LED Infrarrojo SMD Paquete 0603 - 1.6x0.8x0.8mm - Longitud de Onda Pico 870nm - 65mA - 110mW - Hoja Técnica

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor de infrarrojos (IR) de alto rendimiento y montaje superficial miniatura. El dispositivo está alojado en un paquete compacto 0603, lo que lo hace adecuado para aplicaciones con espacio limitado que requieren emisión infrarroja confiable. Su función principal es emitir luz en el espectro del infrarrojo cercano, con una longitud de onda pico típica de 870 nanómetros (nm), que está óptimamente emparejada con la sensibilidad espectral de fotodiodos y fototransistores de silicio. El material principal es AlGaAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), conocido por su eficiente generación de luz infrarroja.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El dispositivo ofrece varias ventajas clave para el diseño electrónico moderno. Su paquete SMD miniatura de doble terminal permite un montaje en PCB de alta densidad y es compatible con procesos de montaje automatizados pick-and-place. Está diseñado para ser compatible tanto con soldadura por reflujo infrarroja como por fase de vapor, facilitando los flujos de trabajo de fabricación modernos. El producto cumple con los principales estándares ambientales y de seguridad, incluyendo RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), regulaciones REACH de la UE, y está libre de halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Esta combinación de tamaño pequeño, rendimiento y cumplimiento lo hace ideal para electrónica de consumo, sensores industriales y dispositivos de comunicación.

Las Aplicaciones Principales Incluyen:

• Sensores de proximidad y presencia infrarrojos montados en PCB.
• Unidades de control remoto por infrarrojos donde se requiere una mayor intensidad radiante.
• Escáneres de códigos de barras y codificadores ópticos.
• Varios sistemas de transmisión de datos y detección basados en infrarrojos.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Una comprensión exhaustiva de los parámetros eléctricos y ópticos es crucial para un diseño de circuito confiable y para garantizar que el LED opere dentro de su área de operación segura (SOA).

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No están destinados para operación normal.

• Corriente Directa Continua (I_F):65 mA. Exceder esta corriente, incluso momentáneamente, puede causar una falla catastrófica debido al sobrecalentamiento de la unión semiconductor.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. El LED tiene un bajo voltaje de ruptura inversa. Los diseños de circuito deben garantizar que el LED no esté sujeto a un sesgo inverso que exceda este valor, a menudo requiriendo protección en entornos de señal AC o bidireccionales.
• Disipación de Potencia (P_c):110 mW a 25°C. Esta es la potencia máxima que el paquete puede disipar como calor. La potencia permisible real disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente (T_a). Es necesario aplicar un factor de reducción (derating) para aplicaciones de alta temperatura.
• Rangos de Temperatura:Operación: -25°C a +85°C; Almacenamiento: -40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto define las restricciones del perfil de soldadura por reflujo.

2.2 Características Electro-Ópticas (T_a=25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba especificadas. Los diseñadores deben usar los valores típicos o máximos/mínimos según corresponda para sus márgenes de diseño.

• Intensidad Radiante (I_E):1.3 mW/sr (típico) a I_F=20mA. La intensidad radiante mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). Es un parámetro clave para determinar la fuerza de la señal en un receptor. El valor mínimo especificado es 1.0 mW/sr.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):870 nm (típico), con un rango de 860 nm a 900 nm. Esta es la longitud de onda a la que el espectro de emisión es más fuerte. Emparejar esto con la sensibilidad pico del receptor (por ejemplo, un fotodetector de silicio en ~850-950nm) maximiza la eficiencia del sistema.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Este es el ancho total a media altura (FWHM) del espectro de emisión, que indica el rango de longitudes de onda emitidas.
• Voltaje Directo (V_F):1.35 V (típico) a I_F=20mA, con un rango de 1.20 V a 1.70 V. Este parámetro es esencial para calcular el valor de la resistencia limitadora de corriente: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. La variación debe tenerse en cuenta en diseños robustos.
• Corriente Inversa (I_R):10 µA (máximo) a V_R=5V.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):140 grados. Este es el ángulo total donde la intensidad radiante cae a la mitad de su valor pico (en el eje). Un ángulo de visión amplio es beneficioso para aplicaciones que requieren una cobertura amplia, como sensores de proximidad.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Las curvas características proporcionadas ofrecen información valiosa sobre el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables, lo cual es crítico para el diseño de aplicaciones en el mundo real.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva ilustra la relación entre la corriente directa continua máxima permisible y la temperatura ambiente. Demuestra la reducción necesaria de la corriente directa a medida que aumenta la temperatura para mantenerse dentro del límite de disipación de potencia. A temperaturas que se acercan a la temperatura máxima de operación (+85°C), la corriente continua permitida es significativamente menor que la clasificación máxima absoluta de 65mA a 25°C.

