Ficha Técnica del LED Infrarrojo IR17-21C/TR8 - Paquete 0805 - 1.2V - 940nm - 130mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El IR17-21C/TR8 es un diodo emisor de infrarrojos (IR) de alto rendimiento diseñado para aplicaciones modernas de tecnología de montaje superficial (SMT). Alojado en un compacto paquete 0805, este dispositivo está diseñado para proporcionar una emisión infrarroja fiable específicamente adaptada a los fotodetectores basados en silicio. Su función principal es servir como fuente eficiente de infrarrojos en diversos circuitos de detección y conmutación.

La ventaja principal de este componente radica en su factor de forma miniatura, que permite diseños de PCB de alta densidad, y su excelente coincidencia espectral con fotodiodos y fototransistores de silicio, garantizando una sensibilidad óptima del sistema. El dispositivo está construido con una lente de plástico transparente al agua, que proporciona una vista superior plana que contribuye a su amplio ángulo de visión de 120 grados. Cumple con las principales normas medioambientales y de seguridad, incluidas RoHS, REACH de la UE, y se fabrica como un componente libre de halógenos.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación Objetiva

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede producirse un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o por encima de estos límites.

• Corriente Directa Continua (I_F): 65 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede fluir continuamente a través del LED.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa superior a este puede romper la unión PN del LED.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento (T_opr, T_stg): -40°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Disipación de Potencia (P_d): 130 mW a 25°C. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar en forma de calor. Es necesario reducir la potencia a temperaturas ambiente más altas.
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C durante ≤5 segundos. Esto define la tolerancia del perfil de reflujo máximo.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden en una condición de prueba estándar de 25°C de temperatura ambiente y una corriente directa de 20 mA, representando condiciones típicas de funcionamiento.

• Intensidad Radiante (I_e): 0.2 mW/sr (Mín.), 0.8 mW/sr (Típ.). Mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido. El valor típico indica la salida esperada.
• Longitud de Onda Pico (λ_p): 940 nm (Típ.). La luz infrarroja emitida se centra en esta longitud de onda, ideal para detectores de silicio que tienen alta sensibilidad en la región del infrarrojo cercano.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ): 45 nm (Típ.). Define el rango de longitudes de onda emitidas, típicamente el Ancho Total a Mitad del Máximo (FWHM).
• Voltaje Directo (V_F): 1.2 V (Típ.), 1.5 V (Máx.) a 20mA. El bajo voltaje directo reduce el consumo de energía y la carga térmica.
• Corriente Inversa (I_R): 10 µA (Máx.) a 5V. Esta es la corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado inversamente.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 120° (Típ.). Definido como el ángulo total donde la intensidad cae a la mitad del valor en el eje, proporcionando un patrón de emisión muy amplio.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características cruciales para los ingenieros de diseño.

• Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente: Este gráfico muestra cómo la corriente directa máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente, debido al límite de disipación de potencia del encapsulado. Es esencial para la gestión térmica.
• Distribución Espectral: Ilustra la potencia radiante relativa en función de la longitud de onda, confirmando el pico a 940nm y el ancho de banda espectral.
• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V): Demuestra la relación exponencial típica de un diodo. La curva ayuda a seleccionar la resistencia limitadora de corriente apropiada para un voltaje de alimentación dado.
• Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular: Un gráfico polar que muestra el patrón de emisión. El ángulo de visión de 120 grados se confirma visualmente aquí, mostrando una distribución Lambertiana o casi Lambertiana común en LEDs de tapa plana.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Paquete

El IR17-21C/TR8 se ajusta a la huella estándar 0805 (Imperial) o 2012 (Métrica). Las dimensiones clave incluyen una longitud del cuerpo de aproximadamente 2.0 mm, un ancho de 1.25 mm y una altura típica de 0.8 a 1.0 mm (valor exacto del dibujo). El ánodo y el cátodo están claramente marcados en el paquete. Se proporciona el diseño de pistas sugerido para el diseño de PCB, con recomendaciones para ajustarlo según procesos de fabricación específicos.

