Hoja de Datos de LED Emisor Infrarrojo 940nm - Paquete EIA - Longitud de Onda Pico 940nm - Voltaje Directo 1.2V - Intensidad Radiante 0.8mW/sr - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un componente emisor infrarrojo discreto. El dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren emisión infrarroja confiable, como en sistemas de control remoto, transmisión inalámbrica de datos por IR y sistemas de alarma de seguridad. Pertenece a una línea de productos que incluye varios diodos emisores infrarrojos (IRED) y fotodetectores. El material principal utilizado es Arseniuro de Galio (GaAs), optimizado para la emisión en una longitud de onda pico de 940 nanómetros. Esta longitud de onda se usa comúnmente en electrónica de consumo ya que es invisible al ojo humano y ofrece un buen rendimiento con receptores basados en silicio.

El componente se ofrece en un paquete EIA estándar, lo que lo hace compatible con procesos de ensamblaje automatizado. Cuenta con una lente plana transparente de vista superior que proporciona un amplio ángulo de visión. El producto cumple con las directivas RoHS y está clasificado como producto ecológico.

1.1 Características Principales

• Cumple con las normas RoHS y de producto ecológico.
• Diseño de vista superior con lente plana transparente.
• Empacado en cinta de 8mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro para colocación automatizada.
• Compatible con equipos de colocación automática.
• Adecuado para procesos de soldadura por reflujo infrarrojo.
• Huella de paquete EIA estándar.
• Longitud de onda de emisión pico (λp) de 940nm.
• Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL): Nivel 3.

1.2 Aplicaciones Objetivo

• Uso principal como fuente emisora infrarroja.
• Integración en conjuntos de sensores infrarrojos montados en PCB.
• Unidades de control remoto para electrónica de consumo (televisores, sistemas de audio).
• Enlaces de datos inalámbricos de corto alcance.
• Sensores de proximidad y detección de objetos.
• Interruptores de haz para sistemas de seguridad y alarma.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Las siguientes secciones proporcionan un análisis detallado de los parámetros clave de rendimiento del dispositivo según se definen en la hoja de datos. Comprender estos parámetros es fundamental para un diseño de circuito adecuado y una operación confiable.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites y debe evitarse para un rendimiento confiable a largo plazo.

• Disipación de Potencia (Pd):100 mW. Esta es la potencia total máxima que el dispositivo puede disipar como calor. Exceder este límite conlleva el riesgo de fuga térmica y falla.
• Corriente Directa Pico (I_FP):500 mA. Esta es la corriente máxima permitida en condiciones pulsadas (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 μs). Es significativamente mayor que la clasificación en DC, permitiendo pulsos de alta luminosidad en controles remotos.
• Corriente Directa en DC (I_F):50 mA. La corriente directa continua máxima. Para una operación más eficiente y confiable, se recomienda una corriente de accionamiento más baja (por ejemplo, 20mA como se usa en condiciones de prueba).
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. El voltaje máximo que se puede aplicar en dirección inversa. El dispositivo no está diseñado para operación inversa, y exceder esto puede causar ruptura.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:-40°C a +85°C y -55°C a +100°C, respectivamente. Estos rangos definen las condiciones ambientales para operación y no operación.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Resiste 260°C durante un máximo de 10 segundos. Esto es crítico para definir el perfil de soldadura por reflujo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Definen el comportamiento del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Intensidad Radiante (I_E):0.8 mW/sr (Típico) a I_F= 20mA. Mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido. El mínimo es 0.42 mW/sr, y la tolerancia de prueba es ±15%. Este parámetro impacta directamente el alcance efectivo del sistema IR.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Peak):940 nm (Típico). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica emitida es máxima. Debe coincidir con la sensibilidad pico del fotodiodo o fototransistor receptor.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):50 nm (Típico). Indica el ancho de banda espectral donde la intensidad de emisión es al menos la mitad del valor pico. Un ancho de banda más estrecho puede ser beneficioso para filtrar el ruido de la luz ambiental.
• Voltaje Directo (V_F):1.2 V (Típico), 1.6 V (Máx) a I_F= 20mA. Esta es la caída de voltaje a través del diodo cuando conduce. Es esencial para calcular el valor de la resistencia en serie: R_series= (V_supply- V_F) / I_F.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (Máx) a V_R= 5V. Esta es la pequeña corriente de fuga cuando el diodo está polarizado inversamente.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):150° (Típico). Este es el ángulo total en el cual la intensidad radiante cae a la mitad de su valor en el eje. Un ángulo amplio como este es útil para aplicaciones que requieren cobertura amplia en lugar de un haz enfocado.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran cómo varían los parámetros clave con las condiciones de operación. Estas son invaluables para la optimización del diseño.

3.1 Distribución Espectral

La curva de distribución espectral (Fig. 1) muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Confirma el pico en 940nm y el ancho medio de aproximadamente 50nm, proporcionando una representación visual de la pureza espectral de la luz emitida.

