Hoja de Datos Técnicos del Emisor y Detector Infrarrojo LTE-C216R-14 - Paquete 1206 - Longitud de Onda 850nm - Corriente 60mA - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-C216R-14 es un componente emisor y detector infrarrojo (IR) de montaje superficial diseñado para integrarse en ensamblajes electrónicos modernos. Su función principal es emitir y detectar luz infrarroja con una longitud de onda pico de 850 nanómetros, lo que lo hace adecuado para una variedad de aplicaciones de detección, transmisión de datos y detección de proximidad. El dispositivo está alojado en un encapsulado compacto 1206, que es una huella estándar EIA, garantizando una amplia compatibilidad con procesos de fabricación automatizados y diseños de PCB existentes.

Las ventajas principales de este componente incluyen su compatibilidad con equipos de colocación automatizada de alto volumen y su robustez en procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo. Esto lo convierte en una opción ideal para la producción en masa rentable. Además, cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), clasificándolo como un producto ecológico, lo cual es cada vez más importante para el acceso al mercado global y el cumplimiento ambiental.

El mercado objetivo de este dispositivo abarca la electrónica de consumo, la automatización industrial, equipos de comunicación y maquinaria de oficina. Su fiabilidad y encapsulado estandarizado lo convierten en un bloque de construcción versátil para diseñadores que requieren una solución IR confiable.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Operar cualquier componente electrónico más allá de sus valores máximos absolutos puede causar daños permanentes. Para el LTE-C216R-14, estos límites se definen a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C.

• Disipación de Potencia (P_D):100 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar de forma segura en forma de calor.
• Corriente Directa Pico (I_FP):800 mA. Esta es la corriente instantánea máxima permitida, típicamente especificada en condiciones de pulso (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 μs) para prevenir sobreestrés térmico durante ráfagas cortas.
• Corriente Directa Continua (I_F):60 mA. Esta es la corriente DC máxima que se puede aplicar continuamente sin degradar el rendimiento o la vida útil.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa superior a este puede romper la unión semiconductor.
• Rango de Temperatura de Operación:-40°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ambiental.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-55°C a +100°C. El componente puede almacenarse sin degradación dentro de estos límites.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Resiste 260°C durante 10 segundos. Esto define su tolerancia para perfiles de soldadura por reflujo sin plomo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Los parámetros clave de rendimiento se miden a T_A=25°C bajo condiciones de prueba especificadas, proporcionando una referencia para los cálculos de diseño.

• Intensidad Radiante (I_E):4 (Mín) a 13 (Máx) mW/sr, con un valor típico proporcionado. Medido a una corriente directa (I_F) de 20 mA. Este parámetro cuantifica la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián).
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Peak):850 nm (Típico). Esta es la longitud de onda a la que el emisor emite su máxima potencia óptica. Es un parámetro crítico para emparejarlo con la sensibilidad espectral de los fotodetectores.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ):50 nm (Típico). Esto indica el ancho de banda de la luz emitida, mostrando cuánto se dispersa la longitud de onda alrededor del pico.
• Voltaje Directo (V_F):1.6 V (Típico), 2.0 V (Máximo) a I_F= 50 mA. Esta es la caída de voltaje a través del dispositivo cuando conduce. Es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (Máximo) a V_R= 5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está polarizado inversamente.
• Tiempo de Subida/Bajada (T_r/T_f):30 ns (Típico). Esto especifica la rapidez con la que la salida óptica puede encenderse y apagarse (medido del 10% al 90% de la salida), determinando la velocidad máxima de modulación posible para la transmisión de datos.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):75 grados (Típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Un ángulo más amplio proporciona una cobertura espacial más amplia pero una intensidad menor en cualquier punto específico.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características eléctricas y ópticas. Aunque los gráficos específicos no se reproducen en el texto, su propósito es proporcionar una visión visual del comportamiento del dispositivo bajo diversas condiciones.

