IR67-21C/TR8 Üstten Kızılötesi LED Veri Sayfası - SMD Paket - 940nm Tepe Dalga Boyu - 120° Görüş Açısı

1. Ürün Genel Bakışı

IR67-21C/TR8, minyatür bir Yüzey Montaj Cihazı (SMD) paketinde bulunan üstten görünümlü bir kızılötesi yayan diyottur. Cihaz, düz üst lensli, su berraklığında plastikten kalıplanmış olup, modern kızılötesi ve buhar fazı reflow lehimleme işlemleriyle uyumluluk için tasarlanmıştır. Ana işlevi, silikon fotodiyotlar ve fototransistörlerle eşleşen bir tepe dalga boyunda kızılötesi ışık yaymaktır; bu da onu çeşitli algılama ve anahtarlama uygulamalarında temel bir bileşen haline getirir.

Bu bileşenin temel avantajları, düşük ileri gerilim gereksinimi, geniş 120 derecelik görüş açısı ve kurşunsuz ve RoHS çevre standartlarına uyumluluğunu içerir. Minyatür SMD form faktörü, baskılı devre kartları üzerinde yüksek yoğunluklu yerleştirmeye olanak tanır; bu da kompakt tüketici ve endüstriyel elektronikleri için hayati önem taşır.

1.1 Temel Özellikler ve Cihaz Seçimi

IR67-21C/TR8'yi tanımlayan temel özellikler, çip malzemesi ve optik karakteristikleridir. Işık yayan çip, kızılötesi radyasyon üretmeye uygun bir yarı iletken malzeme olan Galyum Alüminyum Arsenür'den (GaAlAs) yapılmıştır. Paket, yayılan kızılötesi ışığı filtrelemeyen ve maksimum ışıma şiddeti çıkışını sağlayan su berraklığında bir lense sahiptir. Bu GaAlAs çip ve berrak lens kombinasyonu, algılanan sinyal gücünün kritik olduğu sensör uygulamalarında optimum performans için özel olarak tasarlanmıştır.

2. Teknik Parametreler: Derinlemesine Nesnel Yorumlama

Bu bölüm, IR67-21C/TR8 kızılötesi LED için belirtilen elektriksel, optik ve termal parametrelerin ayrıntılı, nesnel bir analizini sunar. Bu değerleri anlamak, güvenilir devre tasarımı ve cihazın uzun vadeli operasyonel bütünlüğünü sağlamak için çok önemlidir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Mutlak Maksimum Değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Bunlar önerilen çalışma koşulları değil, geçici olaylar dahil hiçbir koşulda aşılmaması gereken eşiklerdir.

• Sürekli İleri Akım (I_F): 65 mA. Bu, ortam sıcaklığında (T_a) 25°C'de LED jonksiyonundan süresiz olarak geçirilebilecek maksimum DC akımdır.
• Tepe İleri Akım (I_FP): 1.0 A. Bu yüksek akım yalnızca katı darbe koşullarında izin verilir: darbe genişliği ≤ 100 µs ve görev döngüsü ≤ %1. Bu değer, kısa, yüksek yoğunluklu IR ışık darbeleri gerektiren uygulamalar için geçerlidir.
• Ters Gerilim (V_R): 5 V. Bu değeri aşan bir ters öngerilim uygulamak jonksiyon bozulmasına neden olabilir.
• Güç Dağılımı (P_d): 25°C'de 130 mW. Bu, paketin ısı olarak dağıtabileceği maksimum güçtür. Gerçek izin verilen güç, ortam sıcaklığı yükseldikçe, düşürme eğrisinde gösterildiği gibi azalır.
• Termal Direnç, Jonksiyon-Ortam (R_thj-a): 400 K/W. Bu parametre, ısının yarı iletken jonksiyondan çevredeki havaya ne kadar etkili bir şekilde iletildiğini ölçer. Daha düşük bir değer daha iyi ısı dağılımını gösterir. Bu değerle, dağıtılan her watt güç için jonksiyon sıcaklığı ortam sıcaklığının 400°C üzerine çıkacaktır.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_sol): Maksimum 5 saniye için 260°C. Bu, reflow lehimleme profil toleransını tanımlar.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

25°C'lik standart bir test koşulunda ölçülen bu parametreler, cihazın normal çalışma altındaki performansını tanımlar. 'Tipik.' sütunu tipik veya beklenen değerleri temsil ederken, 'Min.' ve 'Maks.' garanti edilen performans limitlerini tanımlar.

