Hoja de Datos Técnica del Emisor y Detector Infrarrojo LTE-S9711-J - Paquete de Vista Lateral - Longitud de Onda Pico 940nm - Tensión Directa 1.2V - Intensidad Radiante 3.0mW/sr - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-S9711-J es un componente infrarrojo discreto diseñado para aplicaciones que requieren emisión y detección infrarroja fiable. Pertenece a una amplia gama de productos de dispositivos optoelectrónicos. La función principal de este componente es emitir o detectar luz infrarroja con una longitud de onda pico de 940 nanómetros. Su diseño de lente de vista lateral permite un amplio ángulo de visión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde el eje óptico es paralelo a la superficie de montaje. El dispositivo está construido con plástico transparente al agua y está diseñado para ser compatible con los procesos modernos de montaje automatizado.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El LTE-S9711-J ofrece varias ventajas clave para los diseñadores. Cumple con los estándares RoHS y de producto ecológico, garantizando el cumplimiento ambiental. El paquete se suministra en cinta de 8 mm en carretes de 13 pulgadas de diámetro, lo que lo hace totalmente compatible con equipos de colocación automática de alta velocidad. Esta compatibilidad agiliza significativamente el proceso de fabricación para la producción en grandes volúmenes. Además, el dispositivo está clasificado para procesos de soldadura por reflujo infrarrojo, alineándose con las líneas de montaje estándar de tecnología de montaje superficial (SMT). Sus mercados objetivo principales incluyen la electrónica de consumo para funciones de control remoto, aplicaciones industriales para transmisión inalámbrica de datos por IR y sistemas de seguridad para funciones de alarma y detección. El paquete de vista lateral es particularmente ventajoso en diseños con espacio limitado donde un componente de emisión superior no encajaría.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de las características eléctricas, ópticas y térmicas del LTE-S9711-J, tal como se definen en sus tablas de valores máximos absolutos y características eléctricas/ópticas.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los valores máximos absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estas no son condiciones de funcionamiento. Para el LTE-S9711-J, la disipación de potencia máxima es de 100 mW a una temperatura ambiente (TA) de 25°C. Esta clasificación dicta el diseño térmico del circuito de aplicación. El dispositivo puede manejar una corriente directa de pico alta de 1 Amperio, pero solo bajo condiciones de pulso específicas: un ancho de pulso de 10 microsegundos y una tasa de repetición de pulso de 300 pulsos por segundo. La clasificación de corriente directa continua en DC es más conservadora, de 50 mA. La tensión inversa máxima es de 5 Voltios, lo que indica que el dispositivo tiene una tolerancia muy baja a la polarización inversa y no está diseñado para tal operación. El rango de temperatura de funcionamiento es de -40°C a +85°C, y el rango de almacenamiento es de -55°C a +100°C, lo cual es estándar para componentes electrónicos de grado comercial. El dispositivo puede soportar la soldadura por reflujo infrarrojo con una temperatura pico de 260°C durante un máximo de 10 segundos.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Los parámetros de funcionamiento típicos se especifican a TA=25°C. El parámetro óptico clave es la Intensidad Radiante (I_E), que tiene un valor mínimo de 3.0 mW/sr cuando se excita con una corriente directa (I_F) de 20mA. Este parámetro está clasificado en bins, como se detalla más adelante. La longitud de onda de emisión pico (λ_Pico) es típicamente de 940nm, que está en el espectro del infrarrojo cercano y es invisible para el ojo humano. El ancho de banda espectral (Δλ), o ancho a media altura, es típicamente de 50nm, describiendo la dispersión de las longitudes de onda emitidas alrededor del pico. Eléctricamente, la tensión directa (V_F) es típicamente de 1.2V con un máximo de 1.5V a I_F=20mA. La corriente inversa (I_R) es muy baja, con un máximo de 10 μA a una tensión inversa (V_R) de 5V. El ángulo de visión (2θ_1/2) es típicamente de 45 grados, donde θ_1/2es el ángulo en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor en el eje.

