Hoja de Datos Técnicos del Emisor y Detector Infrarrojo LTE-S9511T-E - Longitud de Onda Pico 940nm - Ángulo de Visión 25° - Disipación de Potencia 100mW

1. Descripción General del Producto

El LTE-S9511T-E es un componente infrarrojo discreto diseñado para una amplia gama de aplicaciones optoelectrónicas. Pertenece a una familia de dispositivos concebidos para ofrecer soluciones que requieren alta potencia, alta velocidad y características ópticas específicas. El componente está fabricado con tecnología de Arseniuro de Galio (GaAs), estándar para emisores infrarrojos, para alcanzar sus métricas de rendimiento objetivo.

1.1 Características y Ventajas Principales

El dispositivo incorpora varias características clave que lo hacen adecuado para el ensamblaje electrónico moderno y los estándares medioambientales. Cumple con las directivas RoHS, clasificándolo como un Producto Ecológico. El encapsulado está diseñado para ser compatible con la fabricación en gran volumen, suministrado en cinta de 8mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro, compatible con equipos de colocación automática. Además, el componente puede soportar procesos de soldadura por reflujo infrarrojo, un requisito crítico para las líneas de montaje de tecnología de montaje superficial (SMT). El propio encapsulado cumple con los estándares EIA, garantizando la compatibilidad mecánica.

1.2 Aplicaciones Objetivo y Mercado

La aplicación principal de este componente es como emisor infrarrojo. Sus características lo hacen idóneo para integrarse en sistemas como mandos a distancia para electrónica de consumo, enlaces de transmisión de datos inalámbricos basados en IR, alarmas de seguridad y otras aplicaciones de detección. Está concebido para configuraciones montadas en PCB, proporcionando una fuente compacta y fiable de luz infrarroja.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación Objetiva

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos del dispositivo, tal como se definen en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede producirse un daño permanente en el dispositivo. No están destinados para el funcionamiento normal.

• Disipación de Potencia (Pd):100 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar en forma de calor sin superar sus límites térmicos.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):1 A. Esta es la corriente máxima permitida en condiciones de pulsos (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 μs). Es significativamente mayor que la especificación en DC, destacando la capacidad del dispositivo para operación pulsada, común en transmisión de datos y mandos a distancia.
• Corriente Directa en DC (I_F):50 mA. La máxima corriente directa continua que el dispositivo puede manejar.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Aplicar un voltaje inverso superior a este puede provocar la ruptura de la unión semiconductor.
• Rango de Temperatura de Operación (T_op):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente dentro del cual se especifica que el dispositivo opera correctamente.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-55°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenamiento sin operación.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Soporta 260°C durante un máximo de 10 segundos. Esto define la tolerancia del 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 bajo condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Radiante (I_E):6.0 mW/sr (Típico) a I_F= 20mA. Mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). Es un parámetro clave para determinar el alcance efectivo y la fuerza de la señal en una aplicación.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):940 nm (Típico). La longitud de onda a la cual la potencia óptica emitida es máxima. Se encuentra en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero detectable por fotodiodos y fototransistores de silicio.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ):50 nm (Típico). Indica el ancho de banda espectral, o el rango de longitudes de onda emitidas. Un valor de 50 nm es común para los IREDs de GaAs estándar.
• Voltaje Directo (V_F):1.2 V (Típico), 1.5 V (Máx.) a I_F= 20mA. La caída de voltaje a través del dispositivo cuando conduce corriente. Esto es crucial para diseñar el circuito de excitación y calcular el consumo de potencia.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (Máx.) a V_R= 5V. La pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está polarizado en inversa.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):25 grados (Típico). Se define como el ángulo total en el cual la intensidad radiante cae a la mitad de su valor en el eje central. Un ángulo de 25 grados indica un haz relativamente enfocado, lo que puede ser beneficioso para comunicación o detección dirigida.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varios gráficos que ilustran la relación entre parámetros clave. Estas curvas son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

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 aproximadamente 940nm y el ancho de media línea de aproximadamente 50nm, proporcionando una representación visual de la pureza espectral de la luz emitida.

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

Esta curva (Fig.3) es fundamental para cualquier dispositivo semiconductor. Muestra la relación no lineal entre la corriente a través del IRED y el voltaje a través del mismo. La curva se desplaza con la temperatura, lo cual es crítico para la gestión térmica en el diseño.

3.3 Dependencia de la Temperatura

Las Figuras 2 y 4 representan cómo cambia el rendimiento del dispositivo con la temperatura ambiente. Típicamente, el voltaje directo de un diodo tiene un coeficiente de temperatura negativo (disminuye al aumentar la temperatura), mientras que la potencia de salida óptica también suele disminuir al aumentar la temperatura. Estos gráficos permiten a los diseñadores reducir la especificación de rendimiento para entornos de alta temperatura.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa

La Figura 5 muestra cómo escala la salida de luz con la corriente de excitación. Es típicamente sub-lineal; duplicar la corriente no duplica la salida óptica. Esta relación es importante para establecer el punto de operación y lograr el brillo o la fuerza de señal deseada de manera eficiente.

