Hoja de Datos del Componente LED Infrarrojo - Longitud de Onda Pico 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas para un componente diodo emisor de luz (LED) infrarrojo (IR). La aplicación principal de estos componentes es en sistemas que requieren fuentes de luz no visibles, como mandos a distancia, sensores de proximidad, iluminación para visión nocturna y transmisión de datos ópticos. La ventaja principal de este componente específico es su emisión en una longitud de onda pico de 940nm, ideal para aplicaciones donde se desea una emisión de luz visible mínima, ya que es prácticamente invisible para el ojo humano. El mercado objetivo incluye electrónica de consumo, automatización industrial, sistemas de seguridad y aplicaciones automotrices.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

El contenido proporcionado especifica un parámetro fotométrico clave: la longitud de onda pico (λp). Esta es una especificación crítica para los LED IR.

2.1 Características Fotométricas

Longitud de Onda Pico (λp):940 nanómetros (nm). Este parámetro define la longitud de onda a la que el LED emite su máxima potencia óptica. Una longitud de onda de 940nm se encuentra dentro del espectro del infrarrojo cercano. Esta longitud de onda se usa comúnmente porque los fotodiodos de silicio, que son receptores típicos en sistemas IR, tienen alta sensibilidad alrededor de este rango. Además, la luz de 940nm es menos perceptible como un tenue brillo rojo en comparación con longitudes de onda IR más cortas como 850nm, lo que la hace preferible para iluminación discreta.

Análisis:La selección de 940nm indica que este componente está optimizado para la eficiencia en sistemas de detección que utilizan sensores de silicio estándar y para aplicaciones que requieren baja contaminación lumínica visible. La intensidad radiante y el ángulo de visión, especificaciones complementarias comunes, no se proporcionan pero son cruciales para calcular el alcance efectivo y el área de cobertura en un diseño.

2.2 Parámetros Eléctricos

Aunque los valores específicos de voltaje directo (Vf), corriente directa (If) y voltaje inverso (Vr) no se enumeran en el extracto, estos son fundamentales para cualquier LED. Los diseñadores deben consultar la hoja de datos completa para conocer los valores máximos absolutos y las condiciones típicas de operación para garantizar un funcionamiento confiable y una larga vida útil. Exceder la corriente directa máxima es una causa principal de falla del LED debido a la generación excesiva de calor.

2.3 Características Térmicas

La gestión térmica es primordial para el rendimiento y la vida útil del LED. Los parámetros clave incluyen la resistencia térmica desde la unión al aire ambiente (RθJA) y la temperatura máxima de unión (Tj máx.). Es necesario un disipador de calor eficiente a través del encapsulado del LED y la placa de circuito impreso (PCB) para mantener Tj dentro de límites seguros, especialmente cuando se opera a corrientes altas o en temperaturas ambientales elevadas.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La fabricación de LED implica variaciones naturales. Un sistema de clasificación (binning) categoriza los componentes en función de parámetros clave para garantizar la consistencia dentro de un lote de producción.

3.1 Clasificación por Longitud de Onda

Para un LED IR, la longitud de onda pico es el parámetro de clasificación principal. Los componentes pueden clasificarse en grupos con una tolerancia ajustada alrededor del valor nominal de 940nm (por ejemplo, de 935nm a 945nm). Esto garantiza que todos los LED en un sistema tengan características de emisión casi idénticas, lo cual es crítico para el rendimiento de los filtros ópticos y la sintonización del sensor en el receptor.

3.2 Clasificación por Voltaje Directo

Los LED también se clasifican por voltaje directo (Vf) a una corriente de prueba especificada. Agrupar LED con valores de Vf similares ayuda en el diseño de circuitos de excitación, particularmente cuando varios LED están conectados en serie, para garantizar una distribución uniforme de corriente y brillo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos son esenciales para comprender el comportamiento del componente bajo diversas condiciones.

4.1 Curva Corriente vs. Voltaje (I-V)

La curva I-V muestra la relación entre el voltaje directo y la corriente a través del LED. Es no lineal. El voltaje de "rodilla" es el punto aproximado donde el LED comienza a conducir significativamente y emitir luz. La pendiente de la curva en la región de operación ayuda a determinar la resistencia dinámica del LED.

4.2 Características de Temperatura

El rendimiento del LED depende de la temperatura. Típicamente, el voltaje directo (Vf) disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Por el contrario, la intensidad luminosa o la potencia radiante también disminuyen con el aumento de la temperatura. Los gráficos que muestran la intensidad relativa frente a la temperatura de la unión y el voltaje directo frente a la temperatura son críticos para diseñar circuitos que compensen los efectos térmicos.

3.3 Distribución Espectral

Un gráfico de distribución espectral representa la potencia radiante frente a la longitud de onda. Para un LED de 940nm, este gráfico mostraría un pico dominante en o cerca de 940nm con un cierto ancho de banda espectral (por ejemplo, Ancho a Media Altura - FWHM). Un FWHM más estrecho indica una fuente de luz más monocromática, lo que puede ser importante para aplicaciones que utilizan filtros ópticos.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El extracto menciona tipos de empaquetado pero no el encapsulado específico del LED (por ejemplo, 5mm, 3mm, dispositivo de montaje superficial como 0805 o 1206). Una hoja de datos completa incluiría un dibujo mecánico detallado.

