Hoja de Datos Técnicos del LED Infrarrojo Subminiatura Redondo de 1.6mm HIR26-21C/L289/TR8 - Tamaño 1.6mm - Longitud de Onda 850nm

1. Descripción General del Producto

El HIR26-21C/L289/TR8 es un diodo emisor infrarrojo subminiatura de montaje superficial (SMD). Está diseñado para aplicaciones que requieren una fuente infrarroja compacta y fiable, compatible con los procesos modernos de montaje automatizado. El dispositivo presenta un encapsulado redondo de 1.6mm con encapsulado plástico transparente y una lente superior esférica, optimizando su salida óptica.

Su ventaja principal radica en su coincidencia espectral con los fotodetectores de silicio (fotodiodos y fototransistores), lo que lo hace altamente eficiente para sistemas de detección. El dispositivo está construido con material de chip GaAlAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), que es estándar para emisores infrarrojos de alto rendimiento en este rango de longitud de onda.

El mercado objetivo incluye a diseñadores y fabricantes de electrónica de consumo, sensores industriales y equipos de automatización donde el espacio es limitado y se requiere señalización o detección infrarroja fiable.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar fuera de estos límites.

• Corriente Directa Continua (I_F): 65 mA. Esta es la corriente DC máxima que se puede aplicar continuamente a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C.
• Corriente Directa de Pico (I_FP): 1.0 A. Esta corriente alta solo es permisible en condiciones de pulsos con un ancho de pulso ≤100μs y un ciclo de trabajo ≤1%. Esto es típico en aplicaciones de control remoto donde se utilizan ráfagas breves de alta potencia.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V. Exceder este voltaje de polarización inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Temperatura de Operación (T_opr): -40°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg): -40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C durante un tiempo no superior a 5 segundos, compatible con procesos de reflujo sin plomo.
• Disipación de Potencia (P_d): 130 mW a una temperatura ambiente libre de 25°C o inferior. Esta especificación considera tanto la conversión de potencia eléctrica como la capacidad del dispositivo para disipar calor.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a T_a=25°C y definen el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de operación.

• Intensidad Radiante (I_e): La potencia óptica de salida por ángulo sólido (estereorradián). A una corriente directa de 20mA, el valor típico es 17 mW/sr (mínimo 10 mW/sr). En condiciones de pulso (100mA, ≤100μs, ciclo ≤1%), la intensidad radiante típica aumenta significativamente a 85 mW/sr, destacando el beneficio de la operación en pulsos para la salida máxima.
• Longitud de Onda Pico (λ_p): 850 nm (típico). Esto está en el espectro del infrarrojo cercano, ideal para detectores basados en silicio y es menos visible para el ojo humano que longitudes de onda más cortas como 940nm, ofreciendo aún una buena transmisión atmosférica.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ): 30 nm (típico). Esto define el rango de longitudes de onda emitidas, centrado alrededor de la longitud de onda pico.
• Voltaje Directo (V_F): A 20mA, el voltaje directo típico es 1.40V (rango de 1.20V a 1.70V). A la corriente de pulso de 100mA, V_Faumenta a un valor típico de 1.60V (rango de 1.40V a 2.20V). Esta información es crítica para el diseño del circuito de excitación y la selección de la fuente de alimentación.
• Corriente Inversa (I_R): Máximo 10 μA a un voltaje inverso de 5V, indicando una buena calidad de la unión.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 25 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Un ángulo de 25° proporciona un haz relativamente enfocado, adecuado para detección o señalización dirigida.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos clave para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones variables.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra la reducción de la corriente directa continua máxima permitida a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Para evitar el sobrecalentamiento, la corriente debe reducirse linealmente a medida que la temperatura se acerca al límite máximo de operación de 85°C. Los diseñadores deben usar este gráfico para garantizar una operación fiable en el entorno térmico de su aplicación.

3.2 Distribución Espectral

Este gráfico representa la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda, confirmando visualmente el pico de 850nm y el ancho de banda espectral de aproximadamente 30nm. Muestra que el dispositivo emite una luz infrarroja relativamente pura centrada en la longitud de onda especificada.

3.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

Esta curva característica fundamental muestra la relación exponencial entre corriente y voltaje para un diodo. Es esencial para determinar el punto de operación y para diseñar circuitos limitadores de corriente. La curva se desplazará con la temperatura.

