Техническая спецификация инфракрасного излучающего диода 940нм - Корпус EIA - Пиковая длина волны 940нм - Прямое напряжение 1.2В - Сила излучения 0.8мВт/ср

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики дискретного инфракрасного излучающего компонента. Устройство предназначено для применений, требующих надежного инфракрасного излучения, таких как системы дистанционного управления, беспроводная ИК-передача данных и системы охранной сигнализации. Оно входит в линейку продуктов, включающую различные инфракрасные излучающие диоды (IRED) и фотодетекторы. Основным используемым материалом является арсенид галлия (GaAs), оптимизированный для излучения на пиковой длине волны 940 нанометров. Эта длина волны широко используется в бытовой электронике, поскольку невидима для человеческого глаза и обеспечивает хорошую производительность с кремниевыми приемниками.

Компонент поставляется в стандартном корпусе EIA, что обеспечивает совместимость с автоматизированными процессами сборки. Он оснащен плоской линзой с видом сверху и прозрачным корпусом, обеспечивающим широкий угол обзора. Продукт соответствует директивам RoHS и классифицируется как экологически чистый продукт.

1.1 Ключевые особенности

• Соответствует стандартам RoHS, экологически чистый продукт.
• Конструкция с видом сверху и плоской прозрачной линзой.
• Упакован в 8-мм ленту на катушках диаметром 7 дюймов для автоматического монтажа.
• Совместим с оборудованием для автоматического размещения компонентов.
• Подходит для процессов инфракрасной пайки оплавлением.
• Стандартный корпус EIA.
• Пиковая длина волны излучения (λp) 940 нм.
• Уровень чувствительности к влаге (MSL): Уровень 3.

1.2 Целевые области применения

• Основное использование в качестве источника инфракрасного излучения.
• Интеграция в ИК-сенсорные узлы, монтируемые на печатную плату.
• Пульты дистанционного управления для бытовой электроники (телевизоры, аудиосистемы).
• Короткодействующие беспроводные каналы передачи данных.
• Датчики приближения и обнаружения объектов.
• Охранные системы и системы сигнализации с использованием лучевых барьеров.

2. Технические параметры: Подробный объективный анализ

В следующих разделах представлен детальный анализ ключевых параметров производительности устройства, определенных в спецификации. Понимание этих параметров критически важно для правильного проектирования схемы и надежной работы.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется, и ее следует избегать для обеспечения надежной долгосрочной работы.

• Рассеиваемая мощность (Pd):100 мВт. Это максимальная общая мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла. Превышение этого предела грозит тепловым разгоном и выходом из строя.
• Пиковый прямой ток (I_FP):500 мА. Это максимально допустимый ток в импульсном режиме (300 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс). Он значительно выше постоянного тока, что позволяет использовать яркие импульсы в пультах ДУ.
• Постоянный прямой ток (I_F):50 мА. Максимальный непрерывный прямой ток. Для наиболее эффективной и надежной работы рекомендуется использовать более низкий ток накачки (например, 20 мА, как в условиях испытаний).
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Максимальное напряжение, которое может быть приложено в обратном направлении. Устройство не предназначено для работы в обратном направлении, и превышение этого значения может вызвать пробой.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +85°C и -55°C до +100°C соответственно. Эти диапазоны определяют условия окружающей среды для работы и хранения.
• Условия инфракрасной пайки:Выдерживает 260°C максимум в течение 10 секунд. Это критически важно для определения профиля пайки оплавлением.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Они определяют поведение устройства в нормальных рабочих условиях.

• Сила излучения (I_E):0.8 мВт/ср (Типичное) при I_F= 20мА. Этот параметр измеряет оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла. Минимальное значение составляет 0.42 мВт/ср, а допуск при испытаниях ±15%. Этот параметр напрямую влияет на эффективную дальность ИК-системы.
• Пиковая длина волны излучения (λ_Пик):940 нм (Типичное). Это длина волны, на которой излучаемая оптическая мощность максимальна. Она должна соответствовать пиковой чувствительности принимающего фотодиода или фототранзистора.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм (Типичное). Это указывает на спектральную полосу пропускания, где интенсивность излучения составляет не менее половины пикового значения. Более узкая полоса пропускания может быть полезна для фильтрации шума от окружающего света.
• Прямое напряжение (V_F):1.2 В (Типичное), 1.6 В (Макс.) при I_F= 20мА. Это падение напряжения на диоде при протекании тока. Оно необходимо для расчета значения последовательного резистора: R_посл= (V_{питания}- V_F) / I_F.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (Макс.) при V_R= 5В. Это небольшой ток утечки, когда диод смещен в обратном направлении.
• Угол обзора (2θ_1/2):150° (Типичное). Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины своего осевого значения. Такой широкий угол полезен для применений, требующих широкого покрытия, а не сфокусированного луча.

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих, как ключевые параметры изменяются в зависимости от рабочих условий. Они неоценимы для оптимизации конструкции.

