Hoja de Datos del Emisor y Detector Infrarrojo LTE-R38381L-S - Longitud de Onda 940nm - Corriente Directa 1A - Potencia 1.8W - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas de un componente emisor infrarrojo discreto. El dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren una fuente de luz infrarroja de alta potencia y fiabilidad. Utiliza un chip de Arseniuro de Galio (GaAs) para emitir luz a una longitud de onda pico de 940 nanómetros, que se encuentra en el espectro del infrarrojo cercano y es invisible para el ojo humano. La función principal de este componente es servir como un emisor infrarrojo controlado en diversos sistemas electrónicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El componente ofrece varias ventajas clave para aplicaciones infrarrojas. Presenta una alta intensidad radiante, lo que permite una transmisión de señal potente. Está diseñado para una corriente de excitación elevada, lo que contribuye a su potencia de salida. El dispositivo también se caracteriza por su larga vida operativa y su alta fiabilidad de rendimiento. Cumple con regulaciones ambientales como RoHS, clasificándolo como un producto ecológico. Las aplicaciones objetivo para este emisor infrarrojo son diversas, centrándose principalmente en áreas como emisores infrarrojos para sistemas de control remoto y sensores infrarrojos montados en PCB para detección de proximidad, detección de objetos o transmisión de datos.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Las siguientes secciones proporcionan un análisis objetivo y detallado de los parámetros técnicos clave del dispositivo, tal como se definen en sus límites de especificación.

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 se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites y debe evitarse en un diseño fiable.

• Disipación de Potencia (Pd):1.8 Vatios. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar en forma de calor a una temperatura ambiente (TA) de 25°C. Exceder este valor provocará un aumento excesivo de la temperatura de unión.
• Corriente Directa de Pico (IFP):5 Amperios. Esta es la corriente máxima permitida en condiciones de pulsos (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 microsegundos). Es significativamente mayor que la clasificación en DC, aprovechando la inercia térmica del dispositivo.
• Corriente Directa en DC (IF):1 Amperio. Esta es la corriente directa continua máxima que el dispositivo puede manejar.
• Voltaje Inverso (VR):5 Voltios. Aplicar un voltaje inverso superior a este puede provocar la ruptura de la unión semiconductor.
• Resistencia Térmica (RθJ):10 K/W. Este parámetro indica la eficacia con la que el calor viaja desde la unión semiconductor al ambiente. Un valor más bajo significa una mejor disipación de calor.
• Rango de Temperatura de Operación:-40°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-55°C a +100°C.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos y garantizados medidos bajo condiciones de prueba especificadas (TA=25°C, a menos que se indique lo contrario).

• Intensidad Radiante (I_E):160 mW/sr (Mín.). Mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián) a lo largo del eje. Define la fuerza del haz en una dirección específica.
• Flujo Radiante Total (Φ_e):590 mW (Típ.). Esta es la potencia óptica total emitida por el dispositivo en todas las direcciones (4π estereorradianes).
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_P):940 nm (Típ.). La longitud de onda a la cual la potencia óptica emitida es máxima.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ):50 nm (Típ.). Este es el ancho de banda espectral donde la intensidad radiante es al menos la mitad de su valor pico. Describe la pureza del color (longitud de onda) emitido.
• Voltaje Directo (V_F):1.8V (Típ.), 2.3V (Máx.) a I_F=1A. La caída de voltaje a través del dispositivo cuando conduce la corriente directa especificada.
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (Máx.) a V_R=5V. La pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está polarizado inversamente.
• Tiempo de Subida/Bajada (t_r/t_f):30 ns (Típ.). El tiempo requerido para que la salida óptica suba del 10% al 90% (o baje del 90% al 10%) de su valor final en respuesta a una corriente escalonada. Esto determina la velocidad máxima de modulación.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):90 grados (Típ.). El ángulo total en el cual la intensidad radiante es la mitad del valor en el centro (0°). Un ángulo de 90° indica un patrón de haz amplio.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varios gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Estas curvas son esenciales para comprender las no linealidades y las dependencias de la temperatura.

3.1 Distribución Espectral

Un gráfico (Fig.1) muestra la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. La curva está centrada alrededor de 940 nm con un ancho medio típico de 50 nm. Esto confirma que el dispositivo emite en la región del infrarrojo cercano, que es óptima para muchos sensores y controles remotos que filtran la luz visible.

