Hoja de Datos Técnicos del LED Infrarrojo IR26-91C/L510/2D - Paquete SMD 3.0x1.0mm - Longitud de Onda 940nm - Tensión Directa 1.6V - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El IR26-91C/L510/2D es un diodo emisor de luz infrarroja (LED IR) de montaje superficial (SMD) en miniatura. Se aloja en un encapsulado compacto de 3.0mm x 1.0mm moldeado en plástico transparente con una lente de vista superior esférica. La función principal de este componente es emitir luz infrarroja con una longitud de onda pico de 940 nanómetros (nm), que coincide espectralmente con la sensibilidad de los fotodiodos y fototransistores de silicio comunes. Esto lo convierte en una fuente ideal para sistemas de detección y comunicación por infrarrojos donde se requiere un acoplamiento óptico preciso.

1.1 Características y Ventajas Principales

El dispositivo ofrece varias ventajas técnicas y de cumplimiento clave. Su principal característica óptica es la longitud de onda pico de 940nm, elegida para un rendimiento óptimo con detectores basados en silicio y que ofrece una buena transmisión atmosférica. Eléctricamente, presenta una baja tensión directa típica de 1.3V a 20mA, lo que contribuye a un funcionamiento energéticamente eficiente. El componente se fabrica sin plomo (Pb-free) y cumple con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS) de la Unión Europea y el reglamento de Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias Químicas (REACH). También se clasifica como libre de halógenos, con un contenido de bromo (Br) y cloro (Cl) cada uno por debajo de 900 partes por millón (ppm) y su total combinado por debajo de 1500 ppm.

1.2 Aplicaciones Destinadas

Este LED infrarrojo está diseñado para su uso en diversos sistemas de aplicación de infrarrojos. Las aplicaciones típicas incluyen sensores de proximidad, detección de objetos, interruptores sin contacto, codificadores ópticos y enlaces de transmisión de datos de corto alcance. Su factor de forma reducido y diseño SMD lo hacen adecuado para procesos de montaje automatizado en electrónica de consumo, automatización industrial y módulos de detección para interiores automotrices.

2. Análisis de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los principales parámetros eléctricos, ópticos y térmicos especificados en la hoja de datos. Comprender estos valores nominales es fundamental para un diseño de circuito confiable y para garantizar el rendimiento a largo plazo del dispositivo.

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. Estos valores no son para operación continua. La corriente directa continua (I_F) tiene un valor nominal de 65 mA. Se permite una corriente directa de pico (I_FP) significativamente mayor de 700 mA, pero solo bajo condiciones de pulso estrictas: ancho de pulso ≤ 70 microsegundos (μs) y ciclo de trabajo ≤ 0.7%. La tensión inversa máxima (V_R) es de 5V, lo que indica que el LED tiene una tolerancia muy baja a la polarización inversa. El dispositivo puede operar en temperaturas ambiente (T_opr) desde -40°C hasta +85°C y almacenarse (T_stg) desde -40°C hasta +100°C. La temperatura máxima de soldadura (T_sol) durante el reflow es de 260°C durante un tiempo no superior a 5 segundos. La disipación de potencia (P_d) a una temperatura ambiente libre de 25°C o inferior es de 100 mW. También cuenta con protección contra Descargas Electroestáticas (ESD), con una clasificación de Modelo de Cuerpo Humano (HBM) de un mínimo de 2000V y una clasificación de Modelo de Máquina (MM) de un mínimo de 200V.

2.2 Características Electro-Ópticas

La tabla de Características Electro-Ópticas proporciona valores típicos y máximos/mínimos bajo condiciones de prueba especificadas (Ta=25°C). La intensidad radiante (I_e), una medida de la potencia óptica por ángulo sólido, es típicamente de 8.0 milivatios por estereorradián (mW/sr) a una corriente directa de 20mA. La longitud de onda pico (λ_p) está centrada en 940nm. El ancho de banda espectral (Δλ), que representa el rango de longitudes de onda emitidas a la mitad de la intensidad pico, es típicamente de 45nm. La tensión directa (V_F) varía desde un valor típico de 1.3V hasta un máximo de 1.6V a 20mA. La corriente inversa (I_R) tiene un valor máximo de 10 microamperios (μA) cuando se aplica una polarización inversa de 5V. El ángulo de visión, definido como el ángulo total donde la intensidad cae a la mitad de su valor pico, es asimétrico: aproximadamente 130 grados en el eje X y 20 grados en el eje Y. Esto crea un patrón de radiación altamente elíptico, lo cual es una consideración de diseño crítica para la conformación del haz y el alineamiento del sensor.