3.2 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente y Voltaje Directo

La Figura 2 muestra cómo la corriente directa máxima permitida se reduce a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esto es crucial para la gestión térmica. La Figura 3 es la curva I-V (Corriente-Voltaje) estándar, que muestra la relación exponencial entre la corriente directa y el voltaje. La curva ayuda a comprender la resistencia dinámica del diodo.

3.3 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura y Corriente

La Figura 4 ilustra cómo la potencia de salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. La Figura 5 muestra cómo la potencia de salida aumenta con la corriente directa, pero no de forma lineal. Destaca el punto de rendimientos decrecientes y la posible caída de eficiencia a corrientes muy altas.

3.4 Patrón de Radiación

El diagrama de radiación polar (Fig. 6) representa gráficamente el ángulo de visión. El patrón casi circular con valores de intensidad marcados en diferentes ángulos confirma el patrón de emisión muy amplio, similar a Lambert, característico de un paquete con lente plana.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones de Contorno

La hoja de datos incluye un dibujo mecánico detallado del componente. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del cuerpo, el espaciado de las patas y la altura total. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. El paquete se ajusta a una huella EIA estándar, garantizando compatibilidad con diseños de PCB comunes y máquinas pick-and-place.

4.2 Dimensiones Sugeridas de la Almohadilla de Soldadura

Se proporciona un patrón de tierra (huella) recomendado para el diseño de PCB. Adherirse a estas dimensiones asegura la formación adecuada de la junta de soldadura durante el reflujo. La recomendación incluye usar una plantilla metálica para la aplicación de pasta de soldadura con un espesor de 0.1mm (4 mils) o 0.12mm (5 mils).

4.3 Identificación de Polaridad

El cátodo suele estar indicado por un lado plano, una muesca o una pata más corta en el cuerpo del componente y en el dibujo de contorno. Se debe observar la polaridad correcta durante el ensamblaje para evitar daños al dispositivo.

4.4 Dimensiones del Empaquetado en Cinta y Carrete

El componente se suministra en cinta portadora en relieve en carretes de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. La hoja de datos proporciona dimensiones detalladas de los bolsillos de la cinta, la cinta de cubierta y el núcleo del carrete. Las cantidades estándar por carrete son de 5000 piezas. El empaquetado cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481-1-A-1994.

5. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR). Se proporciona un perfil sugerido para soldadura sin plomo (Pb-free), con parámetros clave que incluyen:

• Precalentamiento:150–200°C.
• Tiempo de Precalentamiento:Máximo 120 segundos.
• Temperatura Pico:Máximo 260°C.
• Tiempo por Encima del Líquidus:Máximo 10 segundos (se recomienda un máximo de dos ciclos de reflujo).

El perfil se basa en estándares JEDEC. Se enfatiza que el perfil óptimo depende del diseño específico de la placa, los componentes, la pasta de soldadura y el horno, por lo que es necesaria una caracterización.

5.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, use un cautín con una temperatura que no exceda los 300°C, y limite el tiempo de contacto a un máximo de 3 segundos por pata.

5.3 Condiciones de Almacenamiento

Debido a su clasificación de Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) 3:

• Bolsa Sellada:Almacenar a ≤30°C y ≤90% HR. Usar dentro de un año a partir de la fecha de sellado de la bolsa.
• Después de Abrir la Bolsa:Almacenar a ≤30°C y ≤60% HR. Se recomienda completar el reflujo IR dentro de una semana (168 horas).
• Almacenamiento Extendido (Abierto):Almacenar en un contenedor sellado con desecante o en un desecador de nitrógeno.
• Secado (Baking):Si se expone por más de una semana, secar a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el \"efecto palomita\" durante el reflujo.

5.4 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura, use solventes a base de alcohol como alcohol isopropílico. Evite limpiadores químicos agresivos o desconocidos que puedan dañar la lente epóxica o el paquete.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El circuito más común es una conexión en serie simple: una fuente de voltaje (V_CC), una resistencia limitadora de corriente (R_S) y el IRED. R_S= (V_CC- V_F) / I_F. Para operación pulsada (por ejemplo, control remoto), típicamente se usa un transistor (BJT o MOSFET) para encender y apagar el IRED a la frecuencia y ciclo de trabajo deseados. La corriente pico no debe exceder la I_FP rating.

6.2 Consideraciones de Diseño Óptico

• Alcance vs. Corriente:El alcance efectivo es proporcional a la raíz cuadrada de la intensidad radiante. Duplicar la corriente de accionamiento no duplica el alcance.
• Selección de Lente:La lente plana incorporada proporciona una cobertura amplia. Para alcances más largos o haces enfocados, se puede agregar una lente plástica externa para colimar la luz.
• Emparejamiento del Receptor:Siempre empareje el emisor de 940nm con un fotodetector (fotodiodo, fototransistor o CI) cuya sensibilidad pico también esté en la región de 940nm. Muchos detectores de silicio tienen buena sensibilidad alrededor de 850-950nm.
• Rechazo de Luz Ambiental:En entornos con IR ambiental fuerte (luz solar, bombillas incandescentes), use una señal modulada y un receptor con un demodulador coincidente. Un filtro óptico en el receptor que bloquee la luz visible y pase 940nm puede mejorar significativamente la relación señal-ruido.

