Hoja de Datos del Emisor y Detector IR LTE-C216-P-W - Paquete 1206 (3.2x1.6x1.1mm) - Longitud de Onda Pico 850nm - Voltaje Directo 1.4V - Disipación de Potencia 100mW - Documento Técnico en Inglés

1. Product Overview

Este documento detalla las especificaciones de un componente discreto de emisor y detector de infrarrojos (IR). Este dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren una transmisión y recepción fiable de señales infrarrojas. Combina un diodo emisor de infrarrojos (IRED) y un elemento sensor en un único encapsulado compacto de montaje superficial. La tecnología central se basa en materiales de Arseniuro de Galio (GaAs) y Arseniuro de Galio y Aluminio (AlGaAs), optimizados para operar en una longitud de onda pico de 850 nanómetros. Esta longitud de onda se utiliza comúnmente en electrónica de consumo y transmisión de datos debido a su buen equilibrio entre rendimiento y disponibilidad de componentes.

Los objetivos principales de diseño son proporcionar una solución que ofrezca alta intensidad radiante, buenas características de velocidad y un amplio ángulo de visión para facilitar la alineación y la captura de la señal. El componente se encapsula en un formato estándar 1206, lo que lo hace compatible con líneas de ensamblaje automáticas de pick-and-place y con procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo. Está clasificado como un producto conforme a RoHS y Ecológico (Green).

1.1 Características Clave y Aplicaciones

El dispositivo incorpora varias características clave que lo hacen adecuado para la fabricación electrónica moderna:

• Cumplimiento con los estándares RoHS y Producto Verde.
• Empaquetado en cinta portadora de 8 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro para ensamblaje automatizado.
• Compatible con equipos de colocación automática.
• Diseñado para resistir perfiles estándar de soldadura por reflujo infrarrojo.
• Se ajusta a las dimensiones estándar de paquete EIA.
• Emite en una longitud de onda pico (λp) de 850 nm.
• Utiliza el tipo de paquete común de dispositivo de montaje superficial (SMD) 1206.

Las aplicaciones típicas de este componente incluyen, entre otras:

• Emisor de infrarrojos para unidades de control remoto (por ejemplo, para televisores, sistemas de audio).
• Sensor de infrarrojos montado en PCB para detección de proximidad, detección de objetos o recepción de datos.
• Enlaces de transmisión de datos inalámbricos por infrarrojos para comunicación de corto alcance.
• Sistemas de alarma de seguridad que utilizan haces de infrarrojos.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

Esta sección proporciona un análisis detallado y objetivo de las características eléctricas, ópticas y térmicas del dispositivo. Todos los parámetros se especifican a una temperatura ambiente (TA) de 25°C, salvo que se indique lo contrario.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estas condiciones, y deben evitarse en diseños confiables.

• Disipación de Potencia (Pd): 100 mW. Esta es la potencia total máxima que el encapsulado puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico (IFP): 800 mA. Esta es la corriente pulsada máxima permitida, especificada bajo condiciones de 300 pulsos por segundo con un ancho de pulso de 10 microsegundos.
• Corriente Directa Continua (IF): 60 mA. Esta es la corriente directa continua máxima para operación en estado estable.
• Voltaje Inverso (VR): 5 V. El voltaje máximo que puede aplicarse en dirección inversa a través del IRED.
• Rango de Temperatura de Operación: -40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente para el cual el dispositivo está diseñado para funcionar.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento: -55°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenamiento no operativo.
• Condición de Soldadura por Infrarrojos: Máximo de 260°C durante 10 segundos. Define el límite de temperatura máxima de reflujo para procesos de soldadura sin plomo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos en condiciones normales de operación. Los diseñadores deben utilizar los valores típicos (Typ.) o máximos (Max.) según corresponda para sus cálculos de circuito.

