Kızılötesi Yayıcı LED 940nm Veri Sayfası - EIA Paketi - Tepe Dalga Boyu 940nm - İleri Gerilim 1.2V - Işıma Şiddeti 0.8mW/sr - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

Bu belge, ayrık bir kızılötesi yayıcı bileşenin özelliklerini detaylandırmaktadır. Cihaz, uzaktan kumanda sistemleri, IR kablosuz veri iletimi ve güvenlik alarm sistemleri gibi güvenilir kızılötesi yayım gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. Çeşitli kızılötesi yayıcı diyotlar (IRED) ve fotodedektörleri içeren bir ürün serisine aittir. Kullanılan ana malzeme, 940 nanometre tepe dalga boyunda yayım için optimize edilmiş Galyum Arsenür'dür (GaAs). Bu dalga boyu, insan gözüyle görünmez olması ve silikon tabanlı alıcılarla iyi performans sunması nedeniyle tüketici elektroniğinde yaygın olarak kullanılır.

Bileşen, otomatik montaj süreçleriyle uyumlu olmasını sağlayan standart bir EIA paketinde sunulmaktadır. Geniş bir görüş açısı sağlayan üstten görünümlü, su berraklığında düz lense sahiptir. Ürün, RoHS direktiflerine uygundur ve yeşil ürün olarak sınıflandırılmıştır.

1.1 Temel Özellikler

• RoHS ve Yeşil Ürün standartlarına uyumludur.
• Su berraklığında düz lensli üstten görünüm tasarımı.
• Otomatik yerleştirme için 7 inç çapında makaralarda 8mm şerit üzerinde paketlenmiştir.
• Otomatik yerleştirme ekipmanlarıyla uyumludur.
• Kızılötesi reflow lehimleme işlemlerine uygundur.
• Standart EIA paket ayak izi.
• 940nm tepe yayım dalga boyu (λp).
• Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL): Seviye 3.

1.2 Hedef Uygulamalar

• Birincil kullanım olarak kızılötesi yayıcı kaynağı.
• PCB'ye monte edilmiş kızılötesi sensör montajlarına entegrasyon.
• Tüketici elektroniği için uzaktan kumanda birimleri (TV'ler, ses sistemleri).
• Kısa mesafeli kablosuz veri bağlantıları.
• Yakınlık sensörleri ve nesne algılama.
• Güvenlik ve alarm sistemi ışın kesme uygulamaları.

2. Teknik Parametreler: Derinlemesine Nesnel Yorumlama

Aşağıdaki bölümler, veri sayfasında tanımlandığı şekilde cihazın temel performans parametrelerinin detaylı bir analizini sağlar. Bu parametreleri anlamak, doğru devre tasarımı ve güvenilir çalışma için kritik öneme sahiptir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Bu limitler altında veya bu limitlerde çalışma garanti edilmez ve uzun vadeli güvenilir performans için kaçınılmalıdır.

• Güç Dağılımı (Pd):100 mW. Bu, cihazın ısı olarak dağıtabileceği maksimum toplam güçtür. Bu limitin aşılması termal kaçak ve arıza riski taşır.
• Tepe İleri Akımı (I_FP):500 mA. Bu, darbe koşullarında (saniyede 300 darbe, 10 μs darbe genişliği) izin verilen maksimum akımdır. DC değerinden önemli ölçüde yüksektir ve uzaktan kumandalarda yüksek parlaklıklı darbelere olanak tanır.
• DC İleri Akımı (I_F):50 mA. Maksimum sürekli ileri akım. En verimli ve güvenilir çalışma için daha düşük bir sürücü akımı (örneğin, test koşullarında kullanılan 20mA) önerilir.
• Ters Gerilim (V_R):5 V. Ters yönde uygulanabilecek maksimum gerilim. Cihaz ters çalışma için tasarlanmamıştır ve bu değerin aşılması bozulmaya neden olabilir.
• Çalışma & Depolama Sıcaklığı:Sırasıyla -40°C ila +85°C ve -55°C ila +100°C. Bu aralıklar, çalışma ve çalışmama için çevresel koşulları tanımlar.
• Kızılötesi Lehimleme Koşulu:Maksimum 10 saniye boyunca 260°C'ye dayanır. Bu, reflow lehimleme profilini tanımlamak için kritiktir.

2.2 Elektriksel & Optik Özellikler

Bunlar, ortam sıcaklığının (T_A) 25°C olduğu durumda ölçülen tipik performans parametreleridir. Cihazın normal çalışma koşulları altındaki davranışını tanımlarlar.

