Hoja de Datos del LED Infrarrojo de Perfil Ultraplano HIR25-21C/L423/TR8 - Altura 0.8mm - Voltaje 1.35V - Potencia 100mW - Lente Transparente - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El HIR25-21C/L423/TR8 es un diodo emisor de infrarrojos (LED IR) de montaje superficial (SMD) en miniatura. Está encapsulado en un paquete compacto de doble terminal con un perfil excepcionalmente bajo de 0.8mm, lo que lo hace ideal para aplicaciones con espacio limitado. El dispositivo está moldeado en plástico transparente con una lente de cara plana, que proporciona un patrón de radiación específico. Su material semiconductor central es Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs), diseñado para una coincidencia espectral óptima con fotodiodos y fototransistores de silicio, garantizando una alta eficiencia en sistemas de detección.

El producto está diseñado con una característica de bajo voltaje directo, lo que contribuye a la eficiencia energética general del sistema. Cumple plenamente con los estándares ambientales y de seguridad modernos, incluido ser libre de plomo (Pb-free), adherirse al reglamento REACH de la UE y cumplir con los requisitos libres de halógenos (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). El dispositivo se suministra en cinta de 8mm montada en carretes de 7 pulgadas de diámetro, facilitando los procesos de montaje automatizado.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los límites operativos del dispositivo se definen en condiciones de temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder estos valores puede causar daños permanentes. El voltaje inverso (V_R) se especifica en 5V. La corriente directa (I_F) tiene un valor máximo de 100mA. La disipación de potencia (P_D) está clasificada en 100mW. El rango de temperatura de operación es de -40°C a +85°C, mientras que el rango de temperatura de almacenamiento se extiende de -40°C a +100°C. La temperatura de soldadura debe gestionarse cuidadosamente, con un pico de 260°C durante 10 segundos según el perfil de reflujo sin plomo.

2.2 Características Electro-Ópticas

Los parámetros clave de rendimiento se miden típicamente a I_F=20mA y Ta=25°C. El voltaje directo (V_F) es típicamente de 1.35V. La intensidad radiante (I_e) se especifica con un valor mínimo, definiendo la potencia de salida óptica. La longitud de onda de emisión pico (λ_p) se centra en el espectro infrarrojo, típicamente alrededor de 940nm, lo que se alinea perfectamente con la sensibilidad pico de los receptores comunes basados en silicio. También se define el ancho de banda espectral (media anchura), indicando el rango de longitudes de onda emitidas. El ángulo de visión está determinado por el diseño de la lente de cara plana, proporcionando un patrón de radiación específico adecuado para aplicaciones dirigidas.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El número de parte HIR25-21C/L423/TR8 incorpora una estructura de clasificación para garantizar un rendimiento consistente. Si bien la hoja de datos proporciona una guía general de selección que indica material de chip GaAlAs y lente transparente, las clasificaciones específicas para parámetros como la longitud de onda pico (HUE) y la intensidad radiante (CAT) se gestionan durante la producción. Los clientes reciben componentes dentro de rangos de tolerancia especificados para estos parámetros clave, garantizando que el dispositivo funcionará según lo requerido en su circuito y aplicación específicos. Los códigos 'L423' y 'TR8' dentro del número de parte se refieren, respectivamente, a clasificaciones de rendimiento específicas y a las especificaciones de embalaje en cinta y carrete.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características que proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo más allá de los datos tabulares.

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

Esta curva ilustra la relación entre la corriente que fluye a través del LED y el voltaje en sus terminales. Típicamente muestra una relación exponencial, con un voltaje de "rodilla" definido. La característica de bajo voltaje directo de este LED se confirma visualmente aquí, mostrando que comienza a conducir significativamente a un voltaje más bajo en comparación con algunas alternativas, lo cual es beneficioso para diseños de circuitos de bajo voltaje.