• Intensidad Radiante (IE): 3.0 mW/sr (Típ.) con una corriente directa (IF) de 20mA. Mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido a lo largo del eje.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λPeak): 850 nm (Típ.). La longitud de onda a la cual la potencia de salida óptica es máxima.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ): 50 nm (Típ.). El rango de longitud de onda en el cual la potencia emitida es al menos la mitad de la potencia pico, indicando la pureza espectral.
• Voltaje Directo (VF): 1.4 V (Típ.), 1.8 V (Máx.) con IF=20mA. La caída de voltaje a través del IRED cuando conduce.
• Corriente Inversa (IR): 10 μA (Máx.) a un voltaje inverso (VR) de 5V. La pequeña corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado en inversa.
• Tiempo de Subida/Caída (Tr/Tf): 20 nS (Típ.). El tiempo que tarda la salida óptica en subir del 10% al 90% (o caer del 90% al 10%) de su valor final, indicando la velocidad de conmutación.
• Ángulo de Visión (2θ1/2): 100 grados (Típ.). El ángulo total en el que la intensidad radiante es la mitad de la intensidad en el eje. Un ángulo más amplio hace que la alineación entre el emisor y el detector sea menos crítica.

3. Análisis de la Curva de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones variables. Estos gráficos permiten a los diseñadores extrapolar el rendimiento más allá de las especificaciones de un solo punto.

3.1 Distribución Espectral

La curva de distribución espectral muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Para este dispositivo, la curva está centrada alrededor de 850 nm con un ancho medio definido de 50 nm. Esta información es crítica para seleccionar filtros ópticos compatibles en el lado del detector para rechazar el ruido de la luz ambiental.

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

Esta curva ilustra la relación no lineal entre la corriente a través del IRED y el voltaje a través del mismo. Muestra el voltaje de encendido típico y cómo VF aumenta con IF. Los diseñadores la utilizan para calcular el valor necesario de la resistencia en serie para limitar la corriente cuando se alimenta desde una fuente de voltaje.

3.3 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico demuestra cómo la corriente directa continua máxima permitida se reduce a medida que aumenta la temperatura ambiente. Para garantizar la fiabilidad, la corriente de operación debe reducirse a temperaturas más altas para mantener la temperatura de unión y la disipación de potencia dentro de límites seguros.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra la dependencia de la potencia de salida óptica con la temperatura. Típicamente, la intensidad radiante disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Esta característica debe tenerse en cuenta en aplicaciones que requieren una salida óptica estable en un amplio rango de temperaturas.

3.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa

Esta es una curva clave que muestra la potencia de salida óptica en función de la corriente de excitación. Generalmente es lineal en un rango significativo, pero puede saturarse a corrientes muy altas. Los diseñadores la utilizan para determinar la corriente de excitación necesaria para lograr una intensidad de señal específica.

3.6 Diagrama del Patrón de Radiación

Un gráfico polar que representa la distribución espacial de la luz emitida. El diagrama confirma el amplio ángulo de visión de 100 grados, mostrando cómo la intensidad disminuye en ángulos fuera del eje central. Este patrón es crucial para diseñar la trayectoria óptica y la alineación en un sistema.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Contorno y del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete SMD estándar 1206. Las dimensiones clave incluyen una longitud del cuerpo de aproximadamente 3.2 mm, un ancho de 1.6 mm y una altura de 1.1 mm. La hoja de datos proporciona un dibujo dimensional detallado con tolerancias típicamente de ±0.1 mm. El cátodo suele estar indicado por una marca o una geometría específica de la almohadilla.

4.2 Distribución Sugerida de las Almohadillas de Soldadura

Se proporciona un patrón de pistas (huella) recomendado para el diseño de PCB. Esto incluye las dimensiones, el espaciado y la forma de las almohadillas para garantizar una unión de soldadura confiable durante el reflujo, minimizando el riesgo de efecto "tombstoning" o puentes de soldadura. Adherirse a estas recomendaciones es importante para el rendimiento de fabricación.

4.3 Especificaciones de Empaquetado en Cinta y Carrete

Los componentes se suministran en cinta portadora con alveolos, enrollada en carretes de 7 pulgadas (178 mm) de diámetro. Las dimensiones clave de la cinta incluyen el paso de los alveolos, el tamaño de los alveolos y el ancho de la cinta. Cada carrete contiene 3000 piezas. El embalaje cumple con los estándares ANSI/EIA 481-1-A-1994, lo que garantiza la compatibilidad con alimentadores automáticos estándar.