• Işıma Şiddeti (I_e): Bu, birim katı açı başına yayılan optik güçtür (milisaniye başına miliwatt, mW/sr cinsinden ölçülür). 20mA'lık standart sürme akımında, tipik ışıma şiddeti 1.5 mW/sr'dir ve minimum 1.0 mW/sr garanti edilir. Darbe yüksek akım koşullarında (100mA, ≤100µs, ≤%1 görev), şiddet tipik olarak 20 mW/sr değerine ulaşabilir.
• Tepe Dalga Boyu (λ_p): 940 nm (tipik). Bu, LED'in en fazla optik güç yaydığı dalga boyudur. Spektral olarak yaygın silikon tabanlı fotodedektörlerin tepe hassasiyeti ile eşleşir.
• Spektral Bant Genişliği (Δλ): 45 nm (tipik). Bu, yayılan dalga boyları aralığını tanımlar, tipik olarak maksimum yoğunluğun yarısında (Yarım Maksimum Tam Genişlik, FWHM) ölçülür. 940nm'de merkezlenmiş 45nm bant genişliği, yaklaşık 917.5nm'den 962.5nm'ye kadar önemli emisyonun gerçekleştiği anlamına gelir.
• İleri Gerilim (V_F): 20mA'da, tipik ileri gerilim 1.2V'dur, maksimum 1.5V'dur. Darbe 100mA koşulunda, V_Ftipik olarak 1.4V'ye (maks 1.8V) yükselir. Bu düşük V_Fdüşük gerilimli ve pille çalışan uygulamalar için faydalıdır.
• Görüş Açısı (2θ_1/2): 120 derece. Bu, ışıma şiddetinin tepe değerinin yarısına düştüğü tam açıdır (eksenel olarak ölçülür). Geniş 120° açı, geniş, dağınık aydınlatma sağlar; hedef konumun değişebileceği yakınlık veya varlık algılama için idealdir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel parametrelerin çalışma koşullarına göre nasıl değiştiğini gösteren çeşitli karakteristik eğriler içerir. Bu grafikler dinamik sistem tasarımı için gereklidir.

3.1 Güç Dağılımı - Ortam Sıcaklığı

Bu düşürme eğrisi, maksimum izin verilen güç dağılımının (P_d) 25°C'de 130 mW'den yaklaşık 150°C'de 0 mW'ye doğrusal olarak azaldığını gösterir. Tasarımcılar, belirli maksimum ortam sıcaklıkları için güvenli çalışma akımını hesaplamak üzere bu grafiği kullanmalıdır. Örneğin, maksimum ortam sıcaklığı 85°C ise, grafik izin verilen güç dağılımının önemli ölçüde azaldığını gösterir; bu da maksimum izin verilen ileri akımı sınırlar.

3.2 Spektral Dağılım

Spektral dağılım eğrisi, bağıl ışıma şiddetini dalga boyuna karşı çizer. 940nm tepe dalga boyunu ve yaklaşık 45nm spektral bant genişliğini görsel olarak doğrular. Eğri tipik olarak tepe dalga boyunda merkezlenmiş Gauss şeklindedir.

3.3 Tepe Emisyon Dalga Boyu - Ortam Sıcaklığı

Bu eğri, tepe dalga boyunun sıcaklığa bağımlılığını gösterir. Tipik olarak, bir LED'in tepe dalga boyu, jonksiyon sıcaklığı arttıkça daha uzun dalga boylarına (\"kırmızıya kayma\") kayar. Grafik bu kaymayı ölçer; dedektörün hassasiyeti de sıcaklığa bağlı olabileceğinden, kesin spektral eşleşme gerektiren uygulamalar için önemlidir.

3.4 İleri Akım - İleri Gerilim (I-V Eğrisi)

I-V eğrisi, standart bir diyot gibi doğrusal değildir. LED'den geçen akım ile üzerindeki gerilim arasındaki ilişkiyi gösterir. Bu eğrinin \"diz\" kısmı tipik ileri gerilim civarındadır. Eğri, akım sınırlayıcı devre tasarımına, özellikle LED'i bir gerilim kaynağı ile sürmeye yardımcı olur.

