Техническая спецификация ИК-светодиода 0402 SMD - Размер 1.0x0.5x0.5мм - Прямое напряжение 1.5В - Пиковая длина волны 940нм

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высоконадежного миниатюрного инфракрасного светоизлучающего диода для поверхностного монтажа. Устройство заключено в компактный корпус 0402, отлитый из прозрачной эпоксидной смолы, и спектрально согласовано с кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами, что делает его идеальным для применений в датчиках.

1.1 Ключевые преимущества

• Высокая надежность:Спроектировано для стабильной работы в сложных условиях эксплуатации.
• Миниатюрные размеры:Двухвыводной корпус 0402 позволяет осуществлять высокоплотный монтаж на печатной плате.
• Совместимость с процессами:Подходит как для инфракрасной, так и для паровой фазовой пайки оплавлением.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт не содержит свинца, соответствует директиве RoHS, регламенту ЕС REACH и соответствует бесгалогенным стандартам (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Целевые области применения

• Инфракрасные датчики, монтируемые на печатную плату
• Блоки инфракрасных пультов дистанционного управления, требующие высокой выходной мощности
• Оптические сканеры
• Различные инфракрасные прикладные системы

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

Параметр	Обозначение	Значение	Единица измерения	Примечания
Постоянный прямой ток	IF	50	мА
Обратное напряжение	VR	5	V
Рабочая температура	Topr	-40 до +100	°C
Температура хранения	Tstg	-40 до +100	°C
Температура пайки	Tsol	260	°C	Время пайки ≤ 5 секунд.
Рассеиваемая мощность (Ta=25°C)	Pd	100	мВт

2.2 Электрооптические характеристики (Ta=25°C)

Это типичные параметры производительности, измеренные в стандартных условиях испытаний (IF=20мА, если не указано иное).

Параметр	Обозначение	Min.	Typ.	Max.	Единица измерения	Условие
Сила излучения	Ie	0.5	2.35	--	мВт/ср	IF=20мА
Пиковая длина волны	λp	--	940	--	нм	IF=20мА
Спектральная ширина (на полувысоте)	Δλ	--	45	--	нм	IF=20мА
Прямое напряжение	VF	--	1.5	1.9	V	IF=20мА
Обратный ток	IR	--	--	10	мкА	VR=5В
Угол обзора (половинный угол)	2θ1/2	--	120	--	град	IF=20мА

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических кривых, необходимых для инженеров-конструкторов.

3.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Кривая показывает экспоненциальную зависимость между прямым током (IF) и прямым напряжением (VF). В типичной рабочей точке 20мА прямое напряжение составляет приблизительно 1.5В. Конструкторы должны использовать последовательный токоограничивающий резистор, чтобы предотвратить превышение максимального прямого тока, так как даже небольшое увеличение напряжения может привести к значительному, потенциально разрушительному росту тока.

3.2 Зависимость прямого тока от температуры окружающей среды

Эта кривая снижения номинальных значений иллюстрирует, как максимально допустимый постоянный прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Устройство может выдерживать полный номинальный ток примерно до 25°C. При превышении этой температуры максимальный ток должен линейно снижаться до нуля при максимальной температуре перехода (подразумевается пределом рабочей температуры 100°C). Это критически важно для обеспечения долгосрочной надежности в условиях высоких температур.

3.3 Спектральное распределение

График спектрального излучения подтверждает пиковую длину волны излучения 940нм с типичной спектральной шириной (на полувысоте) 45нм. Эта длина волны близка к оптимальной для кремниевых фотодетекторов, которые обладают высокой чувствительностью в этой области, что максимизирует отношение сигнал/шум в приложениях для сенсоров.

3.4 Относительная сила излучения в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, что излучаемая мощность почти линейно зависит от прямого тока в типичном рабочем диапазоне (примерно до 40-50мА). Эта предсказуемая зависимость упрощает проектирование оптических систем.

3.5 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Полярная диаграмма изображает диаграмму направленности излучения, характеризующуюся широким половинным углом 120 градусов. Это обеспечивает широкий, рассеянный инфракрасный луч, идеальный для применений, требующих широкого покрытия или датчиков приближения, где точное выравнивание не критично.

