Hoja de Datos del Emisor y Detector Infrarrojo LTE-S9511-E - Longitud de Onda 940nm - Corriente Directa 20mA - Voltaje Directo 1.5V - Disipación de Potencia 100mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-S9511-E es un componente infrarrojo discreto diseñado para una amplia gama de aplicaciones que requieren emisión y detección infrarroja confiable. Forma parte de una línea de productos integral que satisface las necesidades de alta potencia, alta velocidad y amplios ángulos de visión en soluciones infrarrojas.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este componente está diseñado para cumplir con los estándares modernos de fabricación y medioambientales. Es un producto ecológico compatible con RoHS, suministrado en cinta de 8mm en carretes de 13 pulgadas de diámetro para compatibilidad con equipos de colocación automática de alta velocidad. Su diseño soporta procesos de soldadura por reflujo infrarrojo, haciéndolo adecuado para el ensamblaje de PCB en volumen. Las aplicaciones objetivo principales incluyen sistemas de control remoto, módulos de transmisión inalámbrica de datos por IR, alarmas de seguridad y varios otros productos electrónicos de consumo e industrial donde se requiere detección o señalización infrarroja.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Los siguientes parámetros definen los límites operativos y las características de rendimiento del dispositivo en condiciones estándar (TA=25°C).

2.1 Clasificaciones Absolutas Máximas

Estas clasificaciones especifican los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No son para operación continua.

• Disipación de Potencia (Pd):100 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar como calor.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):1 A. Esta es la corriente pulsada máxima permitida bajo condiciones específicas (300 pps, ancho de pulso de 10μs).
• Corriente Directa en CC (I_F):50 mA. La corriente directa continua máxima para una operación confiable.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. El dispositivo no está diseñado para operación en polarización inversa; exceder este voltaje puede causar ruptura.
• Rango de Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente para el funcionamiento normal del dispositivo.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-55°C a +100°C.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Resiste 260°C durante un máximo de 10 segundos, definiendo la tolerancia del perfil de reflujo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba definidas.

• Intensidad Radiante (I_E):4.0 (Mín), 6.0 (Típ) mW/sr. Medido a I_F= 20mA. Esto indica la potencia óptica de salida por ángulo sólido.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Peak):940 nm (Típ). La longitud de onda a la cual la radiación infrarroja emitida es más fuerte.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):50 nm (Típ). El ancho de banda del espectro emitido a la mitad de la intensidad pico.
• Voltaje Directo (V_F):1.2 (Típ), 1.5 (Máx) V. Medido a I_F= 20mA. La caída de voltaje a través del dispositivo cuando conduce.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (Máx). Medido a V_R= 5V. Una pequeña corriente de fuga bajo polarización inversa.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):20 (Mín), 25 (Típ) grados. El ángulo total donde la intensidad radiante cae a la mitad de su valor en el eje.

3. Explicación del Sistema de Binning

El dispositivo está disponible en diferentes grados de rendimiento, o "bins", basados en la intensidad radiante. Esto permite a los diseñadores seleccionar un componente que coincida precisamente con los requisitos de sensibilidad o potencia de salida de su aplicación.

La lista de códigos de bin especifica la intensidad radiante mínima y máxima para cada grado a una corriente de prueba de 20mA:

• Bin K:4 a 6 mW/sr
• Bin L:5 a 7.5 mW/sr
• Bin M:6 a 9 mW/sr
• Bin N:7 a 10.5 mW/sr

La selección de un código de bin más alto (por ejemplo, N sobre K) típicamente asegura una salida óptica mínima mayor, lo cual puede ser crítico para lograr un mayor alcance o una mejor relación señal/ruido en un sistema.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Estas son esenciales para el diseño detallado del circuito y la comprensión de las compensaciones de rendimiento.

4.1 Distribución Espectral

Una curva (Fig.1) muestra la intensidad radiante relativa versus la longitud de onda. Confirma la emisión pico a 940nm y el ancho espectral a mitad de altura de aproximadamente 50nm, lo cual es típico para emisores infrarrojos basados en GaAs. Este espectro amplio es adecuado para su uso con fotodetectores de silicio, que tienen una sensibilidad amplia en la región del infrarrojo cercano.

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

Esta curva (Fig.3) representa la relación no lineal entre corriente y voltaje. Muestra que el voltaje directo aumenta con la corriente, comenzando alrededor de 1.0V y acercándose a 1.5V a 100mA. Esta curva es vital para diseñar el circuito limitador de corriente.

4.3 Características de Temperatura

Múltiples curvas ilustran la dependencia del dispositivo de la temperatura ambiente (T_a).

- Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig.2):Probablemente muestra cómo la corriente directa máxima permitida se reduce a medida que aumenta la temperatura ambiente para evitar exceder el límite de disipación de potencia.

- Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4):Demuestra que la potencia de salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura. Este coeficiente de temperatura negativo es una consideración clave para aplicaciones que operan en entornos térmicos variables, ya que puede requerir compensación de temperatura en el circuito de excitación o receptor para mantener un rendimiento consistente.

4.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva (Fig.5) muestra que la intensidad radiante es generalmente proporcional a la corriente directa, pero la relación puede volverse sub-lineal a corrientes muy altas debido al calentamiento y la caída de eficiencia. Ayuda a determinar la corriente de operación óptima para un nivel de salida deseado.

4.5 Diagrama de Radiación

El diagrama polar (Fig.6) representa visualmente el ángulo de visión. La intensidad es más alta a 0° (en el eje) y disminuye simétricamente, cayendo a la mitad aproximadamente a ±12.5° (para un ángulo de visión de 25°). Este patrón es crucial para alinear el emisor con un detector o para diseñar ópticas para dar forma al haz.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones de Contorno

El dispositivo se ajusta a un paquete estándar EIA. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del cuerpo, el espaciado de las patillas y la altura total. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros con una tolerancia típica de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. El paquete cuenta con una lente de plástico transparente con una configuración de visión lateral, que dirige la luz emitida perpendicularmente al plano del PCB.

5.2 Dimensiones Sugeridas de la Almohadilla de Soldadura

Un diagrama proporciona las dimensiones recomendadas del patrón de pistas en el PCB para asegurar la formación adecuada de la junta de soldadura y la estabilidad mecánica durante y después del proceso de reflujo. Adherirse a estas pautas es crítico para el rendimiento de fabricación y la confiabilidad a largo plazo.

5.3 Identificación de Polaridad

El cátodo típicamente se indica por un lado plano, una muesca o una pata más corta en el paquete. Se debe observar la polaridad correcta durante el ensamblaje, ya que aplicar voltaje inverso más allá de la clasificación máxima puede dañar instantáneamente el dispositivo.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con procesos de reflujo infrarrojo. Las condiciones recomendadas incluyen:

- Precalentamiento:150–200°C durante un máximo de 120 segundos.

- Temperatura Pico:260°C máximo.

- Tiempo por Encima del Líquidus:10 segundos máximo (para un máximo de dos ciclos de reflujo).

Estos parámetros se alinean con los estándares JEDEC y las especificaciones comunes de pasta de soldadura sin plomo. El perfil debe caracterizarse para el diseño de PCB específico, los componentes y el horno utilizados.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

El dispositivo tiene un Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) de 3.

- Paquete Sellado:Almacenar a ≤30°C y ≤90% HR. Usar dentro de un año a partir de la fecha de sellado de la bolsa.

- Paquete Abierto:Para componentes retirados de la bolsa a prueba de humedad, el ambiente de almacenamiento no debe exceder 30°C/60% HR. Se recomienda completar el reflujo IR dentro de una semana (168 horas). Para un almacenamiento más prolongado fuera del embalaje original, usar un contenedor sellado con desecante. Los componentes almacenados por más de una semana deben hornearse a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita de maíz" durante el reflujo.

6.3 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, usar disolventes a base de alcohol como alcohol isopropílico. Se deben evitar productos químicos agresivos o fuertes.

7. Embalaje e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El dispositivo se suministra en cinta portadora de 8mm en carretes de 13 pulgadas (330mm) de diámetro. Cada carrete contiene aproximadamente 9000 piezas. El embalaje cumple con las especificaciones ANSI/EIA 481-1-A-1994. La cinta tiene un sello de cubierta superior, y se permite un máximo de dos bolsillos de componentes vacíos consecutivos.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Controles Remotos:Para televisores, sistemas de audio y otros productos electrónicos de consumo.
• Transmisión de Datos por IR:Comunicación inalámbrica simplex de corto alcance para sensores o señales de control.
• Sistemas de Seguridad:Como parte de haces de detección de intrusos o sensores de proximidad.
• Detección de Objetos:Sensores montados en PCB para conteo, detección de posición o detección de bordes.

8.2 Consideraciones de Diseño y Método de Excitación

Un LED es un dispositivo operado por corriente. Para asegurar una intensidad y longevidad consistentes, debe ser excitado con una fuente de corriente o una fuente de voltaje con una resistencia limitadora de corriente en serie. El valor de la resistencia (R_s) se puede calcular usando la Ley de Ohm: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. Donde V_Fes el voltaje directo de la hoja de datos a la corriente de operación deseada I_F. Al excitar múltiples LEDs en paralelo, se recomienda encarecidamente usar una resistencia limitadora de corriente separada para cada LED para evitar la acaparación de corriente debido a variaciones menores en su V_F characteristics.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTE-S9511-E, con su longitud de onda de 940nm, ofrece una ventaja clave sobre los LEDs de luz visible u otras longitudes de onda IR: es prácticamente invisible para el ojo humano, lo que lo hace ideal para operación discreta. En comparación con los emisores de 850nm, los de 940nm típicamente tienen un ruido de fondo de irradiancia solar más bajo, lo que puede mejorar la relación señal/ruido en condiciones de luz ambiental. El paquete de lente de visión lateral está específicamente diseñado para aplicaciones donde el haz IR necesita viajar paralelo a la superficie del PCB, un requisito común en sensores tipo ranura o paneles con iluminación lateral.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

R: No. Debes usar una resistencia en serie para limitar la corriente. Por ejemplo, con una fuente de 5V y un objetivo I_Fde 20mA (V_F~1.2V), R_s= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω. Una resistencia de 200Ω sería un valor estándar adecuado.