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 relaciones no lineales y diseñar para diferentes entornos operativos.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva de reducción de potencia muestra cómo la corriente directa continua máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. A 25°C, está disponible el valor nominal completo de 65mA. A medida que la temperatura aumenta, la corriente debe reducirse para evitar superar la temperatura máxima de unión y los límites de disipación de potencia, asegurando así la fiabilidad a largo plazo.

3.2 Distribución Espectral

El gráfico de distribución espectral representa visualmente la salida de luz en función de la longitud de onda. Confirma el pico en 940nm y el ancho de banda espectral aproximado de 45nm (Ancho Total a Media Altura - FWHM). La curva muestra que se emite muy poca luz visible (por debajo de ~700nm), lo cual es deseable para un funcionamiento discreto en sistemas IR.

3.3 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra la relación entre la corriente de excitación y la potencia óptica de salida. Generalmente es lineal a corrientes bajas, pero puede presentar saturación o eficiencia reducida a corrientes muy altas debido a efectos térmicos. Los diseñadores utilizan esto para determinar la corriente de excitación necesaria para lograr un nivel de señal específico en el detector.

3.4 Patrones de Radiación Angular

Gráficos separados para el eje X y el eje Y muestran la intensidad radiante relativa en función del desplazamiento angular desde el centro óptico (0°). El patrón del eje X es muy ancho (~130° de semiángulo), mientras que el patrón del eje Y es mucho más estrecho (~20° de semiángulo). Este patrón elíptico debe tenerse en cuenta al alinear el LED con un sensor o al diseñar elementos ópticos como lentes o aperturas.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones y Tolerancias del Paquete

El dispositivo tiene un tamaño de paquete nominal de 3.0mm de largo, 1.0mm de ancho y una altura especificada. Se proporciona un dibujo dimensional detallado, incluyendo la ubicación de las almohadillas, la forma de la lente y el indicador de polaridad (típicamente una muesca o un punto en el lado del cátodo). Todas las dimensiones no especificadas tienen una tolerancia de ±0.1mm. También se ilustra un patrón de almohadillas de soldadura recomendado para montaje de vista lateral, para garantizar una estabilidad mecánica adecuada y la formación correcta de la unión de soldadura durante el reflow.

4.2 Cinta Portadora y Empaquetado en Carrete

Para el montaje automatizado pick-and-place, los LEDs se suministran en cinta portadora embutida enrollada en carretes. La hoja de datos proporciona las dimensiones precisas de los bolsillos de la cinta portadora, el paso y las especificaciones del carrete. Un carrete estándar contiene 2000 piezas. Esta información es vital para configurar correctamente los alimentadores del equipo de montaje.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El manejo y soldadura adecuados son cruciales para prevenir daños al LED y garantizar la fiabilidad de la unión de soldadura.

5.1 Perfil de Soldadura por Reflow

El componente es adecuado para procesos de soldadura por reflow sin plomo (Pb-free). Se proporciona un perfil de temperatura recomendado, que típicamente incluye etapas de precalentamiento, estabilización, reflow (temperatura pico ≤ 260°C durante ≤ 5 segundos) y enfriamiento. El número de ciclos de reflow no debe exceder de tres para minimizar el estrés térmico en el encapsulado plástico y las uniones internas de alambre.