4.2 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico muestra la salida óptica (intensidad radiante) en función de la corriente de accionamiento. Típicamente demuestra una relación lineal dentro del rango de corriente de operación recomendado, confirmando que la salida de luz es directamente proporcional a la corriente. Esta linealidad es crucial para aplicaciones que requieren señales moduladas, como en la transmisión de datos por infrarrojos.

4.3 Intensidad Radiante vs. Temperatura Ambiente

Esta curva representa cómo la potencia de salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Como todos los LED, la eficiencia de este emisor infrarrojo disminuye con el aumento de la temperatura. Comprender esta desclasificación es fundamental para diseñar sistemas que funcionen de manera confiable en todo el rango de temperatura, especialmente en entornos de alta temperatura. Puede ser necesario un manejo térmico adecuado en aplicaciones de alta potencia o alta temperatura para mantener una salida consistente.

4.4 Distribución Espectral

Un gráfico de distribución espectral muestra la potencia radiante relativa emitida en diferentes longitudes de onda. Mostrará un pico claro en la longitud de onda nominal (por ejemplo, 940nm) con una forma y media anchura características. Esta visualización confirma la buena coincidencia espectral con los fotodetectores de silicio, cuya curva de responsividad tiene su pico en la misma región del infrarrojo cercano.

5. Información Mecánica y de Embalaje

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED tiene una huella muy compacta. Las dimensiones del encapsulado son 2.0mm de longitud, 1.25mm de ancho y 0.8mm de altura (valores nominales). Los dibujos mecánicos detallados proporcionan todas las dimensiones críticas, incluido el espaciado de los terminales, las posiciones de los pads y la geometría de la lente. Las tolerancias para la mayoría de las dimensiones son de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. El ánodo y el cátodo están claramente marcados en el encapsulado para una correcta identificación de polaridad durante el montaje.

5.2 Diseño Recomendado de Pads (Huella)

Se proporciona un patrón de tierra (huella) sugerido para el diseño de PCB. Esto incluye recomendaciones de tamaño y espaciado de los pads para garantizar una soldadura confiable y estabilidad mecánica. La hoja de datos señala explícitamente que esto es solo para referencia, y los diseñadores deben modificar las dimensiones de los pads en función de sus capacidades específicas de fabricación de PCB y requisitos de aplicación, como consideraciones de estrés térmico o mecánico.

5.3 Dimensiones de la Cinta Portadora

El dispositivo se suministra en cinta portadora con relieve para montaje automatizado pick-and-place. El ancho de la cinta es de 8mm. Se proporcionan dimensiones detalladas para la cavidad del bolsillo que sostiene el LED, el espaciado entre bolsillos (paso) y la posición de los agujeros de arrastre. Cada carrete contiene 2000 piezas (PCS).

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

Los LED se empaquetan en una bolsa hermética a la humedad con desecante. La bolsa no debe abrirse hasta que los componentes estén listos para su uso. Después de abrirla, los LED deben almacenarse a 30°C o menos y con una humedad relativa del 60% o menos. Deben usarse 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 absorción de humedad, se requiere un tratamiento de horneado a 60 ± 5°C durante 24 horas antes de su uso para prevenir el efecto "palomita de maíz" durante la soldadura por reflujo.

6.2 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil de temperatura de soldadura por reflujo sin plomo. Los parámetros clave incluyen una etapa de precalentamiento, un calentamiento gradual, una temperatura pico que no exceda los 260°C y un tiempo por encima del líquido (típicamente 217°C) de 30 a 60 segundos. La temperatura pico debe mantenerse durante un máximo de 10 segundos. No se debe realizar soldadura por reflujo más de dos veces en el mismo dispositivo para evitar daños térmicos al encapsulado plástico y al dado semiconductor.

