Yüksek Güçlü Kızılötesi LED HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR Veri Sayfası - 5.0x5.0x1.9mm - 850nm - 3.1V - 3W - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR, zorlu aydınlatma uygulamaları için tasarlanmış yüksek güçlü bir kızılötesi yayıcı diyottur. Su berraklığında silikon kapsülasyon ve küresel üst merceğe sahip minyatür bir yüzey montaj (SMD) paketi ile donatılmıştır, bu da ışık çıkışını ve radyasyon desenini optimize eder. Cihazın spektral çıkışı 850nm'de merkezlenmiştir, bu da onu algılama ve görüntüleme sistemleri için silikon fotodiyotlar ve fototransistörlerle ideal şekilde eşleştirir. Temel avantajları arasında kompakt form faktöründen yüksek ışıma çıkışı, mükemmel termal yönetim özellikleri ve RoHS, REACH ve halojensiz gereksinimleri gibi modern çevresel ve güvenlik standartlarına uyum bulunur.

1.1 Hedef Uygulamalar

Bu kızılötesi LED, öncelikle sağlam, görünmez aydınlatma gerektiren uygulamaları hedeflemektedir. Anahtar uygulama alanları arasında, CCD kameralar için gece aydınlatması sağlamak üzere kullanıldığı gözetleme ve güvenlik sistemleri yer alır. Ayrıca yakınlık sensörleri, hareket tanıma modülleri ve endüstriyel makine görüşü gibi çeşitli kızılötesi tabanlı sistemler için uygundur. Yüksek ışıma gücü, standart kızılötesi LED'lere kıyasla daha uzun menzilli aydınlatma veya daha geniş alanların kapsanmasını sağlar.

2. Teknik Özellikler ve Nesnel Yorumlama

Cihazın performansı standart test koşulları altında tanımlanmıştır (T_A=25°C). Anahtar parametrelerinin detaylı, nesnel bir analizi aşağıda sunulmuştur.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Normal çalışma için tasarlanmamıştır.

• Sürekli İleri Akım (I_F): 1500 mA. Bu, eklem sıcaklık limitini aşmadan süresiz olarak uygulanabilecek maksimum DC akımdır.
• Tepe İleri Akım (I_FP): 5000 mA. Bu yüksek akım yalnızca darbe koşulları altında (darbe genişliği ≤100μs, görev döngüsü ≤%1) izin verilir, kısa patlamalı, yüksek yoğunluklu aydınlatma için faydalıdır.
• Ters Voltaj (V_R): 5 V. Ters öngerilimde bu voltajın aşılması eklem bozulmasına neden olabilir.
• Eklem Sıcaklığı (T_j): 115 °C. Yarıiletken eklemindeki maksimum izin verilen sıcaklık.
• Güç Dağılımı (P_d): I_F=700mA'da 3 W. Bu, cihazın belirli bir çalışma noktasında ısı üretimini yönetme yeteneğini gösterir.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler, tipik çalışma koşulları altındaki ışık çıkışını ve elektriksel davranışı tanımlar.

• Toplam Yayılan Güç (P_o): Tüm yönlerde yayılan optik güç. 1A sürücü akımında, tipik değer 900mW ile 1100mW arasında değişir, bu da yüksek verimliliği gösterir.
• Işıma Şiddeti (I_E): Katı açı başına düşen optik güç, mW/sr cinsinden ölçülür. 1A'da tipik olarak 230 ile 270 mW/sr arasındadır. Bu metrik, yönlendirilmiş ışın uygulamaları için geçerlidir.
• Tepe Dalga Boyu (λ_P): 850 nm. Bu, spektral çıkışın en güçlü olduğu dalga boyudur, silikon tabanlı dedektörlerin tepe hassasiyetiyle mükemmel şekilde uyumludur.
• Spektral Bant Genişliği (Δλ): 25 nm. Bu, yayılan dalga boyları aralığını tanımlar, tipik olarak yarı maksimum tam genişliktir (FWHM).
• İleri Voltaj (V_F): 1A'da tipik olarak 3.10V. Bu, LED çalışırken üzerindeki voltaj düşüşüdür, sürücü tasarımı ve güç dağılımı hesaplamaları için çok önemlidir.
• Görüş Açısı (2θ_1/2): 150 derece. Bu çok geniş görüş açısı, dar bir spot ışığı yerine geniş, dağınık bir aydınlatma sağlar, alan kapsama için idealdir.

