IR25-21C/TR8 Ters Paket Kızılötesi LED Veri Sayfası - SMD Paket - GaAlAs Çip - Su Berraklığında Lens - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

IR25-21C/TR8, minyatür bir yüzeye montaj cihazı (SMD) kızılötesi yayan diyottur. Su berraklığında plastik içinde kalıplanmış, küresel üst lensli ters paket tasarımına sahiptir. Bu bileşenin temel işlevi, çıktısı özellikle silikon fotodiyotlar ve fototransistörlerle eşleştirilmiş olan kızılötesi ışık yaymaktır; bu da onu çeşitli algılama uygulamaları için ideal bir kaynak yapar.

Bu LED'in temel avantajları arasında, PCB montajını ve alanı kısıtlı tasarımlara entegrasyonu kolaylaştıran kompakt çift uçlu paketi yer alır. Düşük bir ileri gerilimde çalışarak enerji verimliliğine katkıda bulunur. Cihaz, RoHS, EU REACH gibi önemli çevre ve güvenlik standartlarına uyumludur ve halojensizdir; bu da modern elektronik üretim için uygunluğunu garanti eder.

1.1 Cihaz Seçim Kılavuzu

IR25-21C/TR8, Kızılötesi (IR) LED kategorisine aittir. Verimli kızılötesi yayılımı ile bilinen Galyum Alüminyum Arsenür (GaAlAs) çip malzemesini kullanır. Lens su berraklığındadır, renk filtrelemesi olmadan kızılötesi ışığın maksimum iletimine izin verir.

2. Teknik Özellikler ve Nesnel Yorumlama

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihazın çalışma limitleri standart ortam sıcaklığında (Ta=25°C) tanımlanmıştır. Bu değerlerin aşılması kalıcı hasara neden olabilir.

• İleri Akım (I_F):100 mA - LED üzerinden izin verilen maksimum sürekli akım.
• Ters Gerilim (V_R):5 V - Ters yönde uygulanabilecek maksimum gerilim.
• Güç Dağılımı (P_d):120 mW - Paketin ısı olarak dağıtabileceği maksimum güç.
• Çalışma Sıcaklığı (T_opr):-40°C ila +85°C - Güvenilir çalışma için ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı (T_stg):-40°C ila +85°C - Cihazın güçsüz durumda saklanması için güvenli sıcaklık aralığı.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_s):Maksimum 5 saniye için 260°C - LED'in reflow lehimleme sırasında dayanabileceği tepe sıcaklığı ve süresi.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler Ta=25°C'de ölçülmüştür ve LED'in tipik performansını tanımlar.

• Işıma Yoğunluğu (I_e):40 mW/sr (Min) @ I_F=20 mA - Bu, LED'ler gibi yönlü kaynaklar için parlaklığın temel bir ölçüsü olan, birim katı açı başına düşen optik güç çıktısıdır.
• Tepe Dalga Boyu (λ_p):940 nm (Tip.) - LED'in en fazla optik güç yaydığı dalga boyu. Bu, yaygın silikon fotodedektörlerin tepe hassasiyeti ile iyi bir uyum içindedir.
• Spektral Bant Genişliği (Δλ):50 nm (Tip.) - Tepe yoğunluğun yarısında (Yarı Yükseklikte Tam Genişlik) ölçülen, yayılan dalga boyları aralığı.
• İleri Gerilim (V_F):1.5 V (Tip.) @ I_F=20 mA - Belirtilen akımda çalışırken LED üzerindeki gerilim düşüşü. Düşük değer, düşük gerilimli devreler için faydalıdır.
• Görüş Açısı (2θ_1/2):±20° (Tip.) - Işıma yoğunluğunun tepe yoğunluğun en az yarısı olduğu açısal yayılım. Bu, ışın demetinin genişliğini tanımlar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın farklı koşullar altındaki davranışını gösteren çeşitli grafikler sağlar.

