Hoja de Datos de LED Infrarrojo 940nm - Documentación Técnica

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona una descripción técnica completa de un componente diodo emisor de luz (LED) infrarrojo (IR). La función principal de este dispositivo es emitir luz en el espectro del infrarrojo cercano, específicamente a una longitud de onda pico (λp) de 940 nanómetros (nm). Esta longitud de onda es invisible para el ojo humano pero es altamente efectiva para diversas aplicaciones de detección y control remoto. El componente está diseñado para integrarse en ensamblajes electrónicos que requieren una fuente de luz IR fiable y consistente.

La ventaja principal de este LED IR radica en su emisión especificada de 940nm, que es un estándar común para productos electrónicos de consumo como mandos a distancia de televisión y sensores de proximidad. Esta longitud de onda ofrece un buen equilibrio entre la sensibilidad de los fotodetectores de silicio y el rechazo de la luz ambiental. El mercado objetivo incluye electrónica de consumo, automatización industrial, sistemas de seguridad y cualquier aplicación que requiera luz no visible para señalización, detección o transmisión de datos.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

El fragmento de PDF proporcionado destaca un único parámetro fotométrico crítico: la longitud de onda pico.

2.1 Características Fotométricas

Longitud de Onda Pico (λp): 940nm

Esta es la longitud de onda más prominente emitida por el LED, donde la intensidad radiante es máxima. Un pico de 940nm es significativo por varias razones:

• Compatibilidad con Detectores de Silicio:Los fotodiodos y fototransistores de silicio, los detectores IR más comunes, tienen una sensibilidad pico típicamente en el rango de 800nm a 950nm. Una fuente de 940nm se alinea bien con esto, asegurando una detección eficiente y una intensidad de señal fuerte.
• Baja Emisión de Luz Visible:Mientras que algunos LEDs de IR cercano emiten un tenue brillo rojo, los LEDs de 940nm son prácticamente invisibles, lo que los hace ideales para aplicaciones discretas o donde la fuga de luz visible es indeseable.
• Inmunidad a la Luz Solar:El espectro de irradiancia solar tiene un mínimo local alrededor de 940nm, lo que ayuda a que los sensores que usan esta longitud de onda sean menos susceptibles a la interferencia de la luz solar ambiental en comparación con, por ejemplo, los LEDs de 850nm.

Aunque el extracto del PDF solo muestra la longitud de onda pico, una hoja de datos completa normalmente incluiría parámetros fotométricos adicionales como la intensidad radiante (en milivatios por estereorradián, mW/sr), el ángulo de visión (ángulo de media intensidad en grados) y el ancho de banda espectral (ancho total a media altura, FWHM, en nm).

2.2 Parámetros Eléctricos

Aunque no se enumeran explícitamente en el texto proporcionado, comprender las características eléctricas es fundamental para el diseño.

• Tensión Directa (Vf):La caída de tensión a través del LED cuando opera a su corriente especificada. Para LEDs IR típicos, esto suele oscilar entre 1,2V y 1,6V, pero el valor exacto depende del material semiconductor y del diseño del chip. Este parámetro es crucial para seleccionar una resistencia limitadora de corriente o un circuito de excitación apropiado.
• Corriente Directa (If):La corriente de operación continua recomendada, típicamente entre 20mA y 100mA para empaquetados estándar. Exceder la corriente directa máxima puede provocar una degradación rápida o un fallo catastrófico.
• Tensión Inversa (Vr):La tensión máxima que el LED puede soportar cuando está polarizado inversamente sin dañarse, generalmente alrededor de 5V. Exceder esto puede romper la unión PN.
• Disipación de Potencia:Calculada como Vf * If, determina la carga térmica en el componente e influye en la necesidad de disipación de calor.

2.3 Características Térmicas

El rendimiento y la vida útil del LED dependen en gran medida de la temperatura de unión.

• Resistencia Térmica (Rθj-a):La resistencia al flujo de calor desde la unión semiconductor hasta el aire ambiente, expresada en grados Celsius por vatio (°C/W). Un valor más bajo indica una mejor capacidad de disipación de calor.
• Temperatura Máxima de Unión (Tj máx.):La temperatura más alta permitida en la unión semiconductor. Operar por encima de este límite acorta drásticamente la vida útil del LED. Un diseño adecuado del PCB (vías térmicas, área de cobre) es esencial para mantener Tj dentro de los límites.
• Curva de Reducción de Potencia (Derating):Un gráfico que muestra cómo la corriente directa máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esta es una herramienta de diseño crítica para garantizar la fiabilidad en todas las condiciones de operación.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Las variaciones de fabricación significan que los LEDs no son idénticos. Un sistema de clasificación (binning) categoriza los componentes en función de parámetros clave para garantizar la consistencia dentro de un lote de producción.

