Техническая документация на ИК-светодиод IR29-01C/L510/R/TR8 - круглый SMD 1.2мм - прямое напряжение 1.6В - длина волны 940нм - мощность 100мВт

1. Обзор продукта

IR29-01C/L510/R/TR8 — это сверхминиатюрный инфракрасный (ИК) светодиод бокового свечения, предназначенный для поверхностного монтажа. Он выполнен в компактном двухвыводном корпусе из прозрачной пластмассы со сферической верхней линзой, оптимизированной для эффективного инфракрасного излучения. Спектральная характеристика устройства специально согласована с кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами, что делает его идеальным источником для ИК-сенсорных систем. Его основные преимущества включают малые габариты, низкое прямое напряжение и соответствие современным экологическим стандартам, таким как RoHS, REACH, а также требованиям по отсутствию галогенов.

1.1 Ключевые особенности и целевой рынок

Ключевые особенности этого компонента включают его миниатюрный SMD-корпус, который способствует высокоплотной компоновке печатных плат. Низкое прямое напряжение способствует энергоэффективной работе. Поставляется на 8-миллиметровой перфорированной ленте, намотанной на катушку диаметром 7 дюймов, что совместимо с автоматизированными процессами сборки. Устройство не содержит свинца (Pb-free) и соответствует строгим экологическим нормам, включая ограничения по содержанию брома (Br) и хлора (Cl). Этот ИК-светодиод в первую очередь предназначен для разработчиков и инженеров, создающих инфракрасные системы, такие как датчики приближения, детекторы объектов, энкодеры и модули передачи данных, где критически важны надежное и согласованное ИК-излучение.

2. Технические параметры: углубленная объективная интерпретация

В этом разделе представлен детальный анализ электрических, оптических и тепловых характеристик устройства, как они определены в техническом описании.

2.1 Предельно допустимые параметры

Предельно допустимые параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Это не рабочие условия.

• Постоянный прямой ток (IF):50 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на светодиод.
• Импульсный прямой ток (IFP):500 мА. Такой высокий ток допустим только в импульсном режиме при длительности импульса ≤ 100 мкс и скважности ≤ 1%. Этот параметр полезен для приложений, требующих кратковременных импульсов высокой интенсивности.
• Обратное напряжение (VR):5 В. Превышение этого напряжения обратного смещения может вызвать пробой p-n перехода.
• Рабочая и температура хранения (Topr, Tstg):от -40°C до +100°C. Такой широкий диапазон обеспечивает надежность в жестких условиях эксплуатации.
• Температура пайки (Tsol):260°C максимум в течение 5 секунд, что определяет профиль оплавления при пайке.
• Рассеиваемая мощность (Pc):100 мВт при температуре окружающей среды 25°C или ниже. Этот параметр имеет решающее значение для проектирования системы теплового управления.

2.2 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики (типовые при Ta=25°C) определяют ожидаемую производительность в нормальных рабочих условиях.

• Сила излучения (IE):Обычно 25 мВт/ср при IF=20мА и 100 мВт/ср при IF=70мА (импульсный режим). Сила излучения измеряет оптическую мощность, излучаемую в единицу телесного угла, что указывает на яркость ИК-источника.
• Пиковая длина волны (λp):940 нм. Это длина волны, на которой излучаемая оптическая мощность максимальна, что идеально согласуется с пиковой чувствительностью распространенных кремниевых фотодетекторов.
• Спектральная ширина (Δλ):Обычно 30 нм. Это определяет диапазон излучаемых длин волн, центрированный вокруг пиковой длины волны.
• Прямое напряжение (VF):Обычно 1.30В, максимум 1.60В при IF=20мА. При IF=70мА (импульсный режим) обычно 1.50В, максимум 2.00В. Это низкое VF выгодно для схемотехнических решений с низким напряжением питания.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 мкА при VR=5В, что указывает на высокое качество p-n перехода.
• Угол излучения (2θ1/2):15 градусов. Этот узкий угол излучения указывает на сфокусированный луч, что характерно для светодиодов бокового свечения с линзой и полезно для направленных ИК-приложений.

3. Анализ характеристических кривых

Техническое описание включает несколько характеристических кривых, которые дают более глубокое представление о поведении устройства в различных условиях.

3.1 Зависимость прямого тока от температуры окружающей среды

На этом графике показано снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Чтобы предотвратить перегрев и обеспечить долгосрочную надежность, прямой ток должен быть уменьшен при работе выше 25°C. Кривая обычно показывает линейное снижение от номинального тока при 25°C до нуля при максимальной температуре перехода.

3.2 Зависимость силы излучения от прямого тока

Этот график иллюстрирует взаимосвязь между током накачки (IF) и выходной оптической мощностью (силой излучения). В нормальном рабочем диапазоне она, как правило, линейна, что подтверждает прямую пропорциональность оптической выходной мощности току. Однако при очень высоких токах эффективность может снижаться из-за тепловых эффектов.

3.3 Зависимость прямого тока от прямого напряжения

Эта ВАХ (вольт-амперная характеристика) изображает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. "Коленное" напряжение находится около типичного значения VF. Понимание этой кривой необходимо для проектирования схемы драйвера с ограничением тока.