3.4 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra la salida óptica en función de la corriente de excitación. Normalmente muestra una relación sub-lineal, donde la eficiencia (intensidad radiante por mA) puede disminuir a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y otros. El gráfico ayuda a optimizar la corriente de excitación para el nivel de salida óptica deseado.

3.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar representa visualmente el ángulo de visión y el patrón de radiación del LED. Muestra cómo la intensidad disminuye a medida que el ángulo de observación se aleja del eje central (0°), cayendo al 50% aproximadamente a ±12.5° (confirmando el ángulo de visión total de 25°). Esto es crucial para el diseño del sistema óptico, la alineación y la comprensión del área de cobertura de la luz emitida.

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo es un encapsulado SMD de doble terminal con un diámetro de cuerpo de 1.6mm. Los dibujos mecánicos detallados en la hoja de datos proporcionan todas las dimensiones críticas, incluyendo la altura total, el espaciado de terminales y la geometría de la lente. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario.

4.2 Diseño de Pads y Recomendación de Plantilla

Para garantizar una soldadura fiable y evitar problemas como la formación de bolas de soldadura, se proporciona un diseño sugerido de pads y plantilla. Las recomendaciones clave incluyen:

• Pasta de Soldadura: Sn/Ag3.0/Cu0.5 (una aleación común sin plomo).
• Espesor de la Plantilla: 0.10mm.
• El dibujo de la apertura de la plantilla muestra un patrón diseñado para controlar el volumen de pasta para los pads pequeños.

Nota Importante: Las dimensiones sugeridas de los pads son solo de referencia. El patrón final de pistas en el PCB debe modificarse según los procesos de fabricación específicos, los requisitos térmicos y las necesidades individuales de diseño.

4.3 Identificación de Polaridad

El cátodo suele estar indicado por un marcador visual en el encapsulado, como una muesca, un borde plano o una marca verde en la base. El dibujo de la hoja de datos identifica claramente el lado del cátodo, lo cual es esencial para la orientación correcta en el PCB.

5. Guías de Soldadura y Montaje

5.1 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El dispositivo es sensible a la humedad. Se deben tomar precauciones para evitar el "efecto palomita" (agrietamiento del encapsulado debido a la rápida expansión del vapor durante el reflujo).

• No abra la bolsa a prueba de humedad hasta que esté listo para su uso.
• Después de abrir, almacene a ≤30°C y ≤60% de Humedad Relativa (HR).
• Utilice dentro de las 168 horas (7 días) posteriores a la apertura de la bolsa.
• Si se excede el tiempo de almacenamiento o el desecante indica ingreso de humedad, hornee los componentes a 60 ±5°C durante 24 horas antes de su uso.

5.2 Proceso de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con procesos de reflujo por infrarrojos y de fase de vapor. En la hoja de datos se sugiere un perfil de temperatura de reflujo sin plomo. Los parámetros clave incluyen precalentamiento, estabilización, temperatura máxima de reflujo (no superior a 260°C durante ≤5 segundos) y tasas de enfriamiento. La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces para minimizar el estrés térmico en el componente.

5.3 Soldadura Manual y Retrabajo

Si es necesaria la soldadura manual, se requiere extremo cuidado:

• Utilice un soldador con una temperatura de punta <350°C.
• Limite el tiempo de contacto a ≤3 segundos por terminal.Utilice un soldador con una capacidad de 25W o menos.
• Permita un intervalo de ≥2 segundos entre soldar cada terminal para evitar la acumulación de calor.
• Se desaconseja la reparación después de la soldadura inicial. Si es inevitable, utilice un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente durante la extracción para evitar estrés mecánico en las uniones de soldadura y en el propio LED. Siempre verifique la funcionalidad del dispositivo después de cualquier retrabajo.

5.4 Manejo de la Placa de Circuito

Evite ejercer estrés mecánico sobre el LED durante el calentamiento (soldadura) y no deforme la placa de circuito después de soldar, ya que esto puede agrietar el componente o sus uniones de soldadura.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El dispositivo se suministra en cinta portadora estampada estándar de la industria en carretes de 7 pulgadas de diámetro. Se proporciona un dibujo detallado de las dimensiones de la cinta portadora (tamaño del bolsillo, paso, etc.). Cada carrete contiene 1500 piezas.

