Hoja de Datos del LED Infrarrojo de 5mm HIR333C/H0 - Paquete de 5.0mm - Longitud de Onda 850nm - Voltaje Directo 1.65V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor infrarrojo (IR) de montaje pasante de 5.0mm (T-1 3/4). El dispositivo está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico de 850nm, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones de detección y transmisión infrarroja. Está encapsulado en un paquete de plástico transparente al agua, lo que permite una alta salida radiante.

1.1 Ventajas Principales

Las ventajas principales de este componente incluyen su alta fiabilidad y alta intensidad radiante. Presenta un bajo voltaje directo, lo que contribuye a la eficiencia energética en los diseños de circuito. El dispositivo está construido con materiales libres de plomo y cumple con las principales normativas medioambientales y de seguridad, incluyendo RoHS, REACH de la UE y estándares libres de halógenos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones

Este LED infrarrojo está espectralmente emparejado con fototransistores de silicio comunes, fotodiodos y módulos receptores infrarrojos. Sus aplicaciones típicas incluyen:

• Sistemas de transmisión en aire libre para comunicación de datos.
• Unidades de control remoto por infrarrojos que requieren mayor potencia de salida.
• Sistemas de detección de humo.
• Sistemas aplicados infrarrojos generales para detección y sensado.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Las siguientes secciones proporcionan un desglose detallado de las características eléctricas, ópticas y térmicas del dispositivo.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No están destinados para operación continua.

• Corriente Directa Continua (IF):100 mA
• Corriente Directa Pico (IFP):1.0 A (Ancho de Pulso ≤100μs, Ciclo de Trabajo ≤1%)
• Voltaje Inverso (VR):5 V
• Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +85°C
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +85°C
• Temperatura de Soldadura (Tsol):260°C durante ≤5 segundos
• Disipación de Potencia (Pd) a 25°C:150 mW

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo bajo condiciones especificadas.

• Intensidad Radiante (Ie):El valor típico mínimo es 7.8 mW/sr a una corriente directa (IF) de 20mA. Bajo condiciones pulsadas (IF=100mA, Ancho de Pulso ≤100μs, Ciclo ≤1%), la intensidad radiante típica es 80 mW/sr. A la corriente pico de 1A bajo las mismas condiciones pulsadas, alcanza 800 mW/sr.
• Longitud de Onda Pico (λp):850 nm (típico) a IF=20mA.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico) a IF=20mA, indicando el ancho espectral a la mitad de la intensidad máxima.
• Voltaje Directo (VF):Varía desde 1.45V (típico) hasta un máximo de 1.65V a IF=20mA. Aumenta con mayor corriente, alcanzando un máximo de 2.40V a 100mA y 5.25V a 1A bajo operación pulsada.
• Corriente Inversa (IR):Máximo de 10 μA a VR=5V.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):30 grados (típico) a IF=20mA, definiendo la dispersión angular donde la intensidad radiante es al menos la mitad de su valor pico.

2.3 Características Térmicas

El rendimiento del dispositivo depende de la temperatura. La disipación de potencia máxima está clasificada en 150 mW en aire libre a 25°C. Los diseñadores deben considerar reducir este valor (derating) al operar a temperaturas ambiente más altas para garantizar la fiabilidad a largo plazo y prevenir la fuga térmica.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El producto está disponible en diferentes grados de rendimiento, o "bins", basados en la intensidad radiante medida a IF=20mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar un componente que coincida precisamente con los requisitos de sensibilidad de su aplicación.

La estructura de clasificación para intensidad radiante es la siguiente:

• Bin M:7.8 - 12.5 mW/sr
• Bin N:11.0 - 17.6 mW/sr
• Bin P:15.0 - 24.0 mW/sr
• Bin Q:21.0 - 34.0 mW/sr
• Bin R:30.0 - 48.0 mW/sr

La hoja de datos también indica que el dispositivo está disponible con rangos para Longitud de Onda Dominante (HUE) y Voltaje Directo (REF), aunque los códigos de bin específicos para estos parámetros no se detallan en el extracto proporcionado.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra la reducción (derating) de la corriente directa máxima permitida a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Para mantener la fiabilidad, la corriente de operación debe reducirse a temperaturas más altas.

4.2 Distribución Espectral

El gráfico ilustra la salida de potencia radiante relativa a lo largo del espectro de longitudes de onda, centrada alrededor del pico de 850nm. El ancho de banda de 45nm indica el rango de longitudes de onda emitidas.

4.3 Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura Ambiente

Esta relación muestra cómo la longitud de onda pico (λp) se desplaza con los cambios en la temperatura de la unión. Típicamente, la longitud de onda aumenta ligeramente con el aumento de temperatura, lo cual es un factor crítico en aplicaciones que requieren un emparejamiento espectral preciso con un detector.

4.4 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva IV)

Esta curva fundamental representa la relación exponencial entre el voltaje aplicado a través del diodo y la corriente resultante. Es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente (por ejemplo, seleccionar una resistencia en serie).

