Yüksek Güçlü Kızılötesi LED HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR Veri Sayfası - SMD Paket - 850nm - 3.5V - 3W - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR, sağlam ve verimli kızılötesi aydınlatma gerektiren zorlu uygulamalar için tasarlanmış yüksek güçlü bir kızılötesi yayıcı diyottur. Kompakt bir yüzey montaj (SMD) paketinde bulunur ve otomatik montaj süreçlerine uygundur. Cihaz, belirtilen görüş açısı ve ışınım şiddeti profilini elde etmeye yardımcı olan küresel bir üst merceğe sahip, su berraklığında silikon malzeme ile kalıplanmıştır.

Bu LED'in temel avantajı, küçük form faktörü ve yüksek optik çıkış verimliliğinin birleşiminde yatar. Yakın kızılötesi spektrumda yayılım için optimize edilmiş bir GaAlAs (Galüminyum Alüminyum Arsenür) çip malzemesi kullanılarak üretilmiştir. Önemli bir özelliği, silikon fotodiyotlar ve fototransistörler ile spektral uyumudur; bu da onu, bu yaygın silikon tabanlı dedektörleri kullanan algılama ve görüntüleme sistemleri için ideal bir ışık kaynağı yapar. Bu, hedef uygulamada maksimum duyarlılık ve sinyal-gürültü oranını sağlar.

Birincil hedef pazarlar ve uygulamalar arasında gözetleme ve güvenlik sistemleri (özellikle gece görüşü için CCD tabanlı kameralar) ve yakınlık sensörleri, endüstriyel otomasyon ve makine görüşü gibi çeşitli kızılötesi uygulamalı sistemler bulunur. RoHS, REACH ve halojensiz gereksinimleri gibi çevre standartlarına uygunluğu, katı düzenleyici talepleri olan ürünlerde kullanıma uygun hale getirir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, 1500 mA'lik sürekli ileri akım (I_F) için derecelendirilmiştir. Darbe çalışmasında, belirli koşullar altında (darbe genişliği ≤100μs, görev döngüsü ≤%1) 5000 mA'lik bir tepe ileri akımını (I_FP) kaldırabilir. Maksimum ters voltaj (V_R) 5V'dur; bu LED'ler için tipik bir değerdir ve cihaza önemli bir ters öngerilim uygulanmaması gerektiğini gösterir. Çalışma ve depolama sıcaklık aralığı -40°C ila +100°C olarak belirtilmiştir ve maksimum eklem sıcaklığı (T_j) 125°C'dir. Bu değerlerin aşılması kalıcı hasara neden olabilir.

Eklemden kurşun çerçeveye olan termal direnç (R_th(j-L)) 18 K/W'dir. Bu parametre termal yönetim için kritiktir. Harcanan her watt güç başına eklem sıcaklığının ne kadar yükseldiğini tanımlar. I_d=700mA'da belirtilen 3W güç dağılımı (P_F) ile, özellikle daha yüksek sürüş akımlarında, eklem sıcaklığını güvenli sınırlar içinde tutmak için etkili bir soğutucu gereklidir.

2.2 Elektro-Optik Özellikler

Birincil optik parametreler, 25°C standart ortam sıcaklığında ölçülür. Tepe dalga boyu (λ_p) 850 nm'dir; bu, yakın kızılötesi bölgededir ve insan gözüyle görülemez ancak silikon sensörler tarafından yüksek oranda algılanabilir. Spektral bant genişliği (Δλ) tipik olarak 25 nm'dir ve yayılan ışığın spektral saflığını gösterir.

Işınım performansı sürüş akımı ile ölçeklenir:

• I_F=350 mA'da: Toplam Yayılan Güç (P_o) 500 mW (tip.), Işınım Şiddeti (I_E) 200 mW/sr (tip.).
• I_F=700 mA'da: P_o900 mW (tip.), I_E400 mW/sr (tip.).
• I_F=1 A'da: P_o1300 mW (tip.), I_E560 mW/sr (tip.).

Diyodun doğal direnci nedeniyle ileri voltaj (V_F) akımla birlikte artar:

• 350 mA'da 3.0V (tip.).
• 700 mA'da 3.3V (tip.).
• 1 A'da 3.5V (tip.).
• 5 A'da (darbeli) 3.8V (tip.).

Ters akım (I_R), V_R=5V'da maksimum 10 μA'dır. Görüş açısı (2θ_1/2), yarı şiddetteki tam açı olarak tanımlanır ve 90 derecedir; bu da alan aydınlatması için uygun nispeten geniş bir ışın deseni sağlar.