3.4 Спектральное распределение

Этот график отображает относительную излучаемую мощность в зависимости от длины волны, центрированную на 940 нм с определенной шириной полосы. Он наглядно подтверждает спектральное согласование с кремниевыми детекторами, которые имеют пиковую чувствительность в диапазоне 800-1000 нм.

3.5 Зависимость относительной силы излучения от углового смещения

Эта полярная диаграмма определяет диаграмму направленности или профиль луча светодиода. Здесь подтверждается угол излучения 15 градусов (ширина на полувысоте, FWHM). Конструкция бокового свечения с линзой создает такую направленную диаграмму излучения, что критически важно для совмещения светодиода с детектором в сенсорном узле.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство представляет собой круглый сверхминиатюрный SMD-корпус диаметром 1.2 мм. Подробный чертеж с размерами определяет все критические измерения, включая диаметр корпуса, высоту, расстояние между выводами и размеры контактных площадок. Ключевые допуски обычно составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Точные размеры жизненно важны для проектирования посадочного места на печатной плате и обеспечения правильной установки во время сборки.

4.2 Идентификация полярности

Катод обычно обозначается визуальным маркером на корпусе, таким как выемка, плоский край или зеленая метка. На чертеже с размерами в техническом описании эта идентификационная особенность должна быть четко показана, чтобы предотвратить обратный монтаж во время сборки.

4.3 Размеры несущей ленты и катушки

Продукт поставляется на 8-миллиметровой тисненой несущей ленте, намотанной на катушку диаметром 7 дюймов. Техническое описание содержит подробные чертежи размеров гнезд, шага и спецификации катушки. Такая упаковка поддерживает автоматизированное высокоскоростное сборочное оборудование. Стандартная катушка содержит 1500 штук.

5. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение и пайка критически важны для сохранения производительности и надежности устройства.

5.1 Профиль пайки оплавлением

Рекомендуется профиль температуры для бессвинцовой (Pb-free) пайки оплавлением. Пиковая температура не должна превышать 260°C, а время выше 240°C должно быть ограничено (обычно до 5 секунд согласно предельно допустимым параметрам). Стадии предварительного нагрева, выдержки, оплавления и охлаждения должны контролироваться для минимизации теплового удара. Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз.

5.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, необходимо проявлять особую осторожность. Температура жала паяльника должна быть ниже 350°C, а время контакта с каждым выводом должно быть ограничено 3 секундами или менее. Рекомендуется маломощный паяльник (≤25Вт). Обеспечьте достаточное время охлаждения между пайкой каждого вывода, чтобы предотвратить тепловое повреждение пластикового корпуса.

5.3 Хранение и чувствительность к влаге

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 относительной влажности ≤60%.
• Используйте в течение одного года с момента отгрузки.
• После вскрытия используйте компоненты в течение 168 часов (7 дней) при тех же условиях хранения.
• Если срок хранения превышен или осушитель указывает на наличие влаги, перед пайкой требуется термообработка (прокаливание) при 60±5°C в течение не менее 24 часов, чтобы предотвратить "попкорн-эффект" во время оплавления.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Процедура упаковки

Компоненты упакованы в ламинированный алюминиевый влагозащитный пакет, содержащий осушитель. На пакете указана критически важная информация, включая номер детали (P/N), количество (QTY), номер партии (LOT No.) и другие соответствующие коды, такие как пиковая длина волны (HUE).

6.2 Руководство по выбору устройства

Конкретное устройство IR29-01C/L510/R/TR8 использует материал чипа арсенид галлия-алюминия (GaAlAs) и прозрачную линзу. Сам номер детали, вероятно, кодирует ключевые атрибуты: IR для инфракрасного, 29 может относиться к серии или размеру, 01C может быть кодом варианта, L510 может указывать на биновку пиковой длины волны, R — на упаковку в катушке, а TR8 — на 8-миллиметровую ленту.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Этот ИК-светодиод подходит для широкого спектра инфракрасных сенсорных и передающих приложений, включая:

• Датчики приближения и присутствия:Используются в автоматических кранах, дозаторах мыла, сушилках для рук и бесконтактных выключателях.
• Обнаружение и подсчет объектов:В торговых автоматах, промышленной автоматизации и системах конвейерных лент.
• Оптические энкодеры:Для определения положения и скорости в двигателях и вращающемся оборудовании.
• ИК-передача данных:В пультах дистанционного управления и каналах передачи данных малой дальности (требует соответствующей модуляции).
• Системы безопасности:В качестве невидимого источника света для камер ночного видения и датчиков пересечения луча.

7.2 Вопросы проектирования и защита схемы

Ограничение тока обязательно:Как прямо указано в техническом описании, внешний токоограничивающий резистор всегда должен использоваться последовательно со светодиодом. Прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент (уменьшается с ростом температуры). Без резистора небольшое увеличение напряжения питания или уменьшение VF из-за нагрева может вызвать большое, неконтролируемое увеличение тока, приводящее к немедленному тепловому разгону и выходу устройства из строя.