3.5 Bağıl Işıma Şiddeti - Açısal Yer Değiştirme

Bu kutupsal çizim, uzaysal emisyon modelini gösterir. 120° görüş açısını doğrular ve şiddetin nasıl dağıldığını gösterir. Berrak paketteki düz üstlü bir LED için model tipik olarak Lambert dağılımına yakındır; burada şiddet, normal (merkez) açının kosinüsü ile orantılıdır.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgisi

4.1 Paket Boyutları

IR67-21C/TR8 minyatür bir SMD paketinde bulunur. Boyut çizimi, PCB ayak izi tasarımı için gövde uzunluğu, genişlik, yükseklik, bacak aralığı ve pad boyutları dahil tüm kritik ölçümleri sağlar. Temel boyutlar genel boyutu (örn. yaklaşık 3.2mm x 2.8mm, ancak kesin değerler çizimden alınmalıdır), lehim padleri arasındaki mesafeyi ve güvenilir lehimleme için önerilen land pattern'i içerir. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsinden ve standart tolerans ±0.1mm'dir.

4.2 Polarite Tanımlama

Paket, anot ve katot terminallerini tanımlamak için işaretler veya özellikler (çentik, pahlı köşe veya katot işareti gibi) içerir. Montaj sırasında doğru polariteye dikkat edilmelidir, çünkü ters öngerilim uygulamak cihaza zarar verebilir.

4.3 Taşıyıcı Bant ve Makara Özellikleri

Otomatik montaj için, bileşenler kabartmalı taşıyıcı bant üzerinde makaralara sarılı olarak tedarik edilir. Veri sayfası, cep boyutu, aralık ve bant genişliği dahil taşıyıcı bant boyutlarını sağlar. Makara tipik olarak 2000 adet içerir. Bu boyutlar, pick-and-place makinelerini programlamak için kritiktir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

LED'e zarar gelmesini önlemek ve uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için uygun taşıma ve lehimleme kritiktir.

5.1 Reflow Lehimleme Süreci

Cihaz, kızılötesi ve buhar fazı reflow işlemleriyle uyumludur. Önerilen kurşunsuz lehim sıcaklık profili sağlanır; ön ısıtma, bekleme, reflow tepe sıcaklığı (260°C'yi aşmamalı) ve soğutma oranlarını belirtir. Reflow lehimleme ikiden fazla kez yapılmamalıdır. Isıtma sırasında LED gövdesine stres uygulanmamalı ve lehimleme sonrası PCB eğrilmemelidir.

5.2 El Lehimlemesi

El lehimlemesi gerekliyse, aşırı dikkat gereklidir. Lehimleme havya ucu sıcaklığı 350°C'nin altında olmalı ve her terminal için temas süresi 3 saniyeyi aşmamalıdır. Düşük güçlü bir havya (≤25W) önerilir. Her terminal lehimlendikten sonra en az 2 saniyelik bir soğuma aralığı gözetilmelidir. Veri sayfası, el lehimlemesinin genellikle hasara yol açtığını şiddetle belirtir.

5.3 Yeniden İşleme ve Onarım

LED lehimlendikten sonra onarım önerilmez. Kaçınılmazsa, termal stresi en aza indirmek için her iki terminali aynı anda ısıtmak üzere çift uçlu bir lehimleme havya kullanılmalıdır. Yeniden işleme sırasında LED'in karakteristiklerine zarar verme potansiyeli önceden değerlendirilmelidir.

6. Depolama ve Nem Hassasiyeti

IR67-21C/TR8 nem hassastır. Reflow sırasında patlamayı (hızlı buhar genleşmesi nedeniyle paket çatlaması) önlemek için önlemler alınmalıdır.

• Nem geçirmez torba, bileşenler kullanıma hazır olana kadar açılmamalıdır.
• Açmadan önce, ≤30°C ve ≤%90 Bağıl Nem (RH) koşullarında saklayın. Raf ömrü bir yıldır.
• Açtıktan sonra, ≤30°C ve ≤%70 RH koşullarında saklayın. \"Zemin ömrü\" (torbadan çıkarıldıktan sonra izin verilen süre) 168 saattir (7 gün).
• Silika jel kurutucusu renk değiştirdiyse (doygunluğu gösterir) veya depolama süresi aşıldıysa, reflow öncesinde 60 ±5°C'de 24 saat boyunca kurutma gereklidir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

IR67-21C/TR8, görünmez kızılötesi ışığın algılama veya sinyalizasyon için kullanıldığı geniş bir optoelektronik uygulama yelpazesi için tasarlanmıştır.

