Hoja de Datos del LED Infrarrojo HIR-S06-P120/L649-P03/TR - 850nm - 3.45V - 1A - 890mW - Paquete SMD

1. Descripción General del Producto

El HIR-S06-P120/L649-P03/TR es un diodo emisor de luz (LED) infrarrojo (IR) de alta potencia diseñado para aplicaciones que requieren una iluminación infrarroja potente y eficiente. Es un dispositivo de montaje superficial (SMD) alojado en un paquete compacto de tapa plana con una lente de epoxi transparente al agua. La función principal de este componente es emitir luz infrarroja con una longitud de onda pico de 850 nanómetros (nm), la cual está óptimamente adaptada a la sensibilidad espectral de fotodetectores basados en silicio, como fotodiodos y fototransistores. Sus ventajas principales incluyen una alta salida radiante en un factor de forma pequeño, cumplimiento de regulaciones ambientales (RoHS, REACH, libre de halógenos) y idoneidad para procesos de ensamblaje automatizado.

1.1 Características Clave y Aplicaciones

El dispositivo se caracteriza por su alta eficiencia y pequeño tamaño de paquete. Las características clave incluyen una longitud de onda pico (λp) de 850 nm, idoneidad para soldadura por tecnología de montaje superficial (SMT) y cumplimiento con estándares libres de plomo, REACH de la UE y libres de halógenos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). También ofrece una tensión de resistencia a descargas electrostáticas (ESD) de 2kV. Los mercados y aplicaciones principales son sistemas que requieren iluminación invisible para imágenes o detección. La aplicación más común es como fuente de luz infrarroja para cámaras CCD, donde proporciona la iluminación necesaria para visión nocturna o imágenes con poca luz. También es adecuado para varios otros sistemas de aplicación infrarroja, como sistemas de seguridad, visión artificial, sensores de proximidad e interruptores ópticos.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis detallado y objetivo de las características eléctricas, ópticas y térmicas del dispositivo, tal como se definen en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los Límites Absolutos Máximos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. Estos límites nunca deben excederse durante la operación. Para el HIR-S06-P120/L649-P03/TR, los límites clave son:

• Corriente Directa Continua (IF):1000 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede pasar continuamente a través del LED.
• Tensión Inversa (VR):5 V. Aplicar una tensión inversa que exceda este valor puede causar ruptura de la unión.
• Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +100°C. El rango de temperatura ambiente dentro del cual el dispositivo está diseñado para funcionar.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenamiento no operativo.
• Temperatura de Unión (Tj):115°C. La temperatura máxima permitida en la propia unión semiconductor.
• Disipación de Potencia (Pd):3 W a IF=700mA. Esto indica la potencia máxima que el paquete puede disipar como calor bajo una condición de prueba específica. La hoja de datos recomienda explícitamente añadir un disipador de calor a este dispositivo para gestionar eficazmente la carga térmica y evitar exceder el límite de temperatura de unión.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros, medidos a una temperatura ambiente estándar de 25°C, definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación. Los valores se presentan típicamente como Mínimo, Típico y Máximo.

• Potencia Radiada Total (Po):Esta es la potencia óptica total emitida por el LED en todas las direcciones, medida en milivatios (mW). El valor típico aumenta con la corriente de accionamiento: 340 mW a 350 mA, 650 mW a 700 mA y 890 mW a 1 A. Esto demuestra la capacidad de alta potencia del dispositivo.
• Intensidad Radiante (Ie):Medida en mW/sr (milivatios por estereorradián), esta es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido. Es una medida del brillo del LED en una dirección específica. Los valores típicos son 115 mW/sr (350 mA), 220 mW/sr (700 mA) y 290 mW/sr (1 A).
• Longitud de Onda Pico (λp):850 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia de salida óptica es máxima. 850nm es una longitud de onda común para iluminación IR, ya que es invisible al ojo humano pero bien detectada por sensores de silicio y muchos sensores de cámara.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):25 nm (típico). Esto define el rango de longitudes de onda emitidas, típicamente medido a la mitad de la potencia máxima (Ancho Total a Mitad del Máximo - FWHM). Un ancho de banda de 25nm indica una salida espectral relativamente estrecha centrada alrededor de 850nm.
• Tensión Directa (VF):La caída de tensión a través del LED cuando fluye corriente. Aumenta con la corriente: 3.10 V (350 mA), 3.25 V (700 mA), 3.45 V (1 A). Esto es crítico para el diseño del circuito de accionamiento.
• Corriente Inversa (IR):Máximo 10 μA a VR=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está polarizado inversamente dentro de su límite máximo.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):120 grados (típico). Este es el ángulo total donde la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Un ángulo de 120 grados indica un patrón de haz muy amplio, adecuado para iluminación de área extensa.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas de rendimiento típicas que son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

3.1 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva IV)

Este gráfico (Fig.1) muestra la relación entre la corriente que fluye a través del LED (IF) y la tensión a través de él (VF). Es no lineal. La curva permite a los diseñadores determinar la tensión de operación para una corriente de accionamiento dada, lo cual es crucial para seleccionar una resistencia limitadora de corriente apropiada o diseñar un controlador de corriente constante. La tensión tendrá un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye ligeramente a medida que aumenta la temperatura de unión.