4. Механическая информация и информация о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса (0402)

Устройство соответствует стандартному форм-фактору 0402 (дюймовая система) / 1005 (метрическая система). Ключевые размеры включают длину корпуса приблизительно 1.0мм, ширину 0.5мм и высоту 0.5мм. Размеры и расстояние между выводами приведены для проектирования контактных площадок на печатной плате. Все размерные допуски, как правило, составляют ±0.1мм, если не указано иное.

4.2 Идентификация полярности

Корпус является двухвыводным. Полярность обычно указывается маркировкой на стороне катода (-) или внутренней структурой кристалла, видимой через прозрачную линзу. Для точной схемы маркировки следует обратиться к чертежу в спецификации.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Хранение и чувствительность к влаге

Устройство чувствительно к влаге. Необходимо принять меры предосторожности, чтобы предотвратить "вспучивание" или расслоение во время оплавления:

• Хранить в оригинальной влагозащищенной упаковке при температуре ≤30°C / влажности ≤90%.
• Использовать в течение одного года с момента отгрузки.
• После вскрытия упаковки хранить при температуре ≤30°C / влажности ≤60% и использовать в течение 168 часов (7 дней).
• Если время хранения превышено или индикатор влажности показывает наличие влаги, перед использованием необходимо прогреть при 60±5°C минимум 24 часа.

5.2 Профиль пайки оплавлением

Предоставлен рекомендуемый температурный профиль для бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевые параметры включают:

• Зона предварительного нагрева и выдержки.
Максимальная скорость нагрева.
• Максимальная температура корпуса не должна превышать 260°C.
• Время выше температуры ликвидуса (например, 217°C).
• Скорость охлаждения.

Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз.

5.3 Ручная пайка и ремонт

Если необходима ручная пайка:

• Используйте паяльник с температурой жала <350°C.
• Ограничьте мощность паяльника до 25Вт или менее.
• Время контакта на каждый вывод должно составлять ≤3 секунды.
• Соблюдайте минимальный интервал в 2 секунды между пайкой каждого вывода.

Ремонт настоятельно не рекомендуется. Если он неизбежен, необходимо использовать двухголовый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов и избежания механического напряжения на корпусе. Влияние ремонта на характеристики устройства должно быть проверено заранее.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Спецификация ленты и катушки

Устройство поставляется на тисненой несущей ленте, намотанной на катушки. Стандартная катушка содержит 3000 штук. Предоставлены подробные размеры несущей ленты (размер гнезда, шаг, ширина ленты) и спецификации катушки для настройки автоматического монтажного оборудования.

6.2 Процедура упаковки

Катушки упаковываются в герметичные алюминиевые влагозащитные пакеты с осушителем и индикаторной картой влажности для поддержания сухих условий хранения.

6.3 Информация на этикетке

Этикетка на упаковке включает критически важную информацию для прослеживаемости и проверки:

• CPN (Номер детали заказчика)
• P/N (Номер детали производителя: IR16-213C/L510/TR8)
• QTY (Количество)
• CAT (Код сортировки/ранга)
• HUE (Пиковая длина волны)
• LOT No. (Номер производственной партии)
• Страна происхождения

7. Соображения по проектированию приложений

7.1 Проектирование схемы управления

Наиболее критическим аспектом проектирования является ограничение тока. Светодиод — это устройство, управляемое током. Последовательный резистор (R_s) должен быть рассчитан на основе напряжения питания (V_cc), желаемого прямого тока (I_F) и прямого напряжения светодиода (V_F): R_s= (V_cc- V_F) / I_F. Для питания 5В и целевого тока 20мА: R_s≈ (5В - 1.5В) / 0.02А = 175Ом. Подошел бы стандартный резистор 180Ом. Всегда проверяйте фактический ток при наихудшем случае V_F(мин), чтобы убедиться, что он не превышает максимальные номинальные значения.

7.2 Тепловой менеджмент

Хотя корпус 0402 имеет ограниченную тепловую массу, следует уделять внимание рассеиваемой мощности, особенно в приложениях с высоким током или высокой температурой окружающей среды. Убедитесь, что печатная плата обеспечивает достаточную площадь меди вокруг контактных площадок для выполнения функции радиатора, и следуйте рекомендациям по снижению номинального тока в зависимости от температуры.