Estas curvas suelen incluir:

• Curva I-V (Corriente-Voltaje):Muestra la relación entre la corriente directa y el voltaje directo, que es no lineal para los LED. Esto ayuda a determinar la resistencia dinámica y el voltaje de conducción necesario para una corriente objetivo.
• Intensidad Radiante vs. Corriente Directa:Ilustra cómo la potencia óptica de salida aumenta con la corriente de conducción. Generalmente es lineal dentro del rango de operación, pero puede saturarse a corrientes muy altas.
• Longitud de Onda Pico vs. Temperatura:Demuestra cómo la longitud de onda emitida cambia con las variaciones de la temperatura de unión, lo cual es crucial para aplicaciones sensibles a la temperatura.
• Patrón del Ángulo de Visión:Un gráfico polar que muestra la distribución espacial de la intensidad de la luz emitida.

Los ingenieros utilizan estas curvas para optimizar su diseño, asegurando que el dispositivo opere en su región más eficiente y confiable, y para predecir el rendimiento en condiciones no estándar.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El componente utiliza una huella estándar de encapsulado 1206. La hoja de datos proporciona dibujos mecánicos detallados con todas las dimensiones críticas en milímetros. Las dimensiones clave incluyen la longitud, anchura y altura total del cuerpo del componente, así como la ubicación y el tamaño de las pestañas de soldadura en el propio dispositivo. La tolerancia para estas dimensiones es típicamente de ±0.10 mm a menos que se especifique lo contrario. El cumplimiento de estas dimensiones es vital para un diseño exitoso del patrón de pistas en el PCB y para el montaje automatizado.

4.2 Distribución Recomendada de Pads de Soldadura

Se proporciona una huella recomendada de pads de soldadura para el PCB. Esta distribución está diseñada para garantizar la formación de una junta de soldadura confiable durante el reflujo, minimizando problemas como el "efecto lápida" (componente que se levanta) o la soldadura insuficiente. Seguir estas dimensiones recomendadas de los pads, que suelen ser ligeramente más grandes que las terminales del componente para permitir la formación adecuada de un filete de soldadura, es una práctica recomendada para la fabricabilidad y la fiabilidad a largo plazo.

4.3 Empaquetado en Cinta y Carrete

Para el montaje automatizado, los componentes se suministran en cinta de 8 mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro. Cada carrete contiene 3000 piezas. Las especificaciones de la cinta y el carrete cumplen con los estándares ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantizando la compatibilidad con las máquinas pick-and-place estándar. Las notas especifican que los bolsillos vacíos de componentes se sellan con cinta de cubierta y que se permite un máximo de dos componentes faltantes consecutivos ("lámparas") por carrete, lo cual son garantías de calidad estándar para el empaquetado en cinta y carrete.

5. Pautas de Soldadura y Montaje

5.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El dispositivo está calificado para procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR), específicamente aquellos que utilizan soldadura sin plomo. Se proporciona un perfil de reflujo sugerido, con parámetros clave que incluyen una etapa de precalentamiento (150-200°C), una temperatura máxima pico de 260°C y un tiempo por encima del líquido (típicamente alrededor de 217°C para soldadura sin plomo) que no exceda los 10 segundos. La hoja de datos enfatiza que el perfil óptimo depende del diseño específico del PCB, los componentes, la pasta de soldar y el horno, y recomienda usar perfiles estándar JEDEC como base, respetando las especificaciones del fabricante de la pasta de soldar.

5.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, debe realizarse con una temperatura de punta del soldador que no exceda los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a un máximo de 3 segundos. Esto debe hacerse solo una vez para evitar daños térmicos al encapsulado plástico y al dado semiconductor interno.

5.3 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura, solo deben usarse agentes de limpieza especificados. La hoja de datos advierte explícitamente contra el uso de líquidos químicos no especificados, que podrían dañar el material del encapsulado. Los métodos de limpieza recomendados incluyen sumergir el LED en alcohol etílico o isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto.