3.2 Corriente Directa vs. Intensidad Radiante / Potencia Total

Estos gráficos (Fig.2 y Fig.3) trazan la salida óptica (ya sea intensidad o potencia total) frente a la corriente directa. Típicamente muestran una relación sub-lineal; la salida óptica aumenta con la corriente, pero la eficiencia (salida por vatio de entrada) puede disminuir a corrientes muy altas debido al aumento de los efectos térmicos y la caída. Analizar estas curvas ayuda a seleccionar un punto de operación óptimo que equilibre la potencia de salida con la eficiencia y la longevidad del dispositivo.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones y Dibujo del Paquete

El dispositivo se suministra en un paquete SMD. Los dibujos dimensionales especifican la longitud, anchura, altura, espaciado de terminales y geometría de la lente exactos. Notas clave de la hoja de datos: todas las dimensiones están en milímetros, con tolerancias estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. Se proporciona una advertencia crítica de manipulación:No manipule el dispositivo por la lente.Aplicar fuerza a la lente puede causar fallo mecánico del paquete.

4.2 Identificación de Polaridad y Huella de Montaje

El dibujo del paquete indica claramente los terminales de cátodo y ánodo. Se debe observar la polaridad correcta durante el diseño de PCB y el ensamblaje. El diseño de almohadilla de soldadura recomendado (patrón de tierra) se deriva típicamente de las dimensiones del paquete para garantizar una soldadura confiable y resistencia mecánica.

5. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

Como dispositivo SMT, está destinado a procesos de soldadura por reflujo. Si bien los parámetros específicos del perfil de reflujo (precalentamiento, remojo, temperatura pico de reflujo, tiempo por encima del líquido) no se detallan en este extracto, generalmente seguirían perfiles estándar para componentes similares con paquete plástico, típicamente con una temperatura pico que no exceda los 260°C. El cumplimiento libre de plomo y halógenos indica idoneidad para procesos de fabricación modernos y respetuosos con el medio ambiente. La recomendación de almacenamiento se alinea con el rango de temperatura de operación (-40°C a +100°C), y los dispositivos deben mantenerse en su embalaje resistente a la humedad hasta su uso.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificaciones de Carrete y Cinta

El dispositivo se suministra en cinta portadora dentro de carretes para ensamblaje automatizado pick-and-place. Se especifican las dimensiones de la cinta portadora. Cada carrete contiene 2000 piezas. La dirección de desenrollado también se indica en el dibujo para garantizar la configuración correcta de la máquina.

6.2 Empaquetado Resistente a la Humedad

Los componentes se envían en bolsas de aluminio a prueba de humedad que contienen desecante para controlar la humedad. La bolsa incluye una etiqueta con información clave. Si bien se enumeran los campos específicos de la etiqueta (como CPN, P/N, QTY, CAT, HUE, REF, LOT No.), la hoja de datos señala que el número de parte HIR-S06-P120/L649-P03/TR no parece usar un sistema de clasificación detallado para intensidad, longitud de onda o tensión en este documento, ya que todos los valores típicos se enumeran sin códigos de rango. El producto se identifica por su número de parte completo.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La aplicación principal es la iluminación para cámaras CCD/CMOS en condiciones de poca luz o sin luz, permitiendo la funcionalidad de visión nocturna en cámaras de seguridad, sistemas automotrices y dispositivos de consumo. Otras aplicaciones incluyen iluminación infrarroja activa para detección de proximidad y presencia, codificadores ópticos, transmisión de datos a corta distancia (aplicaciones tipo IrDA) y conteo o clasificación de objetos en automatización industrial.

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• Gestión Térmica:Esto es primordial para un LED de alta potencia. La hoja de datos recomienda explícitamente usar un disipador de calor. El diseño del PCB debe incluir vías térmicas adecuadas y área de cobre conectada a la almohadilla térmica del LED (si está presente) o a los terminales para conducir el calor lejos de la unión. Exceder Tj=115°C reducirá drásticamente la vida útil y puede causar fallo inmediato.
• Circuito de Accionamiento:Los LED son dispositivos controlados por corriente. Se recomienda encarecidamente un controlador de corriente constante para garantizar una salida óptica estable y prevenir la fuga térmica. El controlador debe ser capaz de suministrar hasta 1A respetando los requisitos de tensión directa. Se debe considerar la protección contra tensión inversa.
• Diseño Óptico:El amplio ángulo de visión de 120 grados proporciona una cobertura extensa. Para aplicaciones que requieren un haz más enfocado, se pueden usar ópticas secundarias (lentes). La lente transparente al agua es adecuada para la longitud de onda de 850nm.
• Protección ESD:Aunque está clasificado para 2kV ESD, se deben seguir las precauciones estándar de manejo ESD durante el ensamblaje y la integración.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED IR estándar de baja potencia, el diferenciador clave del HIR-S06-P120/L649-P03/TR es su alta salida radiante (hasta 890mW) desde un paquete SMD. Esto permite una iluminación más brillante o la capacidad de iluminar áreas más grandes o alcanzar distancias más largas. La longitud de onda de 850nm es un estándar común, ofreciendo un buen equilibrio entre la respuesta del sensor de silicio y la relativa invisibilidad. En comparación con los LED de 940nm, los de 850nm a menudo producen un tenue brillo rojo a muy alta potencia, pero pueden ofrecer un mayor rendimiento con muchos sensores basados en silicio. El amplio ángulo de visión es una ventaja para iluminación de área, pero una desventaja potencial si se requiere un haz estrecho, donde un dispositivo con un ángulo de visión más estrecho u ópticas secundarias sería mejor.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo accionar este LED directamente desde una fuente de 5V con solo una resistencia?

