Техническая документация на инфракрасный светодиод IR19-315C/TR8 0603 SMD - Габариты 1.6x0.8x0.6мм - Длина волны 940нм - Мощность 130мВт

1. Обзор продукта

IR19-315C/TR8 — это миниатюрный инфракрасный светоизлучающий диод (СИД) для поверхностного монтажа в стандартном корпусе 0603. Устройство спроектировано для излучения света с пиковой длиной волны 940 нанометров (нм), что оптимально соответствует спектральной чувствительности кремниевых фотодиодов и фототранзисторов. Его основная функция — служить эффективным инфракрасным источником в различных системах датчиков и связи.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Этот компонент предлагает несколько ключевых преимуществ для современного электронного проектирования. Его миниатюрный размер для SMD-монтажа позволяет создавать высокоплотные компоновки печатных плат, что важно для компактной бытовой электроники и устройств Интернета вещей. Устройство изготовлено на основе кристалла из AlGaAs (арсенида алюминия-галлия), что обеспечивает надежную работу для инфракрасного излучения. Оно герметизировано прозрачной эпоксидной линзой, обеспечивая минимальное поглощение излучаемого ИК-света. Продукт полностью соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), регламенту ЕС REACH и производится как бесгалогенный, отвечая строгим экологическим и стандартам безопасности. Основные области применения включают блоки инфракрасных пультов дистанционного управления, требующие стабильного выходного сигнала, датчики приближения или обнаружения объектов, монтируемые на печатную плату, сканеры штрих-кодов и различные другие системы на основе инфракрасного излучения.

2. Подробный анализ технических параметров

Тщательное понимание предельных и рабочих характеристик устройства имеет решающее значение для надежного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной производительности.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Непрерывный прямой ток (I_F): 65 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на светодиод.
• Обратное напряжение (V_R): 5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Рабочая температура (T_opr): от -25°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды для нормальной работы.
• Температура хранения (T_stg): от -40°C до +100°C. Диапазон температур для хранения в нерабочем состоянии.
• Рассеиваемая мощность (P_d): 130 мВт при температуре свободного воздуха 25°C или ниже. Максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в виде тепла.
• Температура пайки (T_sol): 260°C в течение не более 5 секунд, применимо для процессов оплавления.

2.2 Электрооптические характеристики (T_a= 25°C)

Эти параметры определяют производительность устройства в типичных рабочих условиях. Все значения указаны при температуре окружающей среды 25°C.

• Сила излучения (I_e): Это оптическая мощность, излучаемая на единицу телесного угла, измеряется в милливаттах на стерадиан (мВт/ср). При прямом токе (I_F) 20 мА типичное значение составляет 0,6 мВт/ср. При импульсном режиме работы (I_F=100мА, длительность импульса ≤100мкс, скважность ≤1%) сила излучения может достигать до 4,0 мВт/ср.
• Пиковая длина волны (λ_p): 940 нм. Это длина волны, на которой оптическая выходная мощность максимальна.
• Спектральная ширина (Δλ): Приблизительно 45 нм. Это указывает на диапазон излучаемых длин волн, обычно измеряемый на половине максимальной интенсивности (полная ширина на половине максимума - FWHM).
• Прямое напряжение (V_F): Падение напряжения на светодиоде при протекании тока. При I_F=20мА типичное V_Fсоставляет 1,2В, максимум 1,5В. При I_F=100мА в импульсном режиме оно увеличивается до 1,4В (тип.) и 1,8В (макс.).
• Обратный ток (I_R): Максимум 10 мкА при приложенном обратном напряжении 5В.
• Угол обзора (2θ_1/2): 140 градусов. Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины своего значения при 0 градусах (на оси). Широкий угол обзора полезен для приложений, требующих широкого покрытия области.

3. Объяснение системы сортировки

IR19-315C/TR8 использует систему сортировки для категоризации устройств на основе их выходной силы излучения. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям к яркости для их приложения.

3.1 Сортировка по силе излучения

Устройства сортируются по группам (E, F, G) в соответствии с измеренной силой излучения при тестовом условии I_F= 20 мА.

• Группа E: Сила излучения находится в диапазоне от минимум 0,2 мВт/ср до максимум 1,0 мВт/ср.
• Группа F: Сила излучения находится в диапазоне от минимум 0,5 мВт/ср до максимум 1,5 мВт/ср.
• Группа G: Сила излучения находится в диапазоне от минимум 1,0 мВт/ср до максимум 2,5 мВт/ср.

Такая градация обеспечивает однородность в пределах производственной партии и позволяет прогнозировать оптические характеристики в конечном продукте.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Они необходимы для продвинутого проектирования и понимания нелинейных эффектов.

4.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого прямого тока с увеличением температуры окружающей среды. Способность светодиода рассеивать мощность уменьшается с ростом температуры, чтобы предотвратить перегрев. Разработчики должны обращаться к этому графику при работе устройства в условиях повышенной температуры, чтобы убедиться, что рабочий ток не превышает безопасную рабочую область.