4.5 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra que la intensidad radiante aumenta de manera superlineal con la corriente directa. Sin embargo, operar a corrientes muy altas (especialmente en CC) conduce a una mayor generación de calor y una posible pérdida de eficiencia, haciendo preferible la operación pulsada para requisitos de alta intensidad.

4.6 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar representa visualmente el ángulo de visión (2θ1/2 = 30°). Muestra cómo la intensidad disminuye a medida que el ángulo de observación se aleja del eje central (0°), lo cual es crucial para diseñar sistemas ópticos y alinear emisores con detectores.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo se ajusta al paquete estándar radial con terminales T-1 3/4 (5mm). Las dimensiones clave incluyen un diámetro total de aproximadamente 5.0mm y un espaciado estándar entre terminales de 2.54mm (0.1 pulgadas), compatible con placas perforadas estándar. El dibujo dimensional especifica tolerancias de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario. La forma exacta de la cúpula de la lente y la longitud de los terminales se definen en el dibujo detallado del paquete.

5.2 Identificación de Polaridad

El cátodo se identifica típicamente por un punto plano en el borde de la lente de plástico o por el terminal más corto. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje del circuito para evitar daños por polarización inversa.

6. Guías de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es crítico para prevenir daños mecánicos y térmicos.

6.1 Formado de Terminales

• El doblado debe ocurrir al menos a 3mm de la base de la bombilla de epoxi.
• Forme los terminales antes de soldar.
• Evite aplicar tensión al paquete durante el doblado.
• Corte los terminales a temperatura ambiente.
• Asegúrese de que los orificios de la PCB se alineen perfectamente con los terminales del LED para evitar tensión de montaje.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

• Almacene a ≤30°C y ≤70% de Humedad Relativa (HR).
• La vida útil máxima en el embalaje original es de 3 meses.
• Para almacenamiento más prolongado (hasta 1 año), use un contenedor sellado con atmósfera de nitrógeno y desecante.
• Evite cambios rápidos de temperatura en ambientes húmedos para prevenir condensación.

6.3 Parámetros de Soldadura

Soldadura Manual:Temperatura de la punta del soldador ≤300°C (para un soldador de 30W máximo), tiempo de soldadura ≤3 segundos por terminal. Mantenga una distancia mínima de 3mm desde la unión de soldadura a la bombilla de epoxi.

Soldadura por Ola/Inmersión:Temperatura de precalentamiento ≤100°C durante ≤60 segundos. Temperatura del baño de soldadura ≤260°C durante ≤5 segundos. Mantenga la regla de distancia de 3mm.

Reglas Generales:No aplique tensión a los terminales a alta temperatura. Evite soldar el mismo dispositivo más de una vez. Proteja el dispositivo de golpes/vibraciones mientras se enfría a temperatura ambiente. No utilice procesos de enfriamiento rápido. Siga el perfil de soldadura recomendado para soldadura por ola.

6.4 Limpieza

La hoja de datos menciona que la limpieza debe realizarse solo cuando sea necesario, aunque las recomendaciones específicas de agentes limpiadores o los parámetros de limpieza ultrasónica no se detallan en el extracto proporcionado. La práctica estándar es usar limpiadores suaves, no agresivos, compatibles con la resina epoxi.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificación de Empaquetado

El dispositivo se empaqueta en bolsas antiestáticas para protección ESD. El flujo de empaquetado estándar es:

1. 500 piezas por bolsa antiestática.

2. 5 bolsas (2,500 piezas) por cartón interior.

3. 10 cartones interiores (25,000 piezas) por cartón exterior maestro.

7.2 Especificación del Formato de Etiqueta

Las etiquetas del producto incluyen información clave para trazabilidad e identificación:

- CPN (Número de Parte del Cliente)

- P/N (Número de Parte del Fabricante: HIR333C/H0)

- QTY (Cantidad de Empaquetado)

- CAT (Rango de Intensidad Luminosa/Radiante, ej. M, N, P, Q, R)

- HUE (Rango de Longitud de Onda Dominante)

- REF (Rango de Voltaje Directo)

- LOT No. (Número de Lote para trazabilidad)

- Código de Fecha

8. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El circuito de accionamiento más común es una simple resistencia en serie para limitar la corriente directa. El valor de la resistencia (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (Vcc - Vf) / If, donde Vcc es el voltaje de alimentación, Vf es el voltaje directo del LED (use el valor máximo para fiabilidad), y If es la corriente directa deseada. Para operación pulsada (por ejemplo, en controles remotos), típicamente se usa un transistor interruptor para entregar corrientes pico altas (hasta 1A) manteniendo un ciclo de trabajo bajo para mantener la potencia promedio dentro de los límites.

8.2 Notas de Diseño Óptico

El ángulo de visión de 30 grados proporciona un buen equilibrio entre concentración del haz y cobertura. Para aplicaciones de mayor alcance o haces más estrechos, pueden requerirse ópticas secundarias (lentes). La lente transparente al agua es óptima para la transmisión de 850nm. Asegúrese de que el receptor (fototransistor, fotodiodo o CI) sea espectralmente sensible en la región de 850nm para una máxima eficiencia del sistema.