3.2 Distribución Espectral

El gráfico de distribución espectral muestra la potencia radiante relativa de salida en función de la longitud de onda. Confirma la longitud de onda pico (λ_p) de 870nm y el ancho de banda espectral típico (Δλ) de aproximadamente 45nm. La forma de esta curva es importante para el filtrado y para garantizar la compatibilidad con la respuesta espectral del receptor.

3.3 Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra que la longitud de onda pico tiene un coeficiente de temperatura positivo, lo que significa que aumenta ligeramente con el aumento de la temperatura de la unión. Este desplazamiento (típicamente alrededor de 0.1-0.3 nm/°C para dispositivos AlGaAs) es importante para aplicaciones de detección de precisión donde la estabilidad de la longitud de onda es crítica.

3.4 Voltaje Directo vs. Temperatura Ambiente

El voltaje directo (V_F) tiene un coeficiente de temperatura negativo; disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esta característica debe considerarse en circuitos de accionamiento de corriente constante, ya que un V_Fmás bajo a alta temperatura podría afectar ligeramente el cálculo de la disipación de potencia si se usa una simple resistencia en serie.

3.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar define visualmente el ángulo de visión (140° en los puntos de media intensidad). El patrón de radiación es típicamente Lambertiano o casi Lambertiano para este estilo de paquete, lo cual es útil para modelar la irradiancia en una superficie objetivo a varios ángulos y distancias.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Paquete (0603)

El dispositivo se ajusta a la huella estándar 0603 (1608 métrico): aproximadamente 1.6mm de longitud, 0.8mm de ancho y 0.8mm de altura. Los dibujos dimensionales detallados especifican el diseño de las almohadillas, el contorno del componente y las posiciones de los terminales con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se indique lo contrario. Un diseño correcto del patrón de soldadura es esencial para una soldadura confiable y estabilidad mecánica.

4.2 Identificación de Polaridad

La hoja de datos incluye un diagrama que indica los terminales del ánodo y el cátodo. La polaridad correcta es obligatoria para el funcionamiento del dispositivo. Típicamente, el cátodo puede estar marcado por una muesca, un indicador verde o una forma específica de almohadilla en el empaquetado de cinta y carrete.

4.3 Especificaciones de Cinta y Carrete

El producto se suministra en cinta portadora embutida de 8mm de ancho en carretes de 7 pulgadas de diámetro. Las dimensiones de la cinta portadora están especificadas para garantizar la compatibilidad con el equipo estándar de montaje SMD. Cada carrete contiene 4000 piezas.

5. Pautas de Soldadura y Montaje

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

5.1 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El dispositivo es sensible a la humedad (MSL). Las precauciones incluyen:

• No abrir la bolsa con barrera antihumedad hasta que esté listo para su uso.
• Almacenar las bolsas sin abrir a ≤30°C y ≤90% HR.
• Usar dentro de un año desde el envío.
• Después de abrir, almacenar a ≤30°C y ≤60% HR.
• Usar 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 ingreso de humedad, secar a 60 ±5°C durante un mínimo de 24 horas antes de usar.