• Işıma Şiddeti (I_E):I_F= 20mA'de 0.8 mW/sr (Tipik). Bu, birim katı açı başına yayılan optik gücü ölçer. Minimum değer 0.42 mW/sr'dir ve test toleransı ±15%'tir. Bu parametre, IR sisteminin etkili menzilini doğrudan etkiler.
• Tepe Yayım Dalga Boyu (λ_Tepe):940 nm (Tipik). Bu, yayılan optik gücün maksimum olduğu dalga boyudur. Alıcı fotodiyot veya fototransistörün tepe hassasiyeti ile eşleştirilmelidir.
• Spektral Çizgi Yarı Genişliği (Δλ):50 nm (Tipik). Bu, yayım şiddetinin tepe değerinin en az yarısı olduğu spektral bant genişliğini gösterir. Daha dar bir bant genişliği, ortam ışığı gürültüsünü filtrelemek için faydalı olabilir.
• İleri Gerilim (V_F):I_F= 20mA'de 1.2 V (Tipik), 1.6 V (Maks). Bu, diyot iletkenken üzerindeki gerilim düşüşüdür. Seri direnç değerinin hesaplanması için gereklidir: R_seri= (V_besleme- V_F) / I_F.
• Ters Akım (I_R):V_R= 5V'de 10 μA (Maks). Bu, diyot ters öngerilimli olduğunda oluşan küçük sızıntı akımıdır.
• Görüş Açısı (2θ_1/2):150° (Tipik). Bu, ışıma şiddetinin eksen üzeri değerinin yarısına düştüğü tam açıdır. Bu kadar geniş bir açı, odaklanmış bir ışın yerine geniş kapsama alanı gerektiren uygulamalar için kullanışlıdır.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel parametrelerin çalışma koşullarına göre nasıl değiştiğini gösteren çeşitli karakteristik eğriler sağlar. Bunlar tasarım optimizasyonu için paha biçilmezdir.

3.1 Spektral Dağılım

Spektral dağılım eğrisi (Şekil 1), bağıl ışıma şiddetini dalga boyunun bir fonksiyonu olarak gösterir. 940nm'deki tepeyi ve yaklaşık 50nm yarı genişliği doğrular, yayılan ışığın spektral saflığının görsel bir temsilini sağlar.

3.2 İleri Akım vs. Ortam Sıcaklığı & İleri Gerilim

Şekil 2, maksimum izin verilen ileri akımın ortam sıcaklığı arttıkça nasıl düştüğünü gösterir. Bu, termal yönetim için çok önemlidir. Şekil 3 standart I-V (Akım-Gerilim) eğrisidir, ileri akım ve gerilim arasındaki üstel ilişkiyi gösterir. Eğri, diyotun dinamik direncinin anlaşılmasına yardımcı olur.

3.3 Bağıl Işıma Şiddeti vs. Sıcaklık & Akım

Şekil 4, optik çıkış gücünün ortam sıcaklığı arttıkça nasıl azaldığını göstermektedir. Şekil 5, çıkış gücünün ileri akımla nasıl arttığını, ancak doğrusal olmadığını gösterir. Çok yüksek akımlarda azalan verim ve potansiyel verim düşüşü noktasını vurgular.

3.4 Işıma Deseni

Polar ışıma diyagramı (Şekil 6), görüş açısını grafiksel olarak temsil eder. Farklı açılarda işaretlenmiş şiddet değerleriyle neredeyse dairesel desen, düz lensli bir paketin karakteristik özelliği olan çok geniş, Lambert benzeri yayım desenini doğrular.

4. Mekanik & Paketleme Bilgisi

4.1 Ana Hat Boyutları

Veri sayfası, bileşenin detaylı bir mekanik çizimini içerir. Ana boyutlar gövde boyutu, bacak aralığı ve toplam yüksekliktir. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsindendir ve standart tolerans ±0.1mm'dir. Paket, standart bir EIA ayak izine uyar, böylece yaygın PCB düzenleri ve pick-and-place makineleriyle uyumluluğu sağlar.

4.2 Önerilen Lehim Pedi Boyutları

PCB tasarımı için önerilen bir lehim pedi deseni (ayak izi) sağlanmıştır. Bu boyutlara uyulması, reflow sırasında uygun lehim bağlantısı oluşumunu sağlar. Öneri, 0.1mm (4 mil) veya 0.12mm (5 mil) kalınlığında lehim pastası uygulaması için metal bir şablon kullanılmasını içerir.

4.3 Polarite Tanımlama

Katot tipik olarak bileşen gövdesinde ve ana hat çiziminde düz bir kenar, çentik veya daha kısa bir bacak ile gösterilir. Cihaz hasarını önlemek için montaj sırasında doğru polariteye dikkat edilmelidir.

4.4 Şerit ve Makara Paketleme Boyutları

Bileşen, 7 inç (178mm) çapında makaralarda kabartmalı taşıyıcı şerit üzerinde tedarik edilir. Veri sayfası, şerit ceplerinin, kapak şeridinin ve makara göbeğinin detaylı boyutlarını sağlar. Standart makara miktarı makara başına 5000 adettir. Paketleme, ANSI/EIA-481-1-A-1994 spesifikasyonlarına uygundur.

