Hoja de Datos del LED Infrarrojo IR323 de 5mm - Paquete de 5.0mm - Longitud de Onda 940nm - Tensión Directa 1.5V - Disipación de Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas para un diodo emisor de luz (LED) infrarrojo de alta intensidad de 5mm. El dispositivo está encapsulado en un paquete de plástico azul transparente y está diseñado para emitir luz a una longitud de onda pico de 940 nanómetros (nm), ubicándolo firmemente dentro del espectro del infrarrojo cercano. Esta longitud de onda se elige estratégicamente para un rendimiento óptimo en aplicaciones de detección y control remoto, ya que se adapta bien a la sensibilidad espectral de los fototransistores de silicio, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos comunes. Los objetivos principales de diseño para este componente son alta fiabilidad, alta salida radiante y operación a baja tensión directa, lo que lo hace adecuado para una variedad de sistemas electrónicos basados en infrarrojos.

1.1 Características y Ventajas Principales

El LED ofrece varias ventajas clave que contribuyen a su rendimiento y facilidad de integración:

• Alta Intensidad Radiante:Proporciona una intensidad radiante típica de 6.4 mW/sr a una corriente de accionamiento estándar de 20mA, garantizando una transmisión de señal fuerte.
• Baja Tensión Directa:Presenta una tensión directa típica (Vf) de 1.2V a 20mA, contribuyendo a un menor consumo de energía en el sistema general.
• Paquete Estandarizado:Utiliza un paquete radial con pines de 5mm común con un espaciado de pines de 2.54mm (0.1 pulgada), compatible con diseños de PCB estándar y placas de pruebas.
• Cumplimiento Ambiental:El producto se fabrica sin plomo, cumple con las regulaciones RoHS y REACH de la UE, y cumple con los estándares libres de halógenos (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm).
• Ángulo de Visión Definido:Ofrece un ángulo de visión de media intensidad típico (2θ1/2) de 30 grados, proporcionando un haz enfocado adecuado para aplicaciones dirigidas.

2. Análisis de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los límites y características eléctricos, ópticos y térmicos del dispositivo.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación bajo o en estos límites.

• Corriente Directa Continua (I_F):100 mA. La corriente continua máxima que puede pasar a través del LED indefinidamente a una temperatura ambiente de 25°C.
• Corriente Directa Pico (I_FP):1.0 A. Esta corriente de pulso alta solo es permisible bajo condiciones estrictas: ancho de pulso ≤ 100μs y ciclo de trabajo ≤ 1%. Esto es útil para señalización breve y de alta intensidad.
• Tensión Inversa (V_R):5 V. La tensión máxima que se puede aplicar en la dirección de polarización inversa. Exceder esto puede causar ruptura de la unión.
• Disipación de Potencia (P_d):150 mW a o por debajo de una temperatura ambiente libre de 25°C. Esta es la potencia máxima que el paquete puede disipar como calor. La especificación se reduce con el aumento de la temperatura ambiente.
• Rangos de Temperatura:Operación (T_opr): -40°C a +85°C; Almacenamiento (T_stg): -40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C máximo durante una duración no superior a 5 segundos, definiendo la ventana de proceso para soldadura por ola o manual.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros, medidos a Ta=25°C, definen el rendimiento típico del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Intensidad Radiante (I_e):La medida principal de la salida óptica. Mínimo 4.0 mW/sr, Típico 6.4 mW/sr a I_F=20mA. A la corriente continua máxima de 100mA, la intensidad típica aumenta a 30 mW/sr.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):940 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica emitida es máxima.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Esto define el rango de longitudes de onda emitidas, típicamente medido a la mitad de la potencia pico (Ancho Total a Media Altura - FWHM).
• Tensión Directa (V_F):1.2V (típico), 1.5V (máximo) a 20mA. Aumenta a 1.4V (típico), 1.8V (máximo) a 100mA debido a la resistencia en serie del diodo.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 μA cuando se aplica una polarización inversa de 5V.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):30 grados (típico). La dispersión angular entre los puntos donde la intensidad radiante es la mitad del valor a 0 grados (en el eje).

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Los dispositivos se clasifican (binning) en función de su intensidad radiante medida en la condición de prueba estándar de I_F= 20mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con niveles de salida mínimos y máximos garantizados para un rendimiento consistente del sistema.