• Sensörler: Yakınlık sensörlerinde, nesne algılamada ve çizgi takip robotlarında ışık kaynağı olarak kullanılır.
• Optoelektronik Anahtarlar: Bir optik kesici veya yarıklı anahtarın bir yarısını oluşturur; burada bir nesne LED ve bir fotodedektör arasındaki ışını keser.
• Tüketici Elektroniği: TV'ler, VCR'lar ve diğer ses/video ekipmanları için uzaktan kumanda vericileri (daha uzun menzil için genellikle daha yüksek güçlü LED'ler kullanılır).
• Görüntüleme: Güvenlik kameraları için kızılötesi aydınlatma, özellikle düşük ışık veya gece görüş modlarında.
• Güvenlik Cihazları: Optik saçılma prensiplerini kullanan belirli duman dedektörü türlerinde bileşen olarak kullanılabilir.

7.2 Kritik Tasarım Hususları

• Akım Sınırlama: Harici bir akım sınırlayıcı direnç kesinlikle zorunludur. LED keskin bir I-V karakteristiği sergiler; yani gerilimdeki küçük bir artış akımda büyük bir artışa neden olur, uygun şekilde kontrol edilmezse anında yanmaya yol açar. Direnç değeri Ohm Kanunu kullanılarak hesaplanır: R = (V_besleme- V_F) / I_F.
• Isı Yönetimi: SMD paketi ısıyı PCB padleri aracılığıyla dağıtırken, özellikle yüksek ortam sıcaklığı ortamlarında güç dağılımı düşürme eğrisine dikkatle dikkat edilmelidir. Yeterli PCB bakır alanı (termal rahatlatma padleri) jonksiyon sıcaklığını düşürmeye yardımcı olabilir.
• Spektral Eşleşme: Seçilen fotodedektörün (fotodiyot, fototransistör) optimum sistem sinyal-gürültü oranı için 940nm civarında tepe hassasiyetine sahip olduğundan emin olun.
• Optik Tasarım: 120° görüş açısı geniş kapsama sağlar. Daha uzun menzil veya daha yönlendirilmiş ışınlar için ikincil optikler (lensler) gerekebilir.

8. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

8.1 Paketleme Prosedürü

LED'ler, kurutucu ve nem göstergesi kartları içeren nem geçirmez alüminyum torbalarda paketlenir. Torbalar, izlenebilirlik ve doğru uygulama için kritik bilgilerle etiketlenir.

8.2 Etiket Özellikleri

Etiket, Müşteri Parça Numarası (CPN), Üretici Parça Numarası (P/N), Paketleme Miktarı (QTY), Lot Numarası (LOT NO) ve Işıma Şiddeti için Kategori (CAT) ve Tepe Dalga Boyu için Renk Tonu (HUE) gibi optik sınıflandırma bilgileri dahil çeşitli alanları içerir. Bir referans kodu (REF) da bulunabilir.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Sürekli Akım sadece 65mA ise, 1.0A Tepe İleri Akım değerinin amacı nedir?
C: Tepe akım değeri, LED'in çok kısa, yüksek güçlü darbelerle sürülmesine izin verir. Bu, aşırı ortalama ısı üretmeden ortam gürültüsünü aşmak veya daha uzun mesafe kat etmek için kısa, yoğun bir IR ışık patlamasına ihtiyaç duyulan mesafe ölçümü (uçuş süresi) veya veri iletimi gibi uygulamalarda kullanışlıdır.

S: Ortam sıcaklığı 50°C ise uygulamam için güvenli çalışma akımını nasıl belirlerim?
C: Güç Dağılımı - Ortam Sıcaklığı düşürme eğrisini kullanmalısınız. Eğri üzerinde 50°C'ye karşılık gelen noktayı bularak o sıcaklıktaki maksimum izin verilen güç dağılımını (P_d(maks)) belirleyin. Ardından, istediğiniz akımdaki tipik ileri gerilimi (V_F) kullanarak maksimum güvenli akımı hesaplayın: I_F(maks)= P_d(maks)/ V_F. Her zaman bir güvenlik payı ekleyin.