2.3 Termal Karakteristikler

Etkili termal yönetim, yüksek güçlü LED'lerin performansını ve ömrünü korumak için kritik öneme sahiptir.

• Termal Direnç (R_th(j-L)): 18 K/W (eklemden bağlantı çerçevesine). Bu düşük değer, çipten paket bacaklarına iyi bir iç ısı transferini gösterir, ancak yüksek akımlarda çalışma için harici bir ısı yayıcı kullanılması şiddetle tavsiye edilir.

3. Sınıflandırma (Bin) Sistemi Açıklaması

Cihaz, 1000mA'lık standart bir test akımındaki ışıma gücü çıkışına göre sınıflandırılır (binlenir). Bu, uygulama performansında tutarlılık sağlar.

• Bin F: Işıma Gücü 640 mW ile 1000 mW arası.
• Bin G: Işıma Gücü 800 mW ile 1260 mW arası.
• Bin H: Işıma Gücü 1000 mW ile 1600 mW arası.

Bin kodu, tasarımcıların belirli uygulama ihtiyaçları için garanti edilmiş minimum çıkışa sahip LED'leri seçmelerine olanak tanır. Tüm ölçümler ±%10'luk bir test toleransı içerir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, değişen koşullar altında cihaz davranışını anlamak için gerekli olan birkaç karakteristik eğri sağlar.

4.1 İleri Akım - İleri Voltaj (IV Eğrisi)

Bu eğri, akım ve voltaj arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir. Akım sınırlayıcı devre tasarımı için esastır. Eğri, bir eşik voltajı (GaAlAs için yaklaşık 1.2V) gösterir, ardından akım voltajdaki küçük bir artışla hızla artar.

4.2 İleri Akım - Işıma Şiddeti/Gücü

Bu eğriler, ışık çıkışının sürücü akımına bağımlılığını gösterir. Tipik olarak, çıkış düşük akımlarda süper-doğrusal olarak artar ve daha sonra termal etkiler ve verim düşüşü nedeniyle yüksek akımlarda doygunluğa yönelir. Bu cihaz için 350mA, 700mA ve 1A'da sağlanan eğriler bu eğilimi gösterir.

4.3 Bağıl Işıma Şiddeti - Açısal Yer Değiştirme

Bu kutupsal çizim, 150 derecelik görüş açısını görselleştirir. Küresel mercek nedeniyle neredeyse Lambertian (kosinüs dağılımı) olan radyasyon desenini gösterir, geniş bir alan üzerinde düzgün aydınlatma sağlar.

4.4 İleri Akım - Ortam Sıcaklığı

Bu grafik, güç azaltma için kritiktir. Eklem sıcaklığının 115°C limitini aşmasını önlemek için, ortam sıcaklığı arttıkça maksimum izin verilen ileri akımın nasıl azaltılması gerektiğini gösterir. Bu eğri, termal tasarım ve ısı yayıcı gereksinimlerini doğrudan bilgilendirir.

5. Mekanik ve Paket Bilgileri

5.1 Paket Boyutları

Cihaz, 1.9mm yüksekliğe sahip kompakt bir 5.0mm x 5.0mm SMD paketinde bulunur. Mercek belirgin bir küresel kubbe şeklindedir. Aksi belirtilmedikçe kritik boyutsal toleranslar ±0.1mm'dir. Mekanik stres arızaya neden olabileceğinden, cihazı mercekten tutarak işlememek için özel bir uyarı verilmiştir.

