SMD инфракрасный светодиод 0603 - 1.6x0.8x0.8мм - Пиковая длина волны 870нм - 65мА - 110мВт - Технический даташит

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высокопроизводительного миниатюрного поверхностного инфракрасного (ИК) излучающего диода. Устройство выполнено в компактном корпусе 0603, что делает его подходящим для применений с ограниченным пространством, требующих надежного инфракрасного излучения. Его основная функция — излучение света в ближнем инфракрасном спектре с типичной пиковой длиной волны 870 нанометров (нм), что оптимально соответствует спектральной чувствительности кремниевых фотодиодов и фототранзисторов. Основной материал — AlGaAs (арсенид алюминия-галлия), известный своей эффективной генерацией инфракрасного света.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Устройство предлагает несколько ключевых преимуществ для современного электронного проектирования. Его миниатюрный двухвыводной SMD-корпус позволяет осуществлять высокоплотный монтаж на печатную плату и совместим с автоматизированными процессами сборки pick-and-place. Оно спроектировано для совместимости как с инфракрасной, так и с паровой фазовой пайкой оплавлением, что облегчает современные производственные процессы. Продукт соответствует основным экологическим и стандартам безопасности, включая RoHS (Ограничение использования опасных веществ), регламент ЕС REACH и является бесгалогенным (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Это сочетание малого размера, производительности и соответствия делает его идеальным для потребительской электроники, промышленных датчиков и устройств связи.

Основные области применения включают:

• Установленные на печатной плате инфракрасные датчики приближения и присутствия.
• Блоки инфракрасных пультов дистанционного управления, где требуется более высокая излучаемая интенсивность.
• Сканеры штрих-кодов и оптические энкодеры.
• Различные системы передачи данных и датчики на основе инфракрасного излучения.

2. Подробный анализ технических параметров

Тщательное понимание электрических и оптических параметров имеет решающее значение для надежного проектирования схемы и обеспечения работы светодиода в пределах его безопасной рабочей области (SOA).

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Непрерывный прямой ток (I_F):65 мА. Превышение этого тока, даже кратковременное, может вызвать катастрофический отказ из-за перегрева полупроводникового перехода.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Светодиод имеет низкое напряжение обратного пробоя. Конструкции схем должны гарантировать, что светодиод не подвергается обратному смещению, превышающему это значение, что часто требует защиты в цепях переменного тока или двунаправленных сигналов.
• Рассеиваемая мощность (P_c):110 мВт при 25°C. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в виде тепла. Фактически допустимая мощность уменьшается с ростом температуры окружающей среды (T_a). Для применений при высоких температурах необходимо снижение номинальных параметров.
• Диапазоны температур:Рабочий: от -25°C до +85°C; Хранение: от -40°C до +100°C.
• Температура пайки (T_sol):260°C максимум в течение 5 секунд. Это определяет ограничения профиля пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики (T_a=25°C)

Это типичные параметры производительности в указанных условиях испытаний. Конструкторы должны использовать типичные или максимальные/минимальные значения в соответствии с их проектными допусками.

• Излучаемая интенсивность (I_E):1.3 мВт/ср (типично) при I_F=20мА. Излучаемая интенсивность измеряет оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла (стерадиан). Это ключевой параметр для определения силы сигнала на приемнике. Минимальное указанное значение составляет 1.0 мВт/ср.
• Пиковая длина волны (λ_p):870 нм (типично), в диапазоне от 860 нм до 900 нм. Это длина волны, на которой спектр излучения наиболее силен. Совпадение этого значения с пиковой чувствительностью приемника (например, кремниевого фотодетектора при ~850-950нм) максимизирует эффективность системы.
• Спектральная ширина полосы (Δλ):45 нм (типично). Это полная ширина на половине максимума (FWHM) спектра излучения, указывающая диапазон излучаемых длин волн.
• Прямое напряжение (V_F):1.35 В (типично) при I_F=20мА, в диапазоне от 1.20 В до 1.70 В. Этот параметр необходим для расчета значения токоограничивающего резистора: R = (V_supply- V_F) / I_F. Вариация должна учитываться в надежных конструкциях.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (максимум) при V_R=5В.
• Угол обзора (2θ_1/2):140 градусов. Это полный угол, при котором излучаемая интенсивность падает до половины своего пикового значения (на оси). Широкий угол обзора полезен для применений, требующих широкого покрытия, таких как датчики приближения.