3. Sınıflandırma (Binning) Sistemi Açıklaması

Ürün, 1000 mA (1A) sürüş akımında ölçülen Toplam Yayılan Güç için bir sınıflandırma sistemi kullanır. Bu sistem, uygulama performansında tutarlılık sağlamak için LED'leri optik çıkışlarına göre kategorize eder. Sınıf kodları ve bunlara karşılık gelen güç aralıkları (±%10 test toleransı dahil) şunlardır:

• Sınıf G:Minimum 800 mW, Maksimum 1260 mW.
• Sınıf H:Minimum 1000 mW, Maksimum 1600 mW.
• Sınıf I:Minimum 1260 mW, Maksimum 2000 mW.

Bu, tasarımcıların sistemleri için belirli minimum parlaklık gereksinimlerini karşılayan bileşenleri seçmelerine olanak tanır. Veri sayfası, bu özel parça numarası için dalga boyu veya ileri voltaj için ayrı sınıflar göstermez; bu da üretimde bu parametreler üzerinde sıkı bir kontrol olduğunu düşündürür.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın farklı çalışma koşulları altındaki davranışını anlamak için çok önemli olan birkaç tipik karakteristik eğriye atıfta bulunur.

İleri Akım - İleri Voltaj (Şekil 1):Bu IV eğrisi, bir diyot için tipik olan üstel ilişkiyi gösterir. Akım sürücü devresini tasarlamak ve güç tüketimini (V_F* I_F) hesaplamak için gereklidir. Eğri sıcaklıkla kayacaktır.

İleri Akım - Işınım Şiddeti / Toplam Güç (Şekil 2 & Şekil 3):Bu grafikler, ışık çıkışını sürüş akımının bir fonksiyonu olarak gösterir. İlişki düşük akımlarda genellikle doğrusaldır, ancak çok yüksek akımlarda termal ve elektriksel etkiler nedeniyle verim düşüşü (doğrusal altı artış) belirtileri gösterebilir. Bu, çıkış ve verimlilik/ısı dengesi için optimal çalışma noktasını seçmede yardımcı olur.

Bağıl Işınım Şiddeti - Açısal Yer Değiştirme (Şekil 4):Bu kutupsal çizim, uzaysal ışınım desenini tanımlar. 90 derecelik görüş açısı burada doğrulanır. Eğrinin şekli (örn., Lambertian, yarasa kanadı) ışığın hedef alan üzerinde nasıl dağıtıldığını etkiler.

İleri Akım - Ortam Sıcaklığı (Şekil 5):Bu güç azaltma eğrisi, güvenilirlik için en kritik olanlardan biridir. Ortam sıcaklığı arttıkça eklem sıcaklığını 125°C'nin altında tutmak için izin verilen maksimum ileri akımı gösterir. 100°C ortam sıcaklığında, izin verilen sürekli akım önemli ölçüde azalır. Bu grafik, 25°C olmayan bir ortamda çalışan herhangi bir tasarım için kullanılmalıdır.

5. Mekanik ve Paket Bilgileri

5.1 Paket Boyutları

5.2 Pad Konfigürasyonu ve Polarite

Cihazın üç elektriksel pad'i vardır: Pad 1 Anot (+), Pad 2 Katot (-) ve Pad P özel bir Termal Pad'dir. Termal pad, ısının LED ekleminden baskılı devre kartına (PCB) aktarılması için çok önemlidir. Optimum termal ve elektriksel performans için, PCB düzeni bu pade bağlı uygun boyutta bir bakır alanı ve gerekirse iç veya alt katmanlara termal geçiş delikleri içermelidir. Doğru polarite bağlantısı (Anot pozitif beslemeye) çalışma için zorunludur.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

6.1 Reflow Lehimleme Profili

Cihaz standart SMT reflow proseslerine uygundur. Kurşunsuz bir reflow profili sağlanmıştır:

Isınma Hızı:

• 2~3 °C/sn.Ön Isıtma:
• 150~200°C, 60~120 saniye.Sıvılaşma Sıcaklığı (T
• ):_L217°C.T
• Üzerinde Geçen Süre:_L:60~90 saniye.
• Tepe Sıcaklığı (T_P):240 ±5°C.
• Tepe Noktasında Süre (t_P):Maksimum 20 saniye.
• Soğuma Hızı:3~5 °C/sn.

Paket ve iç bağlantılar üzerindeki termal stresi en aza indirmek için reflow lehimlemenin ikiden fazla yapılmaması önerilir. Isıtma sırasında LED üzerinde stres uygulanmamalı ve lehimlemeden sonra devre kartı bükülmemelidir; aksi takdirde lehim bağlantılarına veya LED'in kendisine mekanik hasar verebilir.

