Hoja de Datos del LED Infrarrojo HIR323C de 5mm - Diámetro 5mm - Tensión Directa 1.45V - Longitud de Onda 850nm - Disipación de Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El HIR323C es un diodo emisor de infrarrojos de alta intensidad, alojado en un encapsulado estándar T-1 (5mm) con una lente de plástico transparente al agua. Este dispositivo está diseñado para ofrecer un rendimiento fiable en sistemas de comunicación y detección por infrarrojos. Su salida espectral está específicamente adaptada para ser compatible con fototransistores de silicio, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos comunes, garantizando una eficiencia óptima del sistema. El principal ámbito de aplicación de este componente son los sistemas basados en infrarrojos, que pueden incluir mandos a distancia, detección de objetos, sensores de proximidad e interruptores ópticos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave de este LED infrarrojo derivan de su diseño y selección de materiales. Utiliza un chip de GaAlAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), conocido por su eficiente emisión infrarroja. El encapsulado ofrece una alta intensidad radiante, permitiendo una transmisión de señal potente. Una característica significativa es su baja tensión directa, que contribuye a un menor consumo de energía en la aplicación final. El producto está diseñado para cumplir con los estándares ambientales y de seguridad modernos, siendo libre de plomo, compatible con RoHS, compatible con REACH de la UE y libre de halógenos. Esto lo hace adecuado para un mercado global, particularmente en electrónica de consumo, automatización industrial y sistemas de seguridad donde se requieren fuentes de infrarrojos fiables y de larga duración.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros técnicos clave listados en la hoja de datos, explicando su importancia para los ingenieros de diseño.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Corriente Directa Continua (IF):100 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede pasar a través del LED indefinidamente bajo condiciones especificadas.
• Corriente Directa de Pico (IFP):1.0 A. Esta corriente alta solo es permisible bajo condiciones pulsadas (ancho de pulso ≤ 100μs, ciclo de trabajo ≤ 1%). Es útil para aplicaciones que requieren pulsos muy breves y de alta intensidad.
• Tensión Inversa (VR):5 V. Exceder este voltaje en la dirección de polarización inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:Varía desde -40°C hasta +85°C (operación) y desde -40°C hasta +100°C (almacenamiento). Este amplio rango garantiza fiabilidad en entornos hostiles.
• Disipación de Potencia (Pd):150 mW a una temperatura ambiente de 25°C o inferior. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar en forma de calor. La corriente directa permitida real se reducirá a temperaturas ambientales más altas.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C) y definen el rendimiento del dispositivo.

• Intensidad Radiante (Ie):Esta es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido, medida en mW/sr. El valor típico es 30 mW/sr con IF=20mA. En operación pulsada a 100mA, puede alcanzar 130 mW/sr. Una mayor intensidad radiante se traduce en un mayor alcance operativo o una mejor relación señal-ruido.
• Longitud de Onda de Pico (λp):850 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la que la potencia de salida óptica es máxima. Los 850nm están en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero detectado eficientemente por sensores basados en silicio.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Esto define el rango de longitudes de onda emitidas, centrado alrededor de la longitud de onda de pico. Un ancho de banda más estrecho puede ser beneficioso para filtrar el ruido de la luz ambiental.
• Tensión Directa (VF):1.45V (típico) a 20mA, con un máximo de 1.65V. A 100mA (pulsada), el máximo es 2.40V. La baja VF es un parámetro clave de eficiencia.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):15 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 visión estrecho produce un haz más enfocado.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El HIR323C emplea un sistema de clasificación para categorizar los dispositivos según su intensidad radiante medida a la corriente de prueba estándar de 20mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos mínimos de salida específicos para su aplicación.

• Clasificación P:Rango de Intensidad Radiante desde 15.0 mW/sr (mín.) hasta 24.0 mW/sr (máx.).
• Clasificación Q:Rango de Intensidad Radiante desde 21.0 mW/sr (mín.) hasta 34.0 mW/sr (máx.).
• Clasificación R:Rango de Intensidad Radiante desde 30.0 mW/sr (mín.) hasta 48.0 mW/sr (máx.).