3. Анализ характеристических кривых

Представленные характеристические кривые дают ценную информацию о поведении устройства в различных условиях, что критически важно для проектирования реальных применений.

3.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая иллюстрирует взаимосвязь между максимально допустимым непрерывным прямым током и температурой окружающей среды. Она демонстрирует необходимое снижение номинального прямого тока с ростом температуры, чтобы оставаться в пределах ограничения по рассеиваемой мощности. При температурах, приближающихся к максимальной рабочей температуре (+85°C), допустимый непрерывный ток значительно ниже абсолютного максимального значения 65мА при 25°C.

3.2 Спектральное распределение

График спектрального распределения показывает относительную излучаемую мощность в зависимости от длины волны. Он подтверждает пиковую длину волны (λ_p) 870нм и типичную спектральную ширину полосы (Δλ) примерно 45нм. Форма этой кривой важна для фильтрации и обеспечения совместимости со спектральной характеристикой приемника.

3.3 Пиковая длина волны в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает, что пиковая длина волны имеет положительный температурный коэффициент, то есть она слегка увеличивается с ростом температуры перехода. Этот сдвиг (обычно около 0.1-0.3 нм/°C для устройств AlGaAs) важен для прецизионных применений в датчиках, где критически важна стабильность длины волны.

3.4 Прямое напряжение в зависимости от температуры окружающей среды

Прямое напряжение (V_F) имеет отрицательный температурный коэффициент; оно уменьшается с ростом температуры. Эта характеристика должна учитываться в схемах с постоянным током, так как более низкое V_Fпри высокой температуре может слегка повлиять на расчет рассеиваемой мощности при использовании простого последовательного резистора.

3.5 Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма визуально определяет угол обзора (140° в точках половинной интенсивности). Диаграмма направленности для такого типа корпуса обычно является ламбертовской или близкой к ней, что полезно для моделирования облученности на целевой поверхности под различными углами и расстояниями.

4. Механическая информация и упаковка

4.1 Габаритные размеры корпуса (0603)

Устройство соответствует стандартному посадочному месту 0603 (метрика 1608): приблизительно 1.6мм в длину, 0.8мм в ширину и 0.8мм в высоту. Подробные чертежи размеров определяют расположение контактных площадок, контур компонента и положение выводов со стандартным допуском ±0.1мм, если не указано иное. Правильное проектирование посадочного места необходимо для надежной пайки и механической стабильности.

4.2 Определение полярности

Даташит включает диаграмму, указывающую анодный и катодный выводы. Правильная полярность обязательна для работы устройства. Обычно катод может быть обозначен выемкой, зеленым индикатором или специальной формой контактной площадки на упаковочной ленте и катушке.

4.3 Спецификации на ленте и в катушке

Продукт поставляется в тисненой несущей ленте шириной 8мм на катушках диаметром 7 дюймов. Размеры несущей ленты указаны для обеспечения совместимости со стандартным оборудованием для сборки SMD. Каждая катушка содержит 4000 штук.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение критически важно для сохранения надежности и производительности устройства.

5.1 Влагочувствительность и хранение

Устройство является влагочувствительным (MSL). Меры предосторожности включают:

• Не вскрывайте влагозащитный барьерный пакет до готовности к использованию.
• Храните невскрытые пакеты при температуре ≤30°C и влажности ≤90%.
• Используйте в течение одного года с момента отгрузки.
• После вскрытия храните при температуре ≤30°C и влажности ≤60%.
• Используйте в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия пакета.
• Если время хранения превышено или осушитель указывает на проникновение влаги, перед использованием произведите прогрев при 60 ±5°C минимум в течение 24 часов.