5.4 Almacenamiento y Manipulación

La sensibilidad a la humedad es un factor crítico para los dispositivos de montaje superficial. Los LED se envían en una bolsa de barrera a prueba de humedad con desecante. Mientras están sellados, deben almacenarse a ≤30°C y ≤90% de humedad relativa (HR) y usarse dentro de un año. Una vez abierta la bolsa original, el ambiente de almacenamiento no debe exceder los 30°C y el 60% de HR. Los componentes extraídos de la bolsa sellada idealmente deben soldarse por reflujo dentro de una semana. Para un almacenamiento más prolongado fuera del embalaje original, deben almacenarse en un recipiente sellado con desecante o en un ambiente de nitrógeno. Los componentes almacenados por más de una semana fuera de la bolsa seca requieren un procedimiento de horneado (aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas) para eliminar la humedad absorbida antes de soldar, para prevenir daños por "efecto palomita" durante el reflujo.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTE-C216R-14 está destinado a equipos electrónicos ordinarios. Las aplicaciones comunes incluyen:

• Sensores de Proximidad:Detectar la presencia o ausencia de un objeto reflejando su luz IR.
• Interruptores Ópticos:Interrumpir un haz IR para detectar movimiento o posición.
• Transmisión de Datos:Enlaces de datos infrarrojos simples (por ejemplo, controles remotos, comunicación serie de corto alcance) mediante la modulación de la corriente de conducción.
• Conteo de Objetos:En líneas de automatización donde los objetos interrumpen un haz.
• Integración en equipos de oficina, dispositivos de comunicación y electrodomésticos.

La hoja de datos incluye una advertencia crucial: Para aplicaciones donde un fallo podría poner en peligro vidas o la salud (aviación, dispositivos médicos, sistemas de seguridad), se requiere consultar con el fabricante antes de su integración en el diseño.

6.2 Diseño del Circuito de Conducción

Se destaca un principio fundamental para usar LED: son dispositivos operados por corriente. Para garantizar un brillo uniforme al conducir múltiples LED en paralelo, la hoja de datos recomienda encarecidamente usar una resistencia limitadora de corriente individual en serie con cada LED (Modelo de Circuito A). Esto compensa las pequeñas variaciones en la característica de voltaje directo (V_F) de un dispositivo a otro. Se desaconseja conectar LED directamente en paralelo sin resistencias individuales (Modelo de Circuito B), ya que el LED con un V_Fligeramente más bajo atraerá una corriente desproporcionadamente mayor, lo que conducirá a un brillo desigual y un posible sobreestrés de ese dispositivo.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

Aunque no se proporciona una comparación directa lado a lado con otros números de parte en esta hoja de datos independiente, se pueden inferir las características diferenciadoras clave del LTE-C216R-14:

• Huella Estandarizada (1206/EIA):Ofrece un reemplazo fácil y familiaridad de diseño en comparación con encapsulados patentados.
• Sin Plomo y Cumple con RoHS:Cumple con las regulaciones ambientales modernas, lo que puede no ser cierto para componentes antiguos o de nicho.
• Amigable con la Automatización:Su empaquetado en cinta y carrete y su compatibilidad con procesos pick-and-place y reflujo lo hacen muy adecuado para la fabricación de alto volumen y rentable.
• Rendimiento Equilibrado:Con un ángulo de visión de 75 grados, longitud de onda de 850 nm y velocidad de 30 ns, proporciona un conjunto completo de características para aplicaciones IR de propósito general.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo alimentar este LED IR directamente desde un pin de microcontrolador de 5V?
R: No. El voltaje directo típico es de 1.6V a 50mA. Conectarlo directamente a un pin de 5V intentaría forzar una corriente muy alta y destructiva a través de él. Debes usar una resistencia limitadora de corriente en serie. Por ejemplo, para lograr 20mA desde una fuente de 5V: R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω (usa una resistencia estándar de 180Ω o 150Ω).

P2: ¿Cuál es la velocidad de datos máxima posible con este emisor?
R: El tiempo de subida/bajada de 30 ns sugiere un ancho de banda de modulación máximo teórico en el rango de decenas de MHz. Sin embargo, las velocidades de datos prácticas para una comunicación confiable son más bajas, a menudo en el rango de cientos de kbps a unos pocos Mbps, dependiendo del circuito de conducción, el detector y el ruido ambiental.