La selección de una clasificación superior (ej., R) garantiza una salida mínima más alta, lo que puede ser crítico para asegurar un rendimiento consistente del sistema, especialmente ante variaciones de temperatura y a lo largo de la vida útil del producto.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varios gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Comprenderlos es crucial para un diseño de circuito robusto.

4.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra la reducción de la corriente directa continua máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Al subir la temperatura, la capacidad del encapsulado para disipar calor disminuye, por lo que la corriente debe reducirse para permanecer dentro del área de operación segura (SOA) definida por la disipación de potencia máxima. Los diseñadores deben usar este gráfico para seleccionar resistencias limitadoras de corriente o drivers apropiados para su entorno operativo esperado.

4.2 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico representa la relación entre la corriente de accionamiento (IF) y la salida óptica (Ie). Generalmente es no lineal. La salida aumenta con la corriente pero puede saturarse a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y de eficiencia. La curva ayuda a determinar la corriente de accionamiento necesaria para lograr un nivel de salida deseado.

4.3 Distribución Espectral

Este gráfico muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Confirma la longitud de onda de pico (λp ~850nm) y el ancho de banda espectral (Δλ). La forma de esta curva es importante para garantizar la compatibilidad con la curva de sensibilidad espectral del sensor receptor (fototransistor/fotodiodo).

4.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este diagrama polar ilustra el patrón de emisión del LED. La intensidad es más alta a lo largo del eje central (0°) y disminuye a medida que aumenta el ángulo. El ángulo de visión de 15 grados se define donde la intensidad cae al 50% de su pico. Esta información es vital para el diseño óptico, determinando la dispersión del haz y las tolerancias de alineación en un sistema.

5. Información Mecánica y de Encapsulado

5.1 Dibujo de Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo se ajusta al contorno estándar del encapsulado redondo de LED T-1 (5mm). Las dimensiones clave incluyen el diámetro total (5.0mm típico), la altura de la lente y el espaciado de las patillas (2.54mm o 0.1 pulgadas, que es un espaciado estándar de orificios en PCB). El dibujo especifica las patillas del ánodo y el cátodo, siendo la patilla más larga típicamente el ánodo. Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.25mm. Los ingenieros deben consultar este dibujo para el diseño de la huella en PCB y las comprobaciones de espacio mecánico.

5.2 Identificación de Polaridad

El componente utiliza la convención de polaridad estándar de los LED: la patilla más larga es el Ánodo (+), y la patilla más corta es el Cátodo (-). El encapsulado también puede tener un lado plano en el borde cerca de la patilla del cátodo. La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento; una polarización inversa superior a 5V puede dañar el dispositivo.

6. Pautas de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es crítico para mantener la fiabilidad y el rendimiento del dispositivo.

6.1 Formado de Patillas

• El doblado debe realizarse al menos a 3mm de la base de la bombilla de epoxi para evitar tensión en el chip interno y las uniones de alambre.
• El formado siempre debe realizarse antes del proceso de soldadura.
• La tensión mecánica en el encapsulado durante el formado debe minimizarse para evitar grietas o daños internos.
• La alineación de los orificios en el PCB debe ser precisa para evitar tensión en el montaje.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

El entorno de almacenamiento recomendado es a 30°C o menos y un 70% de Humedad Relativa (HR). La vida útil en estas condiciones es de 3 meses desde el envío. Para un almacenamiento más prolongado (hasta un año), los dispositivos deben guardarse en un contenedor sellado con atmósfera de nitrógeno y desecante para evitar la absorción de humedad, lo que puede afectar la soldabilidad y la fiabilidad.

6.3 Parámetros de Soldadura

Debe mantenerse una distancia mínima de 3mm entre la unión de soldadura y la bombilla de epoxi para evitar daños térmicos.

• Soldadura Manual:Temperatura máxima de la punta del soldador 300°C (para un soldador de 30W), tiempo de soldadura máximo 3 segundos por patilla.
• Soldadura por Ola o por Inmersión:Temperatura máxima de precalentamiento 100°C durante hasta 60 segundos. Temperatura máxima del baño de soldadura 260°C, con un tiempo de inmersión que no exceda los 5 segundos.