3. Explicación del Sistema de Binning

El LTE-S9711-J utiliza un sistema de binning para su Intensidad Radiante para garantizar la consistencia dentro de un lote de producción y proporcionar opciones para diferentes niveles de rendimiento. El código de bin se indica en el número de pieza (por ejemplo, la "J" en LTE-S9711-J). Los bins disponibles son:

• Bin J:Intensidad Radiante entre 3.0 mW/sr (mín.) y 4.5 mW/sr (máx.) a I_F=20mA.
• Bin K:Intensidad Radiante entre 4.0 mW/sr (mín.) y 6.0 mW/sr (máx.) a I_F=20mA.
• Bin L:Intensidad Radiante con un mínimo de 5.0 mW/sr a I_F=20mA (no se especifica límite superior en los datos proporcionados).

Este sistema permite a los diseñadores seleccionar un componente que cumpla con sus requisitos específicos de salida óptica, equilibrando rendimiento y costo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características típicas que son cruciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

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 940nm y el ancho espectral a media altura de aproximadamente 50nm. Esta curva es importante para aplicaciones sensibles a longitudes de onda específicas o cuando se empareja con la respuesta espectral de un detector.

4.2 Corriente Directa vs. Tensión Directa y Temperatura Ambiente

La Figura 2 y la Figura 3 ilustran la relación entre la corriente directa (I_F) y la tensión directa (V_F) a diferentes temperaturas ambientales. Estas curvas muestran que V_Ftiene un coeficiente de temperatura negativo; disminuye a medida que aumenta la temperatura para una corriente dada. Este es un comportamiento típico de los diodos semiconductores. Comprender esto es vital para diseñar circuitos de excitación estables, especialmente en un amplio rango de temperaturas.

4.3 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa y Temperatura

La Figura 4 y la Figura 5 muestran cómo la potencia óptica de salida (relativa a su valor en I_F=20mA) varía con la corriente directa y la temperatura ambiente. La salida aumenta con la corriente pero exhibe una relación sub-lineal a corrientes más altas, posiblemente debido a efectos térmicos. La Figura 4 muestra específicamente que la potencia de salida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente, lo cual es un factor crítico de reducción de potencia para aplicaciones a alta temperatura.

4.4 Diagrama de Radiación

El diagrama de radiación (Fig.6) es un gráfico polar que representa la distribución espacial de la luz infrarroja emitida. El ángulo de visión típico de 45 grados (2θ_1/2) se confirma visualmente aquí. Este diagrama es esencial para el diseño óptico, ayudando a alinear el emisor con un detector o a comprender el área de cobertura de la señal IR.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones de Contorno y Polaridad

El componente presenta un paquete estándar de montaje superficial de vista lateral. El dibujo de contorno proporciona todas las dimensiones críticas, incluido el tamaño del cuerpo, el espaciado de las patillas y la posición de la lente. El cátodo se identifica típicamente por un marcador visual, como una muesca o un punto plano en el cuerpo del paquete, como se indica en las notas del dibujo. La altura, anchura y profundidad del paquete se especifican para garantizar el espacio libre adecuado en el montaje final.

5.2 Diseño Recomendado de Pistas de Soldadura

Se proporciona un patrón de pistas sugerido (dimensiones de las pistas de soldadura) para garantizar una unión de soldadura fiable y una correcta alineación mecánica durante el reflujo. Adherirse a estas recomendaciones ayuda a prevenir el efecto "tombstoning" (el componente se levanta) y asegura una buena conexión térmica y eléctrica con la placa de circuito impreso (PCB).

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es crítico para la fiabilidad de los dispositivos de montaje superficial.

6.1 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El LTE-S9711-J tiene una clasificación de Nivel de Sensibilidad a la Humedad 3 (MSL 3). Esto significa que los componentes empaquetados pueden estar expuestos a las condiciones del suelo de fábrica (≤30°C/60% HR) hasta 168 horas (una semana) antes de la soldadura sin riesgo de daño inducido por la humedad (efecto "popcorn") durante el reflujo. Si se abre la bolsa original a prueba de humedad, se recomienda completar el proceso de reflujo IR dentro de este período de una semana. Para un almacenamiento más prolongado fuera del embalaje original, los componentes deben almacenarse en un gabinete seco o en un contenedor sellado con desecante. Si el tiempo de exposición supera una semana, se requiere un procedimiento de horneado (aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas) antes del montaje para eliminar la humedad absorbida.