3.1 İleri Akım - Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Şekil 1, ortam sıcaklığı arttıkça izin verilen maksimum ileri akımın düşürülmesini gösterir. Aşırı ısınmayı önlemek için, 25°C üzerinde çalışırken akımın azaltılması gerekir. Bu eğri, termal yönetim tasarımı için kritiktir.

3.2 Spektral Dağılım

Şekil 2, bağıl yoğunluğu dalga boyuna karşı çizer, yaklaşık 940 nm'deki tepe noktasını ve ~50 nm bant genişliğini doğrular. Bu, silikon dedektör duyarlılığı (yaklaşık 900-1000 nm civarında tepe yapar) ile olan uyumu, sensör sistemlerinde sinyal gücünü maksimize eder.

3.3 Bağıl Yoğunluk - İleri Akım İlişkisi

Şekil 3, optik çıktı ile sürücü akımı arasındaki ilişkiyi gösterir. Çıktı akımla artar ancak çok yüksek akımlarda ısınma ve verim düşüşü nedeniyle doğrusal altı hale gelebilir. Önerilen aralıkta çalışmak, kararlı performansı sağlar.

3.4 İleri Akım - İleri Gerilim İlişkisi

Şekil 4, I-V karakteristik eğrisidir. Bir diyot için tipik olan üstel ilişkiyi gösterir. Eğri, bir akım sınırlama direnci veya sabit akım sürücüsü kullanmanın önemini vurgular, çünkü diz noktasının ötesindeki küçük bir gerilim artışı, büyük ve potansiyel olarak yıkıcı bir akım artışına neden olur.

3.5 Açısal Yer Değiştirme

Şekil 5, bağıl ışıma yoğunluğunu merkez eksenden açıya karşı çizer, uzaysal yayılım modelini (Lambertian veya diğer) tanımlar. Bu, ışığın hedef alanda nasıl dağıtıldığını belirleyen optik tasarım için esastır.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

LED'in kompakt bir SMD ayak izi vardır. Temel boyutlar arasında yaklaşık 2.0mm x 1.25mm gövde boyutu ve yaklaşık 0.8mm yükseklik bulunur. Detaylı çizimler, pad düzenini, terminal aralığını ve lens geometrisini belirtir. Aksi belirtilmedikçe toleranslar tipik olarak ±0.1mm'dir. PCB tasarımı için önerilen bir land pattern (pad düzeni) sağlanmıştır, ancak belirli üretim süreçlerine ve termal gereksinimlere göre optimize edilmelidir.

4.2 Polarite Tanımlama

Bileşen, ters paket özelliğine sahiptir. Polarite, gövde üzerindeki bir işaretle veya paket ayak izinin şekliyle gösterilir. Doğru yönlendirme, devre çalışması için çok önemlidir.

4.3 Taşıyıcı Şerit Boyutları

Cihaz, 7 inç çapında bir makaraya sarılı 8mm genişliğinde kabartmalı taşıyıcı şerit üzerinde tedarik edilir. Şerit aralığı ve yuva boyutları, otomatik pick-and-place montaj ekipmanlarıyla uyumluluğu sağlamak için belirtilmiştir. Her makarada 2000 adet bulunur.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

5.1 Depolama ve Kullanım

LED'ler nem hassasiyetine (MSL) sahiptir. Açılmamış nem bariyer torbaları 30°C ve %90 RH altında saklanmalıdır. Açıldıktan sonra, ≤%60 RH'de saklandığında "raf ömrü" 168 saattir (7 gün). Bu sürenin aşılması, lehimleme sırasında "patlamış mısır" hasarını önlemek için reflow öncesinde kurutma (örn. 60°C'de 96 saat) gerektirir.

5.2 Reflow Lehimleme Profili

Kurşunsuz (Pb-free) bir reflow sıcaklık profili önerilir. Temel parametreler arasında bir ön ısıtma bölgesi, kademeli sıcaklık artışı, maksimum 5 saniye için 260°C'yi aşmayan bir tepe sıcaklığı ve kontrollü bir soğutma aşaması bulunur. Aynı cihazda reflow işlemi ikiden fazla kez yapılmamalıdır.