5.2 Профиль оплавления при пайке

Рекомендуется профиль бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевые параметры включают пиковую температуру 260°C, при этом время выше 240°C не должно превышать рекомендуемый предел (подразумевается максимум 5 секунд при 260°C). Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз, чтобы избежать чрезмерного термического напряжения на эпоксидном корпусе и проводных соединениях.

5.3 Ручная пайка и перемонтаж

Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с температурой жала ниже 350°C и прикладывайте тепло к каждому выводу не более 3 секунд. Используйте маломощный паяльник (≤25Вт). Обеспечьте интервал охлаждения более 2 секунд между пайкой каждого вывода. Для перемонтажа рекомендуется использовать двухголовый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов и избежания механического напряжения. Возможность и влияние перемонтажа на характеристики устройства должны быть проверены заранее.

6. Рекомендации по проектированию приложений

6.1 Ограничение тока обязательно

Светодиод — это устройство, управляемое током.Последовательный токоограничивающий резистор абсолютно необходим.Прямое напряжение (V_F) имеет узкий диапазон, и небольшое увеличение приложенного напряжения сверх V_Fвызывает большое, потенциально разрушительное увеличение прямого тока (I_F). Значение резистора рассчитывается на основе напряжения питания (V_supply), желаемого прямого тока (I_F) и прямого напряжения (V_F), используя наихудший случай V_F(минимальное), чтобы гарантировать, что ток не превысит проектный максимум.

6.2 Тепловой режим

Хотя корпус мал, рассеиваемая мощность (до 110мВт) генерирует тепло. Для непрерывной работы при высоких токах или в условиях повышенной температуры окружающей среды учитывайте тепловое сопротивление печатной платы. Обеспечение достаточной площади меди (тепловые контактные площадки) вокруг паяльных площадок помогает рассеивать тепло и поддерживать более низкую температуру перехода, что повышает долгосрочную надежность и предотвращает деградацию светового потока.

6.3 Оптическое проектирование

Угол обзора 140 градусов обеспечивает широкое излучение. Для применений, требующих более сфокусированного луча, можно использовать внешние линзы или отражатели. И наоборот, для покрытия очень широкой области собственного угла может быть достаточно. Прозрачная линза подходит для применений, где точная точка излучения не критична; если для совмещения при сборке требуется определенный цвет или рассеивание, это необходимо учитывать, так как линза этого не обеспечивает.

6.4 Защита схемы

В средах, где возможны обратные переходные процессы напряжения (например, индуктивные нагрузки, горячее подключение), рассмотрите возможность добавления защитного диода параллельно светодиоду (катод к аноду), чтобы ограничить любое обратное напряжение ниже максимального значения 5В.

7. Сравнение и руководство по выбору

Это устройство является частью семейства ИК-светодиодов. Ключевым критерием выбора из предоставленного руководства является материал чипа (AlGaAs) и цвет линзы (Прозрачный). При выборе ИК-светодиода инженеры должны сравнивать ключевые параметры:

• Длина волны (λ_p):Совпадение с пиковой чувствительностью приемника (фотодиод, фототранзистор или ИС). 870нм является распространенным стандартом.
• Излучаемая интенсивность (I_E):Более высокая интенсивность обеспечивает более сильный сигнал, позволяя увеличить дальность или снизить ток управления.
• Угол обзора:Узкий угол обеспечивает большую дальность и более сфокусированный свет; широкий угол обеспечивает более широкое покрытие.
• Размер корпуса:Корпус 0603 предлагает очень маленькое посадочное место для миниатюрных конструкций.
• Прямое напряжение:Более низкое V_Fможет быть преимуществом в низковольтных схемах с батарейным питанием.

Основным отличием этой конкретной детали является сочетание стандартного посадочного места 0603 с относительно высокой излучаемой интенсивностью и широким углом обзора, что подходит для универсальных ИК-датчиков и связи.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

8.1 Для чего предназначена длина волны 870нм?