Проектирование схемы драйвера:Для работы от постоянного тока достаточно простого последовательного резистора, рассчитанного по закону Ома (R = (Vcc - VF) / IF). Для импульсного режима работы для достижения более высокой пиковой интенсивности можно использовать транзисторный или MOSFET-ключ, управляемый генератором импульсов. Убедитесь, что длительность импульса и скважность остаются в пределах указанных ограничений (≤100мкс, ≤1%).

Оптическое выравнивание:Узкий луч в 15 градусов требует тщательного механического совмещения с принимающим фотодетектором для максимизации силы сигнала. Учитывайте диаграмму направленности при проектировании корпуса датчика.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными ИК-светодиодами с верхним излучением, корпус бокового свечения (или бокового вида) IR29-01C предлагает явное преимущество в приложениях, где печатная плата должна быть установлена параллельно плоскости сенсора. Это устраняет необходимость в световодах или дополнительной оптике для перенаправления луча на 90 градусов, упрощая механическую конструкцию и сокращая количество компонентов. Его длина волны 940 нм обеспечивает хороший баланс между чувствительностью кремниевого детектора и меньшей заметностью по сравнению с источниками 850 нм, делая его менее заметным в работе. Миниатюрный размер 1.2 мм позволяет создавать очень компактные конструкции датчиков.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Почему токоограничивающий резистор абсолютно необходим?
О1: Вольт-амперная характеристика светодиода экспоненциальна. Небольшое изменение прямого напряжения (которое само по себе уменьшается с температурой) может вызвать большое изменение тока. Без последовательного резистора для стабилизации тока происходит тепловой разгон, быстро разрушающий светодиод.

В2: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3В или 5В?
О2: Нет. Выводы микроконтроллера имеют ограниченную способность источника/стока тока (часто максимум 20-40 мА) и не предназначены для прямого управления светодиодами. Всегда используйте схему драйвера (например, транзистор), управляемую выводом МК, с токоограничивающим резистором, включенным последовательно со светодиодом.

В3: В чем разница между силой излучения (мВт/ср) и силой света (мкд)?
О3: Сила света (измеряемая в канделах) взвешена по чувствительности человеческого глаза (фотопическая кривая), которая в инфракрасном спектре практически равна нулю. Сила излучения измеряет фактическую оптическую мощность, излучаемую в единицу телесного угла, что делает ее правильной метрикой для ИК-устройств, предназначенных для машинного, а не человеческого обнаружения.

В4: Как интерпретировать угол излучения 15 градусов?
О4: Это угол полной ширины на полувысоте (FWHM). Сила излучения максимальна при 0 градусов (прямо сбоку от корпуса) и падает до 50% от своего максимального значения при ±7.5 градусах от осевой линии, что делает полную ширину луча равной 15 градусам.

10. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование датчика для дозатора бумажных полотенец.IR29-01C является идеальным кандидатом. Он будет установлен на краю печатной платы, направленный вбок через раздаточный слот. Сопряженный кремниевый фототранзистор будет размещен на противоположной стороне. В нормальных условиях ИК-луч детектируется. Когда рука прерывает луч, микроконтроллер запускает двигатель для выдачи полотенца. Корпус бокового свечения позволяет монтировать печатную плату вертикально за передней панелью, при этом светодиод и детектор выглядывают через небольшие отверстия, создавая очень элегантный дизайн. Длина волны 940 нм невидима, поэтому нет отвлекающего красного свечения. Разработчик должен рассчитать соответствующий последовательный резистор для тока накачки 20 мА от шины питания 5В (R ≈ (5В - 1.3В) / 0.02А = 185Ом, подойдет стандартное значение 180Ом или 200Ом).

11. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переходный диод, который излучает невидимый инфракрасный свет при электрическом смещении в прямом направлении. Электроны рекомбинируют с дырками внутри устройства, высвобождая энергию в виде фотонов. Длина волны излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Для IR29-01C используется материал арсенид галлия-алюминия (GaAlAs) для получения фотонов с пиковой энергией, соответствующей длине волны 940 нм. Прозрачная эпоксидная оболочка действует как линза, формируя излучаемый свет в сфокусированный луч. Конструкция бокового вида достигается путем монтажа полупроводникового чипа на боку внутри корпуса, в результате чего свет излучается параллельно плоскости печатной платы.

12. Тенденции развития

Тенденция в области сверхминиатюрных ИК-светодиодов, таких как IR29-01C, направлена на еще меньшие размеры корпусов (например, корпуса масштаба чипа), более высокую силу излучения и эффективность, а также более широкие диапазоны рабочих температур для поддержки автомобильных и промышленных применений. Интеграция — еще одна ключевая тенденция, когда устройства объединяют ИК-излучатель, драйвер, а иногда и фотодетектор в единый модуль. Также уделяется внимание повышению скорости (способности к модуляции) для приложений передачи данных, таких как Infrared Data Association (IrDA) и пульты дистанционного управления бытовой электроники. Кроме того, продолжается разработка по повышению надежности и устойчивости к электростатическому разряду (ESD) и жестким условиям окружающей среды.