Техническая документация на инфракрасный светодиод IR26-21C/L447/CT - Диаметр 1.6 мм - Напряжение 1.3 В - Мощность 130 мВт - Прозрачный корпус

1. Обзор продукта

IR26-21C/L447/CT — это миниатюрный инфракрасный излучающий диод для поверхностного монтажа (SMD). Он заключен в компактный двухвыводной корпус из прозрачной пластмассы со сферической линзой. Основная функция компонента — излучение инфракрасного света с пиковой длиной волны 940 нанометров, что спектрально согласуется с кремниевыми фотодетекторами и фототранзисторами, делая его идеальным для применений в датчиках.

Этот светодиод изготовлен на основе чипа из GaAlAs (арсенида галлия-алюминия). Его ключевые преимущества включают очень низкое прямое напряжение, малые габариты, подходящие для конструкций с ограниченным пространством, и высокую надежность. Устройство соответствует ключевым экологическим нормам, включая отсутствие свинца (Pb-free), соответствие директиве RoHS, регламенту ЕС REACH и отсутствие галогенов, соответствуя установленным порогам по содержанию брома и хлора.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Устройство предназначено для работы в строгих пределах, чтобы обеспечить долговечность и надежность. Превышение этих параметров может привести к необратимому повреждению.

• Непрерывный прямой ток (I_F)): 65 мА. Это максимальный постоянный ток, который может непрерывно протекать через светодиод.
• Обратное напряжение (V_R)): 5 В. Приложение обратного напряжения выше этого значения может привести к пробою полупроводникового перехода светодиода.
• Рабочая температура (T_опер)): от -25°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды для нормальной работы.
• Температура хранения (T_хран)): от -40°C до +85°C. Диапазон температур для хранения устройства, когда оно не используется.
• Температура пайки (T_пайка)): 260°C максимум в течение 5 секунд. Это определяет ограничение профиля пайки оплавлением.
• Рассеиваемая мощность (P_d)): 130 мВт при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в виде тепла.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартных условиях испытаний: температура окружающей среды 25°C и прямой ток 20 мА, что является типичной рабочей точкой.

• Излучаемая интенсивность (I_e)): 11 мВт/ср (мин.), 18 мВт/ср (тип.). Измеряет оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла (стерадиан). Типичное значение указывает на ожидаемую выходную мощность.
• Пиковая длина волны (λ_p)): 940 нм (тип.). Длина волны, на которой светодиод излучает наибольшую оптическую мощность. Это в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза, но оптимальном для кремниевых сенсоров.
• Спектральная ширина (Δλ): 55 нм (тип.). Диапазон излучаемых длин волн, обычно измеряемый на половине пиковой интенсивности (полная ширина на половине максимума - FWHM).
• Прямое напряжение (V_F)): 1.3 В (тип.), 1.5 В (макс.). Падение напряжения на светодиоде при работе на токе 20 мА. Низкое напряжение является преимуществом для эффективности.
• Обратный ток (I_R)): 10 мкА (макс.) при обратном смещении 5 В. Мера утечки перехода в закрытом состоянии.
• Угол обзора (2θ_1/2)): 25° (тип.). Угловой разброс, в пределах которого излучаемая интенсивность составляет не менее половины своего пикового значения. Это определяет диаграмму направленности луча.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, которые имеют решающее значение для инженеров-конструкторов.

3.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого прямого тока с увеличением температуры окружающей среды. Чтобы предотвратить перегрев, ток должен быть уменьшен при работе выше 25°C. Кривая обычно показывает линейное уменьшение, подчеркивая важность теплового управления в условиях высоких температур.

3.2 Спектральное распределение

На этом графике отображена относительная излучаемая интенсивность в зависимости от длины волны. Он визуально подтверждает пик на 940 нм и спектральную ширину примерно 55 нм. Форма характерна для инфракрасных светодиодов на основе GaAlAs.

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

Эта фундаментальная кривая иллюстрирует экспоненциальную зависимость между током и напряжением для диода. Она помогает при проектировании схемы токоограничивающего драйвера. Кривая показывает резкое включение около типичного V_Fв 1.3 В.

3.4 Относительная интенсивность в зависимости от прямого тока

Эта кривая демонстрирует линейность (или потенциальную нелинейность при очень высоких токах) светового выхода относительно тока накачки. Для большинства светодиодов зависимость довольно линейна в рекомендуемом рабочем диапазоне, что позволяет осуществлять простое управление яркостью путем модуляции тока.

3.5 Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма определяет пространственную диаграмму направленности излучения. Для этого светодиода со сферической линзой ожидается, что диаграмма будет примерно ламбертовской (косинусное распределение) или немного уже, с центром на оси, перпендикулярной излучающей поверхности. Угол обзора в 25 градусов выводится из этой кривой.