6.2 Especificación de Etiqueta

La etiqueta del carrete incluye información estándar para trazabilidad y fabricación:

• CPN (Número de Parte del Cliente)
• P/N (Número de Parte del Fabricante: HIR26-21C/L289/TR8)
• QTY (Cantidad)
• CAT (Clasificación/Binning)
• HUE (Longitud de Onda Pico)
• REF (Referencia)
• LOT No. (Número de Lote)
• MSL-X (Nivel de Sensibilidad a la Humedad)
• Made In (País de Fabricación)

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Sensores Infrarrojos Montados en PCB: Detección de proximidad, detección de objetos, seguimiento de línea en robótica.
• Unidades de Control Remoto por Infrarrojos: Ideal para aplicaciones que requieren una potencia de salida mayor que los LEDs de control remoto estándar, permitiendo potencialmente un mayor alcance o mejor rendimiento en entornos brillantes.
• Contadores/Medidores de Gas: A menudo utilizados en mecanismos de detección óptica dentro de medidores de servicios públicos.
• Sistemas Infrarrojos Generales: Cualquier sistema embebido que requiera una fuente IR compacta y fiable para transmisión de datos, codificación o detección.

7.2 Consideraciones de Diseño

• La Limitación de Corriente es Obligatoria: Como se establece explícitamente en las "Precauciones", DEBE usarse una resistencia limitadora de corriente externa (o un controlador de corriente constante) en serie con el LED. El voltaje directo tiene un rango, y un ligero aumento en el voltaje de alimentación puede causar un gran aumento destructivo en la corriente si no se limita adecuadamente.
• Gestión Térmica: Considere la disipación de potencia (P_d=V_F*I_F) y la reducción de la corriente máxima con la temperatura. Asegure un cobre adecuado en el PCB u otros medios para conducir el calor, especialmente en aplicaciones de pulsos con alta temperatura ambiente o alto ciclo de trabajo.
• Diseño Óptico: El ángulo de visión de 25° proporciona direccionalidad. Para una cobertura más amplia, pueden ser necesarias ópticas secundarias (difusores). Para un mayor alcance, se pueden usar lentes para colimar el haz.
• Circuito de Excitación: Para operación en pulsos a 1A, se requiere un interruptor de transistor o MOSFET. Asegúrese de que el controlador pueda manejar la corriente de pico y los tiempos de subida/bajada rápidos requeridos.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs infrarrojos estándar de 5mm o 3mm de orificio pasante, el HIR26-21C/L289/TR8 ofrece ventajas significativas:

• Tamaño: El encapsulado SMD de 1.6mm permite la miniaturización de los productos finales y es compatible con el montaje automatizado de alta velocidad pick-and-place.
• Rendimiento: La intensidad radiante típica de 17 mW/sr a 20mA es competitiva, y los 85 mW/sr en condiciones de pulso son una característica clave para necesidades de alta salida.
• Fiabilidad: La construcción SMD y la compatibilidad con los procesos de reflujo estándar conducen a uniones de soldadura más robustas y consistentes en comparación con las partes de orificio pasante soldadas a mano.
• Cumplimiento Normativo: El dispositivo está libre de plomo, cumple con RoHS, cumple con REACH y está libre de halógenos (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), cumpliendo con estrictas regulaciones ambientales para mercados globales.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

No.El voltaje directo típico es solo de 1.4V-1.6V. Conectarlo directamente a una fuente de 3.3V o 5V sin una resistencia limitadora de corriente casi seguramente destruirá el LED debido a la corriente excesiva. Siempre use una resistencia en serie calculada usando la Ley de Ohm: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F.

9.2 ¿Cuál es la diferencia entre las especificaciones de 20mA DC y 100mA en pulsos?

La especificación de 20mA es paraoperación continua. La especificación de 100mA es parapulsosmuy cortos (≤100μs) con un ciclo de trabajo bajo (≤1%). Esto permite excitar el LED mucho más intensamente durante breves momentos, produciendo un destello mucho más brillante (85 mW/sr vs. 17 mW/sr) sin sobrecalentamiento, ya que la potencia promedio sigue siendo baja. Esto es perfecto para controles remotos.

9.3 ¿Cómo interpreto el "Ángulo de Visión" de 25 grados?

Este es elángulo totalen el que la intensidad de la luz es la mitad de su valor máximo (en el eje). Piense en ello como el ancho del "haz" principal o lóbulo de luz. La luz aún se emite fuera de este ángulo pero con menor intensidad. Un ángulo de 25° está moderadamente enfocado.