5.2 Soldadura Manual y Rework

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado. La temperatura de la punta del soldador debe estar por debajo de 350°C, y el tiempo de contacto por terminal debe limitarse a 3 segundos o menos. Se recomienda un soldador de baja potencia (≤25W). Para rework, se sugiere un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar estrés mecánico en las uniones de soldadura. La viabilidad y el impacto del rework deben evaluarse de antemano.

5.3 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El paquete SMD es sensible a la humedad. El dispositivo debe almacenarse en su bolsa original a prueba de humedad con desecante a ≤30°C y ≤90% de humedad relativa (HR). La vida útil antes de abrir la bolsa es de un año. Después de abrirla, los componentes deben almacenarse a ≤30°C y ≤70% de HR y usarse dentro de las 168 horas (7 días). Si se exceden estas condiciones o el desecante indica saturación, se requiere un tratamiento de horneado a 60 ±5°C durante un mínimo de 24 horas antes de su uso para eliminar la humedad absorbida y prevenir el \"efecto palomita de maíz\" (popcorning) durante el reflow.

6. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

6.1 Diseño del Circuito de Excitación

Una nota de diseño crítica es la necesidad de limitar la corriente. El LED debe ser excitado con una fuente de corriente o, más comúnmente, una fuente de tensión en serie con una resistencia limitadora de corriente. La hoja de datos advierte explícitamente que un ligero cambio de tensión puede causar un gran cambio de corriente, lo que podría llevar a la destrucción del dispositivo. El valor de la resistencia (R_limit) se puede calcular usando la Ley de Ohm: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F, donde V_Fes la tensión directa del LED a la corriente deseada I_F. Usar el valor máximo de V_F(1.6V) para este cálculo garantiza que la corriente no exceda el objetivo bajo todas las condiciones.

6.2 Diseño y Alineamiento Óptico

Debido al patrón de haz altamente elíptico (130° x 20°), es necesario un diseño óptico cuidadoso. Para aplicaciones que requieren un punto circular o un perfil de iluminación específico, pueden ser necesarias ópticas secundarias como lentes o reflectores. El alineamiento entre el LED y el fotodetector emparejado también es más crítico a lo largo del estrecho eje Y. Los diseñadores deben consultar los gráficos de desplazamiento angular para comprender la caída de intensidad.

6.3 Gestión Térmica

Aunque la disipación de potencia es relativamente baja (100mW máx.), una gestión térmica efectiva sigue siendo importante, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente o cuando se excita a corrientes altas. Se debe seguir la curva de reducción de potencia. Asegurar un área de cobre adecuada en el PCB debajo y alrededor de las almohadillas del LED ayuda a disipar el calor y mantener temperaturas de unión más bajas, lo que preserva la eficiencia luminosa y la longevidad.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

El IR26-91C/L510/2D se diferencia en el mercado a través de una combinación específica de parámetros. Su longitud de onda de 940nm es un estándar común, ofreciendo un buen equilibrio entre la sensibilidad del detector de silicio y una menor interferencia de la luz ambiente en comparación con los LEDs de 850nm. La tensión directa muy baja (1.3V típico) es una ventaja clave para circuitos lógicos de bajo voltaje o alimentados por batería, ya que reduce el margen de tensión requerido para el excitador. La huella compacta de 3.0x1.0mm permite diseños de PCB de alta densidad. El cumplimiento de las normas RoHS, REACH y libre de halógenos lo hace adecuado para mercados globales con estrictas regulaciones ambientales. El ángulo de visión asimétrico puede ser una ventaja o una limitación, dependiendo de los requisitos ópticos de la aplicación.

8. Preguntas Frecuentes (FAQ)

8.1 ¿Por qué es obligatoria una resistencia limitadora de corriente?

Un LED es un diodo con una característica corriente-tensión (I-V) no lineal. Más allá de su tensión de encendido, un pequeño aumento en la tensión provoca un aumento muy grande en la corriente. Operar directamente desde una fuente de tensión sin una resistencia en serie permitiría que la corriente aumentara incontrolablemente, superando rápidamente el Valor Máximo Absoluto y destruyendo el dispositivo. La resistencia proporciona una relación lineal y predecible entre la tensión de alimentación y la corriente del LED.