5.2 Pad Konfigürasyonu ve Polarite Tanımlama

Paketin üç pad'i vardır: Pad 1 (Anot), Pad 2 (Katot) ve büyük bir merkezi termal pad (P). Termal pad, LED çipinden baskılı devre kartına (PCB) ısı transferi için çok önemlidir. Pad düzeni şeması, doğru elektriksel bağlantı için anot ve katot pozisyonlarını açıkça gösterir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

6.1 Reflow Lehimleme Profili

Cihaz, standart kurşunsuz SMT reflow proseslerine uygundur. Önerilen profil aşağıdaki gibidir:

• Isınma Hızı: 2–3 °C/sn
• Ön Isıtma: 150–200 °C, 60–120 saniye
• Sıvı Üstü Süresi (T_L=217°C): 60–90 saniye
• Tepe Sıcaklığı (T_P): 240 ±5 °C
• Tepe Sıcaklığının 5°C İçinde Kalma Süresi: Maksimum 20 saniye
• Soğuma Hızı: 3–5 °C/sn

6.2 Kritik Montaj Notları

• Paket ve tel bağlantıları üzerinde aşırı termal stresten kaçınmak için reflow lehimleme ikiden fazla kez yapılmamalıdır.
• Isınma sırasında LED üzerinde mekanik stres (örneğin, kart bükülmesinden) önlenmelidir.
• PCB lehimlendikten sonra bükülmemelidir, çünkü bu lehim bağlantılarını veya LED paketini çatlatabilir.
• Notlarda önerildiği gibi yeterli ısı yayıcı kullanımı, yüksek akımlarda güvenilir çalışma için zorunludur.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

7.1 Şerit ve Makara Özellikleri

Cihazlar, otomatik montaj için taşıyıcı şerit ve makara üzerinde tedarik edilir. Her makara 400 parça içerir. Taşıyıcı şerit ve makara boyutları, pick-and-place ekipmanlarıyla uyumluluğu sağlamak için detaylı olarak verilmiştir.

7.2 Nem Hassas Paketleme

Ürün, depolama ve taşıma sırasında ortam neminden korumak için bir nem alıcı ile nem geçirmez bir alüminyum torbada paketlenmiştir, bu SMD bileşenleri için standart bir uygulamadır.

8. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

8.1 Sürücü Devre Tasarımı

Yüksek ileri akım (1.5A'ya kadar sürekli) nedeniyle, sabit akımlı bir sürücü esastır. Sürücü, gerekli akımı sağlarken ileri voltaj düşüşüne (1A'da yaklaşık 3.1V) dayanabilmelidir. Bu güç seviyelerinde verimlilik için anahtarlamalı regülatörler genellikle doğrusal regülatörlere tercih edilir. Sürücü tasarımı ayrıca ortam sıcaklığı eğrisine dayalı termal koruma veya akım azaltma içermelidir.

8.2 Termal Yönetim Tasarımı

Bu, bu yüksek güçlü LED'i kullanmanın en kritik yönüdür. Düşük eklem-bağlantı termal direnci (18K/W) sistemin yalnızca bir parçasıdır. Eklemden ortama toplam termal yol (R_th(j-A)) minimize edilmelidir. Bu şunları içerir:

• Termal pad altında, büyük bakır alanlara veya dahili toprak katmanına bağlı bir termal via dizisine sahip bir PCB kullanmak.
• Mümkünse PCB'ye harici bir ısı yayıcı eklemek.
• Nihai uygulamada iyi bir hava akışı sağlamak.
• Gerekirse termal arayüz malzemesi kullanmak.

115°C'lik maksimum eklem sıcaklığı asla aşılmamalıdır. Güç azaltma eğrisi (İleri Akım - Ortam Sıcaklığı), gerekli ısı yayıcı performansını hesaplamak için gerekli verileri sağlar.