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство представляет собой круглый миниатюрный SMD-корпус диаметром 1.6 мм. Подробные механические чертежи в техническом описании предоставляют все критические размеры, включая общую высоту, расстояние между выводами и геометрию линзы. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.1 мм, если не указано иное.

4.2 Рекомендации по контактным площадкам и паяльной пасте

Предоставлен рекомендуемый рисунок контактных площадок для проектирования печатной платы для справки. Конструкторам рекомендуется модифицировать его в зависимости от конкретного производственного процесса и требований к надежности. В техническом описании рекомендуется состав паяльной пасты Sn/Ag3.0/Cu0.5 и толщина трафарета 0.10 мм для оптимального формирования паяного соединения.

4.3 Идентификация полярности

Корпус имеет двухвыводную конструкцию. Полярность обычно указывается маркировкой на стороне катода или специальной формой корпуса или ленты. Точную маркировку следует проверять по чертежу размеров корпуса.

4.4 Размеры упаковочной ленты

Светодиоды поставляются в выступающей упаковочной ленте на катушках диаметром 7 дюймов для автоматической сборки методом "pick-and-place". Размеры ленты (размер гнезда, шаг и т.д.) указаны для обеспечения совместимости со стандартным оборудованием для сборки SMD. Каждая катушка содержит 1500 штук.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Профиль оплавления при пайке

Рекомендуется температурный профиль для бессвинцовой пайки. Ключевые параметры включают стадию предварительного нагрева, максимальную температуру, не превышающую 260°C, и время выше температуры ликвидуса (TAL), контролируемое для предотвращения теплового повреждения. Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз на одном и том же устройстве.

5.2 Меры предосторожности при ручной пайке

Если необходима ручная пайка, необходимо соблюдать крайнюю осторожность. Температура жала паяльника должна быть ниже 350°C, а время контакта на каждый вывод не должно превышать 3 секунд. Рекомендуется маломощный паяльник (≤25 Вт) с интервалом не менее 2 секунд между пайкой каждого вывода для охлаждения.

5.3 Хранение и чувствительность к влажности

Светодиоды упакованы в влагозащитный пакет. Не вскрывайте пакет до готовности к использованию. После вскрытия неиспользованные устройства следует хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤60%. "Время жизни на производстве" после вскрытия составляет 168 часов (7 дней). Если это время превышено или индикатор влажности (силикагель) показывает насыщение, перед использованием требуется термообработка (прокаливание) при 60±5°C в течение 24 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время оплавления.

5.4 Ремонт и переделка

Ремонт после пайки настоятельно не рекомендуется. Если это неизбежно, необходимо использовать специализированный двухголовый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов, чтобы минимизировать термическое напряжение на пластиковом корпусе. Возможность повреждения характеристик светодиода во время ремонта должна быть оценена заранее.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типовые схемы включения

Наиболее важным аспектом проектирования является ограничение тока. Внешний последовательный резистор обязателен. Из-за экспоненциальной ВАХ диода небольшое увеличение напряжения может вызвать большое, разрушительное увеличение тока. Значение резистора (R) рассчитывается по формуле: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для источника питания 5 В и целевого тока I_Fв 20 мА при V_F~1.3 В, R ≈ (5 - 1.3) / 0.02 = 185 Ом. Подойдет стандартный резистор на 180 Ом или 200 Ом.

6.2 Особенности проектирования

• Теплоотвод: Несмотря на малые размеры, необходимо учитывать рассеиваемую мощность (до 130 мВт), особенно при высоких температурах окружающей среды или более высоких токах накачки. Достаточная площадь медной фольги на печатной плате вокруг контактных площадок может служить простым теплоотводом.
• Оптическое выравнивание: Угол обзора 25 градусов требует тщательного выравнивания с парным фотодетектором в конструкциях барьерных или отражательных датчиков для обеспечения достаточной силы сигнала.
• Электрические помехи: В чувствительных аналоговых измерительных схемах драйвер светодиода должен быть развязан от чувствительных усилителей детектора, чтобы предотвратить электрические перекрестные помехи.

6.3 Типовые области применения

• Инфракрасные датчики на печатной плате: Используются в качестве источника света в датчиках приближения, обнаружения объектов и тахометрах.
• Миниатюрные световые барьеры / Щелевые оптопрерыватели: В паре с фототранзистором для обнаружения объектов, прерывающих световой луч, используются в принтерах, энкодерах и торговых автоматах.
• Накопители на гибких дисках: Исторически использовались для обнаружения нулевой дорожки и определения защиты от записи.
• Оптоэлектронные переключатели: В отражательных датчиках для обнаружения наличия поверхности или контраста (например, роботы, следующие по линии).
• Дымовые извещатели: Используются в дымовых извещателях затеняющего типа, где частицы дыма рассеивают или блокируют внутренний инфракрасный луч между светодиодом и фотодиодом.