9.4 ¿Por qué son importantes la sensibilidad a la humedad y el horneado?

Los encapsulados SMD de plástico pueden absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad se convierte rápidamente en vapor, creando una presión interna que puede agrietar el encapsulado o despegarlo del chip ("efecto palomita"). Seguir las guías de almacenamiento y horneado previene este modo de fallo.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de una Baliza Infrarroja de Largo Alcance

Un diseñador necesita una baliza compacta y alimentada por batería que pueda ser detectada por un sensor a 20 metros de distancia en un entorno interior con cierto ruido IR ambiental.

1. Selección del Método de Excitación: Para maximizar el rango de detección, el diseñador elige la operación en pulsos para aprovechar la alta intensidad radiante en pulsos de 85 mW/sr.
2. Diseño del Circuito: Un pin GPIO de un microcontrolador controla un MOSFET de canal N. El LED se conecta en serie con una resistencia limitadora de corriente entre la fuente de alimentación (ej. 3.3V) y el drenador del MOSFET. El valor de la resistencia se calcula para 100mA: R = (3.3V - 1.6V) / 0.1A = 17Ω (usar valor estándar de 18Ω). El microcontrolador genera pulsos de 100μs de ancho con un ciclo de trabajo del 1% (ej. 100μs encendido, 9900μs apagado).
3. Diseño del PCB: El diseño sugerido de pads se utiliza como punto de partida. Se añaden alivios térmicos adicionales y relleno de cobre alrededor de los pads para ayudar a la disipación de calor durante los pulsos de alta corriente.
4. Montaje: Los componentes se colocan en el PCB. El carrete de LEDs se almacena correctamente, y la placa ensamblada pasa por un único ciclo de reflujo utilizando el perfil sin plomo recomendado.
5. Óptica (Opcional): Para extender aún más el alcance, se podría colocar una lente colimadora de plástico simple sobre el LED para estrechar el haz, concentrando la potencia de salida en un área más pequeña a la distancia objetivo.

Este caso demuestra cómo los parámetros clave de la hoja de datos—intensidad radiante en pulsos, voltaje directo, especificaciones de corriente y tamaño del encapsulado—informan directamente un diseño práctico.

11. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) opera bajo el principio de electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones del material tipo n y los huecos del material tipo p se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un diodo GaAlAs como este, el intervalo de banda de energía del material semiconductor está diseñado para que esta energía liberada corresponda a un fotón en el espectro infrarrojo, específicamente alrededor de 850 nanómetros. El encapsulado epóxico transparente actúa como una lente, dando forma a la luz emitida en el patrón de radiación especificado (ángulo de visión de 25°).

12. Tendencias y Evolución de la Industria

El mercado de los LEDs infrarrojos subminiatura continúa evolucionando. Las tendencias clave relevantes para dispositivos como el HIR26-21C/L289/TR8 incluyen:

• Mayor Integración: Tendencias hacia combinar el emisor IR con un CI controlador o incluso un fotodetector en un solo encapsulado para módulos de sensor más simples.
• Mayor Eficiencia: La investigación continua en ciencia de materiales tiene como objetivo mejorar la eficiencia wall-plug (potencia óptica de salida / potencia eléctrica de entrada) de los LEDs IR, lo que lleva a un menor consumo de energía o una mayor salida del mismo tamaño de encapsulado.
• Nuevas Longitudes de Onda: Mientras que 850nm y 940nm dominan, hay un creciente interés en otras longitudes de onda IR para aplicaciones específicas como detección de gases o mayor seguridad ocular.
• Encapsulado Avanzado: Desarrollo de encapsulado a escala de chip (CSP) y encapsulado a nivel de oblea para reducir aún más el tamaño y el costo mientras se mejora el rendimiento térmico.
• Expansión de Aplicaciones:
  • Biometría y Seguridad: Reconocimiento facial, escaneo de iris.
  • Automoción: Detección de ocupación en cabina, sistemas de monitoreo del conductor.
  • Electrónica de Consumo: Detección de proximidad para teléfonos/tabletas, reconocimiento de gestos.
  • IoT Industrial: Visión artificial, monitoreo de condición.

Dispositivos como el HIR26-21C/L289/TR8, con su factor de forma pequeño, rendimiento fiable y cumplimiento de estándares ambientales, están bien posicionados para servir a estos mercados en expansión donde las fuentes infrarrojas compactas y eficientes son un requisito fundamental.