P: ¿Cuál es la diferencia entre "Intensidad Radiante" y "Ángulo de Visión"?

R: La Intensidad Radiante (mW/sr) mide cuánta potencia óptica se concentra en una dirección dada (por estereorradián). El Ángulo de Visión define qué tan ancho es ese haz. Un dispositivo con alta intensidad radiante pero un ángulo de visión muy estrecho proyecta un haz potente pero ajustado. Este dispositivo tiene un ángulo de visión moderado de 25°, ofreciendo un buen equilibrio entre concentración y cobertura del haz.

P: ¿Por qué es importante el Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL 3)?

R: Los paquetes de plástico pueden absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad atrapada puede vaporizarse rápidamente, causando delaminación interna, grietas o "efecto palomita de maíz", lo que destruye el dispositivo. Seguir los procedimientos prescritos de almacenamiento, manejo y horneado es esencial para prevenir este modo de falla.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseñando un Sensor Simple de Detección de Objetos por IR.

Un diseño común usa el LTE-S9511-E tanto como emisor como detector (en modo de detección reflectivo) o usa un fototransistor separado. El emisor es pulsado a una frecuencia específica (por ejemplo, 38kHz). El circuito detector incluye un filtro sintonizado a esta frecuencia. Cuando un objeto refleja el haz IR de vuelta al detector, el circuito registra una señal. Pasos clave de diseño:

1. Circuito de Excitación:Usar un transistor (por ejemplo, NPN o MOSFET de canal N) conmutado por un microcontrolador para pulsar el LED a la corriente deseada (por ejemplo, pulsos de 50mA) y frecuencia. Incluir la resistencia en serie calculada.

2. Circuito Receptor:La salida de un fototransistor se alimenta a un amplificador y un filtro de paso de banda centrado en la frecuencia de modulación (38kHz). Esto rechaza la luz ambiental (CC y baja frecuencia) y otro ruido IR.

3. Alineación:Usar el diagrama de radiación para alinear el emisor y el detector. Para detección reflectiva, a menudo se colocan uno al lado del otro en un ángulo, con sus campos de visión intersectándose a la distancia de detección deseada.

4. Diseño del PCB:Colocar los componentes de acuerdo con el diseño de almohadillas sugerido. Asegurarse de que la lente de plástico transparente no esté obstruida por la máscara de soldadura u otros componentes.

12. Introducción al Principio

El LTE-S9511-E, como emisor infrarrojo, es un diodo semiconductor. Cuando está polarizado directamente, los electrones y huecos se recombinan en la región activa (hecha de materiales como GaAs o AlGaAs), liberando energía en forma de fotones. La composición específica del material determina la longitud de onda de estos fotones; en este caso, está centrada alrededor de 940nm, que está en el espectro del infrarrojo cercano. La lente de visión lateral está moldeada en epoxi transparente, que extrae eficientemente la luz del chip semiconductor y la dirige lateralmente. El dispositivo también puede funcionar como detector porque la unión PN del semiconductor puede generar una pequeña fotocorriente cuando se expone a luz de suficiente energía (fotones con longitud de onda más corta que la longitud de onda de corte del material). Sin embargo, su función principal optimizada es la emisión.

13. Tendencias de Desarrollo

El campo de los componentes infrarrojos discretos continúa evolucionando. Las tendencias incluyen:

- Mayor Eficiencia:Desarrollo de nuevos materiales y estructuras semiconductoras (por ejemplo, pozos cuánticos múltiples) para extraer más potencia óptica por unidad de entrada eléctrica, reduciendo la generación de calor y el consumo de energía.

- Velocidad Aumentada:Para aplicaciones de transmisión de datos, componentes con tiempos de subida/bajada más rápidos permiten tasas de datos más altas.

- Integración:Combinar el emisor, el detector y la lógica de control (como modulación/demodulación) en un solo paquete o módulo simplifica el diseño y mejora el rendimiento.

- Miniaturización:Reducción continua del tamaño del paquete para satisfacer las demandas de productos electrónicos de consumo cada vez más pequeños, manteniendo o mejorando las especificaciones de rendimiento.

- Confiabilidad Mejorada:Materiales y procesos de empaquetado mejorados para resistir condiciones ambientales más severas y vidas operativas más largas.