Hoja de Datos del Componente LED Infrarrojo - Longitud de Onda Pico 940nm - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas para un componente diodo emisor de luz infrarroja (LED IR). La aplicación principal de este dispositivo es en sistemas que requieren fuentes de luz no visibles, como mandos a distancia, sensores de proximidad e iluminación para visión nocturna. La ventaja principal de este componente radica en su longitud de onda pico específica, optimizada para compatibilidad con fotodetectores basados en silicio y que ofrece baja visibilidad para el ojo humano. El mercado objetivo incluye electrónica de consumo, automatización industrial, sistemas de seguridad y aplicaciones automotrices donde se requiere señalización o detección infrarroja confiable.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Los datos proporcionados especifican un parámetro fotométrico clave para este LED IR.

2.1 Características Fotométricas

El parámetro más crítico definido es la longitud de onda pico (λp).

• Longitud de Onda Pico (λp):940 nanómetros (nm). Este valor indica el punto específico en el espectro electromagnético donde el LED emite su máxima potencia óptica. Una longitud de onda de 940nm se encuentra firmemente dentro del rango del infrarrojo cercano (NIR). Esta longitud de onda es particularmente ventajosa porque se alinea bien con la sensibilidad pico de los fotodiodos y fototransistores de silicio comunes, asegurando una transmisión y recepción de señal eficiente. Además, la luz de 940nm es menos visible como un tenue resplandor rojo en comparación con longitudes de onda IR más cortas como 850nm, lo que la hace más adecuada para aplicaciones discretas.

Otros parámetros fotométricos típicos para un LED IR, como la intensidad radiante (en milivatios por estereorradián, mW/sr), el ángulo de visión (en grados) y el voltaje directo a una corriente específica, no se proporcionan explícitamente en el extracto, pero son esenciales para un diseño de circuito completo.

2.2 Parámetros Eléctricos

Aunque no se enumeran valores específicos en el texto proporcionado, el comportamiento eléctrico de un LED IR está definido por varios parámetros clave que un diseñador debe considerar.

• Voltaje Directo (Vf):La caída de voltaje a través del LED cuando conduce corriente. Para los LED IR típicos basados en GaAs, esto generalmente varía de 1.2V a 1.6V a su corriente directa nominal.
• Corriente Directa (If):La corriente de operación continua recomendada. Exceder la corriente directa máxima nominal puede provocar una degradación rápida o una falla catastrófica.
• Voltaje Inverso (Vr):El voltaje máximo que el LED puede soportar cuando está polarizado en la dirección no conductora. Los LED IR típicamente tienen una clasificación de voltaje inverso muy baja (a menudo alrededor de 5V) y son susceptibles a daños por picos de voltaje inverso.
• Disipación de Potencia:La potencia eléctrica total convertida en calor y luz (Vf * If). Es necesario un manejo térmico adecuado para evitar el sobrecalentamiento.

2.3 Características Térmicas

La gestión térmica es crucial para la longevidad y el rendimiento estable del LED.

• Temperatura de Unión (Tj):La temperatura en la región activa del chip semiconductor. La Tj máxima permitida es un límite crítico.
• Resistencia Térmica (Rθj-a):Este parámetro, medido en grados Celsius por vatio (°C/W), indica la eficacia con la que el calor viaja desde la unión del LED al aire ambiente. Un valor más bajo significa una mejor capacidad de disipación de calor. El diseño del empaquetado influye mucho en este valor.
• Curva de Reducción de Potencia (Derating):Un gráfico que muestra cómo la corriente directa máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente o la temperatura de unión. Operar dentro de estos límites es esencial para la fiabilidad.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La fabricación de LED a gran volumen produce variaciones en parámetros clave. El "binning" es el proceso de clasificar componentes en grupos (bins) según el rendimiento medido para garantizar la consistencia para el usuario final.

3.1 Clasificación por Longitud de Onda

Para este LED IR de 940nm, los componentes se probarían y clasificarían en bins según su longitud de onda pico real. Por ejemplo, los bins podrían definirse como 935-940nm, 940-945nm, etc. Esto permite a los diseñadores seleccionar LED con tolerancias de longitud de onda más estrictas si su aplicación requiere un emparejamiento espectral preciso.

3.2 Clasificación por Intensidad Radiante / Potencia Óptica

Los LED también se clasifican según su salida radiante. Esto es crucial para aplicaciones que requieren brillo uniforme o una intensidad de señal específica. Los bins se definen por valores mínimos y máximos de intensidad radiante (por ejemplo, 20-25 mW/sr, 25-30 mW/sr) a una corriente de prueba estandarizada.