6.3 Soldadura Manual y Rework (Retrabajo)

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado. La temperatura de la punta del soldador debe estar por debajo de los 350°C, y el tiempo de contacto por terminal debe limitarse a 3 segundos o menos. Se recomienda un soldador de baja potencia (25W o menos). Se debe permitir un intervalo de enfriamiento de al menos 2 segundos entre soldar los dos terminales. Se desaconseja encarecidamente la reparación después de la soldadura. Si es inevitable, se debe usar un soldador de doble punta especializado para calentar ambos terminales simultáneamente, evitando que el estrés térmico levante un pad mientras el otro todavía está soldado. El potencial de daño durante el retrabajo es alto y debe evaluarse de antemano.

7. Información de Embalaje y Pedido

El embalaje estándar es de 2000 piezas por carrete de 7 pulgadas en cinta portadora de 8mm de ancho. El número de parte HIR25-21C/L423/TR8 encapsula la serie del producto, las clasificaciones de rendimiento específicas y el tipo de embalaje. Las etiquetas en el carrete incluirán el Número de Parte (P/N), Número de Lote (LOT No), Cantidad (QTY), Longitud de Onda Pico (HUE), Clasificación (CAT) y Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL-X).

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Sensor Infrarrojo Montado en PCB:El LED se utiliza como fuente de luz en sensores de proximidad, detección de objetos y robots seguidores de línea. A menudo se empareja con un fototransistor o fotodiodo. Una resistencia limitadora de corriente es absolutamente obligatoria en serie con el LED para evitar daños por sobrecorriente, ya que el voltaje directo del LED tiene un coeficiente de temperatura negativo y no es un limitador de corriente confiable.

Control Remoto por Infrarrojos:Para controles remotos con requisitos de alta potencia, este LED puede proporcionar suficiente intensidad radiante para un mayor alcance o a través de obstáculos. Normalmente se acciona con corrientes pulsadas superiores a la clasificación de CC continua (por ejemplo, pulsos de 100mA) para lograr ráfagas de luz brillante para la transmisión de datos.

Escáneres y Sistemas Aplicados de Infrarrojos:Utilizado en escáneres de códigos de barras, sistemas de reconocimiento de gestos y codificadores ópticos.

8.2 Consideraciones de Diseño

Accionamiento de Corriente:Utilice siempre una resistencia en serie o un driver de corriente constante. El valor de la resistencia se calcula como R = (V_{de alimentación}- V_F) / I_F.

Gestión Térmica:Aunque el encapsulado es pequeño, la operación continua a corrientes altas en ambientes de alta temperatura puede provocar sobrecalentamiento y reducir la vida útil. Asegúrese de un área de cobre de PCB adecuada o vías térmicas si es necesario.

Alineación Óptica:La lente de cara plana proporciona un patrón de haz específico. Para un acoplamiento óptimo con un receptor, considere la colocación relativa y cualquier lente o apertura necesaria.

Protección contra ESD:Aunque no se declara explícitamente como sensible en esta hoja de datos, es una buena práctica manipular todos los dispositivos semiconductores con precauciones contra ESD.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los principales factores diferenciadores del HIR25-21C/L423/TR8 son superfil ultra bajo de 0.8mm, que es más delgado que muchos LED SMD estándar, y sulente transparente de cara plana. En comparación con las lentes abovedadas, la cara plana puede ofrecer un patrón de radiación más enfocado o de forma diferente, lo que puede ser beneficioso en aplicaciones de detección específicas donde la luz necesita dirigirse de una manera particular. El bajo voltaje directo contribuye a la eficiencia energética. El uso de material GaAlAs y una clasificación precisa garantiza una excelente y consistente coincidencia con los detectores de silicio, lo que puede mejorar la relación señal-ruido en sistemas de sensores en comparación con LED con espectros más amplios o no coincidentes.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Por qué es obligatoria una resistencia en serie?

R: La curva I-V de un LED es exponencial. Un pequeño aumento en el voltaje más allá del punto de rodilla provoca un aumento muy grande, potencialmente destructivo, en la corriente. Una resistencia proporciona una relación lineal entre el voltaje de alimentación y la corriente, estabilizando el punto de operación.