3.1 Спектральное распределение

Кривая спектрального распределения (Рис. 1) показывает относительную силу излучения в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик на 940 нм и полуширину примерно 50 нм, предоставляя визуальное представление спектральной чистоты излучаемого света.

3.2 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды и прямого напряжения

На Рисунке 2 показано, как максимально допустимый прямой ток снижается с увеличением температуры окружающей среды. Это критически важно для управления тепловым режимом. Рисунок 3 представляет стандартную ВАХ (вольт-амперную характеристику), показывающую экспоненциальную зависимость между прямым током и напряжением. Кривая помогает понять динамическое сопротивление диода.

3.3 Относительная сила излучения в зависимости от температуры и тока

На Рисунке 4 показано, как оптическая выходная мощность уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Рисунок 5 показывает, как выходная мощность увеличивается с прямым током, но не линейно. Он подчеркивает точку уменьшения отдачи и потенциальное падение эффективности при очень высоких токах.

3.4 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма направленности (Рис. 6) графически представляет угол обзора. Почти круговая диаграмма с отмеченными значениями интенсивности под разными углами подтверждает очень широкую, ламбертовскую диаграмму направленности, характерную для корпуса с плоской линзой.

4. Механическая информация и упаковка

4.1 Габаритные размеры

Спецификация включает подробный чертеж компонента. Ключевые размеры включают размер корпуса, расстояние между выводами и общую высоту. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.1 мм, если не указано иное. Корпус соответствует стандартному форм-фактору EIA, обеспечивая совместимость с распространенными разводками печатных плат и автоматами установки компонентов.

4.2 Рекомендуемые размеры контактных площадок

Предоставлен рекомендуемый посадочный рисунок (footprint) для проектирования печатной платы. Соблюдение этих размеров обеспечивает правильное формирование паяного соединения во время оплавления. Рекомендация включает использование металлического трафарета для нанесения паяльной пасты толщиной 0.1 мм (4 мила) или 0.12 мм (5 милов).

4.3 Идентификация полярности

Катод обычно обозначается плоской стороной, выемкой или более коротким выводом на корпусе компонента и на чертеже. Правильная полярность должна соблюдаться во время сборки, чтобы предотвратить повреждение устройства.

4.4 Размеры упаковки в ленте и на катушке

Компонент поставляется в формованной несущей ленте на катушках диаметром 7 дюймов (178 мм). В спецификации приведены подробные размеры ячеек ленты, покровной ленты и ступицы катушки. Стандартное количество на катушке составляет 5000 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA-481-1-A-1994.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Параметры пайки оплавлением

Устройство совместимо с процессами инфракрасной пайки оплавлением. Предоставлен рекомендуемый профиль для бессвинцовой пайки с ключевыми параметрами, включая:

• Предварительный нагрев:150–200°C.
• Время предварительного нагрева:Максимум 120 секунд.
• Пиковая температура:Максимум 260°C.
• Время выше температуры ликвидуса:Максимум 10 секунд (рекомендуется максимум два цикла оплавления).

Профиль основан на стандартах JEDEC. Подчеркивается, что оптимальный профиль зависит от конкретной конструкции платы, компонентов, паяльной пасты и печи, поэтому необходима характеризация.

5.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с температурой не выше 300°C и ограничьте время контакта максимум 3 секундами на вывод.

5.3 Условия хранения

В связи с уровнем чувствительности к влаге (MSL) 3:

• Запечатанный пакет:Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Использовать в течение одного года с даты вскрытия пакета.
• После вскрытия пакета:Хранить при ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Рекомендуется завершить ИК-оплавление в течение одной недели (168 часов).
• Длительное хранение (вскрытое):Хранить в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе.
• Прогрев (сушка):Если компонент находился на открытом воздухе более одной недели, перед пайкой необходимо прогреть его при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов, чтобы удалить поглощенную влагу и предотвратить \"вспучивание\" (popcorning) во время оплавления.

5.4 Очистка

Если требуется очистка после пайки, используйте спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Избегайте агрессивных или неизвестных химических очистителей, которые могут повредить эпоксидную линзу или корпус.

6. Рекомендации по применению и проектные соображения

6.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенная схема представляет собой простое последовательное соединение: источник напряжения (V_CC), токоограничивающий резистор (R_S) и ИК-диод (IRED). R_S= (V_CC- V_F) / I_F. Для импульсного режима работы (например, пульт ДУ) обычно используется транзистор (BJT или MOSFET) для включения и выключения ИК-диода с требуемой частотой и скважностью. Пиковый ток не должен превышать I_FP rating.