7. Техническое сравнение и отличия

IR26-21C/L447/CT занимает определенную нишу на рынке инфракрасных светодиодов. Его основные отличительные особенности — чрезвычайно малый круглый корпус размером 1.6 мм и низкое прямое напряжение. По сравнению с более крупными инфракрасными светодиодами в корпусах 3 мм или 5 мм для монтажа в отверстия, он позволяет миниатюризировать конечные продукты. По сравнению с другими SMD инфракрасными светодиодами, его прозрачная линза (в отличие от тонированных или рассеивающих) и специфическая длина волны 940 нм с хорошим согласованием с кремнием оптимизированы для максимальной передачи энергии на кремниевый приемник, улучшая соотношение сигнал/шум и дальность действия в сенсорных приложениях. Соответствие требованиям по отсутствию галогенов и RoHS гарантирует, что он соответствует современным экологическим стандартам для глобального производства электроники.

8. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

8.1 Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?

Светодиод — это устройство, управляемое током, а не напряжением. Его прямое напряжение остается относительно постоянным в широком диапазоне токов. Без последовательного резистора прямое подключение к источнику напряжения приведет к попытке потребления тока, ограниченного только внутренним сопротивлением источника и динамическим сопротивлением светодиода, которое очень мало. Это почти наверняка превысит максимальный прямой ток (65 мА) и мгновенно разрушит светодиод.

8.2 Можно ли управлять яркостью этого светодиода с помощью ШИМ-сигнала?

Да, широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — отличный метод управления средней излучаемой интенсивностью. Вы запитываете светодиод номинальным током (например, 20 мА) во время "включенных" импульсов. Частота должна быть достаточно высокой, чтобы избежать видимого мерцания в сенсорной системе (обычно >100 Гц). Схема драйвера (транзистор/МОП-транзистор) должна выдерживать пиковый ток.

8.3 В чем разница между излучаемой интенсивностью (мВт/ср) и силой света (мкд)?

Сила света (измеряется в канделах) взвешена по чувствительности человеческого глаза (фотопический отклик). Поскольку это инфракрасный светодиод, излучающий на длине волны 940 нм, где чувствительность человеческого глаза равна нулю, его сила света фактически равна нулю. Излучаемая интенсивность измеряет фактическую оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла, что является релевантной метрикой для машинных сенсоров.

8.4 Как интерпретировать "угол обзора" в 25 градусов?

Угол обзора (2θ_1/2= 25°) означает полный угловой разброс, в пределах которого интенсивность составляет не менее половины пикового значения. Половина угла (θ_1/2) составляет 12.5 градусов от центральной оси. Это определяет относительно узкий луч, концентрирующий инфракрасную энергию для большей дальности или более направленного зондирования по сравнению со светодиодами с более широкими углами (например, 60° или 120°).

9. Принцип работы

Инфракрасный светодиод — это полупроводниковый диод с p-n переходом. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются через переход. Когда эти носители заряда рекомбинируют в активной области полупроводника (изготовленного из GaAlAs), высвобождается энергия. В этом конкретном материальном составе энергия соответствует фотонам в инфракрасном спектре с пиковой длиной волны 940 нм. Прозрачный эпоксидный корпус служит как защитным корпусом, так и линзой для формирования диаграммы направленности излучаемого света.

10. Тенденции и контекст в отрасли

Спрос на миниатюрные, высоконадежные инфракрасные компоненты продолжает расти, чему способствует распространение Интернета вещей (IoT), датчиков для умного дома, промышленной автоматизации и носимых устройств. Ключевые тенденции, влияющие на такие компоненты, как IR26-21C/L447/CT, включают:

• Повышенная интеграция: Движение в сторону модулей, объединяющих ИК-светодиод, фотодетектор и схемы обработки сигналов в одном корпусе.
• Повышенная эффективность: Постоянная разработка полупроводниковых материалов и конструкций чипов для достижения более высокой излучаемой мощности при заданном входном токе, что улучшает время работы от батареи в портативных устройствах.
• Повышенная надежность: Акцент на надежную конструкцию корпуса для выдерживания более высоких температур оплавления и суровых условий окружающей среды, требуемых автомобильными и промышленными применениями.
• Стандартизация: Соблюдение глобальных экологических (RoHS, REACH, Halogen-Free) и производственных (MSL, лента-и-катушка) стандартов теперь является базовым требованием для доступа на мировой рынок.

Такие компоненты, как этот миниатюрный инфракрасный светодиод, являются фундаментальными строительными блоками, обеспечивающими бесконтактное зондирование, которое является критически важной технологией во всех этих развивающихся секторах.