P: ¿Puedo accionar este LED con pulsos superiores a 100mA?

R: Posiblemente, pero solo bajo condiciones de pulso específicas (ciclo de trabajo bajo, ancho de pulso corto) según lo definido por las curvas de desclasificación, que no se proporcionan en este extracto. Exceder el valor máximo absoluto en cualquier condición conlleva el riesgo de daño inmediato.

P: ¿Qué significa "coincidencia espectral con fotodetector de Si"?

R: Significa que la longitud de onda pico y el ancho espectral de la luz emitida por el LED se alinean estrechamente con la región de sensibilidad pico de un fotodiodo o fototransistor de silicio estándar. Esto maximiza la señal eléctrica generada por el detector para una potencia óptica dada, mejorando la eficiencia y el alcance del sistema.

P: ¿Qué tan crítico es el tiempo de vida útil de 7 días después de abrir la bolsa?

R: Muy crítico si los dispositivos se someterán a soldadura por reflujo. La humedad absorbida puede vaporizarse durante el proceso de reflujo a alta temperatura, causando delaminación interna o agrietamiento (efecto "palomita de maíz"). Si se excede el tiempo de vida útil, se requiere horneado.

11. Ejemplos Prácticos de Uso

Caso 1: Interruptor de Detección de Objetos sin Contacto.El LED se monta en un lado de una ranura, y un fototransistor se monta en el lado opuesto. Un objeto que pasa a través de la ranura interrumpe el haz infrarrojo, provocando un cambio en la salida del fototransistor. El perfil bajo permite integrar este sensor en dispositivos muy delgados. La longitud de onda consistente garantiza un disparo confiable a través de variaciones de temperatura.

Caso 2: Control Remoto de TV Mejorado.Un diseñador necesita un control remoto que funcione desde ángulos más amplios o a través de obstrucciones leves. Usar este LED con un accionamiento de corriente pulsada más alta puede proporcionar una mayor intensidad radiante que un LED IR estándar, mejorando el rendimiento. La lente plana también puede ayudar a dispersar la luz de manera ligeramente diferente para una cobertura más amplia.

Caso 3: Codificador Óptico en Miniatura.En un codificador rotativo pequeño, el LED y el detector se colocan a cada lado de un disco codificado. El encapsulado delgado de 0.8mm es crucial para encajar en el ensamblaje mecánico ajustado del codificador. La buena coincidencia espectral garantiza una señal digital limpia del detector a medida que gira el disco.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, se libera energía. En el material GaAlAs utilizado aquí, esta energía corresponde a un fotón en el espectro infrarrojo (típicamente alrededor de 940nm de longitud de onda). La composición específica de los átomos de Galio, Aluminio y Arsénico determina la energía de la banda prohibida y, por lo tanto, la longitud de onda de la luz emitida. El encapsulado epóxico transparente encapsula el chip, proporciona protección mecánica y la superficie plana actúa como una lente primaria para dar forma al patrón de radiación de la luz emitida.

13. Tendencias y Avances Tecnológicos

La tendencia en los LED infrarrojos SMD continúa haciauna mayor eficiencia(más salida radiante por vatio eléctrico de entrada),tamaños de encapsulado más pequeñospara dispositivos cada vez más compactos, yuna mayor fiabilidaden condiciones adversas. También hay desarrollo en la creación de LED con salidas espectrales específicas y estrechas para aplicaciones de detección avanzada y en la integración de múltiples emisores (por ejemplo, diferentes longitudes de onda) en un solo encapsulado. La búsqueda de un menor consumo de energía en dispositivos IoT alimentados por baterías impulsa un menor voltaje directo y una mayor eficiencia. Además, los avances en materiales de encapsulado apuntan a mejorar el rendimiento térmico y la resistencia a la humedad, lo que podría relajar algunos de los estrictos requisitos de manejo.