5. Guías de Montaje, Manipulación y Aplicación

5.1 Proceso de Soldadura y Reflujo

El dispositivo es compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo. Se sugiere un perfil detallado de temperatura de reflujo, conforme a los estándares JEDEC para montaje sin plomo. Los parámetros clave incluyen:

• Precalentamiento: 150-200°C durante un máximo de 120 segundos.
• Temperatura Máxima: 260°C máximo.
• Tiempo por Encima del Líquidus: El componente no debe estar expuesto a temperaturas superiores a 260°C durante más de 10 segundos, y no se deben realizar más de dos ciclos de reflow.

Para soldadura manual con cautín, se recomienda una temperatura máxima en la punta de 300°C durante no más de 3 segundos por unión. Se enfatiza que el perfil óptimo depende del diseño específico del PCB, la pasta de soldar y el horno, por lo que es necesaria una caracterización del proceso.

5.2 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los componentes son sensibles a la humedad. En su bolsa original sellada a prueba de humedad con desecante, deben almacenarse a ≤30°C y ≤90% de Humedad Relativa (HR) y usarse dentro de un año. Una vez abierta la bolsa, el ambiente de almacenamiento no debe exceder 30°C / 60% HR. Los componentes retirados del embalaje original deben someterse a reflow dentro de una semana. Para un almacenamiento más prolongado fuera de la bolsa original, deben guardarse en un recipiente sellado con desecante o en un desecador de nitrógeno. Los componentes almacenados sin empaque por más de una semana requieren horneado (por ejemplo, a 60°C durante 20 horas) antes de la soldadura para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita de maíz" durante el reflow.

5.3 Limpieza

Si se requiere limpieza después de la soldadura, solo deben utilizarse disolventes a base de alcohol, como alcohol isopropílico (IPA). Deben evitarse los limpiadores químicos agresivos o fuertes, ya que pueden dañar la lente epoxi del encapsulado.

5.4 Método de Conducción y Diseño de Circuito

Una nota de diseño crítica es que un LED es un dispositivo operado por corriente. Al conducir el emisor IR, es obligatorio utilizar una resistencia limitadora de corriente en serie cuando se emplea una fuente de voltaje. Esta resistencia establece la corriente de operación (IF) al valor deseado, calculada mediante la Ley de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Además, cuando varios emisores se conectan en paralelo, debe utilizarse una resistencia limitadora de corriente separada para cada dispositivo para garantizar la uniformidad de la intensidad, ya que el voltaje directo (VF) puede variar ligeramente entre unidades.

5.5 Precauciones de Aplicación y Uso Previsto

El componente está destinado a equipos electrónicos de propósito general. Para aplicaciones que requieren una fiabilidad excepcional donde un fallo podría poner en peligro vidas o la salud (por ejemplo, aviación, médica, sistemas de seguridad en el transporte), se requiere consulta y calificación específicas, ya que estas están fuera del alcance de las especificaciones estándar de grado comercial proporcionadas en esta hoja de datos.

6. Comparación Técnica y Consideraciones de Diseño

En comparación con IREDs o fotodetectores discretos simples, este par emisor-detector integrado en un solo encapsulado ofrece una simplificación del diseño al garantizar características ópticas emparejadas y una proximidad física cercana, lo que puede ser beneficioso para la detección reflectante. La longitud de onda de 850 nm es menos visible para el ojo humano que la de 940 nm, lo que la hace adecuada para aplicaciones donde un tenue resplandor rojo es aceptable o incluso se utiliza como indicador de estado. El ángulo de visión de 100 grados es notablemente amplio, reduciendo los requisitos de precisión de alineación en comparación con dispositivos de haz más estrecho.