Por ejemplo, una pieza marcada con la clasificación "L" está garantizada para tener una intensidad radiante entre 5.6 y 8.9 mW/sr. Las letras de clasificación más altas (ej., P) corresponden a dispositivos de mayor salida. La hoja de datos no indica clasificación para otros parámetros como la tensión directa o la longitud de onda pico para este producto específico, lo que sugiere un control de fabricación estricto en esas características.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Las curvas características proporcionadas ofrecen información valiosa sobre el comportamiento del dispositivo en condiciones variables.

4.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico muestra la reducción de la corriente directa continua máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. A 25°C, se permite el total de 100mA. A medida que la temperatura aumenta, la corriente máxima debe reducirse para evitar exceder el límite de disipación de potencia de 150mW y garantizar la fiabilidad a largo plazo. Esta curva es crítica para diseñar sistemas que operan en entornos de temperatura elevada.

4.2 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra la relación entre la corriente de accionamiento (I_F) y la salida óptica (I_e). La intensidad radiante aumenta de manera superlineal con la corriente en niveles más bajos y tiende a volverse más lineal a corrientes más altas, aunque eventualmente se saturará. La curva confirma los valores típicos indicados en la tabla (ej., ~6.4 mW/sr a 20mA, ~30 mW/sr a 100mA).

4.3 Distribución Espectral

El gráfico espectral traza la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Confirma visualmente la longitud de onda pico (λ_p) de 940nm y el ancho de banda espectral (Δλ) de aproximadamente 45nm en los puntos FWHM. La curva es característica de un sistema de material semiconductor de GaAlAs (Arseniuro de Galio y Aluminio).

4.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar representa el patrón de radiación del LED. Muestra cómo la intensidad disminuye a medida que aumenta el ángulo desde el eje central (0°). El ángulo donde la intensidad cae al 50% de su valor en el eje define el ángulo de visión de media intensidad, mostrado aquí como aproximadamente 30 grados, resultando en un haz moderadamente enfocado.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete radial con pines estándar de 5mm. El dibujo dimensional especifica las medidas clave: diámetro total (5.0mm típico), diámetro del cable de los pines, la distancia desde la base de la lente hasta la curva en los pines, y el espaciado de los pines (2.54mm). El dibujo incluye una nota de que las tolerancias son ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario. El pin más largo típicamente indica la conexión del ánodo (positivo).

6. Guías de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es esencial para mantener la integridad y el rendimiento del dispositivo.

6.1 Formado de Pines

• La curvatura debe ocurrir en un punto al menos a 3mm de la base de la lente de epoxi para evitar estrés en el sellado.
• El formado debe completarse antes de cualquier operación de soldadura.
• El corte de los pines debe realizarse a temperatura ambiente para evitar choque térmico.
• Los orificios de la PCB deben alinearse con precisión con los pines del LED para evitar estrés de montaje.

6.2 Almacenamiento

• Las condiciones de almacenamiento recomendadas son ≤30°C y ≤70% de Humedad Relativa (HR) hasta por 3 meses desde el envío.
• Para almacenamiento más prolongado (hasta un año), use un contenedor sellado con atmósfera de nitrógeno y desecante.
• Evite cambios rápidos de temperatura en ambientes húmedos para prevenir condensación.

6.3 Proceso de Soldadura

Regla Crítica:Mantenga una distancia mínima de 3mm desde la unión de soldadura hasta la bombilla de epoxi.

• Soldadura Manual:Temperatura de la punta del soldador ≤300°C (para un soldador máximo de 30W), tiempo de soldadura ≤3 segundos por pin.
• Soldadura por Ola/Inmersión:Precalentamiento ≤100°C por ≤60 segundos. Temperatura del baño de soldadura ≤260°C por un tiempo de inmersión ≤5 segundos.
• Evite el estrés en los pines durante las fases de alta temperatura.
• La soldadura por inmersión o manual no debe realizarse más de una vez.
• Permita que el LED se enfríe gradualmente a temperatura ambiente después de soldar; evite el enfriamiento rápido.

6.4 Limpieza

• Si es necesario, limpie solo con alcohol isopropílico a temperatura ambiente durante no más de un minuto.
• No utilice limpieza ultrasónica a menos que sea absolutamente necesario y solo después de pruebas de precalificación exhaustivas, ya que puede causar daños mecánicos.