La hoja de datos proporciona un perfil de temperatura de soldadura recomendado, enfatizando la importancia de controlar las tasas de calentamiento, temperatura máxima y enfriamiento para evitar choques térmicos. La soldadura (por inmersión o manual) no debe realizarse más de una vez. Después de soldar, el dispositivo debe protegerse de vibraciones hasta que se enfríe a temperatura ambiente.

6.4 Limpieza

Si es necesaria la limpieza, solo debe usarse alcohol isopropílico a temperatura ambiente, durante un tiempo no superior a un minuto. Se desaconseja encarecidamente la limpieza ultrasónica, ya que las vibraciones de alta frecuencia pueden dañar la estructura interna del LED. Si es absolutamente necesario, el proceso debe calificarse cuidadosamente de antemano.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificación de Embalaje

Los dispositivos suelen empaquetarse en bolsas antiestáticas para evitar daños por descarga electrostática (ESD). Una configuración de embalaje común es: 200-500 piezas por bolsa, 5 bolsas colocadas en una caja interior y 10 cajas interiores colocadas en una caja maestra (exterior).

7.2 Especificación de la Etiqueta

La etiqueta en el embalaje contiene información crítica para la trazabilidad y la correcta aplicación:

• P/N:Número de Producto (HIR323C).
• CAT:Rango de Intensidad Luminosa (es decir, el código de clasificación: P, Q o R).
• LOT No:Número de Lote para trazabilidad de fabricación.
• Otros códigos pueden incluir el número de pieza del cliente (CPN), la cantidad (QTY) y códigos de fecha.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Mandos a Distancia por Infrarrojos:Para televisores, sistemas de audio y otros dispositivos de electrónica de consumo.
• Detección de Objetos/Proximidad:En electrodomésticos, máquinas expendedoras y equipos industriales para detectar la presencia o ausencia de un objeto.
• Interruptores y Codificadores Ópticos:Donde la interrupción o reflexión de un haz infrarrojo indica posición o movimiento.
• Sistemas de Seguridad:Como parte de haces de detección de intrusos por infrarrojos.
• Transmisión de Datos:Para enlaces de datos serie simplex de corto alcance (los sistemas compatibles con IrDA pueden requerir dispositivos específicos).

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Un LED es un dispositivo controlado por corriente. Siempre use una resistencia en serie o un driver de corriente constante para establecer la corriente directa (IF) al valor deseado, calculado a partir del voltaje de alimentación (Vcc), la tensión directa del LED (VF) y la corriente deseada: R = (Vcc - VF) / IF.
• Gestión Térmica:Para operación continua a corrientes más altas o en temperaturas ambientales elevadas, considere la curva de reducción de potencia. Asegure un área de cobre en el PCB u otros medios adecuados para conducir el calor lejos de las patillas del LED.
• Alineación Óptica:El estrecho ángulo de visión de 15 grados requiere un cuidadoso alineamiento mecánico entre el emisor y el detector para una fuerza de señal óptima.
• Inmunidad a la Luz Ambiental:Para sistemas que operan en entornos con luz ambiental variable (ej., luz solar), considere modular la señal infrarroja a una frecuencia específica y usar un receptor sintonizado a esa frecuencia para rechazar el ruido de fondo.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien existen muchos LED infrarrojos de 5mm, el HIR323C se diferencia por una combinación de parámetros. Su alta intensidad radiante típica (30 mW/sr a 20mA) lo sitúa en el nivel de mayor rendimiento para su tamaño de encapsulado. La tensión directa típica muy baja (1.45V) mejora la eficiencia energética, lo que es particularmente valioso en aplicaciones alimentadas por baterías. La adaptación específica a fotodetectores de silicio y el cumplimiento de estrictos estándares ambientales (Libre de Halógenos, REACH) lo convierten en una opción adecuada para diseños modernos y ecológicos que requieren un rendimiento fiable y a largo plazo.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo accionar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

R: No. Un LED debe tener su corriente limitada. Conectarlo directamente a una fuente de voltaje de baja impedancia como un pin de un MCU causaría un flujo de corriente excesivo, pudiendo destruir tanto el LED como la salida del MCU. Siempre use una resistencia limitadora de corriente o un circuito driver.