6.2 Perfil de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con la soldadura por reflujo infrarrojo. El perfil recomendado sigue los estándares JEDEC. Los parámetros clave incluyen: una zona de precalentamiento de 150°C a 200°C durante un máximo de 120 segundos, y una temperatura pico del cuerpo que no exceda los 260°C durante un máximo de 10 segundos. El dispositivo puede soportar un máximo de dos ciclos de reflujo bajo estas condiciones. Para la soldadura manual con un cautín, la temperatura de la punta no debe exceder los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a 3 segundos por unión de soldadura. Es crucial seguir las especificaciones del fabricante de la pasta de soldadura junto con estas directrices.

6.3 Limpieza

Si es necesaria una limpieza posterior a la soldadura, solo deben usarse solventes a base de alcohol como el alcohol isopropílico. Los limpiadores químicos agresivos pueden dañar el paquete de plástico o la lente.

7. Embalaje e Información de Pedido

El embalaje estándar para el LTE-S9711-J es en cinta portadora de 8 mm de ancho. La cinta se enrolla en un carrete de 13 pulgadas (330 mm) de diámetro. Cada carrete contiene aproximadamente 9,000 piezas. Las especificaciones de embalaje cumplen con ANSI/EIA 481-1-A-1994. La cinta tiene un sello de cubierta para proteger los componentes, y hay un límite de dos componentes faltantes consecutivos (bolsillos vacíos) por carrete. El número de pieza, incluido el código de bin (por ejemplo, LTE-S9711-J, LTE-S9711-K), debe especificarse al realizar el pedido para recibir el rendimiento de intensidad radiante deseado.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Como emisor infrarrojo, el LTE-S9711-J es un dispositivo excitado por corriente. Una resistencia limitadora de corriente en serie es obligatoria para establecer la corriente directa deseada (I_F) y proteger el LED de una corriente excesiva, especialmente cuando se alimenta desde una fuente de tensión como una batería o un regulador. El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Usando la V_Ftípica de 1.2V a 20mA, una alimentación de 5V requeriría una resistencia de aproximadamente (5V - 1.2V) / 0.02A = 190 Ohmios. Una resistencia estándar de 200 Ohmios sería adecuada. Para operación pulsada (por ejemplo, códigos de control remoto), el circuito de excitación debe asegurar que la corriente pico no exceda la clasificación de 1A y cumpla con los límites de ancho de pulso de 10μs y ciclo de trabajo de 300 pps.

8.2 Consideraciones de Diseño para una Operación Fiable

Gestión Térmica:Aunque el paquete es pequeño, se debe respetar el límite de disipación de potencia de 100mW. A la corriente DC máxima de 50mA y una V_Ftípica de 1.2V, la disipación de potencia es de 60mW, que está dentro de los límites. Sin embargo, en altas temperaturas ambientales o espacios cerrados, la potencia nominal efectiva disminuye. Un área de cobre adecuada en el PCB (pistas de alivio térmico) puede ayudar a disipar el calor.
Alineación Óptica:La lente de vista lateral requiere un diseño cuidadoso del PCB para asegurar que el haz IR se dirija correctamente hacia el receptor, reflector o área objetivo. Se debe consultar el diagrama de radiación.
Ruido Eléctrico:En aplicaciones de detección, el lado detector de un componente similar puede ser susceptible al ruido de la luz ambiental. El uso de señales IR moduladas y circuitos receptores de demodulación correspondientes es una técnica común para mejorar la relación señal-ruido y la inmunidad a la interferencia de la luz ambiental.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTE-S9711-J se diferencia principalmente por su paquete de vista lateral, que es menos común que los LED IR de vista superior. Esto lo hace especialmente adecuado para aplicaciones donde el PCB se monta verticalmente o donde la trayectoria IR es paralela a la superficie de la placa. Su longitud de onda de 940nm es el estándar para los controles remotos de consumo, ofreciendo un buen equilibrio entre la sensibilidad del fotodetector de silicio y la baja emisión de luz visible. En comparación con los emisores de 850nm a veces utilizados en vigilancia, el de 940nm es completamente invisible. La disponibilidad de bins de rendimiento (J, K, L) proporciona flexibilidad en la selección de potencia óptica, lo que puede ser una ventaja sobre dispositivos con una especificación de salida única y fija.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es la diferencia entre este dispositivo como emisor y como detector?
R: El número de pieza LTE-S9711-J se refiere a un componente que puede ser un emisor infrarrojo (un LED IR). Un fotodiodo o fototransistor para detección tendría un número de pieza diferente, aunque pueden compartir un paquete similar. La hoja de datos proporcionada se centra en las características del emisor.
P: ¿Puedo excitar este LED directamente desde un pin de un microcontrolador?
R: La mayoría de los pines GPIO de los microcontroladores tienen una capacidad limitada de suministro/absorción de corriente (a menudo 20-40mA). Si bien podría ser posible a 20mA, generalmente es más seguro y se recomienda usar un transistor (por ejemplo, NPN o MOSFET) como interruptor excitado por el microcontrolador para controlar la corriente del LED, especialmente para operación pulsada o de mayor corriente.
P: ¿Por qué es importante el ángulo de visión?
R: El ángulo de visión determina la cobertura espacial del haz IR. Un ángulo amplio (como 45°) es bueno para aplicaciones que requieren una cobertura amplia, como sensores de proximidad o enlaces de datos de corto alcance donde la alineación no es crítica. Un ángulo más estrecho proporcionaría una intensidad más enfocada para comunicaciones de mayor alcance o dirigidas.
P: ¿Cómo selecciono el código de bin correcto?
R: Elija el bin según la intensidad radiante mínima requerida para su aplicación. El Bin J (3.0-4.5 mW/sr) es el nivel base. Si su diseño necesita más potencia óptica para un mayor alcance o para superar pérdidas más altas, seleccione el Bin K o el Bin L. Considere la compensación con el consumo de energía y el costo potencial.