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

La curva I-V (Fig.3) demuestra la relación exponencial típica de un diodo. A la corriente nominal de 1A, el voltaje directo es típicamente 1.8V. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de excitación pueda proporcionar este voltaje a la corriente requerida.

3.3 Dependencia de la Temperatura

Gráficos clave ilustran el impacto de la temperatura:

• Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig.2):Muestra cómo la corriente directa máxima permitida se reduce a medida que aumenta la temperatura ambiente, debido al límite fijo de disipación de potencia.
• Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4):Indica que la potencia de salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Este es un factor crítico para mantener un rendimiento consistente.
• Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa (Fig.5):Muestra la relación sub-lineal entre la corriente de excitación y la salida de luz, especialmente a corrientes más altas donde la eficiencia puede caer y el calentamiento aumentar.

3.4 Patrón de Radiación

El diagrama de radiación (Fig.6) es un gráfico polar que muestra la distribución angular de la luz emitida. El ángulo de visión de 90° se confirma visualmente, mostrando que la intensidad cae a la mitad a ±45° del eje central. Este patrón es importante para alinear el emisor con un detector o asegurar una cobertura adecuada en una aplicación de detección.

4. Información Mecánica y del Paquete

4.1 Dimensiones de Contorno

El dispositivo tiene un factor de forma de paquete de orificio pasante estándar. El dibujo dimensional especifica el tamaño del cuerpo, el espaciado de los terminales y el diámetro de los terminales. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros con una tolerancia típica de ±0.1 mm a menos que se indique lo contrario. El cátodo está identificado en el paquete, lo cual es crucial para la orientación correcta durante el montaje en PCB.

4.2 Dimensiones Sugeridas de la Almohadilla de Soldadura

Un diagrama proporciona las dimensiones recomendadas del patrón de pistas (huella) para el diseño de PCB. Seguir estas recomendaciones ayuda a garantizar una junta de soldadura fiable y una estabilidad mecánica adecuada después de la soldadura por ola o por reflujo.

5. Guía de Soldadura y Montaje

5.1 Condiciones de Soldadura

La hoja de datos proporciona pautas claras para dos métodos de soldadura:

• Soldadura por Reflujo:Recomendada para montaje superficial. El perfil debe tener una etapa de precalentamiento (150-200°C), una temperatura máxima que no exceda los 260°C, y un tiempo por encima de 260°C limitado a un máximo de 10 segundos. El dispositivo puede soportar este perfil un máximo de dos veces.
• Soldadura Manual (con Hierro):La temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a 3 segundos por terminal. Esto debe realizarse solo una vez.

Se proporciona una referencia a un perfil de temperatura de reflujo conforme a JEDEC como objetivo genérico, enfatizando la necesidad de adherirse tanto a los límites de JEDEC como a las especificaciones del fabricante de la pasta de soldar.

5.2 Almacenamiento y Manipulación

• Almacenamiento (Bolsa Sellada):Los dispositivos deben almacenarse a ≤30°C y ≤90% de Humedad Relativa (HR). La vida útil en la bolsa antihumedad con desecante es de un año.
• Almacenamiento (Bolsa Abierta):Después de abrir, el ambiente no debe exceder los 30°C / 60% HR. Los componentes deben usarse 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.
• Horneado:Si los dispositivos están expuestos al aire ambiente durante más de una semana, se recomienda un horneado a 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.

5.3 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de soldar, solo deben usarse solventes a base de alcohol como el alcohol isopropílico para evitar dañar el paquete o el material de la lente.

5.4 Método de Excitación

Una nota crítica de diseño enfatiza que un LED es un dispositivo operado por corriente. Para garantizar un brillo uniforme al excitar múltiples LEDs en paralelo, se debe colocar una resistencia limitadora de corriente individual en serie con cada LED. Esto compensa las variaciones menores en el voltaje directo (V_F) de los dispositivos individuales, evitando la acaparación de corriente y una iluminación o potencia de salida desigual.

6. Información de Embalaje y Pedido

6.1 Dimensiones del Embalaje en Cinta y Carrete

Los dibujos mecánicos detallados especifican las dimensiones de la cinta portadora, el bolsillo que sostiene el componente y el carrete general (se menciona un diámetro de 7 pulgadas). La cinta se sella con una cinta de cubierta para proteger los componentes durante el envío y el montaje automatizado.