8.2 ¿Puedo excitar este LED con un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

Sí, pero siempre se requiere una resistencia en serie. Por ejemplo, para excitar a I_F=20mA desde una fuente de 3.3V, asumiendo V_F=1.5V: R = (3.3V - 1.5V) / 0.020A = 90 Ohmios. Una resistencia estándar de 91 Ohmios sería adecuada. El pin del microcontrolador también debe ser capaz de suministrar o absorber la corriente requerida de 20mA.

8.3 ¿Cuál es el propósito de la longitud de onda de 940nm?

La luz infrarroja de 940nm es invisible para el ojo humano, permitiendo una operación discreta. Es fuertemente absorbida por el silicio, el material utilizado en la mayoría de los fotodiodos y fototransistores, haciendo la detección eficiente. También experimenta menos interferencia de fuentes de luz ambiente comunes (que tienen menos contenido IR a 940nm en comparación con 850nm) y es menos susceptible al ruido en sensores de imagen.

8.4 ¿Cómo identifico el ánodo y el cátodo?

El encapsulado incluye un marcador de polaridad. Consulte el dibujo de dimensiones del paquete en la hoja de datos. Es común que el cátodo esté marcado por un punto verde, una muesca en el encapsulado o una esquina achaflanada. Una conexión de polaridad incorrecta impedirá que el LED emita luz y, si se aplica una tensión inversa superior a 5V, puede dañar el dispositivo.

9. Caso de Estudio de Diseño Práctico

Considere diseñar un sensor simple de detección de objetos usando este LED y un fototransistor de silicio. El LED es excitado por una fuente de 5V a través de una resistencia de 180 Ohmios (limitando la corriente a ~20mA, asumiendo V_F=1.5V). El fototransistor se coloca a unos centímetros de distancia, alineado en el mismo eje óptico. Cuando no hay objeto presente, la luz IR del LED no llega al fototransistor y su salida es baja. Cuando un objeto pasa entre ellos, refleja parte de la luz IR hacia el fototransistor, haciendo que su corriente de salida aumente. Esta señal puede ser amplificada y enviada a un comparador o al ADC de un microcontrolador para detectar la presencia del objeto. El patrón de haz elíptico del LED significa que la zona de detección efectiva del sensor será más ancha horizontalmente que verticalmente, lo cual debe considerarse al definir el campo de visión del sensor.

10. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) opera bajo el principio de electroluminiscencia en un material semiconductor. El IR26-91C/L510/2D utiliza un chip de Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs). Cuando se aplica una tensión directa que excede la tensión de banda prohibida del diodo, los electrones de la región tipo-n se inyectan a través de la unión p-n hacia la región tipo-p, y los huecos se inyectan en la dirección opuesta. Estos portadores de carga (electrones y huecos) se recombinan en la región activa de la unión. La energía liberada durante esta recombinación se emite como fotones (partículas de luz). La composición específica del semiconductor GaAlAs determina la energía de la banda prohibida, lo que dicta directamente la longitud de onda de los fotones emitidos—en este caso, centrada alrededor de 940nm en el espectro infrarrojo.

11. Tendencias de la Industria

El mercado de los LEDs infrarrojos continúa evolucionando. Las tendencias clave incluyen la búsqueda de mayor intensidad radiante y eficiencia desde paquetes más pequeños para permitir una detección más potente en dispositivos compactos. Hay una creciente integración de LEDs IR con excitadores y sensores en módulos completos o sistemas en paquete (SiP). La demanda de longitudes de onda específicas se está diversificando; mientras que 940nm sigue siendo estándar, longitudes de onda como 850nm (para vigilancia) y 1050nm/1300nm (para aplicaciones de detección específicas) están ganando terreno. Además, la búsqueda de un menor consumo de energía y una mayor fiabilidad en aplicaciones automotrices (por ejemplo, monitoreo de cabina), de consumo (por ejemplo, reconocimiento facial) e IoT industrial está impulsando avances en la tecnología de chips, el empaquetado y la gestión térmica para emisores IR.