5. Lehimleme & Montaj Kılavuzları

5.1 Reflow Lehimleme Parametreleri

Cihaz, kızılötesi (IR) reflow lehimleme işlemleriyle uyumludur. Kurşunsuz (Pb-free) lehim için önerilen bir profil sağlanmıştır, temel parametreler şunları içerir:

• Ön Isıtma:150–200°C.
• Ön Isıtma Süresi:Maksimum 120 saniye.
• Tepe Sıcaklık:Maksimum 260°C.
• Sıvı Faz Üzerinde Kalma Süresi:Maksimum 10 saniye (önerilen maksimum iki reflow döngüsü).

Profil JEDEC standartlarına dayanmaktadır. Optimal profilin spesifik kart tasarımına, bileşenlere, lehim pastasına ve fırına bağlı olduğu vurgulanır, bu nedenle karakterizasyon gereklidir.

5.2 El Lehimlemesi

El lehimlemesi gerekliyse, sıcaklığı 300°C'yi geçmeyen bir lehim havya kullanın ve her bacak için temas süresini maksimum 3 saniye ile sınırlayın.

5.3 Depolama Koşulları

Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL) 3 derecelendirmesi nedeniyle:

• Mühürlü Torba:≤30°C ve ≤%90 RH'de depolayın. Torba mühürlendikten sonra bir yıl içinde kullanın.
• Torba Açıldıktan Sonra:≤30°C ve ≤%60 RH'de depolayın. IR reflow'un bir hafta (168 saat) içinde tamamlanması önerilir.
• Uzatılmış Depolama (Açık):Nem alıcılı kapalı bir kapta veya nitrojen desikatöründe depolayın.
• Kurutma:Bir haftadan fazla açıkta kalırsa, lehimlemeden önce emilen nemi gidermek ve reflow sırasında "patlamış mısır" etkisini önlemek için yaklaşık 60°C'de en az 20 saat kurutun.

5.4 Temizlik

Lehim sonrası temizlik gerekliyse, izopropil alkol gibi alkol bazlı çözücüler kullanın. Epoksi lensi veya paketi hasar verebilecek agresif veya bilinmeyen kimyasal temizleyicilerden kaçının.

6. Uygulama Önerileri & Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devreleri

En yaygın devre basit bir seri bağlantıdır: bir gerilim kaynağı (V_CC), bir akım sınırlama direnci (R_S) ve IRED. R_S= (V_CC- V_F) / I_F. Darbe çalışması için (örneğin, uzaktan kumanda), IRED'i istenen frekans ve görev döngüsünde açıp kapatmak için tipik olarak bir transistör (BJT veya MOSFET) kullanılır. Tepe akım I_FP rating.

6.2 Optik Tasarım Hususları

• Menzil vs. Akım:Etkili menzil, ışıma şiddetinin karekökü ile orantılıdır. Sürücü akımını ikiye katlamak menzili ikiye katlamaz.
• Lens Seçimi:Dahili düz lens geniş kapsama sağlar. Daha uzun menzil veya odaklanmış ışınlar için, ışığı paralel hale getirmek üzere harici bir plastik lens eklenebilir.
• Alıcı Eşleştirme:940nm yayıcıyı, tepe hassasiyeti de 940nm bölgesinde olan bir fotodedektör (fotodiyot, fototransistör veya IC) ile her zaman eşleştirin. Birçok silikon dedektör 850-950nm civarında iyi hassasiyete sahiptir.
• Ortam Işığı Bastırma:Güçlü ortam IR ışığı (güneş ışığı, akkor ampuller) olan ortamlarda, modüle edilmiş bir sinyal ve eşleşen bir demodülatörlü alıcı kullanın. Alıcı üzerinde görünür ışığı bloke eden ve 940nm'yi geçiren bir optik filtre, sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde iyileştirebilir.

6.3 Termal Yönetim

Cihaz 100mW'ı kaldırabilse de, daha düşük güç dağılımında çalışmak güvenilirliği ve ömrü artırır. Özellikle maksimum DC akıma yakın sürüş yapılıyorsa, pedlerin etrafında ısı emici görevi görecek yeterli PCB bakır alanı olduğundan emin olun. Yüksek sıcaklık ortamları için güç düşürme eğrisine (Şekil 2) başvurulmalıdır.