3.5 Patrón de Radiación

El diagrama polar (Fig.6) proporciona un mapa detallado de la intensidad emitida en función del ángulo respecto al eje central. Este dispositivo de 25 grados de ángulo de visión muestra un patrón de haz más fuerte en el centro y que decae hacia los bordes, lo cual es crucial para el diseño de sistemas ópticos, como alinearse con el campo de visión de un receptor.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones de Contorno

La hoja de datos proporciona dibujos mecánicos detallados del componente. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del cuerpo, el espaciado de las patillas y la altura total. El componente presenta un encapsulado plástico transparente al agua con una lente de visión lateral, que moldea el patrón de radiación de la luz emitida. Todas las dimensiones críticas se proporcionan con una tolerancia estándar de ±0.15mm a menos que se especifique lo contrario.

4.2 Distribución Recomendada de Pads de Soldadura

Se incluye un patrón de pistas (huella) recomendado para el diseño de PCB. Adherirse a estas dimensiones es vital para garantizar la correcta formación de la junta de soldadura durante el reflujo, lograr una buena resistencia mecánica y facilitar la disipación térmica del dispositivo.

4.3 Identificación de Polaridad

Se aplican las convenciones estándar de polaridad de LED. El cátodo suele estar indicado por un borde plano en el cuerpo del encapsulado, una muesca o una patilla más corta. Debe observarse la polaridad correcta durante el ensamblaje para evitar daños.

5. Guías de Ensamblaje, Manipulación y Fiabilidad

5.1 Guía de Soldadura y Ensamblaje

El dispositivo está clasificado para soldadura por reflujo infrarrojo. La hoja de datos especifica parámetros críticos del perfil:

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

Para soldadura manual con cautín, la recomendación es una temperatura máxima de 300°C durante no más de 3 segundos por junta. La hoja de datos enfatiza que el perfil óptimo depende del diseño específico de la PCB, la pasta de soldar y el horno, y recomienda usar perfiles estándar JEDEC como punto de partida.

5.2 Condiciones de Almacenamiento

El componente tiene un Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) de 3. Esto significa:

• Bolsa Sellada:Puede almacenarse hasta un año a ≤30°C y ≤90% HR.
• Después de Abrir la Bolsa:Debe almacenarse a ≤30°C y ≤60% HR. Los componentes deben someterse a reflujo dentro de una semana (168 horas). Si se almacenan más tiempo fuera de la bolsa original, deben guardarse en un gabinete seco o contenedor sellado con desecante. Si se exponen más de una semana, se requiere un secado a 60°C durante al menos 20 horas antes de soldar para evitar el agrietamiento por "popcorn" durante el reflujo.

5.3 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de soldar, solo deben usarse disolventes a base de alcohol como alcohol isopropílico (IPA). Productos químicos agresivos pueden dañar el encapsulado plástico o la lente.

6. Empaquetado e Información de Pedido

6.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El componente se suministra en cinta portadora con relieve y cinta de cubierta, enrollada en carretes de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. Cada carrete contiene 3000 piezas. El empaquetado cumple con los estándares ANSI/EIA-481-1-A-1994. Las especificaciones incluyen dimensiones del bolsillo, ancho de la cinta y tamaño del núcleo del carrete para garantizar compatibilidad con máquinas automáticas pick-and-place.

7. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

7.1 Diseño del Circuito de Excitación

Una nota de diseño crítica es que un LED es un dispositivo operado por corriente. La hoja de datos recomienda encarecidamente no conectar múltiples LEDs directamente en paralelo desde una única fuente de voltaje con una sola resistencia limitadora de corriente (Modelo de Circuito B). Debido a las variaciones naturales en el voltaje directo (V_F) de cada dispositivo, la corriente no se compartirá equitativamente, lo que llevará a diferencias significativas en el brillo y a una posible sobrecarga de un dispositivo. El método recomendado (Modelo de Circuito A) es usar una resistencia limitadora de corriente separada en serie con cada LED. Esto garantiza una corriente uniforme y, por lo tanto, una intensidad radiante uniforme en todos los dispositivos del arreglo.

7.2 Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia absoluta máxima es de 100mW, la operación práctica debe mantenerse muy por debajo de este límite, especialmente a temperaturas ambiente más altas. Deben consultarse las curvas de reducción de especificación (Fig. 2, Fig. 4). Es necesario un área de cobre adecuada en la PCB (usar el patrón de pads sugerido ayuda) para conducir el calor lejos de la unión del dispositivo y mantener el rendimiento y la longevidad.