6.2 Especificaciones de Embalaje

Los detalles clave del embalaje incluyen:

• Tamaño del carrete: 7 pulgadas.
• Cantidad: 600 piezas por carrete.
• Calidad: El número máximo de componentes faltantes consecutivos en la cinta es de dos.
• Estándar: El embalaje cumple con las especificaciones ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Basándose en sus especificaciones, este emisor infrarrojo es adecuado para:

• Controles Remotos Infrarrojos:Para televisores, sistemas de audio y otros productos electrónicos de consumo. La longitud de onda de 940nm es estándar para la mayoría de los receptores IR.
• Detección de Proximidad y Objetos:Emparejado con un fotodiodo o fototransistor para detectar la presencia, ausencia o distancia de un objeto reflejando su luz IR.
• Interruptores y Codificadores Ópticos:Interrumpiendo el haz entre el emisor y el detector para crear un interruptor sin contacto o medir rotación/posición.
• Transmisión de Datos de Corto Alcance:Para aplicaciones similares a IrDA o enlaces de datos inalámbricos simples, modulados por su rápido tiempo de subida/bajada.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:Con una disipación de potencia de 1.8W y una resistencia térmica de 10 K/W, excitar el dispositivo a su corriente DC máxima generará un calor significativo. Puede ser necesaria un área de cobre adecuada en el PCB (alivio térmico) o un disipador de calor para operación continua, especialmente en altas temperaturas ambientales.
• Circuito de Excitación de Corriente:Utilice un controlador de corriente constante o una fuente de voltaje con una resistencia en serie para establecer la corriente. Evite excitar directamente desde un pin lógico o una fuente de voltaje no regulada.
• Diseño Óptico:Considere el ángulo de visión de 90°. Para haces de largo alcance o dirigidos, puede requerirse una lente para colimar la luz. Para iluminación de área amplia, el ángulo nativo puede ser suficiente.
• Emparejamiento con el Detector:Asegúrese de que el fotodetector seleccionado (fotodiodo PIN, fototransistor) sea sensible en la región de 940nm. Usar un detector con un filtro bloqueador de luz diurna mejorará la relación señal-ruido en condiciones de luz ambiente.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien una comparación directa requiere datos específicos de la competencia, las características diferenciadoras clave de este dispositivo basadas en su propia hoja de datos son:

• Capacidad de Alta Potencia:Una corriente directa DC de 1A y una clasificación de corriente pulsada de 5A indican un diseño robusto de chip y paquete capaz de una salida alta.
• Amplio Ángulo de Visión:El ángulo de 90° proporciona una cobertura amplia, útil para aplicaciones de detección donde la alineación no es crítica o se necesita iluminación de área.
• Velocidad de Conmutación Rápida:Un tiempo de subida/bajada típico de 30ns permite una modulación de alta frecuencia, lo que posibilita tasas de transmisión de datos más rápidas en aplicaciones de comunicación en comparación con dispositivos más lentos.
• Fiabilidad Establecida:Las referencias a los estándares JEDEC y las pautas detalladas de sensibilidad a la humedad/soldadura sugieren un componente diseñado para procesos de fabricación robustos.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Puedo excitar este LED directamente con un pin de microcontrolador de 5V?

No, esto no es recomendable y probablemente dañará el LED o el microcontrolador.El LED típicamente tiene una caída de 1.8V a 1A. Un pin de microcontrolador no puede suministrar 1A, y conectarlo directamente a 5V sin un límite de corriente intentaría extraer una corriente destructivamente alta. Debe usar un circuito excitador (transistor/MOSFET) con una resistencia en serie para limitar la corriente al valor deseado.

9.2 ¿Por qué la salida es más baja a alta temperatura?

La eficiencia del material semiconductor en convertir corriente eléctrica en luz (eficiencia cuántica interna) disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Esta es una propiedad física fundamental. El gráfico en la Fig.4 cuantifica esta reducción, que debe tenerse en cuenta en diseños que operan en un amplio rango de temperatura para garantizar un rendimiento óptico consistente.

9.3 ¿Cuál es la diferencia entre Intensidad Radiante y Flujo Radiante Total?

Intensidad Radiante (mW/sr)es una medidadireccional: la potencia emitida en un ángulo sólido específico (generalmente a lo largo del eje central). Es clave para aplicaciones donde un detector se coloca en una ubicación específica.Flujo Radiante Total (mW)es la potenciatotalintegrada emitida en todas las direcciones (la esfera completa). Representa el "brillo" general del emisor independientemente de la dirección. Un dispositivo puede tener un flujo total alto pero una intensidad axial baja si la luz se dispersa muy ampliamente.