3.3 Clasificación por Voltaje Directo

Para simplificar el diseño del circuito limitador de corriente y garantizar un comportamiento consistente en arreglos en paralelo, los LED se clasifican por voltaje directo (Vf). Los bins comunes podrían agrupar LED con Vf entre 1.2V-1.3V, 1.3V-1.4V, y así sucesivamente.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo bajo diferentes condiciones de operación.

4.1 Curva Característica Corriente-Voltaje (I-V)

Esta curva traza la corriente directa (If) contra el voltaje directo (Vf). Muestra la relación exponencial típica de un diodo. La curva se utiliza para determinar el punto de operación y para diseñar una resistencia limitadora de corriente o un circuito de excitación apropiado. El voltaje de "rodilla", donde la corriente comienza a aumentar rápidamente, es una característica clave.

4.2 Dependencia de la Temperatura

Varias curvas ilustran los efectos de la temperatura.

• Voltaje Directo vs. Temperatura:Típicamente muestra que Vf disminuye linealmente a medida que aumenta la temperatura de unión (aproximadamente -2mV/°C para LED IR). Esto es importante para los controladores de corriente constante.
• Intensidad Radiante vs. Temperatura:Muestra cómo la salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esta reducción de potencia es crítica para aplicaciones que operan en altas temperaturas ambientales.
• Distribución Espectral Relativa vs. Temperatura:Demuestra cómo la longitud de onda pico puede desplazarse ligeramente (generalmente hacia longitudes de onda más largas) a medida que aumenta la temperatura.

4.3 Distribución Espectral

Este gráfico traza la potencia radiante relativa contra la longitud de onda. Muestra el pico en 940nm y el ancho de banda espectral (típicamente Ancho a Mitad del Máximo, o FWHM, a menudo alrededor de 40-50nm para LED IR). Un ancho de banda más estrecho indica una luz más monocromática.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El extracto proporcionado contiene detalles específicos de empaquetado.

5.1 Jerarquía de Empaquetado

El componente está protegido por un sistema de empaquetado multicapa:

• Bolsa Protectora de Descarga Electroestática (ESD):El contenedor primario para los componentes LED individuales o carretes. Esta bolsa está hecha de un material disipador de estática para prevenir daños por descarga electrostática durante el manejo y almacenamiento.
• Cartón Interno:Una caja o bandeja más pequeña que contiene múltiples bolsas ESD o carretes, proporcionando estructura física y protección adicional.
• Cartón Externo:El contenedor de envío principal que contiene múltiples cartones internos. Está diseñado para robustez durante el transporte y almacenamiento.

5.2 Cantidad por Empaque

El documento enumera explícitamente "Cantidad por Empaque" como un parámetro clave. Esto se refiere al número de componentes LED individuales contenidos dentro de una unidad de envío estándar (por ejemplo, por carrete, por tubo o por bolsa dentro del cartón interno). Las cantidades comunes son 1000, 2000 o 5000 piezas por carrete para dispositivos de montaje superficial.

5.3 Dimensiones Físicas y Polaridad

Aunque no se proporcionan dimensiones exactas, un paquete típico de LED IR (como un LED de orificio pasante de 3mm o 5mm, o un paquete de montaje superficial como 0805 o 1206) tendría un dibujo mecánico detallado. Este dibujo especifica la longitud, anchura, altura del cuerpo, el espaciado de las patillas (paso) y las dimensiones de las patillas. Crucialmente, incluye la identificación de polaridad, generalmente indicando el cátodo (lado negativo) mediante un borde plano en la lente, una patilla más corta, un punto en el paquete o una marca específica en la huella de montaje.

6. Guías de Soldadura y Montaje

El montaje adecuado es vital para la fiabilidad.

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Para LED IR de montaje superficial, se debe seguir un perfil de reflujo recomendado. Esto incluye:

• Tasa de Precalentamiento/Rampa Ascendente:Típicamente 1-3°C por segundo para evitar choque térmico.
• Zona de Remojo (Soak):Un período a una temperatura por debajo del punto líquido de la soldadura para activar el fundente e igualar la temperatura de la placa.
• Zona de Reflujo (Líquido):La temperatura pico, que debe ser lo suficientemente alta para fundir la soldadura (por ejemplo, 240-250°C para SAC305) pero lo suficientemente baja y breve para no dañar el LED (la temperatura máxima del cuerpo del paquete es a menudo 260°C durante 10 segundos).
• Tasa de Enfriamiento:Un enfriamiento controlado para solidificar correctamente las uniones de soldadura.