6.2 Depolama Koşulları

Cihaz, nem geçirmez paketleme (nem alıcılı alüminyum nem geçirmez torba dahil) ile sevk edilir. Paket açılırsa, cihazlar nem emilimine karşı hassastır ve belirtilen süre içinde kullanılmalı veya lehimleme sırasında "patlamış mısır" hasarını önlemek için reflow öncesi standart MSL (Nem Hassasiyet Seviyesi) prosedürlerine göre kurutulmalıdır. Sağlanan alıntıda belirli MSL seviyesi belirtilmemiştir.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

Cihaz, otomatik pick-and-place montajı için taşıyıcı bant ve makara üzerinde tedarik edilir. Her makara 400 adet içerir. Taşıyıcı bant boyutları, besleyici ekipmanla uyumluluğu sağlamak için verilmiştir. Paketleme etiketi, izlenebilirlik için Parça Numarası (P/N), miktar (QTY) ve parti numarası (LOT No.) gibi standart bilgileri içerir. Işınım gücü için sınıf kodu (CAT) da burada belirtilir.

8. Uygulama Notları ve Tasarım Hususları

8.1 Tipik Uygulama Devreleri

Bu kızılötesi LED, sabit voltaj değil, kararlı çalışma için sabit bir akım kaynağı gerektirir. Düşük akım uygulamaları için basit bir seri direnç kullanılabilir, ancak bu cihazın kapasitesi olan yüksek akımlar için tutarlı ışık çıkışı sağlamak ve LED'i akım dalgalanmalarından korumak için özel bir LED sürücü IC'si veya transistör tabanlı akım regülatörü önerilir. Sürücü, gerekli ileri akımı sağlayabilmeli ve ileri voltaj düşüşünü karşılayabilmelidir.

8.2 Termal Yönetim

Bu, bu yüksek güçlü LED'i kullanmanın en kritik yönüdür. Veri sayfası açıkça bir soğutucu eklenmesini önerir. PCB tasarımı, LED'in termal pad'ine bağlı, yeterli bakır alanına sahip önemli bir termal pad içermelidir. Isıyı diğer PCB katmanlarına veya harici bir soğutucuya iletmek için termal geçiş deliklerinin kullanılması şiddetle tavsiye edilir. 125°C'lik maksimum eklem sıcaklığı aşılmamalıdır; bu nedenle, gerçek çalışma akımı, ortam sıcaklığı ve PCB termal özelliklerine dayalı olarak termal hesaplamalar veya ölçümler yapılmalıdır.

8.3 Optik Tasarım

Kamera aydınlatması gibi uygulamalar için, 90 derecelik ışını daha odaklanmış bir desene dönüştürmek ve menzili veya verimliliği artırmak için ikincil optikler (mercekler veya reflektörler) kullanılabilir. Su berraklığındaki mercek, kızılötesi ışığın minimum emilimini sağlar. Tasarımcılar, uzak mesafeden aydınlatma tasarlarken sadece toplam güç yerine ışınım şiddetini (mW/sr) dikkate almalıdır.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılıklar

Standart 5mm veya 3mm delikli kızılötesi LED'lere kıyasla, bu SMD cihaz, daha kompakt ve üretilebilir bir pakette önemli ölçüde daha yüksek optik güç çıkışı (1300+ mW'ye karşı onlarca mW) sunar. 18 K/W'lik termal direnci, bir SMD LED için nispeten düşüktür ve iyi bir termal yol olduğunu gösterir, ancak yine de metal çekirdekli PCB'lere monte edilmiş veya entegre soğutuculu LED'lere kıyasla dikkatli yönetim gerektirir. 850nm dalga boyu, silikon dedektör hassasiyeti ve 940nm LED'lere kıyasla daha düşük görünürlük (neredeyse görünmezler ancak daha düşük sensör tepkisi üretirler) arasında iyi bir denge sunan yaygın bir standarttır.

10. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Bu LED'i doğrudan 5V besleme ve bir direnç ile sürebilir miyim?

C: Mümkün, ancak dikkatli hesaplama gerektirir. 1A'da, V_F~3.5V'dur. Bir seri direncin 1A'da 1.5V düşürmesi gerekir, bu da R = 1.5Ω anlamına gelir ve 1.5W dağıtır. Bu verimsizdir ve daha fazla ısı üretir. 350mA'nın üzerindeki akımlar için özel bir akım regülatörü kesinlikle tercih edilir.

S: Neden bir soğutucu gereklidir?

C: 700mA'da, güç dağılımı yaklaşık 3.3V * 0.7A = 2.31W'dır. 18 K/W termal direnç ile, eklem sıcaklığı kurşun sıcaklığının üzerinde 2.31W * 18 K/W = ~41.6°C yükselir. PCB/kurşun soğutulmazsa, eklem kolayca 125°C'yi aşabilir ve hızlı bozulmaya veya arızaya yol açabilir.