Los diseñadores deben considerar cuidadosamente la compensación entre la corriente de conducción, la intensidad radiante y la vida útil/generación de calor del dispositivo. Operar en o cerca de los valores máximos absolutos de corriente o temperatura acelerará el envejecimiento y reducirá la confiabilidad a largo plazo. Se recomienda un diseño de PCB adecuado para la disipación de calor, especialmente si se opera con ciclos de trabajo altos o temperaturas ambientales elevadas.

7. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo alimentar este IRED directamente desde un pin GPIO de un microcontrolador?
R: No. Un pin de microcontrolador típicamente no puede suministrar 20-60 mA de forma segura. Debe usar el GPIO para controlar un transistor (por ejemplo, MOSFET o BJT) que conmute la corriente más alta desde una fuente de alimentación, con una resistencia en serie para establecer la corriente exacta.

P: ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda pico (λp) y la longitud de onda dominante (λd)?
A> Peak wavelength is the point of maximum spectral power. Dominant wavelength is derived from color perception on a chromaticity diagram and represents a single wavelength that matches the perceived color. For monochromatic IR devices, they are often very close.

P: ¿Cómo me interfazo con el lado del detector de este componente?
A> The datasheet primarily details the emisor characteristics. The detector (photodiode or phototransistor) will have its own set of parameters (dark current, responsivity, etc.) not fully listed here. Typically, the detector output is a small current proportional to received IR light, which is usually converted to a voltage using a transimpedance amplifier or a simple load resistor for digital threshold detection.

P: ¿Por qué es tan importante la condición de humedad de almacenamiento?
A> SMD packages can absorb moisture through the plastic molding compound. During the high heat of reflow soldering, this trapped moisture can vaporize rapidly, creating internal pressure that can crack the package or delaminate internal bonds—a failure known as "popcorning." The storage and baking guidelines prevent this.

8. Ejemplo de Aplicación Práctica

Caso de Diseño: Sensor Simple de Proximidad/Obstrucción
Un uso común es el de sensor de interrupción de haz. El emisor se alimenta con una corriente pulsada (por ejemplo, pulsos de 20mA a 38kHz) para distinguir su señal del IR ambiental. El detector, colocado a una corta distancia, recibe esta señal. Cuando un objeto interrumpe el haz, la señal recibida disminuye. La salida del detector se introduce en un circuito integrado receptor demodulador o en un microcontrolador con lógica de filtrado para detectar la ausencia de la frecuencia portadora, activando así una salida. El amplio ángulo de visión simplifica la alineación del emisor y el detector en lados opuestos de la trayectoria que se está monitorizando.

9. Principio Operativo

El dispositivo funciona según principios optoelectrónicos fundamentales. El emisor es un Diodo Emisor de Infrarrojos (IRED). Cuando está polarizado en directa, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa del semiconductor (GaAs/AlGaAs), liberando energía en forma de fotones. La banda prohibida del material determina la energía del fotón y, por tanto, la longitud de onda, que en este caso es de 850nm. El detector es típicamente un fotodiodo o un fototransistor hecho de silicio. Cuando fotones con suficiente energía (longitudes de onda típicamente hasta ~1100nm para el silicio) impactan en la región de agotamiento del detector, generan pares electrón-hueco. En un fotodiodo, esto crea una fotocorriente cuando está polarizado en inversa. En un fototransistor, la fotocorriente actúa como corriente de base, provocando que fluya una corriente de colector mayor, proporcionando así ganancia interna.

10. Tendencias Tecnológicas

En el campo de los componentes infrarrojos discretos, las tendencias incluyen el desarrollo de dispositivos con mayor potencia de salida para alcances más largos, velocidad mejorada para una transmisión de datos más rápida y filtrado espectral integrado en el paquete del detector para lograr relaciones señal-ruido más altas en entornos con luz ambiental intensa. También existe un movimiento hacia la miniaturización más allá del encapsulado 1206 (por ejemplo, 0805, 0603) para ahorrar espacio en la placa, aunque a menudo a expensas de la potencia óptica o el ángulo de visión. La búsqueda de una mayor fiabilidad y rendimiento en aplicaciones automotrices e industriales sigue impulsando el desarrollo de componentes con rangos de temperatura de operación más amplios y empaquetados más robustos.