6.2 Precauciones Clave

• Protección ESD:Siempre maneje los componentes en un entorno seguro contra ESD usando pulseras con conexión a tierra y tapetes conductivos.
• Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL):Si es aplicable, el paquete tendrá una clasificación MSL (por ejemplo, MSL 3). Los componentes que excedan su vida útil de piso deben ser secados en horno antes del reflujo para prevenir daños por "efecto palomita de maíz".
• Limpieza:Use solo solventes de limpieza compatibles que no dañen la lente del LED o el epoxi.
• Estrés Mecánico:Evite aplicar presión directa a la lente del LED durante la colocación o las pruebas.

6.3 Condiciones de Almacenamiento

Los componentes deben almacenarse en sus bolsas ESD originales sin abrir, en un entorno controlado. Las condiciones recomendadas son típicamente una temperatura entre 5°C y 30°C y una humedad relativa inferior al 60%. Evite la exposición a la luz solar directa, gases corrosivos o polvo excesivo.

7. Información de Empaquetado y Pedido

Los datos del ciclo de vida del documento indican una "Revisión: 5" y "Período de Expiración: Para Siempre", lo que sugiere que este es un documento estable, sin control de obsolescencia, publicado el 27-05-2013. La especificación de empaquetado está claramente definida en la sección 5.1. El código de pedido o número de modelo típicamente seguiría una convención de nomenclatura que codifica atributos clave como el tipo de paquete, el bin de longitud de onda, el bin de intensidad y la cantidad por empaque (por ejemplo, "IR940-SMD1206-B2-2K" podría indicar un LED IR de 940nm en un paquete 1206, bin de intensidad B2, suministrado en un carrete de 2000 piezas).

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Mandos a Distancia Infrarrojos:Para televisores, sistemas de audio y decodificadores. 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, en grifos automáticos y en interruptores de luz de seguridad.
• Conteo y Detección de Objetos:En máquinas expendedoras, líneas de ensamblaje industrial y equipos de impresión.
• Iluminación para Visión Nocturna:Emparejado con una cámara sensible al IR para vigilancia en condiciones de poca luz.
• Transmisión de Datos Óptica:Para comunicación serial de corto alcance y baja velocidad (IrDA) o enlaces de datos industriales.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación (Driver):Siempre use una resistencia limitadora de corriente en serie o un controlador de corriente constante. Nunca conecte un LED directamente a una fuente de voltaje.
• Disipación de Calor:Para operación a alta corriente o altas temperaturas ambientales, asegure un área de cobre en la PCB adecuada o un disipador de calor externo para manejar la resistencia térmica del LED.
• Diseño Óptico:Considere el ángulo de visión del LED. Use lentes o reflectores para colimar o difundir el haz según sea necesario para la aplicación.
• Emparejamiento con Fotodetector:Asegúrese de que el fotodetector seleccionado (fotodiodo, fototransistor) tenga alta sensibilidad a 940nm. Use un filtro IR para bloquear la luz visible si el entorno es ruidoso.
• Inmunidad al Ruido Eléctrico:En aplicaciones de sensores, module la señal IR (por ejemplo, con una portadora de 38kHz) y use un receptor sintonizado para rechazar la interferencia de la luz ambiental proveniente de la luz solar o lámparas fluorescentes.

9. Comparación Técnica

En comparación con otras fuentes IR, este LED de 940nm ofrece ventajas específicas.

• vs. LED IR de 850nm:La luz de 940nm es mucho menos visible como un tenue resplandor rojo, lo que la hace superior para vigilancia discreta. Sin embargo, los fotodetectores de silicio son ligeramente menos sensibles a 940nm que a 850nm, y la absorción atmosférica es marginalmente mayor.
• vs. Lámparas IR Incandescentes:Los LED son mucho más eficientes, tienen un tiempo de respuesta más rápido (permitiendo modulación de alta velocidad), son más robustos mecánicamente y tienen una vida operativa mucho más larga (decenas de miles de horas).
• vs. Diodos Láser:Los LED tienen una salida espectral más amplia y un área de emisión mucho mayor, produciendo un haz difuso que es más fácil de trabajar para iluminación general y detección. También son significativamente menos costosos y no requieren el complejo circuito de excitación y seguridad de los diodos láser.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P1: ¿Cuál es el propósito de la longitud de onda pico de 940nm?
R1: La longitud de onda de 940nm es óptima porque está bien adaptada a la sensibilidad de los fotodetectores de silicio y es casi invisible para el ojo humano, lo que la hace ideal para aplicaciones de detección discreta y control remoto.