6.3 Gestión Térmica

Si bien el dispositivo puede manejar 100mW, operar a una disipación de potencia más baja aumenta la confiabilidad y longevidad. Asegure un área de cobre de PCB adecuada alrededor de las almohadillas para actuar como disipador de calor, especialmente si se acciona cerca de la corriente DC máxima. Se debe consultar la curva de reducción de potencia (Fig. 2) para entornos de alta temperatura.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

Este IRED de GaAs de 940nm ofrece un conjunto equilibrado de características para aplicaciones infrarrojas de propósito general. Los diferenciadores clave implícitos en sus especificaciones incluyen:

• Longitud de Onda:940nm se prefiere sobre 850nm en muchas aplicaciones de consumo porque es menos visible como un tenue resplandor rojo, proporcionando una operación más discreta.
• Amplio Ángulo de Visión:El ángulo de 150° es excepcionalmente amplio, adecuado para aplicaciones donde la alineación no es crítica o se necesita cobertura de área amplia (por ejemplo, sensores de ocupación).
• Paquete Estándar:El paquete EIA garantiza un abastecimiento fácil, compatibilidad y reemplazo dentro de la industria.
• Robustez:Las clasificaciones para corriente pulsada (500mA) y soldadura por reflujo (260°C) indican un componente diseñado para fabricación confiable de alto volumen.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

Usando el V_Ftípico de 1.2V: R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190 Ohmios. Una resistencia estándar de 180 o 200 Ohmios sería adecuada. Siempre use el V_Fmáximo (1.6V) para un diseño conservador para asegurar que la corriente no exceda el objetivo: R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 Ohmios.

8.2 ¿Puedo usar esto para un control remoto de largo alcance?

Su intensidad radiante de 0.8 mW/sr es adecuada para controles remotos típicos en interiores a distancias de 5-10 metros. Para un alcance más largo, necesitaría aumentar la corriente de accionamiento (dentro de las clasificaciones pulsadas), usar una lente de enfoque o seleccionar un IRED con una especificación de intensidad radiante más alta.

8.3 La hoja de datos dice \"La condición de voltaje inverso se aplica solo para prueba IR. El dispositivo no está diseñado para operación inversa.\" ¿Qué significa esto?

Esto significa que la clasificación de voltaje inverso de 5V es un parámetro de prueba para verificar la corriente de fuga durante la fabricación. No es una clasificación operativa. En su circuito, debe asegurarse de que el IRED nunca esté sujeto a una polarización inversa durante la operación normal, ya que incluso un pequeño voltaje inverso podría dañarlo si no está limitado en corriente. Siempre incluya protección, como asegurar que esté orientado correctamente o agregar un diodo en paralelo si la topología del circuito pudiera causar voltaje inverso.

8.4 ¿Qué tan crítica es la vida útil de una semana después de abrir la bolsa barrera de humedad?

Para componentes MSL 3, es muy importante. Exceder la vida útil sin el almacenamiento o secado adecuado arriesga la entrada de humedad en el paquete plástico. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad puede vaporizarse rápidamente, causando delaminación interna, grietas o \"efecto palomita\", lo que conduce a fallas inmediatas o latentes. Adhiérase estrictamente a las pautas de almacenamiento y secado.

9. Principios de Operación

Un Diodo Emisor Infrarrojo (IRED) opera bajo el mismo principio que un LED de luz visible estándar, pero utiliza materiales semiconductores (como GaAs) con un ancho de banda correspondiente a las energías de los fotones infrarrojos. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones y huecos se recombinan en la región activa del semiconductor, liberando energía en forma de fotones. Para GaAs, esta energía de fotón corresponde a una longitud de onda alrededor de 940nm. La lente epóxica transparente es transparente tanto a la luz visible como a la infrarroja, permitiendo que la radiación IR pase mientras también proporciona protección mecánica y ambiental para el chip semiconductor.

10. Tendencias de la Industria

El mercado de componentes infrarrojos discretos se mantiene estable, impulsado por aplicaciones establecidas como controles remotos y usos en evolución en sensores IoT, reconocimiento de gestos y visión artificial. Las tendencias incluyen la integración de emisores y detectores en paquetes más pequeños y robustos, el desarrollo de IRED de mayor velocidad para comunicación de datos (sucesores de IrDA) y un mayor énfasis en la eficiencia energética y confiabilidad para dispositivos alimentados por batería. El movimiento hacia materiales sin plomo (Pb-free) y sin halógenos en cumplimiento de las regulaciones ambientales globales también es un requisito estándar, que este componente cumple.