Техническая документация на SMD светодиод IRR15-22C/L491/TR8 - Корпус 3.0x1.6x1.1мм - Прямое напряжение 1.3В(ИК)/1.9В(Красный) - Мощность 100мВт(ИК)/130мВт(Красный)

1. Обзор продукта

IRR15-22C/L491/TR8 представляет собой двухизлучающий прибор для поверхностного монтажа (SMD), объединяющий инфракрасный (ИК) излучающий диод и красный излучающий диод в одном миниатюрном корпусе с верхним излучением. Прибор залит прозрачным пластиком, что обеспечивает эффективную передачу света для обеих длин волн. Ключевой конструктивной особенностью является спектральное согласование ИК-излучателя с кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами, оптимизирующее его для применений в датчиках и системах обнаружения. Продукт соответствует современным экологическим стандартам: не содержит свинца (Pb-free), соответствует директиве RoHS, регламенту ЕС REACH и не содержит галогенов.

1.1 Основные особенности и преимущества

• Низкое прямое напряжение:Обеспечивает более высокую энергоэффективность и сниженное энергопотребление в схеме.
• Спектральное согласование:Излучение ИК-диода специально согласовано с кривой чувствительности кремниевых фотодетекторов, что повышает отношение сигнал/шум в оптических сенсорных системах.
• Двойное излучение:Объединяет функции ИК-диода (для датчиков, пультов ДУ) и красного диода (для индикации состояния, простых дисплеев) в одном компактном корпусе, экономя место на плате.
• Экологическая безопасность:Соответствует требованиям по отсутствию свинца (Pb-free), RoHS, REACH и галогенов, что делает его пригодным для широкого спектра мировых рынков и экологически ориентированных разработок.
• Миниатюрный SMD-корпус:Корпус с верхним излучением (3.0мм x 1.6мм x 1.1мм) идеально подходит для автоматизированной сборки и проектов печатных плат высокой плотности.

1.2 Целевой рынок и области применения

Данный компонент в первую очередь предназначен для применений, требующих надежных, маломощных оптических источников для детектирования и индикации. Его основное применение - всистемах с применением инфракрасного излучения, которые включают, но не ограничиваются:

• Датчики приближения и присутствия
• Системы обнаружения и подсчета объектов
• Оптические энкодеры
• Бесконтактные выключатели и интерфейсы
• Простые каналы передачи данных (например, приемники пультов ДУ)
• Устройства, где требуется красный индикаторный свет наряду с ИК-функцией

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

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

• Постоянный прямой ток (I_F):50 мА для обоих кристаллов (ИК и Красный). Превышение этого тока вызовет чрезмерный нагрев и быстрое ухудшение характеристик.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Светодиод имеет ограниченную стойкость к обратному напряжению; правильная конструкция схемы должна предотвращать условия обратного смещения.
• Рассеиваемая мощность (P_c):100 мВт для ИК-кристалла и 130 мВт для красного кристалла при температуре окружающего воздуха ≤25°C. Этот параметр критически важен для теплового режима.
• Температура эксплуатации и хранения:-25°C до +85°C (эксплуатация), -40°C до +100°C (хранение).
• Температура пайки:260°C максимум в течение 5 секунд, что соответствует типичным профилям бессвинцовой пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики (Ta=25°C)

Это типичные параметры производительности при указанных условиях испытаний.

• Сила излучения (I_E):Измеряется в мВт/ср (милливатт на стерадиан). Типичные значения: 2.1 мВт/ср (ИК) и 2.3 мВт/ср (Красный) при I_F=20мА. Этот параметр указывает на оптическую мощность, излучаемую в определенный телесный угол.
• Пиковая длина волны (λ_p):940 нм для ИК (типично) и 660 нм для Красного (типично). ИК-длина волны идеальна для кремниевых фотодетекторов, пиковая чувствительность которых находится в районе 900-1000 нм.
• Спектральная ширина (Δλ):Приблизительно 30 нм для ИК и 20 нм для Красного, что определяет спектральную чистоту излучаемого света.
• Прямое напряжение (V_F):Типичные значения: 1.30 В для ИК и 1.90 В для Красного при I_F=20мА. Красный кристалл имеет более высокое V_Fиз-за другого полупроводникового материала (AlGaInP против GaAlAs).
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов. Этот широкий угол обзора характерен для корпуса с верхним излучением без линзы и с прозрачной заливкой, обеспечивая широкую диаграмму направленности.