870нм находится в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза. Он эффективно обнаруживается недорогими и распространенными кремниевыми фотодетекторами, пиковая чувствительность которых составляет около 800-950нм. Это делает его идеальным для применений в датчиках, пультах дистанционного управления и оптической изоляции.

8.2 Можно ли управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера 3.3В или 5В?

No.Вы должны использовать токоограничивающий резистор. Например, для управления при I_F=20мА от источника питания 3.3В, предполагая типичное V_F1.35В: R = (3.3В - 1.35В) / 0.020А = 97.5Ом. Используйте стандартный резистор 100Ом. Всегда проверяйте, что ток не превышает максимального при наихудшем случае V_F conditions.

8.3 Как температура влияет на производительность?

При повышении температуры: Излучаемая мощность обычно уменьшается, прямое напряжение уменьшается, а пиковая длина волны слегка увеличивается. Для стабильной работы проектируйте схемы управления, учитывающие эти вариации, особенно если работа ведется в полном диапазоне от -25°C до +85°C.

8.4 Требуется ли радиатор?

Для непрерывной работы при абсолютном максимальном токе (65мА) при комнатной температуре рассеиваемая мощность составляет P = V_F* I_F≈ 1.35В * 0.065А ≈ 88мВт, что ниже номинала 110мВт. Однако при высоких температурах окружающей среды необходимо снижение номинальных параметров. Хорошее тепловое проектирование печатной платы (медные площадки) обычно достаточно; отдельный радиатор не типичен для корпусов 0603.

9. Практический пример применения: Простой ИК датчик приближения

Распространенный вариант использования — отражающий датчик объекта. ИК-светодиод размещается рядом с фототранзистором. Микроконтроллер подает импульсы на светодиод (например, при 20мА). Свет отражается от близлежащего объекта и обнаруживается фототранзистором, выход которого считывается микроконтроллером. Этапы проектирования:

1. Управление светодиодом:Используйте вывод GPIO и транзистор NPN (или MOSFET) с последовательным резистором для подачи импульсов на светодиод с желаемым током. Импульсный режим позволяет использовать более высокий мгновенный ток (для более сильного сигнала), сохраняя при этом среднюю мощность на низком уровне.
2. Схема приемника:Фототранзистор подключен по схеме с общим эмиттером с подтягивающим резистором для создания выходного напряжения. Значение резистора коллектора определяет чувствительность и скорость отклика.
3. Оптические соображения:Небольшая перегородка между светодиодом и фототранзистором на печатной плате помогает уменьшить прямую паразитную связь. Широкий угол обзора 140° светодиода помогает освещать широкую область перед датчиком.
4. Обработка сигнала:Микроконтроллер может использовать синхронное детектирование (считывание приемника только во время импульса светодиода) для подавления помех от окружающего света.

10. Принцип работы и технологические тренды

10.1 Базовый принцип работы

Инфракрасный светодиод — это полупроводниковый диод с p-n переходом. При прямом смещении электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активной области (изготовленной из AlGaAs). Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Удельная ширина запрещенной зоны материала AlGaAs определяет длину волны излучаемых фотонов, которая в данном случае находится в инфракрасном диапазоне 870нм. Прозрачный эпоксидный корпус инкапсулирует чип, обеспечивает механическую защиту и действует как линза, формирующая диаграмму направленности излучения.

10.2 Тренды отрасли

Тренд в SMD инфракрасных светодиодах продолжается в направлении повышения эффективности (больше излучаемой мощности на единицу электрического входа), уменьшения размеров корпусов для большей гибкости проектирования и увеличения степени интеграции. Это включает устройства со встроенными драйверами, модулированным выходом для улучшенной помехозащищенности и многокристальные корпуса, объединяющие разные длины волн или объединяющие излучатель и детектор в одном корпусе. Также большое внимание уделяется улучшению высокотемпературной производительности и надежности для автомобильных и промышленных применений. Описанное здесь устройство представляет собой зрелое, надежное и широко принятое решение в этой развивающейся среде.