4.2 Dimensiones de la Cinta Portadora

Los componentes se suministran en carretes de cinta estándar de 8mm para el montaje automatizado pick-and-place. Cada carrete contiene 3000 piezas. Las dimensiones de la cinta, incluido el tamaño del bolsillo, el paso y el diámetro del carrete, se especifican para garantizar la compatibilidad con los alimentadores de equipos SMT.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

5.1 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El dispositivo es sensible a la humedad (nivel MSL especificado en la etiqueta). Las bolsas de barrera de humedad sin abrir deben almacenarse por debajo de 30°C y 90% HR. Una vez abiertas, los componentes tienen una vida útil de 168 horas (7 días) cuando se almacenan a ≤60% HR. Exceder esto requiere un procedimiento de horneado (por ejemplo, 96 horas a 60°C) antes del reflujo para evitar daños por \"efecto palomita\" durante la soldadura.

5.2 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil de temperatura de reflujo sin plomo (Pb-free). Los parámetros clave incluyen una etapa de precalentamiento, un tiempo definido por encima del líquido (por ejemplo, 217°C), una temperatura máxima que no exceda los 260°C y un tiempo total dentro de la zona de temperatura crítica. No se debe realizar el reflujo más de dos veces.

5.3 Soldadura Manual y Rework

Si es necesaria la soldadura manual, se debe usar un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C y una potencia inferior a 25W. El tiempo de contacto por terminal debe limitarse a 3 segundos, con un enfriamiento adecuado entre terminales. Para rework, se recomienda un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar tensiones mecánicas en las soldaduras. El impacto del rework en la fiabilidad del dispositivo debe evaluarse previamente.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Sensores Infrarrojos Montados en PCB: Se utiliza como emisor en sensores de proximidad, detección de objetos e interruptores sin contacto.
• Barreras de Luz Miniatura / Interruptores Ópticos: Emparejado con un fotodetector para detectar objetos que interrumpen un haz de luz, utilizado en codificadores, sensores de ranura y sistemas de seguridad.
• Interruptores Optoelectrónicos: En sensores reflectivos donde la luz del LED rebota en una superficie hacia un detector.
• Detectores de Humo: Empleado en algunos diseños de cámara óptica para detectar partículas de humo que dispersan la luz.

6.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• La Limitación de Corriente es Obligatoria: Siempre se debe usar una resistencia en serie externa para establecer la corriente directa. El bajo voltaje directo del LED significa que incluso pequeños aumentos en el voltaje de alimentación pueden causar un gran aumento destructivo en la corriente.
• Gestión Térmica: Aunque el paquete es pequeño, se debe considerar la disipación de potencia, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente o cuando se opera cerca de la corriente máxima. Un área de cobre de PCB adecuada puede ayudar a disipar el calor.
• Alineación Óptica: El amplio ángulo de visión de 120 grados es beneficioso para una cobertura amplia, pero reduce la intensidad en cualquier punto específico. Para aplicaciones de largo alcance o enfocadas, pueden ser necesarias lentes externas.
• Inmunidad al Ruido Eléctrico: En entornos eléctricamente ruidosos, considere blindar o modular la corriente de accionamiento del LED para distinguir la señal del ruido IR ambiental (por ejemplo, de la luz solar u otras fuentes).

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otros LEDs infrarrojos, los diferenciadores clave del IR17-21C/TR8 son su combinación de una huella 0805 muy compacta con una intensidad radiante relativamente alta (0.8 mW/sr típico) y un amplio ángulo de visión de 120 grados. Muchos LEDs IR competidores en paquetes similares pueden ofrecer ángulos de visión más estrechos o salida más baja. Su bajo voltaje directo de 1.2V también es una ventaja para circuitos operados por batería de bajo voltaje, mejorando la eficiencia. El cumplimiento explícito con las normas Libre de Halógenos y REACH lo hace adecuado para diseños con conciencia ambiental y restricciones estrictas de materiales.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

8.1 ¿Qué valor de resistencia debo usar para accionar este LED a 20mA desde una fuente de 5V?