3. Анализ характеристических кривых

3.1 Характеристики инфракрасного (ИК) кристалла

Представленные кривые для ИК-кристалла дают важную информацию для проектирования:

• Спектральное распределение:Кривая показывает резкий пик на 940 нм с полушириной (FWHM) около 30 нм, подтверждая хорошее спектральное согласование с кремниевыми детекторами.
• Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика):Эта экспоненциальная кривая необходима для выбора токоограничивающего резистора. Небольшое изменение напряжения приводит к большому изменению тока, что подчеркивает необходимость постоянного тока или правильно рассчитанного последовательного резистора.
• Относительная интенсивность в зависимости от прямого тока:Показывает, что сила излучения линейно возрастает с током вплоть до предельного значения, что позволяет модулировать яркость с помощью управления током.
• Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды:Демонстрирует требование по снижению мощности. Максимально допустимый прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды, чтобы не превысить предел рассеиваемой мощности.

3.2 Характеристики красного кристалла

Кривые для красного кристалла следуют аналогичным принципам, но с особенностями, характерными для материала:

• Спектральное распределение:Центрировано на 660 нм (темно-красный) с более узкой полосой (~20 нм), что дает насыщенный красный цвет.
• Вольт-амперная характеристика, интенсивность от тока и тепловое снижение мощности:Эти кривые аналогичны кривым ИК-кристалла, но с другими значениями напряжения и рассеиваемой мощности, как указано в таблицах предельных параметров и электрооптических характеристик.

3.3 Угловые характеристики

КриваяОтносительный фототок в зависимости от углового смещения(предположительно, от парного детектора) иллюстрирует пространственную диаграмму направленности излучения. Угол обзора 120 градусов дает распределение, близкое к ламбертовскому, где интенсивность максимальна при 0° (перпендикулярно излучающей поверхности) и падает до половины при ±60°. Это важно для проектирования оптических трактов и обеспечения достаточной силы сигнала на приемнике.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство поставляется в миниатюрном SMD-корпусе. Ключевые размеры (в мм) включают размер корпуса приблизительно 3.0 x 1.6 при высоте 1.1. Катод обычно обозначается маркировкой или выемкой на корпусе. Чертеж с размерами показывает расстояние между выводами и рекомендации по посадочному месту на печатной плате, что критически важно для надежной пайки и механической стабильности.

4.2 Определение полярности

Правильное подключение полярности жизненно важно. Схема корпуса в документации указывает на анодные и катодные выводы. Подача обратной полярности, превышающей номинальное обратное напряжение 5В, может мгновенно повредить p-n переход диода.

5. Рекомендации по пайке, сборке и обращению

5.1 Критически важные меры предосторожности

• Защита от перегрузки по току:Внешний токоограничивающий резисторобязателен. Крутая ВАХ означает, что даже небольшое увеличение напряжения может вызвать разрушительный всплеск тока.
• Хранение и чувствительность к влаге:Устройство чувствительно к влаге (MSL). Оно должно храниться в оригинальной влагозащищенной упаковке с осушителем. После вскрытия должно быть использовано в течение 168 часов (7 дней), если не проведена повторная сушка (60°C в течение 24 часов).

5.2 Условия пайки

• Пайка оплавлением:Рекомендуется бессвинцовый температурный профиль с пиковой температурой 260°C максимум в течение 5 секунд. Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз.
• Ручная пайка:При необходимости используйте паяльник с температурой жала <350°C, прикладывайте тепло к каждому выводу <3 секунд и используйте маломощный паяльник (<25Вт). Давайте остывать между пайкой выводов.
• Ремонт:Не рекомендуется. Если это неизбежно, используйте двухголовый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов и избегайте механических нагрузок на паяные соединения.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Спецификация упаковки

Устройства поставляются на эмбоссированной несущей ленте, намотанной на катушки. Стандартное количество в упаковке - 2000 штук на катушку. Размеры несущей ленты обеспечивают совместимость со стандартным оборудованием для поверхностного монтажа.

6.2 Маркировка и прослеживаемость

Упаковка включает этикетки на влагозащищенном пакете и на катушке. Эти этикетки содержат информацию для прослеживаемости, такую как номер детали (P/N), номер партии (LOT No.), количество (QTY) и место производства. Это важно для контроля качества и управления цепочкой поставок.

7. Рекомендации по проектированию приложений

7.1 Проектирование схемы

При проектировании схемы управления:

1. Рассчитайте последовательный резистор (R_s):Используйте формулу R_s= (V_{питания}- V_F) / I_F. Используйте максимальное значение V_Fиз документации, чтобы обеспечить достаточный ток при всех условиях. Например, для красного светодиода при 20мА и питании 5В: R_s= (5В - 2.5В) / 0.02А = 125Ом. Используйте ближайшее стандартное значение (например, 130Ом или 150Ом).
2. Рассмотрите ШИМ для регулировки яркости:Для управления интенсивностью используйте широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), а не аналоговое уменьшение тока, так как это обеспечивает постоянство цвета (для красного) и длины волны.
3. Тепловой режим:Убедитесь, что разводка печатной платы обеспечивает достаточную площадь медных проводников для отвода тепла, особенно при работе, близкой к максимальному току, или при повышенных температурах окружающей среды.