P3: ¿Por qué la condición de almacenamiento después de abrir la bolsa es tan estricta (≤60% HR)?
R: Los encapsulados plásticos de montaje superficial pueden absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad atrapada puede vaporizarse rápidamente, creando presión interna que puede agrietar el encapsulado o deslaminar las conexiones internas, una falla conocida como "efecto palomita". Las estrictas condiciones de almacenamiento y los requisitos de horneado son medidas preventivas contra esto.

P4: ¿Cómo interpreto el valor de Intensidad Radiante (mW/sr)?
R: Mide la densidad de potencia óptica. Un valor de 10 mW/sr significa que el dispositivo emite 10 milivatios de potencia óptica en un cono de espacio de un estereorradián en la dirección a la que apunta. Para encontrar la potencia total, integrarías esta intensidad sobre todo el ángulo de visión (75 grados, o ~1.84 sr).

9. Caso de Estudio de Diseño

Escenario: Diseñar un sensor de presencia de papel para una impresora.
Objetivo:Detectar cuando hay papel en la bandeja de alimentación.
Implementación:Colocar el emisor LTE-C216R-14 en un lado del camino del papel y un fotodetector coincidente (o usar la parte detectora de un componente similar) directamente opuesto. Cuando no hay papel, el haz IR llega al detector, generando una señal (por ejemplo, lógica ALTA). Cuando hay papel presente, bloquea el haz, haciendo que la señal del detector caiga (lógica BAJA).
Consideraciones de Diseño:

• Configuración de Corriente:Conducir el emisor a 20mA usando una resistencia en serie para una salida consistente y de larga duración.
• Alineación:El ángulo de visión de 75 grados proporciona cierta tolerancia para el desalineamiento mecánico.
• Inmunidad a la Luz Ambiental:Dado que utiliza luz modulada de 850 nm, el sistema puede hacerse resistente a la interferencia de la luz ambiental añadiendo un circuito simple de modulación/demodulación o usando un detector con filtro de luz diurna.
• Soldadura:Seguir el perfil de reflujo recomendado para garantizar conexiones confiables en el PCB sin dañar el componente.

10. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) opera según el principio de electroluminiscencia en un material semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un LED IR, la banda prohibida del semiconductor está diseñada para que esta energía liberada corresponda a un fotón en el espectro infrarrojo (alrededor de 850 nm para este dispositivo). Los fotones generados se emiten como luz. La función de detector, si es aplicable en un componente emparejado, funciona a la inversa: los fotones infrarrojos incidentes con suficiente energía crean pares electrón-hueco en el semiconductor de un fotodiodo, generando una fotocorriente medible cuando está polarizado inversamente.

11. Tendencias Tecnológicas

El campo de la optoelectrónica continúa evolucionando. Las tendencias relevantes para componentes como el LTE-C216R-14 incluyen:

• Mayor Integración:Avanzar hacia la combinación del emisor, detector y lógica de control (como un controlador modulado y un acondicionador de señal) en un solo encapsulado para un diseño de sistema más simple.
• Mayor Eficiencia:Desarrollo de materiales y estructuras semiconductoras que convierten más entrada eléctrica en salida óptica, reduciendo el consumo de energía y la generación de calor.
• Miniaturización:Aunque el encapsulado 1206 es estándar, existe un impulso hacia huellas aún más pequeñas (por ejemplo, 0805, 0603) para ahorrar espacio en el PCB en dispositivos cada vez más compactos.
• Fiabilidad Mejorada:Mejoras en materiales y procesos de encapsulado para resistir temperaturas de reflujo más altas y condiciones ambientales más severas, extendiendo la vida útil del producto.
• Detección Inteligente:Incorporar inteligencia básica a nivel de componente, como cancelación de luz ambiental o salida digital, para simplificar la interfaz con microcontroladores.

Estas tendencias tienen como objetivo proporcionar a los diseñadores bloques de construcción más capaces, confiables y fáciles de usar para la próxima generación de productos electrónicos.