Hoja de Datos del Emisor y Detector Infrarrojo LTE-C9501 - Longitud de Onda 940nm - Corriente Directa 20mA - Voltaje Directo Típico 1.2V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-C9501 es un componente infrarrojo discreto diseñado para una amplia gama de aplicaciones que requieren emisión y detección infrarroja fiable. Forma parte de una línea de productos integral que satisface las necesidades de los sistemas electrónicos modernos, donde el alto rendimiento, el encapsulado compacto y la compatibilidad con procesos de ensamblaje automatizado son críticos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales de este componente incluyen su conformidad con las normas RoHS y de producto ecológico, garantizando su respeto al medio ambiente. Se suministra en cinta portadora de 12 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro, lo que lo hace totalmente compatible con los equipos de colocación automática de alta velocidad utilizados en las líneas de ensamblaje de PCB modernas. El encapsulado también está diseñado para ser compatible con los procesos de soldadura por reflujo infrarrojo, que es el estándar de la industria para la tecnología de montaje superficial (SMT). Su encapsulado estándar EIA garantiza la compatibilidad mecánica con otros componentes y bibliotecas de diseño. El dispositivo está dirigido a mercados como la electrónica de consumo para mandos a distancia, sistemas industriales y comerciales para transmisión inalámbrica de datos por IR, y sistemas de seguridad para funciones de alarma y detección.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

El rendimiento del LTE-C9501 está definido por un conjunto de valores máximos absolutos y características eléctricas/ópticas detalladas. Comprender estos parámetros es esencial para un diseño de circuito fiable.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No están destinados para el funcionamiento normal. Los límites clave incluyen una disipación de potencia de 100 mW, una corriente directa de pico de 800 mA en condiciones pulsadas (300 pps, pulso de 10 µs) y una corriente directa continua en DC de 60 mA. El dispositivo puede soportar un voltaje inverso de hasta 5V, aunque no está diseñado para operar en inversa. El rango de temperatura de operación se especifica de -40°C a +85°C, con un rango de temperatura de almacenamiento más amplio de -55°C a +100°C. El componente puede soportar la soldadura por reflujo infrarrojo con una temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros, medidos a una temperatura ambiente estándar de 25°C, definen el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de operación. La intensidad radiante (I_E) varía desde un mínimo de 1.0 mW/sr hasta un máximo de 6.0 mW/sr cuando se excita con una corriente directa (I_F) de 20mA. La longitud de onda de emisión pico (λ_p) es de 940 nm, que se encuentra en el espectro del infrarrojo cercano y es invisible para el ojo humano. La anchura espectral a media altura (Δλ) es típicamente de 50 nm. El voltaje directo (V_F) es típicamente de 1.2V, con un rango de 1.1V a 1.5V a I_F=20mA. La corriente inversa (I_R) es un máximo de 10 µA cuando se aplica un voltaje inverso (V_R) de 5V. El ángulo de visión (2θ_1/2) es de 20 grados, definiendo la dispersión angular de la radiación infrarroja emitida donde la intensidad cae a la mitad de su valor en el eje.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar un rendimiento consistente en la producción, el LTE-C9501 se clasifica en diferentes lotes (bins) según su intensidad radiante. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos de salida específicos para su aplicación.

3.1 Clasificación por Intensidad Radiante

La lista de códigos de lote categoriza los dispositivos en tres grupos según su intensidad radiante mínima y máxima medida a I_F=20mA. El lote A cubre dispositivos con intensidad de 1.0 a 2.0 mW/sr. El lote B cubre de 2.0 a 3.0 mW/sr. El lote C cubre de 3.0 a 6.0 mW/sr. Se aplica una tolerancia de +/-15% a la intensidad dentro de cada lote. Este sistema de clasificación es útil en aplicaciones donde la fuerza de la señal constante es crucial, como en enlaces de transmisión de datos o sensores de proximidad.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda de cómo se comporta el dispositivo en condiciones variables, lo cual es vital para un diseño de sistema robusto.

4.1 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 940 nm y la anchura espectral a media altura de 50 nm, indicando el ancho de banda de la luz infrarroja emitida. Esta información es importante para emparejarla con la sensibilidad espectral de los fotodetectores correspondientes y para filtrar el ruido de la luz ambiental.

4.2 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva (Fig.2) ilustra la relación entre la corriente directa permitida y la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la corriente directa máxima permisible disminuye debido a las limitaciones térmicas de la unión semiconductor. Esta curva de reducción de potencia es crítica para garantizar que el dispositivo opere dentro de su área de operación segura (SOA) en todas las condiciones ambientales.

4.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo

La curva característica IV (Fig.3) muestra la relación no lineal entre la corriente directa y el voltaje directo. Ayuda a diseñar el circuito limitador de corriente para el LED. La forma de la curva es típica de un diodo, con un voltaje de encendido alrededor de 1V.

