Техническая документация LTE-C216R-14: ИК-излучатель и детектор в корпусе 1206, длина волны 850 нм, ток 60 мА

1. Обзор продукта

LTE-C216R-14 — это инфракрасный (ИК) излучатель и детектор для поверхностного монтажа, предназначенный для интеграции в современные электронные узлы. Его основная функция — излучение и детектирование инфракрасного света с пиковой длиной волны 850 нанометров, что делает его пригодным для различных применений: датчики, передача данных и обнаружение приближения. Компонент выполнен в компактном корпусе 1206, который является стандартным форм-фактором EIA, что обеспечивает широкую совместимость с автоматизированными производственными процессами и существующими топологиями печатных плат.

Ключевые преимущества этого компонента включают совместимость с высокопроизводительным автоматизированным оборудованием для установки и надежность в стандартных процессах инфракрасной пайки оплавлением. Это делает его идеальным выбором для экономически эффективного массового производства. Кроме того, он соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), что классифицирует его как экологичный продукт, что становится все более важным для выхода на глобальные рынки и соответствия экологическим нормам.

Целевой рынок для этого устройства охватывает потребительскую электронику, промышленную автоматизацию, коммуникационное оборудование и офисную технику. Его надежность и стандартизированный корпус делают его универсальным строительным блоком для разработчиков, которым требуется надежное ИК-решение.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эксплуатация любого электронного компонента за пределами его абсолютных максимальных параметров может привести к необратимому повреждению. Для LTE-C216R-14 эти пределы определены при температуре окружающей среды (T_A) 25°C.

• Рассеиваемая мощность (P_D):100 мВт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может безопасно рассеивать в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (I_FP):800 мА. Это максимально допустимый мгновенный ток, обычно указываемый для импульсных режимов (300 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс) для предотвращения тепловой перегрузки во время коротких всплесков.
• Постоянный прямой ток (I_F):60 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно прикладывать непрерывно без ухудшения характеристик или срока службы.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного смещения выше этого значения может привести к пробою полупроводникового перехода.
• Диапазон рабочих температур:от -40°C до +85°C. Гарантируется работа устройства в этом диапазоне температур окружающей среды.
• Диапазон температур хранения:от -55°C до +100°C. Компонент может храниться без ухудшения характеристик в этих пределах.
• Условия инфракрасной пайки:Выдерживает 260°C в течение 10 секунд. Это определяет его стойкость к профилям бессвинцовой пайки оплавлением.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Ключевые параметры производительности измеряются при T_A=25°C в указанных условиях испытаний, что дает основу для расчетов при проектировании.

• Сила излучения (I_E):от 4 (мин.) до 13 (макс.) мВт/ср, с указанием типичного значения. Измеряется при прямом токе (I_F) 20 мА. Этот параметр количественно определяет оптическую мощность, излучаемую в единицу телесного угла (стерадиан).
• Пиковая длина волны излучения (λ_пик):850 нм (тип.). Это длина волны, на которой излучатель выдает максимальную оптическую мощность. Это критически важный параметр для согласования со спектральной чувствительностью фотодетекторов.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм (тип.). Это указывает на ширину полосы излучаемого света, показывая, насколько длина волны распределяется вокруг пика.
• Прямое напряжение (V_F):1.6 В (тип.), 2.0 В (макс.) при I_F= 50 мА. Это падение напряжения на устройстве при протекании тока. Это важно для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.) при V_R= 5В. Это небольшой ток утечки, протекающий при обратном смещении устройства.
• Время нарастания/спада (T_r/T_f):30 нс (тип.). Это определяет, насколько быстро оптический выход может включаться и выключаться (измеряется от 10% до 90% выходного сигнала), что определяет максимально возможную скорость модуляции для передачи данных.
• Угол обзора (2θ_1/2):75 градусов (тип.). Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины своего максимального значения (на оси). Более широкий угол обеспечивает большее пространственное покрытие, но меньшую интенсивность в любой конкретной точке.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены типичные кривые электрических и оптических характеристик. Хотя конкретные графики не воспроизводятся в тексте, их цель — визуально показать поведение устройства в различных условиях.