5.2 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil de soldadura por reflujo sin plomo. Los parámetros clave incluyen una temperatura pico de 260°C, con el tiempo por encima de 240°C sin exceder el límite recomendado (implícito por el máximo de 5 segundos a 260°C). La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces para evitar un estrés térmico excesivo en el paquete de epoxi y las uniones de alambre.

5.3 Soldadura Manual y Rework

Si es necesaria la soldadura manual, use un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C y aplique calor a cada terminal durante no más de 3 segundos. Use un soldador de baja potencia (≤25W). Permita un intervalo de enfriamiento de más de 2 segundos entre soldar cada terminal. Para rework, se recomienda un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar estrés mecánico. La viabilidad y el impacto del rework en las características del dispositivo deben verificarse de antemano.

6. Consideraciones de Diseño para Aplicaciones

6.1 La Limitación de Corriente es Obligatoria

Un LED es un dispositivo accionado por corriente.Se requiere absolutamente una resistencia limitadora de corriente en serie.El voltaje directo (V_F) tiene un rango estrecho, y un pequeño aumento en el voltaje aplicado más allá de V_Fcausa un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente directa (I_F). El valor de la resistencia se calcula en base al voltaje de alimentación (V_{alimentación}), la corriente directa deseada (I_F) y el voltaje directo (V_F), usando el peor caso de V_F(mínimo) para garantizar que la corriente no exceda el máximo de diseño.

6.2 Gestión Térmica

Aunque el paquete es pequeño, la disipación de potencia (hasta 110mW) genera calor. Para operación continua a corrientes altas o en temperaturas ambientales elevadas, considere la resistencia térmica del PCB. Proporcionar un área de cobre adecuada (almohadillas de alivio térmico) alrededor de las almohadillas de soldadura ayuda a disipar el calor y mantener una temperatura de unión más baja, lo que mejora la fiabilidad a largo plazo y previene la degradación de la salida luminosa.

6.3 Diseño Óptico

El ángulo de visión de 140 grados proporciona una emisión amplia. Para aplicaciones que requieren un haz más enfocado, se pueden usar lentes o reflectores externos. Por el contrario, para una cobertura de área muy amplia, el ángulo nativo puede ser suficiente. La lente transparente al agua es adecuada para aplicaciones donde el punto de emisión exacto no es crítico; si se necesita un color específico o difusión para la alineación del montaje, esto debe considerarse ya que la lente no lo proporciona.

6.4 Protección del Circuito

En entornos donde son posibles transitorios de voltaje inverso (por ejemplo, cargas inductivas, conexión en caliente), considere agregar un diodo de protección en paralelo con el LED (cátodo a ánodo) para limitar cualquier voltaje inverso por debajo de la clasificación máxima de 5V.

7. Guía de Comparación y Selección

Este dispositivo es parte de una familia de LED IR. El criterio de selección clave de la guía proporcionada es el material del chip (AlGaAs) y el color de la lente (Transparente al Agua). Al seleccionar un LED IR, los ingenieros deben comparar los parámetros clave:

• Longitud de Onda (λ_p):Emparejar con la sensibilidad pico del receptor (fotodiodo, fototransistor o CI). 870nm es un estándar común.
• Intensidad Radiante (I_E):Una mayor intensidad proporciona una señal más fuerte, permitiendo un mayor alcance o una corriente de accionamiento más baja.
• Ángulo de Visión:Un ángulo estrecho proporciona un mayor alcance y luz más enfocada; un ángulo amplio proporciona una cobertura más amplia.
• Tamaño del Paquete:El paquete 0603 ofrece una huella muy pequeña para diseños miniaturizados.
• Voltaje Directo:Un V_Fmás bajo puede ser ventajoso en circuitos operados por batería de bajo voltaje.

El diferenciador principal de esta pieza específica es su combinación de una huella estándar 0603 con una intensidad radiante relativamente alta y un ángulo de visión amplio, adecuada para detección y comunicación IR de propósito general.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

8.1 ¿Cuál es el propósito de la longitud de onda de 870nm?