5.3 El Lehimleme ve Onarım

Manuel lehimleme gerekliyse, uç sıcaklığı 350°C'nin altında ve gücü 25W'nin altında olan bir lehim havya kullanılmalıdır. Terminal başına temas süresi 3 saniyeden az olmalıdır. Onarım için, her iki terminali aynı anda ısıtmak ve mekanik stresi önlemek için çift uçlu bir lehim havya önerilir. Herhangi bir onarımdan sonra cihaz karakteristikleri üzerindeki etki doğrulanmalıdır.

5.4 Kritik Önlemler

• Akım Koruması:İleri akımı sınırlamak için harici bir seri direnç zorunludur. Dik I-V eğrisi, küçük gerilim dalgalanmalarının felaket boyutta aşırı akıma neden olabileceği anlamına gelir.
• Mekanik Stres:Lehimleme sırasında veya sonrasında LED gövdesine kuvvet uygulamaktan kaçının. Montajlı LED'in yakınındaki PCB'yi bükmeyin.

6. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• PCB'ye Monte Kızılötesi Sensörler:Yakınlık sensörlerinde, nesne algılamada ve konum kodlamada ışık kaynağı olarak kullanılır.
• Minyatür Işık Bariyerleri/Optik Anahtarlar:Sayma, güvenlik perdeleri veya limit anahtarları için kesilebilir bir ışın demeti oluşturmak üzere bir fotodedektör ile eşleştirilir.
• Disket Sürücüler (Eski):Tarihsel olarak iz tespiti için kullanılmıştır.
• Duman Dedektörleri:Duman partiküllerinin bir ışık demetini saçtığı karartma tipi dedektörlerde kullanılır.

6.2 Tasarım Hususları

• Sürücü Devresi:Sabit bir akım kaynağı veya kesin olarak hesaplanmış bir akım sınırlama direnci (R = (V_besleme- V_F) / I_F) ile bir gerilim kaynağı uygulayın.
• Optik Hizalama:±20°'lik görüş açısı, özellikle dar ışınlı uygulamalarda optimum sinyal bağlaşımı için alıcı dedektörle dikkatli bir hizalama gerektirir.
• Termal Yönetim:Özellikle daha yüksek akımlarda veya yüksek ortam sıcaklıklarında çalışırken ısıyı dağıtmak için yeterli PCB bakır alanı veya termal viyalar sağlayın.
• Elektriksel Gürültü:Hassas analog algılama devrelerinde, LED sürücü sinyalini ortam ışığından ve elektriksel gürültüden ayırt etmek için ekranlama veya modülasyon düşünün.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart kızılötesi LED'lerle karşılaştırıldığında, IR25-21C/TR8'nin ters paketi potansiyel olarak daha düşük bir profil ve farklı bir radyasyon modeli sunar. Temel farklılaştırıcısı, silikona özgü spektral uyumudur; bu, tepe dışı dalga boylarına sahip LED'lere kıyasla dedektör sistemlerinde daha yüksek sinyal-gürültü oranları sağlayabilir. Halojensiz ve modern çevre standartlarına uyum, onu yeşil elektronik girişimleri için uygun kılar.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

8.1 Neden bir akım sınırlama direnci kesinlikle gereklidir?

Diyodun üstel I-V karakteristiği, ileri gerilim diz noktasının (yaklaşık 1.5V) ötesinde, akımın minimal gerilim artışıyla dramatik bir şekilde arttığı anlamına gelir. Çalışma noktasını belirleyecek bir direnç olmadan, küçük güç kaynağı değişimleri veya sıcaklık değişiklikleri akımı 100mA maksimum değerin ötesine itebilir ve LED'i anında tahrip edebilir.

8.2 "Si foto dedektöre spektral uyum" ne anlama gelir?