Эти кривые обычно включают:

• Вольт-амперная характеристика (I-V):Показывает зависимость прямого тока от прямого напряжения, которая для светодиодов является нелинейной. Это помогает определить динамическое сопротивление и необходимое напряжение управления для целевого тока.
• Сила излучения в зависимости от прямого тока:Иллюстрирует, как оптическая выходная мощность увеличивается с увеличением тока управления. Обычно она линейна в рабочем диапазоне, но может насыщаться при очень высоких токах.
• Пиковая длина волны в зависимости от температуры:Демонстрирует, как излучаемая длина волны смещается с изменением температуры перехода, что критически важно для температурно-чувствительных применений.
• Диаграмма направленности (угол обзора):Полярная диаграмма, показывающая пространственное распределение интенсивности излучаемого света.

Инженеры используют эти кривые для оптимизации своей конструкции, обеспечивая работу устройства в наиболее эффективном и надежном режиме, а также для прогнозирования производительности в нестандартных условиях.

4. Механическая информация и упаковка

4.1 Габаритные размеры корпуса

Компонент использует стандартный форм-фактор корпуса 1206. Техническое описание содержит подробные механические чертежи со всеми критическими размерами в миллиметрах. Ключевые размеры включают общую длину, ширину и высоту корпуса компонента, а также расположение и размер контактных площадок на самом устройстве. Допуск для этих размеров обычно составляет ±0,10 мм, если не указано иное. Соблюдение этих размеров жизненно важно для успешного проектирования посадочного места на печатной плате и автоматизированной сборки.

4.2 Рекомендуемая контактная площадка для пайки

Предоставляется рекомендуемая конфигурация контактных площадок на печатной плате. Эта конфигурация разработана для обеспечения надежного формирования паяного соединения во время оплавления, минимизируя такие проблемы, как "эффект гробницы" (компонент встает на торец) или недостаток припоя. Следование этим рекомендуемым размерам площадок, которые обычно немного больше выводов компонента для обеспечения правильного формирования паяного мениска, является лучшей практикой для технологичности и долгосрочной надежности.

4.3 Упаковка в ленте на катушке

Для автоматизированной сборки компоненты поставляются в 8-миллиметровой ленте на катушках диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 3000 штук. Спецификации ленты и катушки соответствуют стандартам ANSI/EIA 481-1-A-1994, что обеспечивает совместимость со стандартными автоматами установки. В примечаниях указано, что пустые ячейки для компонентов запечатаны покровной лентой и что на катушке допускается не более двух последовательно отсутствующих компонентов ("ламп"), что является стандартным требованием к качеству для упаковки в ленте на катушке.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Профиль оплавления припоя

Устройство сертифицировано для процессов инфракрасной пайки оплавлением, в частности, с использованием бессвинцового припоя. Предлагается рекомендуемый профиль оплавления с ключевыми параметрами, включая этап предварительного нагрева (150-200°C), максимальную пиковую температуру 260°C и время выше температуры ликвидуса (обычно около 217°C для бессвинцового припоя), не превышающее 10 секунд. В техническом описании подчеркивается, что оптимальный профиль зависит от конкретной конструкции печатной платы, компонентов, паяльной пасты и печи, и рекомендуется использовать профили по стандарту JEDEC в качестве базовых, соблюдая спецификации производителя паяльной пасты.

5.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, ее следует выполнять при температуре жала паяльника не выше 300°C, а время контакта должно быть ограничено максимум 3 секундами. Это следует делать только один раз, чтобы предотвратить тепловое повреждение пластикового корпуса и внутреннего полупроводникового кристалла.

5.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только указанные чистящие средства. В техническом описании прямо предупреждается об использовании неуказанных химических жидкостей, которые могут повредить материал корпуса. Рекомендуемые методы очистки включают погружение светодиода в этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре на время менее одной минуты.