5.1 Dibujo de Dimensiones

Se requiere un diagrama dimensionado que muestre la longitud, anchura, altura, espaciado de terminales (para montaje pasante) o dimensiones de las pistas (para SMD). Se deben especificar las tolerancias para todas las dimensiones.

5.2 Diseño del Patrón de Pistas (para SMD)

Para encapsulados de montaje superficial, se proporciona un patrón de pistas de PCB recomendado (huella). Esto incluye el tamaño, la forma y el espaciado de las pistas de cobre para garantizar una soldadura adecuada y estabilidad mecánica.

5.3 Identificación de Polaridad

El método para identificar el ánodo y el cátodo debe indicarse claramente. Para LED pasantes, el cátodo suele ser el terminal más corto o el terminal junto a un punto plano en la lente. Para LED SMD, una marca como un punto, una muesca o una esquina sombreada en el encapsulado denota el cátodo.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Para componentes SMD, es necesario un perfil de reflujo detallado. Esto incluye temperatura y tiempo de precalentamiento, tiempo de estabilización, temperatura pico, tiempo por encima del líquido (TAL) y velocidad de enfriamiento. Cumplir con este perfil evita el choque térmico y garantiza uniones de soldadura confiables.

6.2 Precauciones

Las precauciones generales incluyen: evitar estrés mecánico en la lente del LED, usar protección ESD durante el manejo (ya que los LED son sensibles a las descargas electrostáticas) y asegurar que no haya contaminación en la superficie óptica. Para componentes pasantes, el doblado de terminales debe realizarse a una distancia suficiente del cuerpo del encapsulado.

6.3 Condiciones de Almacenamiento

Los LED deben almacenarse en un ambiente fresco y seco, típicamente dentro de un rango específico de temperatura y humedad. A menudo se suministran en empaques sensibles a la humedad con un desecante, y pueden requerir secado antes de su uso si el empaque ha estado abierto durante un período prolongado.

7. Información de Empaquetado y Pedido

El extracto del PDF enumera explícitamente elementos de empaquetado, que es una parte clave del contenido proporcionado.

7.1 Especificación de Empaquetado

La jerarquía de empaquetado se define como:

• Bolsa Antiestática:El contenedor principal, diseñado para proteger los componentes de descargas electrostáticas (ESD) y humedad.
• Cartón Interno:Una caja o bandeja que contiene múltiples bolsas ESD o carretes de componentes.
• Cartón Externo:El cartón de envío maestro que contiene múltiples cartones internos.

7.2 Cantidad por Empaque

Debe especificarse la cantidad específica de componentes LED por bolsa ESD, por cartón interno y por cartón externo. Las cantidades comunes son múltiplos de 1000, 2000 o 5000 piezas para componentes SMD en carretes, o recuentos específicos para empaques a granel.

7.3 Información de Etiquetado

Cada nivel de empaquetado debe tener una etiqueta que indique el número de pieza, la cantidad, el código de fecha, el número de lote y el nivel de sensibilidad ESD/humedad (MSL).

7.4 Reglas de Nomenclatura del Número de Modelo

El número de pieza completo típicamente codifica atributos clave. Por ejemplo, un número de modelo podría indicar el tamaño del encapsulado, la longitud de onda pico, el ángulo de visión y el grupo de flujo. Un código como "IR940-45D" podría implicar un LED IR, 940nm, ángulo de visión de 45 grados y un grupo específico de intensidad radiante 'D'.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este LED IR de 940nm es adecuado para:

• Mandos a Distancia Infrarrojos:Para televisores, sistemas de audio y decodificadores.
• Sensores de Proximidad y Presencia:En teléfonos inteligentes, electrodomésticos y grifos automáticos.
• Iluminación para Visión Nocturna:Emparejado con cámaras sensibles al IR en sistemas de seguridad y vigilancia.
• Interruptores y Codificadores Ópticos:Para detectar posición o rotación.
• Transmisión de Datos:En dispositivos compatibles con IrDA para comunicación inalámbrica de corto alcance.

8.2 Consideraciones de Diseño

Circuito de Excitación:Se recomienda una fuente de corriente constante sobre una fuente de voltaje con una resistencia en serie para una salida estable, especialmente ante variaciones de temperatura. El excitador debe estar clasificado para la corriente directa del LED.
Diseño Óptico:El material de la lente o cubierta entre el LED y el objetivo debe ser transparente a la luz de 940nm. Muchos plásticos son adecuados, pero algunos tipos de vidrio o materiales teñidos pueden atenuar la señal.
Disipación de Calor:Asegurar un área de cobre en la PCB adecuada o un disipador de calor externo si se opera a corrientes continuas altas.
Compatibilidad con el Receptor:El fotodetector (por ejemplo, fototransistor, fotodiodo) debe tener una sensibilidad pico alrededor de 940nm. Un filtro óptico adaptado al espectro del LED puede mejorar la relación señal/ruido al bloquear la luz ambiental.