4.2 Спектральное распределение

График спектрального распределения иллюстрирует относительную оптическую выходную мощность на разных длинах волн. Он подтверждает пик на 940нм и приблизительную спектральную ширину 45нм. Это критически важно для обеспечения совместимости со спектральной чувствительностью принимающего датчика.

3.3 Пиковая длина волны излучения в зависимости от температуры окружающей среды

Этот график показывает, как пиковая длина волны (λ_p) смещается с изменением температуры перехода. Как правило, длина волны слегка увеличивается с температурой (положительный коэффициент). Это смещение необходимо учитывать в прецизионных приложениях датчиков, где фильтр или чувствительность приемника настроены узко.

4.4 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Вольт-амперная характеристика является основополагающей для проектирования схем. Она показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением. "Коленное" напряжение составляет около 1,2В. Эта кривая используется для расчета необходимого значения последовательного резистора для ограничения тока до желаемого уровня при питании от источника напряжения, как подчеркивается в мерах предосторожности.

4.5 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма визуально представляет угол обзора. Она показывает, как интенсивность уменьшается по мере удаления угла наблюдения от центральной оси (0°), падая до 50% при ±70° (отсюда общий угол обзора 140°). Эта информация жизненно важна для проектирования оптического пути и юстировки в системе.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство соответствует стандартному посадочному месту SMD-корпуса 0603 (метрический 1608). Ключевые размеры включают длину корпуса 1,6 мм, ширину 0,8 мм и высоту 0,6 мм. Приведены посадочное место (рекомендуемая разводка контактных площадок на печатной плате) и размеры выводов для обеспечения правильной пайки и механической стабильности. Все размерные допуски, как правило, составляют ±0,1 мм, если не указано иное.

5.2 Определение полярности

Катод обычно маркируется на корпусе устройства. На схеме в техническом описании указана сторона катода, которая должна быть правильно ориентирована на печатной плате в соответствии с рекомендуемым посадочным местом. Неправильная полярность предотвратит излучение света устройством и приложение обратного смещения.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение и пайка имеют решающее значение для сохранения надежности и производительности устройства.

6.1 Хранение и чувствительность к влажности

Светодиоды упакованы в влагозащитный пакет с осушителем. Ключевые меры предосторожности включают:

• Не вскрывайте 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% и используйте в течение 168 часов (7 дней).
• Если время хранения превышено или осушитель указывает на влажность, перед пайкой требуется термообработка (прокаливание) при 60 ±5°C в течение минимум 24 часов.

6.2 Профиль оплавления при пайке

Устройство совместимо с процессами инфракрасного и парофазного оплавления. Рекомендуется профиль температуры для бессвинцовой пайки с пиковой температурой 260°C не более 5 секунд. Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз. Необходимо избегать механических нагрузок на корпус светодиода во время нагрева и коробления печатной платы после пайки.

6.3 Ручная пайка и переделка

Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с температурой жала ниже 350°C, прикладывайте тепло к каждому выводу не более 3 секунд и используйте паяльник мощностью 25 Вт или менее. Обеспечьте интервал охлаждения не менее 2 секунд между выводами. Переделка не рекомендуется, но если она неизбежна, следует использовать двусторонний паяльник для одновременного нагрева обоих выводов, чтобы предотвратить механическую нагрузку на паяные соединения. Влияние переделки на характеристики устройства следует проверить заранее.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации на ленте и в катушке

Компоненты поставляются на эмбоссированной несущей ленте шириной 8 мм, намотанной на стандартную катушку диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 4000 штук (4 тыс. шт./катушка). Приведены подробные размеры несущей ленты, включая размер кармана, шаг и спецификации отверстий для звездочки, чтобы обеспечить совместимость с автоматическим оборудованием для установки компонентов.

7.2 Процедура упаковки

Катушки герметично упакованы внутри алюминиевого влагозащитного пакета вместе с осушителем. На пакете имеются этикетки с ключевой информацией, такой как номер детали (P/N), номер детали заказчика (CPN), количество (QTY), группа сортировки (CAT), пиковая длина волны (HUE), номер партии (LOT No.) и страна производства.

8. Рекомендации по проектированию приложений

8.1 Ограничение тока является обязательным

Самое важное правило проектирования — обязательное использование последовательного токоограничивающего резистора. Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент и может незначительно варьироваться между экземплярами. Небольшое увеличение напряжения может вызвать большое, потенциально разрушительное увеличение тока. Значение резистора (R) можно рассчитать по закону Ома: R = (V_supply- V_F) / I_F, где V_F— прямое напряжение при желаемом токе I_F.

8.2 Тепловой менеджмент

Хотя корпус 0603 имеет ограниченную тепловую массу, следует уделять внимание рассеиваемой мощности, особенно при работе на более высоких токах или в условиях высокой температуры окружающей среды. Необходимо соблюдать кривую снижения мощности. Обеспечение достаточной площади меди, подключенной к тепловым площадкам (если есть) или выводам устройства, может помочь рассеивать тепло в печатную плату.

