Hoja de Datos Técnica del LED Infrarrojo IR19-315C/TR8 SMD 0603 - Dimensiones 1.6x0.8x0.6mm - Longitud de Onda 940nm - Potencia 130mW

1. Descripción General del Producto

El IR19-315C/TR8 es un diodo emisor de luz infrarroja (LED) miniatura de montaje superficial, alojado en un encapsulado estándar 0603. Este dispositivo está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico de 940 nanómetros (nm), la cual está óptimamente adaptada a la sensibilidad espectral de los fotodiodos y fototransistores de silicio. Su función principal es servir como una fuente eficiente de infrarrojos en diversos sistemas de detección y comunicación.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este componente ofrece varias ventajas clave para el diseño electrónico moderno. Su huella SMD miniatura permite diseños de PCB de alta densidad, esenciales para dispositivos electrónicos de consumo compactos y dispositivos IoT. El dispositivo está construido con material de chip de AlGaAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), que proporciona un rendimiento fiable para la emisión infrarroja. Está encapsulado en una lente de epoxi transparente al agua, asegurando una absorción mínima de la luz IR emitida. El producto cumple plenamente con RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), las regulaciones REACH de la UE, y se fabrica sin halógenos, cumpliendo estrictos estándares ambientales y de seguridad. Las aplicaciones objetivo principales incluyen unidades de control remoto por infrarrojos que requieren una salida consistente, sensores de proximidad o detección de objetos montados en PCB, escáneres de códigos de barras y varios otros sistemas basados en infrarrojos.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Una comprensión exhaustiva de los límites y características operativas del dispositivo es crucial para un diseño de circuito confiable y para garantizar el rendimiento a largo plazo.

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 la operación en o bajo estos límites.

• Corriente Directa Continua (I_F): 65 mA. Esta es la corriente DC máxima que se puede aplicar continuamente al LED.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Temperatura de Operación (T_opr): -25°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente para operación normal.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg): -40°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenamiento no operativo.
• Disipación de Potencia (P_d): 130 mW a o por debajo de 25°C de temperatura ambiente libre. La potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor.
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C por una duración no superior a 5 segundos, aplicable para procesos de reflujo.

2.2 Características Electro-Ópticas (T_a= 25°C)

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones operativas típicas. Todos los valores se especifican a una temperatura ambiente de 25°C.

• Intensidad Radiante (I_e): Esta es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido, medida en milivatios por estereorradián (mW/sr). A una corriente directa (I_F) de 20 mA, el valor típico es 0.6 mW/sr. En operación pulsada (I_F=100mA, ancho de pulso ≤100μs, ciclo de trabajo ≤1%), la intensidad radiante puede alcanzar hasta 4.0 mW/sr.
• Longitud de Onda Pico (λ_p): 940 nm. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia de salida óptica es máxima.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ): Aproximadamente 45 nm. Esto indica el rango de longitudes de onda emitidas, típicamente medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho Total a Mitad del Máximo - FWHM).
• Voltaje Directo (V_F): La caída de voltaje a través del LED cuando fluye corriente. A I_F=20mA, el V_Ftípico es 1.2V, con un máximo de 1.5V. Esto aumenta a 1.4V (típico) y 1.8V (máx.) a I_F=100mA en condiciones pulsadas.
• Corriente Inversa (I_R): Máximo de 10 μA cuando se aplica un voltaje inverso de 5V.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 140 grados. Este es el ángulo total donde la intensidad radiante cae a la mitad de su valor a 0 grados (en el eje). Un ángulo de visión amplio es beneficioso para aplicaciones que requieren cobertura de área amplia.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

El IR19-315C/TR8 utiliza un sistema de clasificación para categorizar los dispositivos según su salida de intensidad radiante. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos específicos de brillo para su aplicación.

3.1 Clasificación por Intensidad Radiante

Los dispositivos se clasifican en grupos (E, F, G) de acuerdo con su intensidad radiante medida en una condición de prueba de I_F= 20 mA.

• Grupo E: La intensidad radiante varía desde un mínimo de 0.2 mW/sr hasta un máximo de 1.0 mW/sr.
• Grupo F: La intensidad radiante varía desde un mínimo de 0.5 mW/sr hasta un máximo de 1.5 mW/sr.
• Grupo G: La intensidad radiante varía desde un mínimo de 1.0 mW/sr hasta un máximo de 2.5 mW/sr.

Esta clasificación asegura consistencia dentro de un lote de producción y permite un rendimiento óptico predecible en el producto final.

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 avanzado y la comprensión de efectos no lineales.

4.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. La capacidad de disipación de potencia del LED disminuye con el aumento de la temperatura para evitar el sobrecalentamiento. Los diseñadores deben consultar este gráfico cuando operen el dispositivo en entornos de temperatura elevada para asegurar que la corriente de accionamiento no exceda el área de operación segura.

4.2 Distribución Espectral

El gráfico de distribución espectral ilustra la potencia óptica relativa a través de diferentes longitudes de onda. Confirma el pico en 940nm y el ancho de banda espectral aproximado de 45nm. Esto es crítico para asegurar la compatibilidad con la respuesta espectral del sensor receptor.