S: Bu LED'i bir TV uzaktan kumandası için kullanabilir miyim?
C> Doğru dalga boyunda (940nm uzaktan kumandalar için standarttır) yayın yapmasına rağmen, 20mA'daki ışıma şiddeti (tipik 1.5 mW/sr) özel uzaktan kumanda LED'lerinden daha düşük olabilir; bunlar genellikle daha sert sürülür veya daha uzun menzil için farklı optiklere sahiptir. Kısa menzilli kumandalar için çalışabilir, ancak tipik oturma odası mesafeleri için daha yüksek çıkış için özellikle karakterize edilmiş bir bileşen daha uygun olabilir.

S: Depolama ve kurutma prosedürü neden bu kadar spesifik?
C> Plastik SMD paketi havadan nem emebilir. Yüksek sıcaklıklı reflow lehimleme işlemi sırasında, bu emilen nem hızla buhara dönüşebilir, paketi ayırabilen veya çipi çatlatabilen (\"patlamış mısır\") iç basınç oluşturabilir. Kontrollü depolama ve kurutma prosedürleri, lehimlemeden önce bu nemi güvenli bir şekilde uzaklaştırmak için endüstri standardıdır (JEDEC MSL derecelendirmelerine dayanır).

10. Çalışma Prensipleri ve Teknoloji Bağlamı

10.1 Temel Çalışma Prensibi

Bir Kızılötesi Işık Yayan Diyot (IR LED), bir yarı iletken p-n jonksiyonunda elektrolüminesans prensibiyle çalışır. İleri bir gerilim uygulandığında, n-tipi malzemeden elektronlar ve p-tipi malzemeden delikler jonksiyon bölgesine enjekte edilir. Bu yük taşıyıcıları yeniden birleştiğinde enerji açığa çıkarır. Bir GaAlAs yarı iletkeninde, bu enerji öncelikle kızılötesi spektrumda (yaklaşık 940nm) fotonlar olarak salınır. Spesifik dalga boyu, kristaldeki alüminyumun galyuma oranı ayarlanarak tasarlanan yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir.

10.2 Optoelektronik Sistemlerdeki Rolü

Tipik bir algılama sisteminde, IR67-21C/TR8 aktif sinyal kaynağı olarak görev yapar. Işığı ya doğrudan bir dedektör tarafından alınır (iletim algılama için), bir hedeften yansıtılır (yakınlık/yansımalı algılama için) ya da bir nesne tarafından kesilir (ışın kesme algılama için). Dedektör, modüle edilmiş veya kesilmiş IR ışığını işlemek üzere bir elektrik sinyaline dönüştürür. 940nm dalga boyu idealdir çünkü insan gözüyle görünmez, çoğu ortam görünür ışığından kaçınır ve daha uzun IR dalga boylarına kıyasla hava ve yaygın malzemeler tarafından emilime daha az duyarlıyken, ucuz silikon dedektörlerin yüksek hassasiyet bölgesiyle uyumludur.

10.3 Endüstri Trendleri ve Bağlam

IR67-21C/TR8 gibi SMD kızılötesi LED'lerin gelişimi, elektronik montajın küçültülmesi ve otomasyonu tarafından yönlendirilmektedir. Trend, daha küçük paket ayak izleri, birim alan başına daha yüksek ışıma şiddeti, geliştirilmiş termal performans ve tutarlı performans için daha sıkı sınıflandırmaya doğrudur. Ayrıca, yeni yarı iletken malzemeler (farklı IR bantları için silikon üzerinde InGaN gibi) ve LED sürücü, sensör ve sinyal işlemeyi tek bir modülde birleştiren entegre çözümler (örn. yakınlık sensör modülleri) üzerinde devam eden araştırmalar vardır. Güvenilir, düşük maliyetli IR bileşenlere olan talep, Nesnelerin İnterneti (IoT), otomotiv algılama (örn. kabin içi izleme) ve endüstriyel otomasyonun genişlemesiyle birlikte büyümeye devam etmektedir.