7. Teknik Karşılaştırma & Farklılaşma

Bu 940nm GaAs IRED, genel amaçlı kızılötesi uygulamalar için dengeli bir özellik seti sunar. Özelliklerinin ima ettiği temel farklılaştırıcılar şunlardır:

• Dalga Boyu:940nm, birçok tüketici uygulamasında 850nm'ye tercih edilir çünkü soluk bir kırmızı parıltı olarak daha az görünür, daha gizli bir çalışma sağlar.
• Geniş Görüş Açısı:150° açı olağanüstü geniştir, hizalama kritik olmayan veya geniş alan kapsaması gereken uygulamalar (örneğin, varlık sensörleri) için uygundur.
• Standart Paket:EIA paketi, endüstri içinde kolay tedarik, uyumluluk ve değiştirme sağlar.
• Sağlamlık:Darbe akımı (500mA) ve reflow lehimleme (260°C) için derecelendirmeler, yüksek hacimli, güvenilir üretim için tasarlanmış bir bileşeni gösterir.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

8.1 Bu IRED'i 5V beslemeden 20mA'de sürmek için hangi direnç değerini kullanmalıyım?

Tipik V_Fdeğeri 1.2V kullanılarak: R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190 Ohm. Standart 180 veya 200 Ohm'luk bir direnç uygun olacaktır. Akımın hedefi aşmamasını sağlamak için muhafazakar bir tasarım için her zaman maksimum V_F(1.6V) değerini kullanın: R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 Ohm.

8.2 Bunu uzun menzilli bir uzaktan kumanda için kullanabilir miyim?

0.8 mW/sr ışıma şiddeti, 5-10 metre mesafelerde tipik iç mekan uzaktan kumandalar için uygundur. Daha uzun menzil için, sürücü akımını (darbe derecelendirmeleri dahilinde) artırmanız, bir odaklama lensi kullanmanız veya daha yüksek ışıma şiddeti spesifikasyonuna sahip bir IRED seçmeniz gerekir.

8.3 Veri sayfasında "Ters gerilim koşulu sadece IR testi için uygulanır. Cihaz ters çalışma için tasarlanmamıştır." yazıyor. Bu ne anlama geliyor?

Bu, 5V ters gerilim derecelendirmesinin üretim sırasında sızıntı akımını doğrulamak için bir test parametresi olduğu anlamına gelir. Bu bir çalışma derecelendirmesi değildir. Devrenizde, IRED'in normal çalışma sırasında asla ters öngerilime maruz kalmamasını sağlamalısınız, çünkü akım sınırlı değilse küçük bir ters gerilim bile ona zarar verebilir. Devre topolojisi ters gerilime neden olabilecekse, doğru yönlendirildiğinden emin olmak veya paralel bir diyot eklemek gibi koruma önlemlerini her zaman dahil edin.

8.4 Nem bariyer torbası açıldıktan sonraki bir haftalık raf ömrü ne kadar kritiktir?

MSL 3 bileşenleri için çok önemlidir. Raf ömrünün uygun depolama veya kurutma olmadan aşılması, plastik pakete nem girişi riski taşır. Yüksek sıcaklıklı reflow lehimleme işlemi sırasında bu nem hızla buharlaşarak iç katman ayrılmasına, çatlaklara veya "patlamış mısır" etkisine neden olabilir, bu da anında veya gizli arızaya yol açar. Depolama ve kurutma kılavuzlarına kesinlikle uyun.

9. Çalışma Prensipleri

Bir Kızılötesi Yayıcı Diyot (IRED), standart bir görünür ışık LED'i ile aynı prensipte çalışır ancak kızılötesi foton enerjilerine karşılık gelen bir bant aralığına sahip yarı iletken malzemeler (GaAs gibi) kullanır. İleri bir gerilim uygulandığında, elektronlar ve delikler yarı iletkenin aktif bölgesinde yeniden birleşir ve enerjiyi fotonlar şeklinde serbest bırakır. GaAs için bu foton enerjisi yaklaşık 940nm dalga boyuna karşılık gelir. Su berraklığındaki epoksi lens hem görünür hem de kızılötesi ışığa karşı şeffaftır, IR radyasyonunun geçmesine izin verirken aynı zamanda yarı iletken çip için mekanik ve çevresel koruma sağlar.

10. Endüstri Trendleri

Ayrık kızılötesi bileşenler pazarı, uzaktan kumandalar gibi yerleşik uygulamalar ve IoT sensörleri, jest tanıma ve makine görüşündeki gelişen kullanımlar tarafından desteklenerek istikrarlı kalmaktadır. Trendler arasında yayıcıların ve dedektörlerin daha küçük, daha sağlam paketlere entegrasyonu, veri iletişimi için daha yüksek hızlı IRED'lerin geliştirilmesi (IrDA halefleri) ve pil ile çalışan cihazlar için güç verimliliği ve güvenilirliğe artan vurgu yer alır. Küresel çevre düzenlemelerine uyum sağlamak için kurşunsuz (Pb-free) ve halojensiz malzemelere doğru hareket de bu bileşenin karşıladığı standart bir gerekliliktir.