7. Embalaje e Información de Pedido

7.1 Especificación de la Etiqueta

La etiqueta en el embalaje contiene varios códigos: Número de Producto del Cliente (CPN), Número de Producto del Fabricante (P/N), Cantidad de Empaque (QTY) y rangos de rendimiento para Intensidad Luminosa (CAT), Longitud de Onda Dominante (HUE) y Tensión Directa (REF). También incluye el Número de Lote y un código de fecha (Mes).

7.2 Especificación de Embalaje

• Los LED se empaquetan en bolsas antiestáticas.
• Embalaje típico: 200-500 piezas por bolsa, 5 bolsas por cartón interior, 10 cartones interiores por cartón maestro (exterior).

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Controles Remotos por Infrarrojos:Para televisores, sistemas de audio y otros productos electrónicos de consumo. La longitud de onda de 940nm es ideal ya que es invisible para el ojo humano pero detectada eficientemente por receptores de silicio.
• Sensores de Proximidad y Detección de Objetos:Utilizados en grifos automáticos, secadores de manos, sistemas de seguridad y equipos de conteo industrial. Un LED IR emparejado con un fotodetector puede detectar la interrupción o reflexión de su haz.
• Interruptores y Codificadores Ópticos:Para detectar movimiento o posición en impresoras, controles de motores y codificadores rotativos.
• Iluminación para Visión Nocturna:Proporcionando iluminación encubierta para cámaras de seguridad equipadas con sensores sensibles al IR.
• Transmisión de Datos:En enlaces de datos ópticos de corto alcance y línea de visión (ej., sistemas heredados IrDA).

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia limitadora de corriente en serie cuando accione el LED desde una fuente de tensión. Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_suministro- V_F) / I_F. No conecte directamente a una fuente de tensión.
• Gestión del Calor:Cuando opere cerca de la corriente máxima o en altas temperaturas ambientales, considere la curva de reducción. Asegure una ventilación o disipación de calor adecuada si es necesario, especialmente para arreglos densamente empaquetados.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 30 grados proporciona un haz enfocado. Para una cobertura más amplia, use múltiples LED u ópticas secundarias como difusores. Para un alcance más largo, se pueden usar lentes para colimar aún más el haz.
• Inmunidad al Ruido Eléctrico:En aplicaciones de detección, module la señal IR (ej., con una portadora de 38kHz) para distinguirla de la luz infrarroja ambiental (luz solar, bombillas incandescentes). Esto mejora enormemente la relación señal-ruido.
• Compatibilidad del Receptor:Asegúrese de que el fotodetector o módulo receptor seleccionado (ej., un receptor integrado de 38kHz) sea espectralmente sensible alrededor de 940nm para un rendimiento óptimo.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien existen muchos LED IR de 5mm, la combinación de parámetros de este dispositivo ofrece ventajas específicas:

• vs. LED IR de Mayor Longitud de Onda (ej., 850nm):La emisión de 940nm es menos visible como un tenue resplandor rojo, lo que la hace más adecuada para aplicaciones encubiertas. Sin embargo, los fotodetectores de silicio son ligeramente menos sensibles a 940nm que a 850nm, lo que se compensa con la alta intensidad radiante de este LED.
• vs. LED IR de Brillo Estándar:La disponibilidad de clasificaciones de mayor salida (ej., Clasificación N, P) permite diseños que requieren mayor alcance o corrientes de accionamiento más bajas para la misma fuerza de señal, mejorando la eficiencia energética.
• vs. LED IR de Montaje Superficial (SMD):El paquete de orificio pasante es más fácil para prototipos, uso de aficionados y aplicaciones donde la robustez mecánica de la conexión se prioriza sobre el espacio en la placa.
• Diferenciadores Clave:La estructura de clasificación claramente definida y relativamente estricta para la intensidad, combinada con el cumplimiento ambiental integral (RoHS, REACH, Libre de Halógenos), hace que esta pieza sea adecuada para productos electrónicos modernos y regulados.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre "intensidad radiante" e "intensidad luminosa"?

La intensidad radiante (medida en mW/sr) es la potencia óptica emitida por ángulo sólido, relevante para todas las longitudes de onda. La intensidad luminosa (medida en candela, mcd) pondera la potencia óptica por la sensibilidad del ojo humano (curva fotópica). Dado que el ojo humano es casi insensible a la luz infrarroja de 940nm, la intensidad luminosa es esencialmente cero para este LED. La intensidad radiante es la métrica correcta para componentes IR utilizados con sensores electrónicos.