4.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente y Corriente Directa

Las Figuras 4 y 5 muestran cómo la potencia óptica de salida cambia con la temperatura y la corriente de excitación. La salida generalmente disminuye al aumentar la temperatura (Fig.4) y aumenta con la corriente de excitación (Fig.5), aunque no necesariamente de forma lineal. Estas curvas son esenciales para compensar la salida en entornos con variación de temperatura o para diseñar circuitos de brillo constante.

4.5 Patrón de Radiación

El diagrama polar de radiación (Fig.6) representa visualmente el ángulo de visión. La intensidad es más alta a lo largo del eje central (0 grados) y disminuye simétricamente hasta la mitad de su valor a +/-10 grados del eje, confirmando la especificación de ángulo de visión total de 20 grados. Este patrón es importante para la alineación óptica en sistemas como mandos a distancia o enlaces de datos.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones de Contorno

La hoja de datos proporciona dibujos mecánicos detallados del componente. Todas las dimensiones se especifican en milímetros, con una tolerancia estándar de ±0.1 mm a menos que se indique lo contrario. El encapsulado es un factor de forma estándar EIA con una lente de plástico transparente para emisión en vista superior.

5.2 Diseño Sugerido de Pads de Soldadura

Se proporciona un patrón de pistas recomendado (diseño de pads de soldadura) para el diseño del PCB. Seguir estas dimensiones asegura la formación adecuada de la junta de soldadura durante el reflujo, una buena resistencia mecánica y la correcta alineación del componente.

5.3 Dimensiones del Empaque en Cinta y Carrete

Los dibujos detallados muestran las dimensiones de la cinta portadora y el carrete de 7 pulgadas utilizado para el manejo automatizado. Los bolsillos de la cinta están diseñados para sujetar el componente de forma segura, y una cinta de cubierta superior los sella. Cada carrete contiene 2000 piezas. El empaque cumple con las especificaciones ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantizando la compatibilidad con equipos estándar de pick-and-place.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

Se incluye un perfil de reflujo infrarrojo sugerido para procesos sin plomo (Pb-free). Los parámetros clave incluyen una zona de precalentamiento de 150-200°C, un tiempo de precalentamiento de hasta 120 segundos máximo, una temperatura máxima que no exceda los 260°C y un tiempo por encima de este pico de 10 segundos máximo. El perfil se basa en estándares JEDEC para garantizar una soldadura fiable sin dañar el componente. Se enfatiza que el perfil óptimo puede variar según el diseño específico del PCB, la pasta de soldar y el horno utilizado.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

Para el empaque original sin abrir, a prueba de humedad y con desecante, los componentes deben almacenarse a 30°C o menos y 90% de humedad relativa o menos, con un período de uso recomendado de un año. Una vez abierto el empaque original, el entorno de almacenamiento no debe exceder los 30°C o el 60% de humedad relativa. Los componentes extraídos de su empaque original deben soldarse por reflujo idealmente 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 durante más de una semana fuera del empaque original deben secarse en horno a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes del ensamblaje para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

6.3 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, se recomiendan disolventes a base de alcohol, como el alcohol isopropílico.

6.4 Soldadura Manual

Si se requiere soldadura manual con cautín, la temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a un máximo de 3 segundos por junta de soldadura.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTE-C9501 es adecuado para su uso como emisor infrarrojo en unidades de mando a distancia para electrónica de consumo (televisores, sistemas de audio). También es aplicable en sistemas de transmisión inalámbrica de datos por IR de corto alcance, como en algunos enlaces de datos heredados o telemetría de sensores simple. Además, puede usarse en sistemas de alarma de seguridad como parte de un sensor de interrupción de haz infrarrojo o en aplicaciones de detección de proximidad.

7.2 Consideraciones de Diseño

Excitación de Corriente:Siempre utilice una resistencia limitadora de corriente en serie o un driver de corriente constante para establecer la corriente directa (I_F). No exceda los valores máximos absolutos para corriente continua o pulsada. Consulte la curva de reducción de potencia para operación a alta temperatura.
Diseño Óptico:Considere el ángulo de visión de 20 grados al diseñar lentes o reflectores para colimar o enfocar el haz IR. Para la recepción, asegúrese de que el fotodetector emparejado (fotodiodo o fototransistor) tenga la sensibilidad espectral apropiada alrededor de 940 nm.
Diseño Eléctrico:Aunque el dispositivo puede tolerar un voltaje inverso de 5V, no está diseñado para operar en polarización inversa. Asegúrese de que los diseños de circuito eviten la aplicación de un voltaje inverso significativo durante la operación normal o transitorios.
Gestión Térmica:Asegúrese de que el diseño del PCB proporcione un alivio térmico adecuado, especialmente si opera cerca de las clasificaciones de corriente máxima, para evitar sobrecalentamiento y degradación prematura.

