Free и REACH делает его подходящим для экологически ориентированных проектов со строгими ограничениями по материалам.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

8.1 Какое значение резистора следует использовать для питания этого светодиода током 20 мА от источника питания 5 В?

Используя закон Ома: R = (V_supply- V_F) / I_F. При V_supply=5В, V_F=1.2В (тип.) и I_F=0.020А, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 Ом. Стандартный резистор 200 Ом приведет к току приблизительно (5-1.2)/200 = 19 мА, что допустимо. Всегда рассчитывайте, используя максимальное V_F(1.5В), чтобы гарантировать, что минимальный ток достаточен для вашего применения.

8.2 Могу ли я импульсно питать этот светодиод токами выше 65 мА?

Предельный эксплуатационный параметр для постоянного прямого тока составляет 65 мА. Импульсная работа с более высокими пиковыми токами может быть возможна, если скважность достаточно низкая, чтобы поддерживать средний ток и результирующую температуру перехода в безопасных пределах. Однако в спецификации не указаны параметры импульсного тока или кривые снижения номинала. Работа выше предельных эксплуатационных параметров не рекомендуется без конкретных данных от производителя, так как это может снизить надежность и срок службы.

8.3 Как температура окружающей среды влияет на выходную мощность?

Сила излучения светодиодов обычно уменьшается с увеличением температуры перехода. График \"Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды\" косвенно связан с этим, так как более высокие температуры вынуждают снижать допустимый ток, чтобы избежать перегрева. Для точной стабильности выходной мощности в зависимости от температуры может потребоваться схема обратной связи с использованием парного фотодетектора или температурная компенсация.

9. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование датчика обнаружения бумаги в принтере

Инженеру необходимо обнаруживать наличие бумаги во входном лотке небольшого принтера. Пространство крайне ограничено. Он выбирает IR17-21C/TR8 и соответствующий фототранзистор в аналогичном корпусе. Компоненты размещаются по противоположным сторонам узкого канала, через который проходит бумага. Светодиод питается током 15 мА (с использованием подходящего резистора от источника питания логики принтера 3.3 В) для экономии энергии при обеспечении достаточного сигнала. Широкий угол обзора светодиода 120 градусов гарантирует, что луч достаточно заполняет канал даже при незначительном механическом смещении. При наличии бумаги она блокирует инфракрасный свет, вызывая изменение выходного сигнала фототранзистора, который считывается микроконтроллером. Низкий профиль корпуса 0805 позволяет интегрировать датчик в тонкий механизм. Конструктор следует рекомендациям по профилю оплавления и обеспечивает, чтобы разводка печатной платы включала терморельефные площадки для пайки.

10. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый диод. Когда прямое напряжение прикладывается к его выводам (анод положителен относительно катода), электроны инжектируются через PN-переход. Когда эти электроны рекомбинируют с дырками в активной области полупроводникового материала (в данном случае арсенид галлия-алюминия - GaAlAs), энергия высвобождается в виде фотонов (частиц света). Конкретный состав материала GaAlAs определяет длину волны излучаемых фотонов, которая для этого устройства находится в инфракрасном спектре (940 нм). Эта длина волны невидима для человеческого глаза, но может эффективно обнаруживаться кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами, которые генерируют ток при попадании на них фотонов с достаточной энергией.

11. Отраслевые тенденции и разработки

Тенденция в оптоэлектронике, включая ИК-компоненты, продолжается в сторону миниатюризации, повышения эффективности и интеграции. Корпуса меньше 0805 (например, 0603, 0402) становятся более распространенными для применений с ограниченным пространством. Также наблюдается стремление увеличить силу излучения и выходную мощность из меньших корпусов за счет улучшенной конструкции кристалла и упаковочных материалов. Интеграция — еще одна ключевая тенденция, с объединенными парами излучатель-детектор в одном корпусе (оптопары, отражательные датчики), что упрощает сборку и улучшает выравнивание. Кроме того, спрос на компоненты, соответствующие строгим экологическим нормам (RoHS, REACH, Halogen-Free), теперь является стандартным требованием во всей отрасли, стимулируя инновации в материаловедении для бессвинцовых припоев и компаундов для инкапсуляции.