870nm está en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano. Es detectada eficientemente por fotodetectores de silicio comunes y económicos, que tienen una sensibilidad pico alrededor de 800-950nm. Esto lo hace ideal para aplicaciones de detección, control remoto y aislamiento óptico.

8.2 ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

No.Debe usar una resistencia limitadora de corriente. Por ejemplo, para accionar a I_F=20mA desde una fuente de 3.3V, asumiendo un V_Ftípico de 1.35V: R = (3.3V - 1.35V) / 0.020A = 97.5Ω. Use una resistencia estándar de 100Ω. Siempre verifique que la corriente no exceda el máximo bajo el peor caso de V_F conditions.

8.3 ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento?

A medida que aumenta la temperatura: La salida radiante típicamente disminuye, el voltaje directo disminuye y la longitud de onda pico aumenta ligeramente. Para una operación estable, diseñe circuitos de accionamiento que tengan en cuenta estas variaciones, especialmente si opera en todo el rango de -25°C a +85°C.

8.4 ¿Se requiere un disipador de calor?

Para operación continua a la corriente máxima absoluta (65mA) a temperatura ambiente, la disipación de potencia es P = V_F* I_F≈ 1.35V * 0.065A ≈ 88mW, que está por debajo de la clasificación de 110mW. Sin embargo, a altas temperaturas ambientales, es necesario aplicar un factor de reducción. Un buen diseño térmico del PCB (almohadillas de cobre) suele ser suficiente; un disipador de calor separado no es típico para paquetes 0603.

9. Ejemplo Práctico de Aplicación: Sensor de Proximidad IR Simple

Un caso de uso común es un sensor de objeto reflectante. El LED IR se coloca adyacente a un fototransistor. Un microcontrolador pulsa el LED (por ejemplo, a 20mA). La luz se refleja en un objeto cercano y es detectada por el fototransistor, cuya salida es leída por el microcontrolador. Pasos de diseño:

1. Accionamiento del LED:Use un pin GPIO y un transistor NPN (o un MOSFET) con una resistencia en serie para pulsar el LED a la corriente deseada. El pulsado permite una corriente instantánea más alta (para una señal más fuerte) manteniendo baja la potencia promedio.
2. Circuito Receptor:El fototransistor se conecta en una configuración de emisor común con una resistencia de pull-up para crear una salida de voltaje. El valor de la resistencia del colector determina la sensibilidad y la velocidad de respuesta.
3. Consideraciones Ópticas:Una pequeña barrera entre el LED y el fototransistor en el PCB ayuda a reducir la diafonía directa. El amplio ángulo de visión de 140° del LED ayuda a iluminar un área amplia frente al sensor.
4. Procesamiento de Señal:El microcontrolador puede usar detección síncrona (leyendo solo el receptor durante el pulso del LED) para rechazar la interferencia de la luz ambiental.

10. Principio de Funcionamiento y Tendencias Tecnológicas

10.1 Principio Básico de Funcionamiento

Un LED infrarrojo es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando está polarizado en directa, los electrones de la región n se recombinan con los huecos de la región p en la región activa (hecha de AlGaAs). Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La energía de banda prohibida específica del material AlGaAs determina la longitud de onda de los fotones emitidos, que en este caso está en el rango infrarrojo de 870nm. El paquete de epoxi transparente al agua encapsula el chip, proporciona protección mecánica y actúa como una lente que da forma al patrón de emisión.

10.2 Tendencias de la Industria

La tendencia en los LED infrarrojos SMD continúa hacia una mayor eficiencia (más salida radiante por unidad de entrada eléctrica), tamaños de paquete más pequeños para una mayor flexibilidad de diseño y una mayor integración. Esto incluye dispositivos con controladores incorporados, salida modulada para una mejor inmunidad al ruido y paquetes multichip que combinan diferentes longitudes de onda o combinan un emisor y un detector en un solo paquete. También hay un fuerte enfoque en mejorar el rendimiento y la fiabilidad a alta temperatura para aplicaciones automotrices e industriales. El dispositivo descrito aquí representa una solución madura, confiable y ampliamente adoptada dentro de este panorama en evolución.