7.3 Precauciones y Fiabilidad

El componente está destinado a equipos electrónicos estándar. Para aplicaciones que requieren una fiabilidad excepcional donde un fallo podría poner en peligro vidas o la salud (por ejemplo, aviación, dispositivos médicos, sistemas de seguridad), se necesitan consulta y calificación específicas. Adhiérase siempre a las condiciones de almacenamiento, manejo y soldadura especificadas para mantener la fiabilidad y el rendimiento del componente.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien la hoja de datos se centra en una sola referencia, los diferenciadores clave del LTE-C9501 dentro de su categoría incluyen su longitud de onda específica de 940nm, que ofrece un buen equilibrio entre potencia de salida y compatibilidad con fotodetectores de silicio, siendo menos visible que las fuentes de 850nm. Su lente transparente (en lugar de teñida) maximiza la salida de luz. Su encapsulado y compatibilidad con procesos SMT automatizados lo hacen adecuado para fabricación de alto volumen. La disponibilidad de lotes clasificados por intensidad radiante permite flexibilidad de diseño y optimización de costos según la fuerza de señal requerida.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es el propósito de la longitud de onda de 940nm?
R: La luz infrarroja de 940nm es invisible para el ojo humano, lo que la hace ideal para operación discreta en mandos a distancia y sistemas de seguridad. También es detectada eficientemente por fotodiodos y fototransistores de silicio comunes.

P: ¿Puedo excitar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?
R: No. Debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie. Calcule el valor de la resistencia usando la Ley de Ohm: R = (V_fuente- V_F) / I_F. Por ejemplo, con una fuente de 3.3V, V_F=1.2V, e I_F=20mA: R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 Ohmios. Use el siguiente valor estándar, como 100 Ohmios.

P: ¿Cuál es la diferencia entre intensidad radiante (mW/sr) e intensidad luminosa?
R: La intensidad radiante mide la potencia óptica (en vatios) por ángulo sólido, relevante para todas las longitudes de onda. La intensidad luminosa está ponderada por la sensibilidad del ojo humano y se usa para luz visible. Dado que este es un dispositivo IR, la intensidad radiante es la métrica correcta.

P: ¿Por qué es importante la sensibilidad a la humedad en el almacenamiento?
R: Los componentes SMD encapsulados en plástico pueden absorber humedad del aire. Durante el alto calor de la soldadura por reflujo, esta humedad atrapada puede vaporizarse rápidamente, causando delaminación interna o grietas ("efecto palomita"), lo que puede destruir el dispositivo. El almacenamiento y secado adecuados previenen esto.

10. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

Ejemplo 1: Transmisor IR Simple para Mando a Distancia:Empareje el LTE-C9501 con un IC de modulación a 38kHz (o un microcontrolador que genere una señal PWM de 38kHz) y un interruptor de transistor. La resistencia limitadora establece I_Fa 20-40mA para un buen alcance. El haz de 20 grados proporciona un área de cobertura razonable para apuntar un mando a distancia a un dispositivo.

Ejemplo 2: Sensor de Proximidad IR:Coloque un emisor LTE-C9501 y un fototransistor coincidente uno al lado del otro, mirando en la misma dirección. Un objeto que pase al frente reflejará la luz IR de vuelta al detector. Use operación pulsada del emisor y detección síncrona en el circuito receptor para rechazar la luz ambiental. El sistema de clasificación permite seleccionar un emisor con suficiente salida para la distancia de detección requerida.

Ejemplo 3: Enlace de Datos:Para transmisión de datos serie simple a corta distancia, excite el LED con la señal de datos a través de un circuito de aumento de corriente. La capacidad de alta velocidad del material semiconductor subyacente (implícita en la descripción de la línea de productos) admite modulación para datos. En el extremo receptor se usaría un fotodiodo coincidente con un amplificador de transimpedancia.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LTE-C9501, como emisor infrarrojo, es un diodo emisor de luz (LED). Su núcleo es un chip semiconductor, típicamente hecho de Arseniuro de Galio (GaAs) para emisión a 940nm. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión P-N, los electrones y los huecos se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica del material (bandgap) del semiconductor determina la longitud de onda de la luz emitida, que en este caso es de 940nm, en la región del infrarrojo. El encapsulado de epoxi transparente encapsula el chip, proporciona protección mecánica e incorpora una lente que moldea la luz emitida en el patrón de ángulo de visión de 20 grados especificado.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los componentes infrarrojos discretos como el LTE-C9501 siguen siendo bloques de construcción fundamentales en la electrónica. Las tendencias clave que influyen en este campo incluyen la demanda continua de miniaturización y mayor integración, lo que lleva a encapsulados combinados que podrían incluir tanto el emisor como el detector en una sola carcasa. También existe un impulso hacia una mayor eficiencia (más salida óptica por entrada eléctrica) y mayor velocidad para una transmisión de datos más rápida. La adopción de procesos de fabricación sin plomo (Pb-free) y compatibles con RoHS, como se ve en este componente, es ahora un estándar universal. Además, la compatibilidad con equipos automatizados de pick-and-place y soldadura por reflujo es esencial para una producción en masa rentable. Si bien los circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC) y los módulos son cada vez más comunes, los componentes discretos ofrecen flexibilidad de diseño, ventajas de costo a escala y son a menudo la solución preferida para diseños ópticos personalizados u optimizados.