Usando la Ley de Ohm: R = (V_supply- V_F) / I_F. Con V_supply=5V, V_F=1.2V (típico), e I_F=0.020A, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 Ohmios. Una resistencia estándar de 200 Ohmios daría una corriente de aproximadamente (5-1.2)/200 = 19mA, lo cual es aceptable. Siempre calcule usando el V_Fmáximo (1.5V) para asegurar que la corriente mínima sea suficiente para su aplicación.

8.2 ¿Puedo pulsar este LED con corrientes superiores a 65mA?

El Límite Absoluto Máximo para la Corriente Directa Continua es 65mA. Pulsar con corrientes pico más altas puede ser posible si el ciclo de trabajo es lo suficientemente bajo para mantener la corriente promedio y la temperatura de unión resultante dentro de límites seguros. Sin embargo, la hoja de datos no proporciona clasificaciones de corriente pulsada o curvas de reducción. No se recomienda operar por encima de los límites absolutos máximos sin datos de caracterización específicos del fabricante, ya que puede reducir la fiabilidad y la vida útil.

8.3 ¿Cómo afecta la temperatura ambiente a la salida?

La intensidad radiante de los LEDs típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. El gráfico \"Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente\" se relaciona indirectamente con esto, ya que temperaturas más altas obligan a una reducción de la corriente permitida para evitar el sobrecalentamiento. Para una estabilidad de salida precisa en función de la temperatura, puede ser necesario un circuito de retroalimentación que utilice el fotodetector emparejado o una compensación de temperatura.

9. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Sensor de Detección de Papel en una Impresora

Un ingeniero necesita detectar la presencia de papel en la bandeja de entrada de una pequeña impresora. El espacio es extremadamente limitado. Elige el IR17-21C/TR8 y un fototransistor compatible en un paquete similar. Los componentes se colocan en lados opuestos de un canal estrecho por donde pasa el papel. El LED se acciona a 15mA (usando una resistencia adecuada de la fuente lógica de 3.3V de la impresora) para ahorrar energía mientras proporciona una señal adecuada. El amplio ángulo de visión de 120 grados del LED asegura que el haz llene suficientemente el canal incluso con un desalineamiento mecánico menor. Cuando hay papel presente, bloquea la luz infrarroja, causando un cambio en la salida del fototransistor, que es leída por un microcontrolador. El perfil bajo del paquete 0805 permite integrar el sensor en el mecanismo delgado. El diseñador sigue las directrices del perfil de reflujo y asegura que el diseño del PCB incluya almohadillas de alivio térmico para la soldadura.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IR LED) es un diodo semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo a través de sus terminales (ánodo positivo respecto al cátodo), los electrones se inyectan a través de la unión PN. A medida que estos electrones se recombinan con huecos en la región activa del material semiconductor (Arseniuro de Galio y Aluminio - GaAlAs en este caso), se libera energía en forma de fotones (partículas de luz). La composición específica del material GaAlAs determina la longitud de onda de los fotones emitidos, que está en el espectro infrarrojo (940nm) para este dispositivo. Esta longitud de onda es invisible para el ojo humano pero puede ser detectada eficientemente por fotodiodos y fototransistores basados en silicio, que generan una corriente cuando son golpeados por fotones de suficiente energía.

11. Tendencias y Desarrollos de la Industria

La tendencia en optoelectrónica, incluidos los componentes IR, continúa hacia la miniaturización, mayor eficiencia e integración. Los paquetes más pequeños que 0805 (por ejemplo, 0603, 0402) son cada vez más comunes para aplicaciones con espacio limitado. También existe un impulso para aumentar la intensidad radiante y la potencia de salida de paquetes más pequeños mediante un diseño de chip mejorado y materiales de encapsulado. La integración es otra tendencia clave, con pares emisor-detector combinados en un solo paquete (optoacopladores, sensores reflectivos) que simplifican el montaje y mejoran la alineación. Además, la demanda de componentes que cumplan con regulaciones ambientales estrictas (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) es ahora un requisito estándar en toda la industria, impulsando innovaciones en ciencia de materiales en soldaduras sin plomo y compuestos de encapsulación.