3.3 Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico muestra cómo la longitud de onda pico (λ_p) se desplaza con los cambios en la temperatura de la unión. Típicamente, la longitud de onda aumenta ligeramente con la temperatura (un coeficiente positivo). Este desplazamiento debe considerarse en aplicaciones de detección de precisión donde el filtro o la sensibilidad del receptor están sintonizados estrechamente.

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

La curva I-V es fundamental para el diseño de circuitos. Muestra la relación exponencial entre corriente y voltaje. El voltaje de "rodilla" está alrededor de 1.2V. Esta curva se utiliza para calcular el valor de la resistencia en serie necesaria para limitar la corriente a un nivel deseado cuando se alimenta desde una fuente de voltaje, como se enfatiza en las precauciones.

4.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar representa visualmente el ángulo de visión. Muestra cómo la intensidad disminuye a medida que el ángulo de observación se aleja del eje central (0°), cayendo al 50% en ±70° (de ahí el ángulo de visión total de 140°). Esta información es vital para diseñar la trayectoria óptica y la alineación en un sistema.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo se ajusta a la huella estándar del encapsulado SMD 0603 (1608 métrico). Las dimensiones clave incluyen una longitud del cuerpo de 1.6 mm, un ancho de 0.8 mm y una altura de 0.6 mm. Se proporciona el patrón de soldadura (disposición recomendada de pads en el PCB) y las dimensiones de los terminales para asegurar una soldadura adecuada y estabilidad mecánica. Todas las tolerancias dimensionales son típicamente ±0.1 mm a menos que se especifique lo contrario.

5.2 Identificación de Polaridad

El cátodo está típicamente marcado en el cuerpo del dispositivo. El diagrama de la hoja de datos indica el lado del cátodo, que debe orientarse correctamente en el PCB de acuerdo con la huella recomendada. Una polaridad incorrecta impedirá que el dispositivo emita luz y aplicará polarización inversa.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El manejo y soldadura adecuados son críticos para mantener la fiabilidad y el rendimiento del dispositivo.

6.1 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs se empaquetan en una bolsa impermeable a la humedad con desecante. Las precauciones clave incluyen:

• No abrir la bolsa hasta que esté listo para su uso.
• Almacenar las bolsas sin abrir a ≤30°C y ≤90% HR.
• Usar dentro de un año desde el envío.
• Después de abrir, almacenar a ≤30°C y ≤60% HR y usar dentro de 168 horas (7 días).
• Si se excede el tiempo de almacenamiento o el desecante indica humedad, se requiere un tratamiento de horneado a 60 ±5°C durante un mínimo de 24 horas antes de soldar.

6.2 Perfil de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con procesos de reflujo por infrarrojos y de fase de vapor. Se recomienda un perfil de temperatura de soldadura sin plomo, con una temperatura pico de 260°C durante no más de 5 segundos. La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces. Se debe evitar el estrés en el cuerpo del LED durante el calentamiento y el alabeo del PCB después de la soldadura.

6.3 Soldadura Manual y Rework

Si es necesaria la soldadura manual, use un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C, aplique calor a cada terminal durante no más de 3 segundos, y use un soldador con una potencia nominal de 25W o menos. Permita un intervalo de enfriamiento de al menos 2 segundos entre terminales. Se desaconseja el rework, pero si es inevitable, se debe usar un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar estrés mecánico en las uniones de soldadura. El efecto del rework en las características del dispositivo debe verificarse de antemano.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los componentes se suministran en cinta portadora embutida de 8 mm de ancho enrollada en un carrete estándar de 7 pulgadas de diámetro. Cada carrete contiene 4000 piezas (4k pcs/carrete). Se proporcionan dimensiones detalladas de la cinta portadora, incluyendo el tamaño del bolsillo, el paso y las especificaciones de los agujeros de arrastre, para garantizar la compatibilidad con equipos automáticos de pick-and-place.

7.2 Procedimiento de Empaquetado

Los carretes se sellan dentro de una bolsa de aluminio impermeable a la humedad junto con desecante. Las etiquetas en la bolsa proporcionan información clave como el número de pieza (P/N), número de pieza del cliente (CPN), cantidad (QTY), rango de clasificación (CAT), longitud de onda pico (HUE), número de lote (LOT No.) y país de fabricación.

8. Recomendaciones de Diseño para Aplicaciones

8.1 La Limitación de Corriente es Obligatoria

La regla de diseño más crítica es el uso obligatorio de una resistencia limitadora de corriente en serie. El voltaje directo de un LED tiene un coeficiente de temperatura negativo y puede variar ligeramente entre unidades. Un pequeño aumento en el voltaje puede causar un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente. El valor de la resistencia (R) se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (V_supply- V_F) / I_F, donde V_Fes el voltaje directo a la corriente deseada I_F.

8.2 Gestión Térmica

Si bien el encapsulado 0603 tiene una masa térmica limitada, se debe prestar atención a la disipación de potencia, especialmente cuando se acciona a corrientes más altas o en temperaturas ambientales elevadas. Se debe seguir la curva de reducción. Asegurar un área de cobre adecuada conectada a las almohadillas térmicas (si las hay) o a los terminales del dispositivo puede ayudar a disipar el calor en el PCB.