5.4 Хранение и обращение

Чувствительность к влаге является критическим фактором для компонентов поверхностного монтажа. Светодиоды поставляются в влагозащитном барьерном пакете с осушителем. В запечатанном виде их следует хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤90% и использовать в течение одного года. После вскрытия оригинального пакета условия хранения не должны превышать 30°C и 60% RH. Компоненты, извлеченные из запечатанного пакета, в идеале должны быть припаяны оплавлением в течение одной недели. Для более длительного хранения вне оригинальной упаковки они должны храниться в герметичном контейнере с осушителем или в азотной атмосфере. Компоненты, хранившиеся вне сухого пакета более недели, требуют процедуры прокаливания (приблизительно 60°C в течение не менее 20 часов) для удаления поглощенной влаги перед пайкой, чтобы предотвратить повреждение типа "попкорн" во время оплавления.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типовые сценарии применения

LTE-C216R-14 предназначен для обычного электронного оборудования. Типичные области применения включают:

• Датчики приближения:Обнаружение наличия или отсутствия объекта путем отражения его ИК-света.
• Оптические переключатели:Прерывание ИК-луча для обнаружения движения или положения.
• Передача данных:Простые инфракрасные каналы передачи данных (например, пульты дистанционного управления, короткодистанционная последовательная связь) путем модуляции тока управления.
• Подсчет объектов:На автоматизированных линиях, где объекты прерывают луч.
• Интеграция в офисное оборудование, коммуникационные устройства и бытовую технику.

Техническое описание содержит важное предупреждение: для применений, где отказ может угрожать жизни или здоровью (авиация, медицинские устройства, системы безопасности), перед внедрением требуется консультация с производителем.

6.2 Проектирование схемы управления

Подчеркивается фундаментальный принцип использования светодиодов: это устройства, управляемые током. Чтобы обеспечить равномерную яркость при параллельном включении нескольких светодиодов, в техническом описании настоятельно рекомендуется использовать индивидуальный токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым светодиодом (Схема A). Это компенсирует незначительные различия в характеристиках прямого напряжения (V_F) от устройства к устройству. Прямое параллельное включение светодиодов без индивидуальных резисторов (Схема B) не рекомендуется, так как светодиод с немного более низким V_Fбудет потреблять непропорционально больший ток, что приведет к неравномерной яркости и потенциальной перегрузке этого устройства.

7. Техническое сравнение и отличия

Хотя прямое сравнение с другими номерами деталей в этом отдельном техническом описании не приводится, ключевые отличительные особенности LTE-C216R-14 можно выделить:

• Стандартный форм-фактор (1206/EIA):Обеспечивает простую замену и знакомство с конструкцией по сравнению с проприетарными корпусами.
• Бессвинцовый и соответствующий RoHS:Соответствует современным экологическим нормам, что может не относиться к старым или нишевым компонентам.
• Удобство для автоматизации:Его упаковка в ленте на катушке и совместимость с автоматами установки и процессами оплавления делают его высоко подходящим для экономически эффективного массового производства.
• Сбалансированная производительность:С углом обзора 75 градусов, длиной волны 850 нм и скоростью 30 нс он обеспечивает сбалансированный набор характеристик для универсальных ИК-применений.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я управлять этим ИК-светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 5В?
О: Нет. Типичное прямое напряжение составляет 1,6 В при 50 мА. Прямое подключение к выводу 5В приведет к попытке пропустить через него очень высокий, разрушительный ток. Вы должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Например, для получения 20 мА от источника 5В: R = (5В - 1,6В) / 0,02А = 170 Ом (используйте стандартный резистор 180 Ом или 150 Ом).

В2: Какова максимально возможная скорость передачи данных с этим излучателем?
О: Время нарастания/спада 30 нс предполагает теоретическую максимальную полосу модуляции в диапазоне десятков МГц. Однако практические скорости передачи данных для надежной связи ниже, часто от сотен кбит/с до нескольких Мбит/с, в зависимости от схемы управления, детектора и окружающего шума.