6.2 Оптические соображения

• Дальность действия в зависимости от тока:Эффективная дальность пропорциональна квадратному корню из силы излучения. Удвоение тока накачки не удваивает дальность.
• Выбор линзы:Встроенная плоская линза обеспечивает широкое покрытие. Для увеличения дальности или получения сфокусированного луча может быть добавлена внешняя пластиковая линза для коллимации света.
• Согласование с приемником:Всегда используйте излучатель 940 нм с фотодетектором (фотодиодом, фототранзистором или ИС), пиковая чувствительность которого также находится в области 940 нм. Многие кремниевые детекторы имеют хорошую чувствительность в диапазоне 850-950 нм.
• Подавление фоновой засветки:В средах с сильным фоновым ИК-излучением (солнечный свет, лампы накаливания) используйте модулированный сигнал и приемник с соответствующим демодулятором. Оптический фильтр на приемнике, блокирующий видимый свет и пропускающий 940 нм, может значительно улучшить отношение сигнал/шум.

6.3 Тепловой режим

Хотя устройство может рассеивать 100 мВт, работа при более низкой рассеиваемой мощности повышает надежность и долговечность. Обеспечьте достаточную площадь медной фольги на печатной плате вокруг контактных площадок для отвода тепла, особенно при работе, близкой к максимальному постоянному току. Для высокотемпературных сред необходимо обращаться к кривой снижения номинальных параметров (Рис. 2).

7. Техническое сравнение и отличительные особенности

Данный ИК-диод на GaAs 940 нм предлагает сбалансированный набор характеристик для универсальных инфракрасных применений. Ключевые отличительные особенности, подразумеваемые его спецификацией, включают:

• Длина волны:940 нм предпочтительнее 850 нм во многих потребительских применениях, поскольку он менее заметен в виде слабого красного свечения, обеспечивая более незаметную работу.
• Широкий угол обзора:Угол 150° исключительно широк, подходит для применений, где точное выравнивание не критично или требуется широкое покрытие (например, датчики присутствия).
• Стандартный корпус:Корпус EIA обеспечивает легкую доступность, совместимость и замену в отрасли.
• Надежность:Параметры для импульсного тока (500 мА) и пайки оплавлением (260°C) указывают на компонент, разработанный для массового и надежного производства.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

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

Используя типичное V_F1.2 В: R = (5В - 1.2В) / 0.020А = 190 Ом. Подойдет стандартный резистор на 180 или 200 Ом. Для консервативного проектирования всегда используйте максимальное V_F(1.6 В), чтобы гарантировать, что ток не превысит целевое значение: R_min = (5В - 1.6В) / 0.020А = 170 Ом.

8.2 Можно ли использовать его для пульта ДУ с большой дальностью действия?

Его сила излучения 0.8 мВт/ср подходит для типичных пультов ДУ в помещениях на расстоянии 5-10 метров. Для большей дальности необходимо увеличить ток накачки (в пределах импульсных параметров), использовать фокусирующую линзу или выбрать ИК-диод с более высокой силой излучения.

8.3 В спецификации указано: \"Обратное напряжение применяется только для ИК-тестирования. Устройство не предназначено для работы в обратном направлении.\" Что это значит?

Это означает, что номинальное обратное напряжение 5 В является тестовым параметром для проверки тока утечки во время производства. Это не рабочий параметр. В вашей схеме вы должны гарантировать, что ИК-диод никогда не подвергается обратному смещению во время нормальной работы, так как даже небольшое обратное напряжение может повредить его, если ток не ограничен. Всегда предусматривайте защиту, например, убедитесь в правильной ориентации или добавьте параллельный диод, если топология схемы может вызвать обратное напряжение.

8.4 Насколько критичен срок хранения в одну неделю после вскрытия влагозащитного пакета?

Для компонентов MSL 3 это очень важно. Превышение срока хранения без надлежащих условий или сушки грозит проникновением влаги в пластиковый корпус. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта влага может быстро испариться, вызывая внутреннее расслоение, трещины или \"вспучивание\" (popcorning), что приводит к немедленному или скрытому отказу. Строго соблюдайте рекомендации по хранению и сушке.

9. Принципы работы

Инфракрасный излучающий диод (IRED) работает по тому же принципу, что и стандартный светодиод видимого света, но использует полупроводниковые материалы (такие как GaAs) с шириной запрещенной зоны, соответствующей энергии инфракрасных фотонов. При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводника, высвобождая энергию в виде фотонов. Для GaAs эта энергия фотона соответствует длине волны около 940 нм. Прозрачная эпоксидная линза пропускает как видимый, так и инфракрасный свет, позволяя ИК-излучению проходить, а также обеспечивая механическую и экологическую защиту полупроводникового кристалла.

10. Отраслевые тенденции

Рынок дискретных инфракрасных компонентов остается стабильным, чему способствуют устоявшиеся применения, такие как пульты ДУ, и развивающиеся области, такие как IoT-датчики, распознавание жестов и машинное зрение. Тенденции включают интеграцию излучателей и детекторов в более компактные и надежные корпуса, разработку высокоскоростных ИК-диодов для передачи данных (преемники IrDA) и повышенное внимание к энергоэффективности и надежности для устройств с батарейным питанием. Переход на бессвинцовые и бесгалогенные материалы в соответствии с глобальными экологическими нормами также является стандартным требованием, которому соответствует данный компонент.