• Clasificación por Longitud de Onda / Longitud de Onda Pico:Los LEDs se clasifican en grupos según su longitud de onda pico real, por ejemplo, 935-945nm, 940-950nm. Esto garantiza la consistencia de color para la aplicación.
• Clasificación por Intensidad Radiante / Flujo:Los componentes se agrupan por su potencia de salida de luz medida. Por ejemplo, los grupos pueden definirse como valores Mín/ Típ/ Máx de intensidad radiante a una corriente de prueba específica.
• Clasificación por Tensión Directa:Los LEDs se clasifican por su Vf a una corriente de prueba. Esto ayuda a diseñar circuitos más uniformes, especialmente cuando varios LEDs están conectados en serie.

Los diseñadores deben especificar los grupos requeridos al realizar el pedido para garantizar el rendimiento necesario para su aplicación.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda que las especificaciones de un solo punto.

4.1 Curva Corriente vs. Tensión (I-V)

Esta curva muestra la relación entre la tensión directa y la corriente directa. Es no lineal, exhibiendo una tensión de "rodilla" (típicamente ~1,2V para LEDs IR) por encima de la cual la corriente aumenta rápidamente con pequeños aumentos de tensión. Esto subraya la importancia del control de corriente, no del control de tensión, para excitar LEDs.

4.2 Características de Temperatura

Los gráficos clave incluyen:

• Tensión Directa vs. Temperatura de Unión:Vf tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esto se puede utilizar para la detección de temperatura.
• Intensidad Radiante vs. Temperatura de Unión:La salida de luz típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura. La pendiente de esta curva indica la estabilidad térmica de la salida.
• Intensidad Relativa vs. Corriente Directa:Muestra cómo escala la salida de luz con la corriente de excitación, generalmente en una relación lineal o ligeramente sub-lineal hasta que los efectos térmicos dominan.

4.3 Distribución Espectral

Un gráfico que traza la intensidad relativa frente a la longitud de onda. Para un LED de 940nm, esta curva estaría centrada alrededor de 940nm con un FWHM típico de 40-50nm. La forma y el ancho de esta curva afectan cómo la luz interactúa con filtros y detectores.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El PDF menciona términos de empaquetado pero carece de un dibujo dimensional.

• Tipo de Empaquetado:Los empaquetados comunes para LEDs IR incluyen pines radiales de 3mm, 5mm y empaquetados de montaje superficial (SMD) como 0805, 1206 o empaquetados IR especializados.
• Dimensiones:Un dibujo mecánico detallado especificaría longitud, anchura, altura, diámetro/espaciado de los pines (para montaje PTH) o dimensiones de las almohadillas (para SMD).
• Diseño de Almohadillas / Patrón de Soldadura:Para piezas SMD, la huella de PCB recomendada (tamaño, forma y espaciado de las almohadillas) es crítica para una soldadura fiable y resistencia mecánica.
• Identificación de Polaridad:Los LEDs son diodos y deben conectarse con la polaridad correcta. La identificación se realiza típicamente mediante un borde plano en la lente, un pin ánodo más largo o un cátodo marcado en el cuerpo del empaquetado SMD.

6. Guías de Soldadura y Montaje

Un manejo adecuado garantiza la fiabilidad.

• Perfil de Soldadura por Reflujo:Para componentes SMD, se debe seguir un perfil tiempo-temperatura que especifique precalentamiento, estabilización, temperatura pico de reflujo (típicamente 260°C máx. durante unos segundos) y tasas de enfriamiento.
• Soldadura Manual:Si es aplicable, se proporcionan guías para la temperatura del soldador (<350°C) y el tiempo máximo de soldadura por pin (por ejemplo, 3 segundos) para prevenir daños térmicos en la lente de epoxi o el semiconductor.
• Precauciones contra ESD:Los LEDs son sensibles a las descargas electrostáticas. El manejo debe realizarse en estaciones de trabajo protegidas contra ESD utilizando equipo conectado a tierra. La mención de una "bolsa antiestática" en el PDF destaca este requisito.
• Condiciones de Almacenamiento:Los componentes deben almacenarse en un entorno seco y controlado (por ejemplo, <40°C/40% HR) para prevenir la absorción de humedad, que puede causar el efecto "palomita" durante el reflujo.