7.3 Diseño Óptico

El ángulo de visión de 25 grados y el encapsulado con lente lateral influyen en cómo se dirige la energía IR. Para un rendimiento óptimo en un enlace de detección o comunicación, el patrón de radiación del emisor debe alinearse con el perfil de sensibilidad angular del receptor. El diagrama de radiación (Fig.6) es esencial para esta alineación. Para aplicaciones que requieren un patrón de haz diferente, pueden ser necesarias lentes o reflectores externos.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTE-S9511T-E, con su longitud de onda pico de 940nm, está posicionado para aplicaciones infrarrojas de propósito general. Sus diferenciadores clave incluyen su encapsulado de visión lateral, útil para iluminación de borde o requisitos específicos de trayectoria óptica, y su compatibilidad con procesos de ensamblaje automático. En comparación con dispositivos con ángulos de visión más amplios (ej., 60-120 grados), este componente ofrece mayor intensidad axial para una corriente de excitación dada, lo que puede traducirse en mayor alcance o menor consumo de potencia para enlaces dirigidos. Su longitud de onda de 940nm es un estándar común, asegurando amplia compatibilidad con receptores infrarrojos y filtros basados en silicio diseñados para ese espectro.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo excitar este IRED directamente desde un pin GPIO de un microcontrolador?

R: Depende de la capacidad de suministro de corriente del GPIO. A una corriente de excitación típica de 20mA, el GPIO debe poder suministrar al menos esa cantidad. Siempre se requiere una resistencia en serie para limitar la corriente, calculada como R = (V_suministro- V_F) / I_F. Para un suministro de 3.3V y V_Fde 1.2V a 20mA, R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 Ohmios. Una resistencia de 100 Ohmios sería una elección estándar.

P2: ¿Cuál es la diferencia entre longitud de onda pico (λ_p) y longitud de onda dominante (λ_d)?

R: La longitud de onda pico es la longitud de onda en el punto máximo de la curva de distribución espectral de potencia. La longitud de onda dominante se deriva de la colorimetría y representa el color percibido. Para emisores IR monocromáticos, suelen ser muy cercanas, pero λ_pes la especificación técnica estándar para el rendimiento optoelectrónico.

P3: ¿Por qué la especificación de corriente pulsada (1A) es mucho mayor que la de corriente continua (50mA)?

R: Esto se debe a las limitaciones térmicas. Durante un pulso muy corto (10μs), la unión semiconductor no tiene tiempo de calentarse significativamente, permitiendo una corriente instantánea mucho más alta sin superar la temperatura máxima de unión. En operación DC, el calor se acumula continuamente, por lo que la corriente debe limitarse para mantener la temperatura dentro de límites seguros.

10. Ejemplos Prácticos de Aplicación

Ejemplo 1: Transmisor Simple de Control Remoto IR.El LTE-S9511T-E puede usarse como el emisor en un mando básico. Un microcontrolador genera una señal digital modulada (ej., portadora de 38kHz) correspondiente a un protocolo de comando (ej., NEC, RC5). Esta señal conmuta un transistor que excita al IRED con corriente pulsada hasta el límite de pico de 1A, creando ráfagas de luz infrarroja. El haz enfocado de 25 grados ayuda a asegurar que la señal se dirija hacia el receptor.

Ejemplo 2: Sensor de Proximidad o Detección de Objetos.Emparejado con un receptor separado de fototransistor o fotodiodo, el emisor puede usarse para detectar la presencia o ausencia de un objeto. El emisor proyecta luz IR a través de un espacio. Cuando un objeto interrumpe el haz, la señal del receptor cae, desencadenando un evento de detección. El encapsulado de visión lateral puede ser ventajoso para diseñar ensamblajes de sensores compactos donde la trayectoria óptica es paralela a la PCB.

11. Principio de Operación

El LTE-S9511T-E es un diodo emisor de luz (LED) basado en material semiconductor de Arseniuro de Galio (GaAs). Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión P-N, se inyectan electrones y huecos en la región activa donde se recombinan. En un semiconductor de banda prohibida directa como el GaAs, esta recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La banda prohibida específica del material determina la longitud de onda de la luz emitida; para el GaAs, esto resulta en una emisión infrarroja alrededor de 940nm. La lente lateral está hecha de epoxi transparente al agua que encapsula el chip semiconductor y moldea la luz emitida en el patrón de radiación especificado.

12. Contexto y Tendencias de la Industria

Los componentes infrarrojos discretos como el LTE-S9511T-E siguen siendo bloques de construcción fundamentales en la electrónica. Si bien los módulos de sensores integrados (que combinan emisor, detector y lógica en un solo encapsulado) están creciendo para aplicaciones específicas como detección de gestos, los componentes discretos ofrecen flexibilidad de diseño, rentabilidad para aplicaciones de gran volumen y la capacidad de optimizar la trayectoria óptica de forma independiente. Las tendencias en la industria incluyen la demanda continua de miniaturización, mayor eficiencia (más salida óptica por entrada eléctrica) y mayor compatibilidad con procesos de soldadura sin plomo y de alta temperatura. El cumplimiento RoHS y de Producto Ecológico de este dispositivo se alinea con las regulaciones medioambientales globales que impulsan la industria electrónica.