9. Comparación Técnica

En comparación con otros LED IR, un componente de 940nm ofrece ventajas y compensaciones específicas.

vs. LED IR de 850nm:Los LED de 850nm a menudo proporcionan una salida radiante ligeramente mayor para la misma entrada eléctrica debido a una mejor eficiencia del material en esa longitud de onda. Sin embargo, los 850nm emiten un tenue brillo rojo que puede ser visible en condiciones oscuras, lo que puede ser indeseable para aplicaciones discretas. Los 940nm son prácticamente invisibles, lo que los hace superiores para iluminación discreta.

vs. LED Visibles:El diferenciador principal es la longitud de onda. Los LED IR permiten funcionalidades invisibles para los usuarios, permitiendo características como operación automática (sensores) o control (mandos) sin emitir luz que distraiga.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Por qué es importante la longitud de onda pico de 940nm?
R: Coincide con el rango de alta sensibilidad de los fotodetectores de silicio comunes mientras minimiza la emisión de luz visible, lo que lo hace ideal para aplicaciones de sensores e iluminación discreta.

P: ¿Cómo excito este LED?
R: Utilice un circuito excitador de corriente constante. Una implementación simple es una fuente de voltaje con una resistencia limitadora de corriente, calculada usando el voltaje directo típico (Vf) del LED y la corriente directa deseada (If) de la hoja de datos completa: R = (Vfuente - Vf) / If.

P: ¿Puedo ver la luz de este LED?
R: La longitud de onda de 940nm está fuera del espectro visible para la mayoría de los humanos. Algunas personas podrían percibir un brillo rojo muy profundo en condiciones extremadamente oscuras, pero en gran medida es invisible. Sin embargo, una cámara de teléfono inteligente generalmente puede verlo claramente, ya que los sensores de las cámaras son sensibles al infrarrojo cercano.

P: ¿Cuál es el propósito de la bolsa antiestática?
R: Protege al LED de las descargas electrostáticas (ESD), que pueden dañar la unión semiconductor incluso si la descarga no es percibida por una persona.

11. Casos de Uso Prácticos

Caso de Estudio 1: Dispensador Automático de Jabón.Un LED IR de 940nm se empareja con un fototransistor para crear un sensor de proximidad. El LED emite constantemente un haz invisible. Cuando una mano interrumpe el haz, el cambio en la luz detectada activa el motor de la bomba. La longitud de onda de 940nm garantiza que la operación sea fluida y sin ninguna indicación de luz visible.

Caso de Estudio 2: Mando a Distancia de TV de Largo Alcance.Se utiliza una matriz de LED de 940nm en un mando a distancia universal. La alta intensidad radiante (asegurada por una clasificación adecuada y corriente de excitación) permite que la señal llegue al sensor del TV desde ángulos amplios y distancias más largas. La falta de luz visible evita distracciones en un home theater oscuro.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se polariza en directa, los electrones de la región n se recombinan con los huecos de la región p en la región activa. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica de los fotones emitidos está determinada por la energía de la banda prohibida de los materiales semiconductores utilizados en la construcción del LED (típicamente arseniuro de galio y aluminio - AlGaAs para 940nm). Una banda prohibida más grande resulta en una longitud de onda más corta (luz más azul), y una banda prohibida más pequeña resulta en una longitud de onda más larga (luz más roja o infrarroja). La salida de 940nm es un resultado directo de la ingeniería de la composición del semiconductor para lograr esta energía de banda prohibida específica.

13. Tendencias de Desarrollo

El campo de los LED IR está impulsado por la demanda de mayor eficiencia, encapsulados más pequeños y mayor integración.

Mayor Eficiencia:La investigación se centra en mejorar la eficiencia cuántica interna (el porcentaje de recombinaciones electrón-hueco que producen fotones) y la eficiencia de extracción de luz (sacar los fotones generados del material semiconductor). Esto conduce a una mayor salida radiante para la misma entrada eléctrica, permitiendo una mayor duración de la batería en dispositivos portátiles.

Miniaturización:La tendencia hacia dispositivos electrónicos de consumo más pequeños impulsa el desarrollo de LED IR en encapsulados de montaje superficial cada vez más pequeños (por ejemplo, tamaños métricos 0402, 0201) manteniendo o mejorando el rendimiento.

Soluciones Integradas:Existe un movimiento hacia la combinación del LED IR, el fotodetector y la lógica de control en un solo módulo o chip. Esto simplifica el diseño para los usuarios finales, reduce la huella en la PCB y mejora la confiabilidad del sistema al garantizar características ópticas coincidentes.

Nuevas Longitudes de Onda:Si bien 850nm y 940nm dominan, se están desarrollando otras longitudes de onda para aplicaciones especializadas, como espectroscopía, detección de gases y comunicaciones ópticas utilizando fibras ópticas de plástico.