7. Información de Empaquetado y Pedido

El fragmento de PDF enumera varios niveles de empaquetado.

• Bolsa Antiestática:La barrera primaria contra humedad y ESD para los componentes a granel o las bobinas.
• Caja Interna:Contiene múltiples bolsas antiestáticas o bobinas.
• Caja Externa:La caja de envío principal que contiene múltiples cajas internas.
• Cantidad de Empaquetado:La cantidad estándar por bobina (por ejemplo, 1000 unidades), por bolsa o por caja.
• Etiquetado:Las etiquetas deben incluir número de pieza, cantidad, código de fecha, número de lote/lote y nivel de sensibilidad a ESD/humedad (MSL).
• Regla de Numeración de Modelo:Un número de pieza completo típicamente codifica atributos clave como tipo de empaquetado, grupo de longitud de onda, grupo de intensidad y grupo de tensión directa.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Mandos a Distancia Infrarrojos:Para televisores, decodificadores, sistemas de audio. La longitud de onda de 940nm es el estándar de la industria.
• Sensores de Proximidad y Presencia:Utilizados en teléfonos inteligentes (para desactivar pantallas táctiles durante llamadas), grifos automáticos, dispensadores de jabón.
• Detección y Conteo de Objetos:En automatización industrial, máquinas expendedoras y barreras de seguridad.
• Transmisión de Datos Óptica:Para enlaces de datos de corto alcance y baja velocidad (IrDA era un estándar común).
• Iluminación para Visión Nocturna:Emparejado con cámaras sensibles al IR para vigilancia en condiciones de poca luz.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación:Siempre use una resistencia limitadora de corriente en serie o un excitador de corriente constante. Calcule el valor de la resistencia usando R = (Tensión de Alimentación - Vf) / If.
• Diseño del PCB:Proporcione un área de cobre adecuada o vías térmicas debajo de la almohadilla térmica del LED (si es SMD) para disipar el calor.
• Diseño Óptico:Considere lentes o aperturas para dar forma al haz. El ángulo de visión del LED debe coincidir con el campo de visión del detector.
• Filtrado:Use un filtro paso IR en el detector para bloquear la luz visible y mejorar la relación señal-ruido.
• Modulación:Para aplicaciones de detección, modular la señal IR (por ejemplo, a 38kHz) y usar un detector sincronizado puede rechazar efectivamente la interferencia de la luz ambiental.

9. Comparación Técnica

Comparado con otras fuentes IR:

• vs. LEDs IR de 850nm:Los LEDs de 850nm a menudo tienen un tenue brillo rojo y son más susceptibles a la interferencia solar, pero pueden ofrecer una intensidad radiante ligeramente mayor para la misma corriente de excitación debido a la eficiencia del material. Se prefiere 940nm para operación discreta y mejor rechazo de la luz solar.
• vs. Diodos Láser:Los láseres proporcionan un haz coherente y estrecho ideal para detección de largo alcance o de precisión, pero son más caros, requieren medidas de excitación y seguridad más complejas y tienen un espectro de emisión más estrecho.
• vs. Fuentes IR Incandescentes:Las fuentes basadas en filamento emiten IR de amplio espectro pero son ineficientes, lentas, frágiles y generan calor significativo.

El LED de 940nm ofrece un equilibrio óptimo de costo, eficiencia, fiabilidad y rendimiento para aplicaciones principales de consumo e industrial.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Por qué mi LED de 940nm no es visible?

R: La sensibilidad del ojo humano cae bruscamente más allá de aproximadamente 750nm. 940nm está muy adentro del espectro infrarrojo y es esencialmente invisible, lo cual es una característica clave para muchas aplicaciones.

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

R: No. Siempre debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie. Un pin GPIO de un microcontrolador no puede suministrar una corriente estable y podría dañarse por la baja tensión directa del LED, lo que podría crear una condición cercana a un cortocircuito.

P: ¿Cómo determino el valor óptimo de la resistencia?