7.2 Оптическое проектирование

• Для детектирования (ИК):Оптически совместите ИК-излучатель и фотодетектор. Используйте диафрагмы, линзы или световоды для определения зоны чувствительности и блокировки помех от окружающего света. Широкий угол 120° может потребовать экранирования для создания более направленного луча при детектировании на больших расстояниях.
• Для индикации (Красный):Прозрачная линза и широкий угол обеспечивают хорошую видимость. Рассмотрите использование рассеивателя, если требуется более мягкая и равномерная индикация.

8. Техническое сравнение и отличительные особенности

Основное отличие IRR15-22C/L491/TR8 заключается в егодвухволновой конструкции в одном корпусе. По сравнению с использованием двух отдельных светодиодов, он предлагает:

• Экономия места:Уменьшает занимаемую площадь на плате на 50%.
• Упрощение сборки:Одна операция установки вместо двух.
• Экономическая эффективность:Потенциально более низкая общая стоимость компонентов и сборки.
• Оптимизированная ИК-производительность:Конкретный ИК-кристалл GaAlAs на 940нм выбран для оптимальной работы с кремниевыми детекторами, что может обеспечить лучшую чувствительность и дальность по сравнению с обычными ИК-светодиодами.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 Могу ли я одновременно управлять ИК и красным светодиодами?

Да, но они должны управляться отдельными токоограничивающими цепями (резисторами или драйверами). Они находятся в общем корпусе, но имеют независимые полупроводниковые кристаллы и электрические соединения.

9.2 Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?

Светодиоды - это приборы, управляемые током. Их прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент и варьируется от экземпляра к экземпляру. Источник напряжения без последовательного резистора вызовет неконтролируемый ток, что приведет к немедленному тепловому разгону и разрушению.

9.3 Каков типичный срок службы этого светодиода?

Срок службы светодиода обычно определяется как момент, когда световой поток снижается до 50% от начального значения (L70/L50). Хотя в данной документации это явно не указано, правильно эксплуатируемые SMD-светодиоды (в пределах номиналов, с хорошим тепловым режимом) часто имеют срок службы, превышающий 50 000 часов.

9.4 Как интерпретировать значение силы излучения (мВт/ср) для проектирования моего датчика?

Сила излучения описывает оптическую мощность на единицу телесного угла. Чтобы оценить мощность (в мВт), принимаемую детектором, необходимо знать активную площадь детектора и его расстояние/угол относительно светодиода. Кривая углового смещения помогает в этом расчете при внеосевом расположении.

10. Практический пример применения

10.1 Простой датчик приближения

Сценарий:Обнаружение, когда объект находится в пределах 5 см от устройства.
Реализация:Установите IRR15-22C/L491/TR8 на печатную плату. Управляйте ИК-излучателем с постоянным током 20мА (используя рассчитанный резистор от источника питания 3.3В). Расположите кремниевый фототранзистор напротив него, с небольшим барьером между ними, чтобы предотвратить прямую оптическую связь. Когда объект попадает в зазор, он отражает ИК-свет от излучателя на детектор. Выходной ток детектора увеличивается, что может быть преобразовано в напряжение с помощью нагрузочного резистора и считано АЦП или компаратором микроконтроллера. Красный светодиод может быть подключен к выводу GPIO для визуальной индикации "детектирование активно" или "объект присутствует".

11. Принцип работы

Светоизлучающие диоды (СИД) - это полупроводниковые приборы на основе p-n перехода. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия в виде фотонов (света). Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. IRR15-22C/L491/TR8 используетGaAlAs (арсенид галлия-алюминия)для ИК-излучателя (940нм) иAlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия)для красного излучателя (660нм). Прозрачная эпоксидная линза герметизирует кристалл, обеспечивает механическую защиту и формирует диаграмму направленности излучения.

12. Технологические тренды

Развитие SMD-светодиодов, подобных этому, следует нескольким ключевым отраслевым тенденциям:

• Миниатюризация:Постоянное уменьшение размеров корпусов (например, с 0603 до 0402 и 0201) для создания более компактных конечных продуктов.
• Многокристальные корпуса (MCP):Интеграция нескольких светодиодных кристаллов (разных цветов или одного цвета) в один корпус для повышения выходной мощности, смешения цветов или многофункциональности, как видно в этом двухволновом устройстве.
• Повышенная эффективность:Постоянное улучшение внутренней квантовой эффективности (IQE) и эффективности вывода света приводит к более высокой силе излучения при том же входном токе, улучшая энергобаланс системы.
• Повышенная надежность:Достижения в материалах корпусирования (эпоксидные смолы, силиконы) и методах крепления кристаллов улучшают производительность при высоких температурах и влажности, продлевая срок службы.
• Интеллектуальная интеграция:Растущим трендом является интеграция управляющих ИС (драйверов, датчиков) в корпус светодиода, создавая "интеллектуальные" светодиодные модули, упрощающие проектирование систем.