P2: ¿Cuál es la diferencia entre las clasificaciones P, Q y R?

R: Representan diferentes niveles mínimos garantizados de salida radiante. La clasificación R tiene la salida mínima más alta (30 mW/sr), seguida de Q (21 mW/sr), y luego P (15 mW/sr). Elija según la fuerza de señal requerida y el margen de enlace en su aplicación.

P3: La hoja de datos muestra una Corriente Directa de Pico de 1A. ¿Puedo usar esto para aplicaciones pulsadas de alta potencia?

R: Sí, pero solo bajo las condiciones estrictas señaladas: el ancho de pulso debe ser de 100 microsegundos o menos, y el ciclo de trabajo debe ser del 1% o menos (ej., un pulso de 100μs cada 10ms). Esto permite que el LED maneje alta potencia instantánea sin sobrecalentarse.

P4: ¿Por qué son importantes las condiciones de almacenamiento y la vida útil?

R: Los componentes electrónicos con encapsulado plástico pueden absorber humedad de la atmósfera. Durante el proceso de soldadura a alta temperatura, esta humedad atrapada puede expandirse rápidamente, causando delaminación interna o "efecto palomita de maíz", que agrieta el encapsulado y destruye el dispositivo. Adherirse a las pautas de almacenamiento y, si es necesario, secar los componentes en horno es crítico para una fabricación con alto rendimiento.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Sensor Simple de Detección de Objetos.

Un uso común es un sensor de haz interrumpido. El HIR323C se coloca en un lado de una trayectoria, y un fototransistor (adaptado a 850nm) se coloca directamente enfrente. Un microcontrolador acciona el LED a través de una resistencia de 100Ω desde una fuente de 5V, resultando en una corriente directa de aproximadamente (5V - 1.45V)/100Ω = 35.5mA. El LED se pulsa a 1kHz con un ciclo de trabajo del 50% para ahorrar energía y permitir el rechazo de la luz ambiental mediante detección síncrona en el microcontrolador. La salida del fototransistor es leída por el ADC del MCU. Cuando un objeto interrumpe el haz, la lectura del ADC cae, desencadenando una acción. El estrecho ángulo de visión de 15 grados del HIR323C ayuda a crear una zona de detección bien definida, reduciendo falsos disparos por objetos que pasan cerca pero no a través del haz.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IR LED) es un diodo semiconductor de unión p-n que emite luz cuando está polarizado en directa. Cuando la corriente eléctrica fluye del ánodo (material tipo p) al cátodo (material tipo n), los electrones se recombinan con huecos en la región de la unión, liberando energía en forma de fotones. La longitud de onda de la luz emitida está determinada por el intervalo de banda de energía del material semiconductor. Para el HIR323C, el sistema de material GaAlAs tiene un intervalo de banda correspondiente a fotones en la región del infrarrojo cercano alrededor de 850 nanómetros. La lente de epoxi transparente al agua es transparente a esta longitud de onda y tiene forma para producir el patrón de radiación deseado (ángulo de visión).

13. Tendencias de Desarrollo

La tendencia en la tecnología de emisores infrarrojos continúa hacia una mayor eficiencia (más potencia óptica de salida por vatio de entrada eléctrica), lo que permite un mayor alcance, un menor consumo de energía, o ambos. También hay una tendencia hacia la miniaturización, con encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) volviéndose más prevalentes que los tipos de orificio pasante como el T-1 para el montaje automatizado. La integración es otra tendencia, con módulos combinados emisor-sensor y sensores inteligentes con procesamiento de señal incorporado volviéndose comunes. Además, el cumplimiento y superación de las regulaciones ambientales (como los requisitos libres de halógenos) sigue siendo un enfoque clave para los fabricantes de componentes que sirven a mercados globales. Si bien los 850nm estándar siguen siendo populares debido a la buena respuesta de los sensores de silicio y su bajo coste, otras longitudes de onda como los 940nm están ganando terreno para aplicaciones donde la visibilidad del tenue brillo rojo (presente en algunos LED de 850nm) es indeseable.