Silikon tabanlı fotodiyotlar ve fototransistörler belirli bir duyarlılık eğrisine sahiptir; 800-1000 nm civarındaki ışığa en hassastırlar. Bu LED'in 940 nm'deki tepe yayılımı, doğrudan bu yüksek hassasiyet bölgesine düşer; bu da dedektörün LED'in optik gücünün maksimum miktarını elektrik akımına dönüştürmesini sağlayarak sistem verimliliğini ve menzilini artırır.

8.3 168 saatlik raf ömrü ne kadar kritiktir?

Güvenilir montaj için çok kritiktir. Plastik pakete emilen nem, yüksek sıcaklıktaki reflow lehimleme işlemi sırasında hızla buharlaşarak iç katman ayrılmasına, çatlaklara veya bağ teli hasarına ("patlamış mısır etkisi") neden olabilir. Raf ömrüne uymak veya uygun kurutma işlemi yapmak bu arıza modunu önler.

9. Pratik Kullanım Örneği

Kağıt Sayacı Tasarlama:Bir ofis makinesinde, IR25-21C/TR8 kağıt yolunun bir tarafına, diğer taraftaki bir fototransistöre doğrudan bakacak şekilde monte edilebilir. Kağıt olmadığında, kızılötesi ışın dedektöre ulaşarak yüksek bir sinyal üretir. Bir kağıt yaprağı geçtiğinde, ışın demetini keser ve dedektör sinyalinin düşmesine neden olur. Bu olay bir mikrodenetleyici tarafından sayılır. 940nm dalga boyu görünmezdir ve ortam oda ışığından etkilenmez. Düşük ileri gerilim, sistemi 3.3V veya 5V mantık beslemesiyle çalıştırmaya izin verir; basit bir seri direnç (örn. (5V - 1.5V)/0.02A = 175Ω) LED akımını güvenli bir 20mA'ye ayarlar.

10. Çalışma Prensibi Tanıtımı

Bir Kızılötesi Işık Yayan Diyot (IR LED), bir yarı iletken p-n eklem diyotudur. İleri öngerilim uygulandığında, n-bölgesinden elektronlar ve p-bölgesinden oyuklar eklem bölgesine enjekte edilir. Bu yük taşıyıcıları yeniden birleştiğinde enerji açığa çıkarır. GaAlAs malzeme sisteminde, bu enerji öncelikle kızılötesi spektrumda (görünür kırmızı ışıktan daha uzun dalga boyları, tipik olarak 700nm ila 1mm) fotonlar (ışık parçacıkları) olarak salınır. Galyum, Alüminyum ve Arsenür katmanlarının spesifik bileşimi, tepe yayılım dalga boyunu belirler. Su berraklığındaki epoksi paket, yayılan ışığı tanımlanmış bir ışın demeti modeline şekillendiren bir lens görevi görür.

11. Sektör Trendleri ve Gelişmeler

Algılama için optoelektronikteki trend, minyatürleşme, daha yüksek verimlilik ve entegrasyon yönünde devam etmektedir. IR25-21C/TR8 gibi ayrık LED'ler esneklik ve performans için hayati önem taşırken, verici, dedektör ve sinyal koşullandırma devresini tek bir pakette birleştiren entegre sensör modülleri için büyüyen bir pazar vardır. Bu modüller tasarımı basitleştirir ancak belirli uygulamalar için daha az optimizasyon sunabilir. Bir diğer trend, veri iletişim uygulamaları (IR uzaktan kumandalar gibi) için daha yüksek hızlı modülasyon talebidir; bu da hızlı yükselme/düşme sürelerine sahip LED'ler gerektirir. Çevresel uyumluluk (RoHS, REACH, halojensiz) bir farklılaştırıcı olmaktan ziyade standart bir gereklilik haline gelmiştir. Verimli kızılötesi yayılım için temel teknoloji, farklı dalga boyu aralıkları için InGaN gibi yeni malzeme sistemleri üzerine araştırmalarla birlikte geliştirilmeye devam etmektedir.