8.3 Consideraciones de Diseño Óptico

El amplio ángulo de visión de 140° hace que este LED sea adecuado para aplicaciones que requieren iluminación amplia, como sensores de proximidad. Para haces dirigidos o de mayor alcance, pueden requerirse ópticas secundarias (lentes). La longitud de onda de 940nm es invisible para el ojo humano, lo que la hace ideal para operación discreta, pero es importante tener en cuenta que algunos sensores de cámara digital de consumo pueden detectarla, lo que puede aparecer como un resplandor púrpura.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El IR19-315C/TR8 se diferencia dentro de la categoría de LED infrarrojo 0603 a través de su combinación específica de material AlGaAs y longitud de onda pico de 940nm. Los LEDs de AlGaAs generalmente ofrecen buena eficiencia y fiabilidad en esta longitud de onda. En comparación con los LEDs basados en GaAs, los dispositivos de AlGaAs pueden tener características de voltaje directo y temperatura ligeramente diferentes. El amplio ángulo de visión de 140° es una característica notable en comparación con algunos competidores que ofrecen haces más estrechos, lo que lo hace más versátil para aplicaciones de detección de área.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

10.1 ¿Cuál es el propósito de los códigos de clasificación (E, F, G)?

Los códigos de clasificación categorizan los LEDs según su salida de intensidad radiante medida. Esto permite a los diseñadores seleccionar un nivel de brillo consistente para su producto. Por ejemplo, una aplicación que requiera una salida óptica más alta especificaría componentes del Grupo G.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

No, no debe conectarlo directamente. El bajo voltaje directo del LED (típicamente 1.2V) significa que conectarlo directamente a una fuente de 3.3V o 5V sin una resistencia limitadora de corriente causaría un flujo de corriente excesivo, destruyendo instantáneamente el dispositivo. Siempre se requiere una resistencia en serie.

10.3 ¿Por qué es significativa la longitud de onda de 940nm?

940nm es una longitud de onda muy común para sistemas infrarrojos porque cae dentro de una región donde los fotodetectores de silicio (fotodiodos, fototransistores) tienen alta sensibilidad. También es menos visible al ruido de la luz ambiental en comparación con longitudes de onda IR más cortas como 850nm, y es invisible para el ojo humano, lo cual es deseable para la electrónica de consumo.

10.4 ¿Cuántas veces puedo soldar por reflujo este componente?

La hoja de datos especifica que la soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces. Cada ciclo de reflujo somete al componente a estrés térmico, lo que puede degradar potencialmente las conexiones internas de alambre o el encapsulado de epoxi.

11. Casos de Estudio de Diseño y Uso

11.1 Sensor de Proximidad Simple

Una aplicación común es un sensor de objeto reflectante básico. El IR19-315C/TR8 se coloca adyacente a un fototransistor de silicio en un PCB. El LED se acciona con una corriente pulsada (por ejemplo, 20mA, 1kHz, 50% ciclo de trabajo) a través de una resistencia. Cuando un objeto se acerca, refleja la luz IR sobre el fototransistor, que conduce y produce una señal. La operación pulsada ayuda a distinguir la señal de la luz IR ambiental. El amplio ángulo de visión del LED asegura una buena cobertura del área de detección.

11.2 Transmisor para Control Remoto por Infrarrojos

Para controles remotos que requieren mayor alcance o salida más alta, el LED puede accionarse en modo pulsado a corrientes más altas, como 100mA con un ciclo de trabajo muy bajo (por ejemplo, ≤1%). Esto aprovecha la mayor intensidad radiante pulsada (hasta 4.0 mW/sr) manteniendo la potencia promedio y la disipación de calor dentro de los límites. La señal se modula típicamente a una frecuencia portadora (por ejemplo, 38kHz) para permitir que el receptor filtre el ruido.

12. Principio de Funcionamiento

El IR19-315C/TR8 es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo que excede su energía de banda prohibida, los electrones del material AlGaAs de tipo n se recombinan con los huecos del material de tipo p en la región activa. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica del semiconductor AlGaAs determina la energía de banda prohibida, que a su vez dicta la longitud de onda de los fotones emitidos—en este caso, aproximadamente 940nm, que está en el espectro del infrarrojo cercano.

13. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de LED infrarrojo continúa evolucionando junto con la tecnología de LED visible. Las tendencias incluyen el desarrollo de dispositivos con mayor eficiencia de pared (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada), lo que reduce el consumo de energía y la generación de calor. También hay trabajo continuo para mejorar el rendimiento a alta temperatura y la fiabilidad de los encapsulados SMD. Además, la integración de LEDs IR con controladores y sensores en módulos compactos es una tendencia creciente, simplificando el diseño del sistema para aplicaciones como el reconocimiento de gestos y la detección 3D (por ejemplo, tiempo de vuelo). La longitud de onda de 940nm sigue siendo un estándar dominante debido a su óptima coincidencia con los detectores de silicio y su baja visibilidad.