В3: Почему условия хранения после вскрытия пакета такие строгие (≤60% RH)?
О: Пластиковые корпуса для поверхностного монтажа могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, создавая внутреннее давление, которое может привести к растрескиванию корпуса или расслоению внутренних соединений — отказ, известный как "эффект попкорна". Строгие условия хранения и требования к прокаливанию являются профилактическими мерами против этого.

В4: Как интерпретировать значение силы излучения (мВт/ср)?
О: Оно измеряет плотность оптической мощности. Значение 10 мВт/ср означает, что устройство излучает 10 милливатт оптической мощности в конус пространства в один стерадиан в направлении своего наведения. Чтобы найти общую мощность, нужно проинтегрировать эту интенсивность по всему углу обзора (75 градусов, или ~1,84 ср).

9. Пример внедрения в проект

Сценарий: Проектирование датчика наличия бумаги для принтера.
Цель:Определять, когда бумага находится в лотке подачи.
Реализация:Разместите излучатель LTE-C216R-14 с одной стороны пути бумаги, а соответствующий фотодетектор (или используйте детекторную часть аналогичного компонента) — прямо напротив. Когда бумага отсутствует, ИК-луч достигает детектора, генерируя сигнал (например, логическая ЕДИНИЦА). Когда бумага присутствует, она блокирует луч, вызывая падение сигнала детектора (логический НОЛЬ).
Соображения по проектированию:

• Установка тока:Управляйте излучателем на токе 20 мА с использованием последовательного резистора для стабильного и долговечного выхода.
• Юстировка:Угол обзора 75 градусов обеспечивает некоторый допуск на механическое смещение.
• Защита от фоновой засветки:Поскольку используется модулированный свет с длиной волны 850 нм, систему можно сделать устойчивой к помехам от окружающего света, добавив простую схему модуляции/демодуляции или используя детектор со светофильтром, отсекающим дневной свет.
• Пайка:Следуйте рекомендуемому профилю оплавления, чтобы обеспечить надежные соединения на печатной плате без повреждения компонента.

10. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) работает по принципу электролюминесценции в полупроводниковом материале. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В ИК-светодиоде ширина запрещенной зоны полупроводника сконструирована так, что эта высвобождаемая энергия соответствует фотону в инфракрасном спектре (около 850 нм для данного устройства). Генерируемые фотоны излучаются в виде света. Функция детектора, если она применима в парном компоненте, работает в обратном порядке: падающие инфракрасные фотоны с достаточной энергией создают электрон-дырочные пары в полупроводнике фотодиода, генерируя измеримый фототок при обратном смещении.

11. Технологические тренды

Область оптоэлектроники продолжает развиваться. Тренды, актуальные для таких компонентов, как LTE-C216R-14, включают:

• Повышенная интеграция:Движение в сторону объединения излучателя, детектора и управляющей логики (например, модулированного драйвера и формирователя сигнала) в единый корпус для упрощения проектирования системы.
• Повышенная эффективность:Разработка полупроводниковых материалов и структур, преобразующих больше электрической энергии в оптическую, снижая энергопотребление и тепловыделение.
• Миниатюризация:Хотя корпус 1206 является стандартным, наблюдается тенденция к еще меньшим форм-факторам (например, 0805, 0603) для экономии места на печатной плате во все более компактных устройствах.
• Повышенная надежность:Улучшение материалов и процессов корпусирования для устойчивости к более высоким температурам оплавления и более суровым условиям окружающей среды, продлевая срок службы продукта.
• Интеллектуальное сенсирование:Включение базового интеллекта на уровне компонента, такого как компенсация фонового света или цифровой выход, для упрощения взаимодействия с микроконтроллерами.

Эти тенденции направлены на предоставление разработчикам более функциональных, надежных и простых в использовании строительных блоков для следующего поколения электронных продуктов.