R: Posiblemente, pero se necesita un cálculo cuidadoso. A 1A y Vf=3.45V, una resistencia en serie sería (5V - 3.45V)/1A = 1.55 ohmios, disipando 1.55W. Esto es ineficiente y genera calor significativo en la resistencia. Se prefiere encarecidamente un controlador de corriente constante para rendimiento y confiabilidad.

P: ¿Por qué se recomienda un disipador de calor aunque la temperatura de operación sea de hasta 100°C?

R: La clasificación de 100°C es para la temperatura ambiente del aire (Ta). El límite crítico es la temperatura de unión (Tj) de 115°C. La potencia disipada (hasta ~3.45W a 1A) calienta la unión por encima de la temperatura ambiente. Un disipador de calor reduce la resistencia térmica entre la unión y el aire ambiente, manteniendo Tj dentro de los límites a alta potencia y/o alta Ta.

P: ¿Es este LED adecuado para operación continua 24/7?

R: Sí, siempre que no se excedan los Límites Absolutos Máximos y se implemente una gestión térmica adecuada. Operar en o por debajo de la condición típica de 700mA con un buen disipador de calor sería un punto de diseño conservador y confiable para operación continua.

P: ¿Cuál es la vida útil típica de este dispositivo?

R: La vida útil (a menudo definida como el punto donde la salida de luz se degrada al 70% de la inicial) depende en gran medida de las condiciones de operación, principalmente de la temperatura de unión. Cuando se opera dentro de las especificaciones con refrigeración adecuada, las vidas útiles de decenas de miles de horas son típicas para tales LED.

10. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Caso de Diseño: Módulo de Cámara de Seguridad con Visión Nocturna

Un diseñador está creando un módulo de cámara de seguridad compacto para uso exterior. El módulo incluye un sensor CCD y requiere iluminación IR para operación nocturna. Se selecciona el HIR-S06-P120/L649-P03/TR por su alta salida y paquete SMD. Cuatro LED se disponen simétricamente alrededor de la lente de la cámara en el PCB. Un circuito integrado controlador de corriente constante dedicado proporciona 700mA a cada LED. El PCB está diseñado con grandes áreas de cobre conectadas a las almohadillas de los LED a través de múltiples vías térmicas, y toda la carcasa de la cámara actúa como disipador de calor. El amplio haz de 120 grados de cada LED se superpone para crear un campo de iluminación uniforme y de área amplia adecuado para el campo de visión de la cámara. La longitud de onda de 850nm garantiza una buena respuesta del sensor mientras permanece en gran medida invisible.

11. Principio de Operación

Un LED infrarrojo es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones del material tipo n y los huecos del material tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, se libera energía. En un LED estándar, esta energía se libera como fotones (luz). La longitud de onda específica de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. El HIR-S06-P120/L649-P03/TR utiliza un chip de Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs), que tiene una banda prohibida correspondiente a la luz infrarroja de aproximadamente 850nm. La lente de epoxi transparente al agua encapsula el chip, proporciona protección mecánica y da forma a la luz emitida en el ángulo de visión especificado.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los LED infrarrojos de alta potencia son una tecnología madura pero en evolución. Las tendencias incluyen aumentar la eficiencia de pared (más salida de luz por vatio eléctrico), lo que reduce la carga térmica. También hay un impulso hacia mayores densidades de potencia en paquetes más pequeños, lo que pone aún mayor énfasis en soluciones avanzadas de gestión térmica como placas térmicas integradas o diseños flip-chip. La demanda está impulsada por el crecimiento en mercados como el automotriz (LiDAR, monitoreo del conductor), seguridad y visión artificial. Si bien 850nm sigue siendo una longitud de onda dominante debido a la compatibilidad del sensor, también hay un uso significativo de 940nm para aplicaciones que requieren invisibilidad completa (sin brillo rojo). La integración de LED IR con controladores y sensores en módulos completos es otra tendencia en curso, simplificando el diseño para los usuarios finales.