9.4 ¿Qué tan crítico es el tiempo de vida útil de 1 semana después de abrir la bolsa?

Es muy importante para una soldadura fiable. Los paquetes plásticos absorben 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" que destruye el componente. El límite de 1 semana y el requisito de horneado se basan en el Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) del paquete para prevenir estas fallas.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Barrera de Detección de Objetos con Múltiples Emisores
Un sistema requiere una cortina de luz infrarroja para detectar objetos que pasan por una puerta de 50cm de ancho. Se utilizarán cinco pares emisor-detector.

1. Circuito de Excitación:Cada emisor será excitado por un MOSFET de canal N dedicado, controlado por una señal PWM compartida del microcontrolador para modular la luz IR (por ejemplo, a 38kHz). Se calculará una única resistencia limitadora de corriente para cada rama del LED: R = (V_suministro- V_{F_LED}) / I_F. Suponiendo un suministro de 5V, V_F=1.8V, e I_F=500mA (reducida por fiabilidad), R = (5 - 1.8) / 0.5 = 6.4Ω (usar valor estándar 6.2Ω). La potencia nominal de la resistencia debe ser al menos I²R = (0.5)²*6.2 ≈ 1.55W, por lo que se necesita una resistencia de 2W o 3W.
2. Gestión Térmica:Cada LED disipa P = V_F* I_F= 1.8V * 0.5A = 0.9W. El PCB debe tener grandes áreas de cobre conectadas a las almohadillas del cátodo y ánodo del LED para actuar como disipador de calor, manteniendo la temperatura de unión dentro de límites seguros.
3. Alineación Óptica:El ángulo de visión de 90° simplifica la alineación con el detector correspondiente a través del espacio. Se pueden colocar pequeños tubos alrededor del emisor y el detector para limitar la interferencia de la luz ambiente sin restringir excesivamente el haz.
4. Modulación:Excitar los emisores con una onda cuadrada de 38kHz permite que los detectores se sintonicen a la misma frecuencia, filtrando efectivamente la luz IR ambiente constante (como la del sol o las lámparas) y mejorando enormemente la fiabilidad de la detección.

11. Introducción al Principio de Operación

Este dispositivo es un Diodo Emisor de Luz (LED) que opera en el espectro infrarrojo. Su núcleo es un chip semiconductor hecho de Arseniuro de Galio (GaAs). Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión P-N del chip, los electrones del material tipo N se recombinan con los huecos del material tipo P. Este proceso de recombinación libera energía. En un diodo de silicio estándar, esta energía se libera principalmente como calor. En materiales como el GaAs, una porción significativa de esta energía se libera como fotones (partículas de luz). La banda de energía específica del material GaAs determina la longitud de onda de estos fotones, que en este caso está centrada alrededor de 940 nm, ubicándola en la región del infrarrojo cercano. La intensidad de la luz emitida es directamente proporcional a la tasa de recombinación, que está controlada por la corriente directa que fluye a través del diodo.

12. Tendencias Tecnológicas (Perspectiva Objetiva)

El campo de los emisores infrarrojos continúa evolucionando junto con las tendencias más amplias de la optoelectrónica. Existe un impulso constante hacia una mayor densidad de potencia y eficiencia, lo que permite una salida más brillante desde paquetes más pequeños o con menor consumo de energía. Esto permite diseños de sensores más compactos y una mayor duración de la batería en dispositivos portátiles. La integración es otra tendencia clave, con componentes que combinan el emisor, el circuito de excitación y, a veces, incluso un detector básico o un fotodiodo de monitoreo en un solo módulo o paquete de CI, simplificando el diseño del sistema. Además, los avances en materiales, como el desarrollo de estructuras epitaxiales más eficientes o el uso de nuevos compuestos semiconductores, tienen como objetivo mejorar parámetros de rendimiento como la eficiencia de conversión (salida de luz por entrada eléctrica) y la estabilidad térmica. La demanda de dispositivos que admitan velocidades de modulación más altas también persiste, impulsada por aplicaciones en comunicación de datos más rápida y sistemas LiDAR (Detección y Alcance de Luz). Estas tendencias se centran en mejorar el rendimiento, la fiabilidad y la facilidad de uso para el diseñador del sistema.