10.2 ¿Puedo accionar este LED a 100mA continuamente?

Sí, pero solo si la temperatura ambiente (Ta) está a o por debajo de 25°C, según los Valores Máximos Absolutos. Si la temperatura ambiente es más alta, debe consultar la curva de reducción "Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente" para encontrar la nueva corriente continua máxima permitida. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima será significativamente menor que 100mA.

10.3 ¿Por qué la corriente directa pico (1A) es mucho más alta que la corriente continua (100mA)?

La especificación de 1A es para pulsos muy cortos (≤100μs) con un ciclo de trabajo bajo (≤1%). Durante un pulso tan breve, la unión semiconductor no tiene tiempo de calentarse significativamente. La especificación continua de 100mA está limitada por la capacidad de disipación térmica en estado estacionario del paquete. La alta corriente de pulso permite aplicaciones como señalización de ráfagas breves de largo alcance.

10.4 ¿Cómo identifico el ánodo y el cátodo?

En un paquete LED radial estándar, el pin más largo es típicamente el ánodo (positivo). Además, viendo el LED desde abajo, el pin en el lado con un punto plano en el borde de la lente de plástico suele ser el cátodo (negativo). Siempre verifique con un multímetro en modo de prueba de diodo si no está seguro.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

11.1 Circuito Simple de Sensor de Proximidad

Se puede construir un sensor reflectante básico colocando este LED IR y un fototransistor uno al lado del otro, apuntando en la misma dirección. El LED es accionado por un pin de un microcontrolador a través de una resistencia de 20-30Ω (para ~50mA desde una fuente de 3.3V: R = (3.3V - 1.2V)/0.05A ≈ 42Ω). El colector del fototransistor se conecta a la fuente de alimentación a través de una resistencia de pull-up (ej., 10kΩ), y el emisor se conecta a tierra. El nodo del colector se conecta a una entrada ADC o digital del microcontrolador. Cuando un objeto se acerca, refleja la luz IR sobre el fototransistor, haciendo que su tensión de colector caiga, lo que es detectado por el microcontrolador.

11.2 Accionamiento de un Módulo Receptor IR

Para aplicaciones de control remoto, empareje este LED con un módulo receptor IR de 3 pines (ej., sintonizado a 38kHz). El LED se conecta en serie con una resistencia limitadora de corriente y un transistor NPN. La base del transistor es accionada por una señal modulada de un microcontrolador, que codifica el comando de control remoto usando un protocolo como NEC o RC5. La frecuencia portadora de 38kHz cae dentro del ancho de banda del tiempo de subida/bajada del LED. El módulo receptor demodula esta señal y envía un flujo de datos digital limpio al microcontrolador.

12. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se polariza directamente (tensión positiva aplicada al ánodo en relación con el cátodo), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan en la región activa de la unión, liberan energía. En este dispositivo específico, el material semiconductor es Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs). La banda prohibida de energía de este material determina la longitud de onda de los fotones emitidos. Para GaAlAs sintonizado para emitir a 940nm, la energía de recombinación corresponde a fotones en la parte del infrarrojo cercano del espectro electromagnético. El paquete de epoxi azul transparente actúa como una lente, dando forma a la luz emitida en el ángulo de visión especificado, y es transparente a la longitud de onda infrarroja.

13. Tendencias Tecnológicas

Si bien los componentes de orificio pasante como este LED de 5mm siguen siendo populares para prototipos, educación y ciertas aplicaciones industriales, la tendencia más amplia de la industria es hacia paquetes de dispositivos de montaje superficial (SMD) (ej., 0805, 1206 o paquetes a escala de chip). Los SMD ofrecen un tamaño más pequeño, mejor idoneidad para el montaje automatizado pick-and-place y, a menudo, un mejor rendimiento térmico debido a una conexión de almohadilla térmica más grande con la PCB. Para los LED infrarrojos específicamente, las tendencias incluyen desarrollar dispositivos con mayor eficiencia de conversión de energía (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada), tolerancias de longitud de onda más estrictas para aplicaciones de detección específicas (como detección de gases) e integración con controladores o sensores en módulos multichip. La física fundamental y la ciencia de materiales detrás de los emisores IR de semiconductores III-V como GaAlAs continúan refinándose para rendimiento y costo.