P2: ¿Cómo determino el valor correcto de la resistencia limitadora de corriente?
R2: Use la Ley de Ohm: R = (Vfuente - Vf) / If. Debe conocer su voltaje de fuente (Vfuente), el voltaje directo del LED (Vf) de su hoja de datos o bin, y la corriente directa deseada (If). Siempre asegúrese de que la potencia nominal de la resistencia (P = (Vfuente - Vf) * If) sea suficiente.

P3: ¿Puedo usar este LED al aire libre?
R3: Sí, pero con precauciones. La lente de epoxi puede degradarse bajo exposición prolongada a los rayos UV. Más críticamente, la luz solar brillante contiene componentes IR fuertes que pueden saturar los receptores. El uso de filtros ópticos y señales moduladas es esencial para una operación confiable en exteriores.

P4: ¿Por qué la protección ESD es tan importante para los LED?
R4: La unión semiconductor en un LED es extremadamente sensible a las descargas electrostáticas de alto voltaje. Un evento ESD puede degradar instantáneamente la salida óptica, aumentar la corriente de fuga o causar una falla completa sin ningún daño visible.

P5: ¿A qué se refiere "Cantidad por Empaque"?
R5: Especifica el número de componentes LED individuales suministrados en una unidad de venta estándar, como en un carrete, en un tubo o dentro de una bolsa antiestática. Esto es crucial para la planificación de producción y la gestión de inventario.

11. Ejemplos Prácticos de Uso

11.1 Sensor de Proximidad Simple

Se puede construir un sensor reflectivo básico colocando el LED IR de 940nm y un fototransistor uno al lado del otro. El LED se excita con una corriente pulsada. Cuando un objeto se acerca, refleja la luz IR de vuelta al fototransistor, haciendo que su corriente de colector aumente. Un circuito comparador puede entonces activar una señal de salida digital. Este diseño se utiliza en la detección de papel en impresoras y en la activación de secadores de manos.

11.2 Iluminador IR de Largo Alcance para CCTV

Para cámaras de seguridad con visión nocturna, se construye un arreglo de múltiples LED de 940nm de alta potencia. Los LED son excitados por un controlador de corriente constante capaz de varios cientos de miliamperios. Se coloca una lente de Fresnel frente al arreglo para colimar la luz en un haz, extendiendo el rango de iluminación efectivo a decenas de metros. La gestión térmica a través de un gran disipador de calor de aluminio es crítica para este diseño de alta potencia.

12. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un dispositivo semiconductor de unión p-n. Cuando se polariza en directa (voltaje positivo aplicado al lado p en relación con el lado n), los electrones de la región n se inyectan a través de la unión hacia la región p, y los huecos de la región p se inyectan en la región n. Estos portadores minoritarios se recombinan con los portadores mayoritarios en las regiones opuestas. En un semiconductor de banda prohibida directa como el Arseniuro de Galio (GaAs), comúnmente utilizado para LED 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 = hc/Eg, donde h es la constante de Planck y c es la velocidad de la luz. Al ajustar la composición de la aleación semiconductor (por ejemplo, usando AlGaAs o InGaAs), la banda prohibida y, por lo tanto, la longitud de onda emitida pueden controlarse con precisión, resultando en la salida de 940nm especificada aquí.

13. Tendencias Tecnológicas

El campo de la tecnología de LED IR continúa evolucionando. Las tendencias clave incluyen:

• Mayor Potencia y Eficiencia:Las mejoras continuas en ciencia de materiales y empaquetado están produciendo LED IR con mayor flujo radiante y eficiencia de conversión eléctrica a óptica (wall-plug efficiency), permitiendo dispositivos más pequeños o mayor alcance para la misma potencia de entrada.
• Miniaturización:La búsqueda de dispositivos electrónicos de consumo más pequeños está impulsando a los LED IR hacia paquetes de montaje superficial cada vez más pequeños (por ejemplo, 0402, 0201) y paquetes a escala de chip (CSP).
• Soluciones Integradas:Existe una tendencia hacia combinar el LED IR, el fotodetector, el circuito de excitación y el procesamiento de señal (como el rechazo de luz ambiental) en un solo módulo o sistema en un paquete (SiP), simplificando el diseño para los usuarios finales.
• Expansión a Nuevas Longitudes de Onda:Mientras que 850nm y 940nm dominan, hay un creciente interés en otras longitudes de onda IR para aplicaciones especializadas, como 1050nm para LiDAR seguro para los ojos o bandas específicas para detección de gases.
• Mejora en la Gestión Térmica:Los nuevos diseños de paquetes con menor resistencia térmica y materiales con mejor conductividad térmica están extendiendo la vida útil de los LED y permitiendo corrientes de excitación más altas.