7.3 Оптическое проектирование

Широкий угол обзора 120 градусов делает этот светодиод подходящим для применений, требующих широкого освещения. Для более дальнего действия или более направленных лучей могут потребоваться вторичная оптика (линзы). Прозрачная линза обеспечивает минимальное поглощение излучаемого инфракрасного света.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с другими инфракрасными светодиодами, это устройство 0402 предлагает ключевой баланс:

• по сравнению с более крупными корпусами (например, 5мм):Значительно меньшие размеры и меньшая высота, что позволяет миниатюризировать. Обычно имеет более низкую общую излучаемую мощность, но более высокую пригодность для матриц или плотного размещения.
• по сравнению с другими SMD ИК-светодиодами (например, 0603):Корпус 0402 позволяет достичь максимально возможной плотности компонентов на печатной плате, что является критическим преимуществом в современных электронных устройствах с ограниченным пространством, таких как ультракомпактные пульты дистанционного управления или датчики.
• по сравнению с несоответствующими устройствами:Полное соответствие стандартам RoHS, REACH и бесгалогенным требованиям является обязательным условием для большинства коммерческих и промышленных продуктов сегодня, что упрощает цепочку поставок и сертификацию конечного продукта.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 Для чего предназначена длина волны 940нм?

940нм находится в ближнем инфракрасном спектре. Она невидима для человеческого глаза, но хорошо согласуется с пиковой чувствительностью недорогих кремниевых фотодиодов и фототранзисторов. Она также испытывает меньше помех от окружающего видимого света по сравнению с видимыми красными светодиодами, улучшая целостность сигнала в сенсорных приложениях.

9.2 Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?

Вольт-амперная характеристика светодиода является экспоненциальной. За пределами напряжения отсечки крошечное увеличение напряжения вызывает очень большое увеличение тока. Без последовательного резистора для контроля тока подключение светодиода непосредственно к источнику напряжения (даже к небольшой батарее) почти наверняка приведет к превышению его максимального номинального тока, вызывая мгновенный перегрев и отказ.

9.3 Можно ли использовать его для передачи данных (как в ИК-пультах ДУ)?

Да, это одно из основных применений. Его высокая скорость переключения (подразумевается материалом GaAlAs) и совместимость с импульсами высокого тока делают его подходящим для модулированной передачи данных в пультах дистанционного управления, системах инфракрасной передачи данных (IrDA) и для гальванической развязки.

9.4 Как интерпретировать спецификацию "Сила излучения"?

Сила излучения (I_e) 2.35 мВт/ср (типичное значение) означает, что светодиод излучает 2.35 милливатта оптической мощности на стерадиан (единица телесного угла) вдоль своей центральной оси. Это мера того, насколько "ярким" является ИК-источник в его основном направлении. Общий излучаемый поток (мощность в мВт) можно оценить, умножив силу излучения на телесный угол луча.

10. Пример проектирования и использования

10.1 Простой датчик приближения

Распространенным применением является датчик приближения на основе отражения. ИК-светодиод размещается рядом с фототранзистором на печатной плате. Микроконтроллер управляет светодиодом импульсным током (например, импульсами 20мА). Фототранзистор обнаруживает ИК-свет, отраженный от объекта. Сила обнаруженного сигнала коррелирует с расстоянием до объекта и его отражательной способностью. Широкий угол обзора этого светодиода обеспечивает хорошее покрытие для обнаружения объектов, которые могут быть не идеально выровнены.

11. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переходный диод. При прямом смещении электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активной области (кристалл GaAlAs). Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны излучаемых фотонов (в данном случае 940нм) определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материала. Прозрачный эпоксидный корпус инкапсулирует и защищает кристалл, позволяя инфракрасному свету проходить с минимальными потерями.

12. Отраслевые тенденции

Тенденция в оптоэлектронике, как и во всей электронике, направлена на миниатюризацию, более высокую интеграцию и улучшенную эффективность. Корпус 0402 представляет собой продолжающееся стремление к уменьшению размеров пассивных и активных компонентов. Будущие разработки могут включать:

• Увеличенная плотность мощности:Улучшение световой отдачи (излучаемой мощности на электрический вход) все более мелких кристаллов.
• Интегрированные решения:Объединение ИК-излучателя, драйвера и детектора в единый модуль или корпус для упрощения проектирования и повышения производительности.
• Новые длины волн:Разработка излучателей на других ИК-длинах волн (например, 850нм, 1050нм) для конкретных применений, таких как безопасные для глаз системы или различные оптимизации датчиков.
• Передовая упаковка:Использование материалов с лучшей теплопроводностью для управления теплом в мощных миниатюрных устройствах.