8.3 Gestión Térmica

Aunque el paquete puede disipar 150mW a 25°C, es necesario un disipador de calor efectivo a través de los terminales o un diseño cuidadoso de la placa para operación continua a corrientes altas o temperaturas ambiente elevadas. El uso del modo de accionamiento pulsado reduce significativamente la disipación de potencia promedio y el estrés térmico.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED visibles estándar u otros LED IR, los diferenciadores clave de este dispositivo son su combinación dealta intensidad radiante(hasta 48 mW/sr en el Bin R),bajo voltaje directo(típicamente 1.45V), ycumplimiento ambiental integral(RoHS, REACH, Libre de Halógenos). El uso del material de chip GaAlAs es estándar para la emisión eficiente de 850nm. El paquete de 5mm ofrece un factor de forma robusto de montaje pasante adecuado para una amplia gama de aplicaciones industriales y de consumo donde los dispositivos de montaje superficial pueden no ser ideales.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Puedo accionar este LED continuamente a 100mA?

R: El Límite Absoluto Máximo para la corriente directa continua es 100mA. Sin embargo, la operación continua a esta corriente máxima generará calor significativo (Pd ≈ Vf * If). Para una operación confiable a largo plazo, es recomendable reducir la corriente (derating), especialmente si la temperatura ambiente está por encima de 25°C, o usar un disipador de calor.

P: ¿Cuál es la diferencia entre los bins (M, N, P, Q, R)?

R: Los bins categorizan la intensidad radiante mínima y máxima del LED cuando se acciona a 20mA. El Bin M tiene la salida más baja (7.8-12.5 mW/sr), y el Bin R tiene la más alta (30.0-48.0 mW/sr). Seleccione un bin basado en la fuerza de señal requerida y la sensibilidad de su circuito receptor.

P: ¿Por qué el voltaje directo es mayor a 1A que a 20mA?

R: Esto se debe a la resistencia interna en serie del dado semiconductor y los cables de unión. A medida que aumenta la corriente, la caída de voltaje a través de esta resistencia (V = I*R) aumenta, lo que lleva a un voltaje directo total más alto.

P: ¿Cómo logro la intensidad radiante de 800 mW/sr?

R: Esta intensidad se especifica bajo condiciones pulsadas: una corriente directa de 1A, con un ancho de pulso de 100 microsegundos o menos, y un ciclo de trabajo del 1% o menos. Esto minimiza el calentamiento mientras permite una salida óptica instantánea muy alta.

11. Casos de Estudio de Diseño y Uso

Caso de Estudio 1: Control Remoto Infrarrojo de Largo Alcance

Un diseñador necesita un control remoto con un alcance de más de 30 metros. Selecciona el HIR333C/H0 en el Bin R para máxima salida. El circuito usa un microcontrolador para generar pulsos de datos modulados. El LED se acciona con pulsos de 1A (ancho de 100μs, ciclo de trabajo del 1%) a través de un interruptor de transistor NPN. La alta intensidad pico asegura que una señal fuerte llegue al receptor distante, mientras que el bajo ciclo de trabajo mantiene el consumo de batería y el calentamiento del dispositivo al mínimo.

Caso de Estudio 2: Sensor de Proximidad en un Entorno Industrial

Una máquina automatizada requiere un sensor de proximidad robusto. Un LED IR y un fototransistor se colocan uno frente al otro a través de una ruta de transportador. El LED se acciona con una corriente constante de 50mA (reducida del máximo de 100mA para fiabilidad). La longitud de onda de 850nm es menos susceptible a la interferencia de la luz visible ambiental que los LED rojos visibles. El haz de 30 grados proporciona cobertura suficiente sin una dispersión excesiva. El sensor detecta cuando un objeto interrumpe el haz.

12. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IR LED) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región n se recombinan con los huecos de la región p dentro de la región activa del chip. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). El material específico utilizado en la región activa del chip (en este caso, Arseniuro de Galio y Aluminio - GaAlAs) determina la longitud de onda de los fotones emitidos. Para GaAlAs, esto resulta en luz infrarroja con una longitud de onda pico alrededor de 850nm, que es invisible para el ojo humano pero fácilmente detectable por fotodetectores basados en silicio.

13. Tendencias Tecnológicas

La tendencia en los LED infrarrojos continúa hacia una mayor eficiencia (más salida radiante por vatio eléctrico de entrada), lo que permite un menor consumo de energía o una mayor salida desde el mismo paquete. También hay un impulso hacia capacidades de modulación de mayor velocidad para aplicaciones de comunicación de datos como IrDA y redes ópticas inalámbricas. El empaquetado está evolucionando para incluir dispositivos de montaje superficial (SMD) con mejor rendimiento térmico para aplicaciones de alta potencia, aunque los paquetes pasantes como el de 5mm siguen siendo populares por su robustez mecánica y facilidad para prototipos. La integración del circuito de accionamiento y los fotodetectores en módulos únicos es otra tendencia común para simplificar el diseño del sistema.