8.3 Optik Tasarım

150 derecelik görüş açısı geniş kapsama sağlar. Daha odaklanmış bir ışın gerektiren uygulamalar için ikincil optikler (mercekler veya reflektörler) kullanılabilir. 850nm dalga boyu insan gözü için görünmezdir, ancak silikon sensörler ve çoğu CCD/CMOS kamera tarafından kolayca tespit edilebilir; bu kameraların genellikle etkili kullanım için çıkarılması veya 850nm geçiren bir filtreyle değiştirilmesi gereken bir kızılötesi kesme filtresi vardır.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart 5mm veya 3mm delikli kızılötesi LED'lere kıyasla, bu cihaz yüzey montaj paketinde önemli ölçüde daha yüksek ışıma çıkışı (bir kat veya daha fazla) sunar, bu da daha kompakt ve sağlam tasarımlar sağlar. Anahtar farklılaştırıcıları, yüksek güç (3W'a kadar dağılım), geniş görüş açısı ve etkili ısı dağılımı için entegre termal pad kombinasyonudur - bu özellik genellikle düşük güçlü SMD LED'lerde bulunmaz. GaAlAs çip malzemesinin kullanımı, bu dalga boyu aralığındaki yüksek verimli kızılötesi yayıcılar için standarttır.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

10.1 Işıma Gücü ile Işıma Şiddeti Arasındaki Fark Nedir?

Işıma Gücü (P_o, mW cinsinden) tüm yönlerde yayılan toplam optik güçtür. Işıma Şiddeti (I_E, mW/sr cinsinden) belirli bir yönde birim katı açı başına yayılan güçtür. Bu gibi geniş açılı bir LED için toplam güç yüksektir, ancak herhangi bir tek yöndeki şiddet, aynı toplam güce sahip dar ışınlı bir LED'den daha düşüktür.

10.2 Bu LED'i Doğrudan Bir Voltaj Kaynağından Sürdürebilir miyim?

Hayır. LED'ler akım kontrollü cihazlardır. İleri voltajları bir toleransa sahiptir ve sıcaklıkla değişir. Doğrudan bir voltaj kaynağına bağlamak, kontrolsüz bir akımın akmasına neden olur, bu da muhtemelen maksimum değeri aşar ve LED'i tahrip eder. Sabit akımlı bir sürücü veya akım sınırlayıcı bir devre zorunludur.

10.3 Neden Isı Yayıcı Kullanımı Bu Kadar Vurgulanıyor?

Yüksek güçlü LED'ler, elektriksel girişin önemli bir kısmını ısıya dönüştürür. Bu ısı etkili bir şekilde uzaklaştırılmazsa, eklem sıcaklığı yükselir. Yüksek eklem sıcaklıkları, azalan ışık çıkışına (verim düşüşü), yarıiletken malzemelerin hızlanmış bozulmasına ve nihayetinde felaket arızasına yol açar. Uygun termal tasarım, performans, güvenilirlik ve uzun ömür sağlar.

10.4 Bin Kodu Tasarımım İçin Ne Anlama Geliyor?

Daha yüksek bir bin seçmek (örneğin, Bin F yerine Bin H), daha yüksek minimum ışıma çıkışı garanti eder. Bu, sisteminizi bilinen, garanti edilmiş bir aydınlatma seviyesiyle tasarlamanıza olanak tanır. Tasarımınızda yeterli marj varsa, daha düşük bir bin daha uygun maliyetli olabilir. Aydınlatma menzili veya kamera hassasiyeti sınırlarını zorluyorsanız, daha yüksek bir bin gereklidir.

11. Pratik Tasarım ve Kullanım Vaka Çalışması

Senaryo: Bir Güvenlik Kamerası için IR Aydınlatıcı Tasarımı

Bir tasarımcı, bir güvenlik kameranın gece görüş menzilini 10 metreden 25 metreye çıkarmak için kompakt, duvara monte bir IR aydınlatıcı oluşturmak istiyor. Kameranın sensörü 850nm'ye duyarlıdır. Tasarımcı maksimum çıkış için Bin H sınıfındaki HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR LED'i seçer.