8.3 Особенности оптического проектирования

Широкий угол обзора 140° делает этот светодиод подходящим для приложений, требующих широкого освещения, таких как датчики приближения. Для более длинной дистанции или направленных лучей могут потребоваться вторичная оптика (линзы). Длина волны 940 нм невидима для человеческого глаза, что делает ее идеальной для незаметной работы, но важно отметить, что некоторые бытовые датчики цифровых камер могут ее обнаружить, что может выглядеть как фиолетовое свечение.

9. Техническое сравнение и дифференциация

IR19-315C/TR8 выделяется в категории инфракрасных светодиодов 0603 благодаря своей специфической комбинации материала AlGaAs и пиковой длины волны 940 нм. Светодиоды на основе AlGaAs, как правило, обеспечивают хорошую эффективность и надежность на этой длине волны. По сравнению со светодиодами на основе GaAs, устройства AlGaAs могут иметь несколько иные характеристики прямого напряжения и температурные характеристики. Широкий угол обзора 140° является заметной особенностью по сравнению с некоторыми конкурентами, предлагающими более узкие лучи, что делает его более универсальным для приложений датчиков площади.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 Для чего нужны коды сортировки (E, F, G)?

Коды сортировки категоризируют светодиоды на основе измеренной выходной силы излучения. Это позволяет разработчикам выбирать постоянный уровень яркости для своего продукта. Например, приложение, требующее более высокой оптической мощности, будет указывать компоненты группы G.

10.2 Можно ли управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера 3,3В или 5В?

Нет, подключать напрямую нельзя. Низкое прямое напряжение светодиода (обычно 1,2В) означает, что подключение его напрямую к источнику 3,3В или 5В без токоограничивающего резистора вызовет чрезмерный ток, мгновенно разрушающий устройство. Последовательный резистор всегда требуется.

10.3 Почему важна длина волны 940 нм?

940 нм — очень распространенная длина волны для инфракрасных систем, потому что она попадает в область, где кремниевые фотодетекторы (фотодиоды, фототранзисторы) имеют высокую чувствительность. Она также менее заметна для шума окружающего света по сравнению с более короткими ИК-длинами волн, такими как 850 нм, и невидима для человеческого глаза, что желательно для бытовой электроники.

10.4 Сколько раз можно выполнять пайку оплавлением для этого компонента?

В техническом описании указано, что пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз. Каждый цикл оплавления подвергает компонент термическому стрессу, что потенциально может ухудшить внутренние проводные соединения или эпоксидную герметизацию.

11. Примеры проектирования и использования

11.1 Простой датчик приближения

Распространенное применение — базовый отражательный датчик объекта. IR19-315C/TR8 размещается рядом с кремниевым фототранзистором на печатной плате. Светодиод управляется импульсным током (например, 20 мА, 1 кГц, скважность 50%) через резистор. Когда объект приближается, он отражает ИК-свет на фототранзистор, который проводит ток и создает сигнал. Импульсный режим работы помогает отличить сигнал от окружающего ИК-света. Широкий угол обзора светодиода обеспечивает хорошее покрытие области обнаружения.

11.2 Передатчик для инфракрасного пульта дистанционного управления

Для пультов дистанционного управления, требующих большей дальности или более высокой выходной мощности, светодиод можно управлять в импульсном режиме при более высоких токах, например, 100 мА с очень низкой скважностью (например, ≤1%). Это позволяет использовать более высокую импульсную силу излучения (до 4,0 мВт/ср), сохраняя при этом среднюю мощность и рассеивание тепла в пределах нормы. Сигнал обычно модулируется на несущей частоте (например, 38 кГц), чтобы позволить приемнику отфильтровать шум.

12. Принцип работы

IR19-315C/TR8 представляет собой полупроводниковый p-n переходный диод. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее энергию его запрещенной зоны, электроны из n-типа материала AlGaAs рекомбинируют с дырками из p-типа материала в активной области. Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав полупроводника AlGaAs определяет энергию запрещенной зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны излучаемых фотонов — в данном случае приблизительно 940 нм, что находится в ближнем инфракрасном спектре.

13. Технологические тренды

Технология инфракрасных светодиодов продолжает развиваться вместе с технологией видимых светодиодов. Тренды включают разработку устройств с более высокой эффективностью (больше светового выхода на ватт электрической мощности), что снижает энергопотребление и тепловыделение. Также ведутся работы по улучшению высокотемпературной производительности и надежности SMD-корпусов. Кроме того, растущим трендом является интеграция ИК-светодиодов с драйверами и датчиками в компактные модули, упрощая системное проектирование для таких приложений, как распознавание жестов и 3D-сенсорика (например, времяпролетная). Длина волны 940 нм остается доминирующим стандартом благодаря оптимальному соответствию кремниевым детекторам и низкой видимости.