11. Ejemplo de Aplicación Práctica

Escenario: Diseño de un sensor simple de detección de objetos.
Un diseño común utiliza un emisor IR y un detector fototransistor separado colocados uno al lado del otro. Cuando un objeto se acerca, refleja la luz IR emitida de vuelta al detector. Para esta configuración usando el LTE-S9711-J como emisor:
1. El paquete de vista lateral permite que tanto el emisor como el detector se monten planos en el PCB, mirando en la misma dirección paralela a la placa.
2. El emisor se excita con una corriente pulsada (por ejemplo, pulsos de 20mA a 1kHz) a través de una resistencia limitadora de corriente para ahorrar energía y permitir la detección síncrona.
3. La longitud de onda de 940nm es ideal ya que es invisible y la mayoría de los fototransistores son sensibles a ella.
4. El ángulo de visión típico de 45° del emisor proporciona un campo de detección razonable. La separación entre el emisor y el detector, junto con posibles pantallas, se ajusta para establecer el rango de detección y evitar diafonía directa.
5. El circuito receptor amplifica y filtra la señal del fototransistor, buscando el componente modulado de 1kHz reflejado por un objeto. Esta modulación ayuda a rechazar la luz ambiental constante (como la luz solar o las luces de la habitación).

12. Principio de Funcionamiento

El LTE-S9711-J, cuando funciona como emisor infrarrojo, es un diodo emisor de luz (LED). Su núcleo es un chip semiconductor hecho de materiales como Arseniuro de Galio (GaAs). Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa del semiconductor, liberando energía en forma de fotones (partículas de luz). La composición específica del material (por ejemplo, GaAs) determina la energía del bandgap, que define directamente la longitud de onda de la luz emitida—en este caso, alrededor de 940nm, que está en el espectro infrarrojo. La lente de vista lateral está hecha de epoxi transparente al agua que es transparente a esta longitud de onda y está moldeada para dar forma al patrón de radiación de la luz emitida.

13. Tendencias Tecnológicas

El campo de los componentes infrarrojos discretos continúa evolucionando. Las tendencias incluyen el desarrollo de dispositivos con mayor intensidad radiante y eficiencia desde el mismo tamaño de paquete, permitiendo un mayor alcance o un menor consumo de energía. También hay un impulso hacia capacidades de modulación de mayor velocidad para una transmisión de datos más rápida en aplicaciones como IrDA o sensado óptico. La integración es otra tendencia, con pares combinados emisor-detector en un solo paquete que se vuelven más comunes para un diseño de sensor simplificado. Además, los avances en materiales y procesos de empaquetado apuntan a mejorar el rendimiento térmico, permitiendo corrientes de excitación más altas y mayor fiabilidad. La demanda de miniaturización persiste, impulsando el desarrollo de huellas de paquete aún más pequeñas mientras se mantiene o mejora el rendimiento óptico.