S: Toplam Yayılan Güç (mW) ile Işınım Şiddeti (mW/sr) arasındaki fark nedir?

C: Toplam Işınım Gücü, tüm yönlerde yayılan entegre optik güçtür. Işınım Şiddeti, belirli bir yönde (tipik olarak eksenel) birim katı açı başına yayılan güçtür. Şiddet, yönlendirilmiş uygulamalar için daha alakalıyken, toplam güç genel sistem verimliliği için önemlidir.

S: Bu LED göz maruziyeti için güvenli midir?

C: Kızılötesi LED'ler, özellikle yüksek güçlü olanlar, gözler için tehlikeli olabilir. Göz kırpma refleksi devreye girmeden önce retina hasarına neden olabilecek görünmez radyasyon yayarlar. İlgili lazer/kızılötesi ürün güvenlik standartlarına (IEC 62471 gibi) her zaman uyun ve nihai üründe uygun güvenlik önlemlerini (difüzörler, muhafazalar, şiddet sınırları) uygulayın.

11. Tasarım ve Kullanım Vaka Çalışması

Senaryo: Bir Güvenlik Kamerası için Gece Görüş Aydınlatması.

Bir tasarımcı, silikon tabanlı bir görüntü sensörü kullanarak gece görüş yeteneğine sahip kompakt bir IP kamera oluşturmaktadır. Yüksek çıkışı ve spektral uyumu nedeniyle bu 850nm LED'i seçer. Kamera merceğinin etrafına dört LED yerleştirilir. Her biri, pil voltajı değişirken kararlı çıkış sağlamak için kompakt bir anahtarlamalı LED sürücü IC'si ile 700mA'da sürülür. PCB, her LED'in altındaki geniş bakır pade ısı yayılımı için çoklu termal geçiş delikleri ile bağlı iç toprak katmanına sahip 4 katmanlı bir karttır. Işınları harmanlamak ve görüntüdeki sıcak noktaları azaltmak için LED'lerin üzerine hafif bir difüzör film yerleştirilir. Termal tasarım, bir termal kamera ile doğrulanır ve 40°C ortam sıcaklığında LED kasa sıcaklığının 85°C'nin altında kaldığını ve eklemin güvenli bir şekilde sınırın altında kaldığını teyit eder. Ortaya çıkan sistem, 30 metreye kadar net ve eşit şekilde aydınlatılmış gece görüşü görüntüleri sağlar.

12. Teknik Prensip Tanıtımı

Kızılötesi LED'ler, görünür LED'lerle aynı temel prensiple çalışır: bir yarı iletken p-n ekleminde elektrolüminesans. İleri bir voltaj uygulandığında, elektronlar ve delikler aktif bölgeye enjekte edilir ve burada yeniden birleşerek foton şeklinde enerji açığa çıkarırlar. Yayılan ışığın dalga boyu (rengi), yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir. GaAlAs (Galüminyum Alüminyum Arsenür), Alüminyum içeriği değiştirilerek yakın kızılötesi aralıkta, özellikle 850nm civarında yayılım yapacak şekilde ayarlanabilen bir bileşik yarı iletkendir. Su berraklığındaki silikon kapsül, bu dalga boyuna şeffaftır ve çıkış ışınını şekillendirmek için bir mercek haline getirilir. Yüksek güç kapasitesi, daha büyük bir yarı iletken çip ve ısıyı çıkarmak için tasarlanmış verimli bir paket kullanılarak elde edilir.

13. Teknoloji Trendleri

Kızılötesi LED'lerde, özellikle algılama ve görüntüleme için, ısı üretimini ve güç tüketimini azaltan daha yüksek verimlilik (elektriksel watt başına daha fazla ışınım gücü) yönünde bir trend vardır. Bu, epitaksiyel katman tasarımı ve ışık çıkarma tekniklerindeki ilerlemelerle sağlanır. Ayrıca, yerleşik sürücülü LED'ler veya tek bir pakette fotodedektörlerle birleştirilmiş LED'ler gibi daha sıkı entegrasyona doğru bir hareket vardır. 940nm gibi dalga boyları, 850nm'ye kıyasla insan gözüne daha az görünür oldukları için "gizli" aydınlatma için popülerlik kazanmaktadır, ancak daha yüksek hassasiyetli sensörler gerektirirler. Ayrıca, küçültme çabaları devam etmekte, giderek daha küçük SMD paketlerinde yüksek güç için baskı yapmakta ve bu da PCB ve sistem seviyesinde gelişmiş termal yönetim çözümlerinin önemini artırmaktadır.