R: Use la Ley de Ohm: R = (Vs - Vf) / If. Por ejemplo, con Vs=5V, Vf=1,4V (típico) e If=20mA: R = (5 - 1,4) / 0,02 = 180 Ohmios. Use el siguiente valor estándar (por ejemplo, 180Ω o 220Ω).

P: ¿Cuál es el propósito de la "bolsa antiestática" mencionada?

R: Protege al LED de las descargas electrostáticas (ESD) durante el almacenamiento y transporte, lo que puede dañar la sensible unión semiconductor incluso si el daño no es inmediatamente visible.

P: ¿La temperatura ambiente afecta al rendimiento?

R: Sí, significativamente. La intensidad radiante disminuye a medida que aumenta la temperatura, y la tensión directa disminuye. Para aplicaciones críticas, consulte las curvas de reducción de potencia y diseñe la gestión térmica en consecuencia.

11. Casos de Uso Prácticos

Caso de Estudio 1: Sensor de Proximidad de Teléfono Inteligente

Un LED de 940nm se coloca cerca del auricular. Cuando una llamada está activa, el LED emite un pulso breve. Un fotodetector cercano mide la luz reflejada. Si un objeto (como la oreja del usuario) está cerca, la señal reflejada es fuerte y la pantalla táctil se desactiva para evitar entradas accidentales. La longitud de onda de 940nm asegura que no se vea ningún brillo visible durante la llamada.

Caso de Estudio 2: Contador de Objetos en Cinta Transportadora Industrial

Un LED IR y un detector se montan en lados opuestos de una cinta transportadora, creando un haz. Cuando un objeto pasa a través, interrumpe el haz, activando un contador. Usar una señal modulada de 940nm ayuda al sistema a ignorar la radiación IR constante de objetos calientes o maquinaria en el suelo de la fábrica.

12. Principio de Funcionamiento

Un LED infrarrojo es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando está polarizado directamente (tensión positiva aplicada al lado p, ánodo), los electrones de la región n se inyectan a través de la unión en la región p, y los huecos de la región p se inyectan en la región n. Estos portadores minoritarios se recombinan con portadores mayoritarios en las regiones opuestas. En un material semiconductor de banda prohibida directa como Arseniuro de Galio (GaAs) o Arseniuro de Galio y Aluminio (AlGaAs), comúnmente usado para LEDs IR, este evento de recombinación libera energía en forma de un fotón (partícula de luz). La longitud de onda (color) del fotón emitido está determinada por la energía de la banda prohibida (Eg) del material semiconductor, según la ecuación λ ≈ 1240 / Eg (eV), donde λ está en nanómetros. Para una longitud de onda de 940nm, la energía de la banda prohibida es aproximadamente 1,32 eV. La composición específica del material (por ejemplo, AlGaAs) se diseña para lograr esta banda prohibida precisa.

13. Tendencias Tecnológicas

El desarrollo de LEDs IR sigue varias tendencias clave impulsadas por las demandas de las aplicaciones:

• Mayor Potencia y Eficiencia:Las mejoras continuas en ciencia de materiales y diseño de chips producen mayor intensidad radiante y eficiencia de conversión (potencia óptica de salida / potencia eléctrica de entrada), permitiendo mayor alcance o menor consumo de energía.
• Miniaturización:Los tamaños de empaquetado continúan reduciéndose (por ejemplo, empaquetados a escala de chip) para caber en dispositivos de consumo cada vez más pequeños como wearables y teléfonos inteligentes ultradelgados.
• Soluciones Integradas:Hay un movimiento hacia módulos que combinan el LED, el excitador, el fotodetector y a veces incluso un microcontrolador en un solo empaquetado, simplificando el diseño para los usuarios finales (por ejemplo, módulos completos de sensor de proximidad).
• Expansión a Nuevos Espectros:Mientras que 850nm y 940nm dominan, hay un interés creciente en otras longitudes de onda IR para aplicaciones especializadas, como detección de gases (usando líneas de absorción específicas) o imágenes mejoradas de tejidos biológicos.
• Mejor Gestión Térmica:Los nuevos diseños de empaquetado con menor resistencia térmica permiten corrientes de excitación más altas y salida sostenida en entornos exigentes.

Estas tendencias tienen como objetivo hacer que la detección IR sea más fiable, compacta, energéticamente eficiente y accesible para una gama más amplia de aplicaciones, desde LiDAR automotriz y autenticación biométrica hasta monitoreo ambiental avanzado.