Tasarım Adımları:

1. Elektriksel Tasarım: LED'e 12V DC kaynaktan 1000mA sağlamak için bir anahtarlamalı sabit akımlı sürücü tasarlanır. Sürücü, aşırı akım ve termal kapanma koruması içerir.
2. Termal Tasarım: 2oz bakır ağırlığına sahip 2 katmanlı bir PCB kullanılır. Bir termal via dizisi, LED'in termal pad'ini büyük bir alt bakır alana bağlar, bu da bir ısı yayıcı görevi görür. Kasa alüminyumdan yapılmıştır ve PCB, ısıyı daha fazla dağıtmak için termal macun kullanılarak doğrudan bu kasaya monte edilir.
3. Optik/Mekanik Tasarım: PCB üzerine dört LED kare bir desende yerleştirilir. LED'leri korumak için düz, şeffaf bir polikarbonat pencere kullanılır. Her LED'in geniş 150 derecelik ışını, istenen menzilde kameranın görüş alanını kapsayan düzgün bir kızılötesi ışık seli oluşturmak için üst üste biner.
4. Doğrulama: Prototip karanlık bir odada test edilir. Bir termal kamera, LED eklem sıcaklıklarının 100°C'nin altında kaldığını doğrular. Güvenlik kamerası, 25 metredeki nesneleri net kontrastla başarıyla tanımlar.

Bu vaka, bu yüksek güçlü bileşeni kullanırken sürücü tasarımı, termal yönetim ve optik düzenin birbirine bağımlılığını vurgular.

12. Çalışma Prensibi

HIR-C19D-1N150/L649-P03/TR, Galyum Alüminyum Arsenür (GaAlAs) heteroyapısına dayanan bir yarıiletken ışık kaynağıdır. Diyotun bant aralığı enerjisini aşan bir ileri voltaj uygulandığında, elektronlar ve delikler aktif bölgeye enjekte edilir ve burada yeniden birleşirler. Bu yeniden birleşme süreci, fotonlar şeklinde enerji açığa çıkarır. GaAlAs katmanlarının özel bileşimi, bant aralığı enerjisini belirler, bu da yayılan fotonların tepe dalga boyunu tanımlar - bu durumda, yakın kızılötesi spektrumda olan 850 nanometre. Su berraklığındaki silikon kapsülasyon, yarıiletken çipi korur ve birincil optik eleman görevi görür; küresel şekli ışığı verimli bir şekilde çıkarmaya ve radyasyon desenini şekillendirmeye yardımcı olur.

13. Teknoloji Trendleri

Yüksek güçlü kızılötesi LED alanı, birkaç net trendle birlikte gelişmeye devam etmektedir. Aynı ışık çıkışı için ısı üretimini ve enerji tüketimini azaltmak için daha yüksek duvar prizi verimliliği (optik güç çıkışı / elektriksel güç girişi) için sürekli bir çaba vardır. Bu, epitaksiyel büyütme teknikleri ve çip tasarımındaki ilerlemeleri içerir. Paket teknolojisi de daha düşük termal direnç sunmak için gelişmektedir, bu da çipten daha fazla ısının çıkarılmasını sağlar. Ayrıca, sürücülerin ve bazen basit kontrol mantığının LED çipiyle birlikte paketlenerek daha akıllı, kullanımı daha kolay aydınlatma modülleri oluşturulmasıyla artan bir entegrasyon söz konusudur. Otomotiv LiDAR, yüz tanıma ve gelişmiş endüstriyel otomasyondaki genişleyen uygulamalar, güvenilir, yüksek güçlü kızılötesi kaynaklara olan talebi sürdürmektedir.