Hoja de Datos del LED Infrarrojo LTL-E7939Q3K - Montaje Through Hole - Longitud de Onda 850nm - Intensidad Radiante 20mW/sr - Voltaje Directo 1.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTL-E7939Q3K es un diodo emisor de luz (LED) infrarrojo (IR) de alto rendimiento diseñado para montaje through hole en placas de circuito impreso (PCB) o paneles. Está concebido para aplicaciones que requieren señalización óptica o iluminación confiable y de alta velocidad en el espectro del infrarrojo cercano. El dispositivo utiliza un material semiconductor de AlGaAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), optimizado para la emisión a 850 nanómetros, una longitud de onda común en sistemas de comunicación IR, sensado e iluminación para visión nocturna.

Sus ventajas principales incluyen una combinación de alta intensidad radiante, compatibilidad con circuitos integrados debido a sus bajos requisitos de corriente, y un robusto encapsulado through hole apto para diversos procesos de ensamblaje. El producto cumple con las directivas RoHS, lo que indica que se fabrica sin el uso de sustancias peligrosas como el plomo (Pb). Los mercados objetivo principales incluyen la automatización industrial, sistemas de seguridad (por ejemplo, visión nocturna para CCTV), codificadores ópticos, mandos a distancia y sensores de proximidad, donde las fuentes de luz infrarroja confiables son críticas.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Estas especificaciones 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 y debe evitarse en diseños confiables.

• Disipación de Potencia (Pd):120 mW máximo. Esta es la potencia total (Vf * If) que el encapsulado puede disipar como calor sin exceder su temperatura máxima de unión. Exceder este límite conlleva el riesgo de fuga térmica y fallo.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):1 A en condiciones pulsadas (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 μs). Esta especificación es significativamente mayor que la de corriente continua, permitiendo pulsos breves y de alta intensidad útiles en transmisión de datos.
• Corriente Directa en CC (I_F):60 mA continua. Esta es la corriente máxima en estado estacionario para una operación confiable a largo plazo.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa mayor a este puede causar ruptura y fallo catastrófico de la unión PN del LED.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:-30°C a +85°C y -40°C a +100°C, respectivamente. Estas definen los límites ambientales para la operación y el almacenamiento sin funcionamiento.
• Temperatura de Soldadura de las Patillas:260°C durante 5 segundos, medidos a 2.0mm del cuerpo del LED. Esto guía los procesos de soldadura manual para prevenir daños térmicos en la lente de epoxi y las uniones internas del chip.

2.2 Características Eléctricas / Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos y garantizados medidos bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C).

• Intensidad Radiante (I_e):Mínimo 20.0 mW/sr a I_F= 20mA. La intensidad radiante mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). Este es un parámetro clave para determinar el alcance efectivo y la fuerza de la señal en sistemas IR. La hoja de datos indica que se debe aplicar una tolerancia de ±15% al valor garantizado.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):Típico 30 grados. Este es el ángulo total en el cual la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Un ángulo de 30° indica un haz moderadamente enfocado, adecuado para aplicaciones direccionales.
• Longitud de Onda de Pico (λ_P):Típico 850 nm. Esta es la longitud de onda a la cual el LED emite la mayor potencia óptica. 850nm está en el rango del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero detectable por fotodiodos de silicio y muchos sensores de cámara.
• Ancho de Media Altura Espectral (Δλ):Típico 40 nm. Esto especifica el ancho de banda de longitud de onda donde la intensidad de emisión es al menos la mitad de la intensidad de pico. Un ancho de 40nm es común para LEDs IR.
• Voltaje Directo (V_F):Típico 1.3V, Máximo 1.6V a I_F= 20mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED cuando conduce corriente. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 μA a V_R= 5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado inversamente dentro de su límite seguro.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica el uso de un sistema de clasificación o "binning" para la Intensidad Radiante (I_e). La nota establece: "El código de clasificación Ie está marcado en cada bolsa de empaque." Esto implica que los LEDs fabricados son probados y clasificados (binned) según su intensidad radiante medida. El número de parte LTL-E7939Q3K especifica una intensidad radiante mínima (18~21.5 mW/sr Mín., como se indica en la tabla de desglose del número de parte), pero las unidades individuales dentro de un envío pueden caer en sub-rangos específicos (bins). Los diseñadores deben ser conscientes de que la intensidad real de un LED específico puede variar dentro del mínimo garantizado y el rango del bin. La hoja de datos no detalla bins explícitos para la longitud de onda (λ_P) o el voltaje directo (V_F), listando solo valores típicos y máximos/mínimos.

4. Análisis de las Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a varias curvas características típicas, que proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

• Curva Espectral:Ilustra la potencia radiante relativa en función de la longitud de onda, centrada alrededor del pico de 850nm con el ancho de media altura definido de 40nm.
• Voltaje Directo vs. Corriente Directa (Curva I-V):Muestra la relación no lineal entre voltaje y corriente. La curva tendrá un voltaje umbral (alrededor de 1.1-1.2V para AlGaAs) después del cual la corriente aumenta rápidamente con pequeños incrementos en el voltaje, destacando por qué el control de corriente (no de voltaje) es esencial.
• Potencia Radiante Relativa vs. Corriente Directa en CC:Demuestra cómo la potencia de salida óptica aumenta con la corriente de excitación, típicamente en una relación casi lineal dentro del rango de operación antes de que la eficiencia disminuya a corrientes muy altas debido a efectos térmicos.
• Potencia Radiante Relativa vs. Corriente de Pico (Pulsada):Similar a la curva en CC pero para operación pulsada, mostrando la salida de pico alcanzable con corrientes de hasta el máximo de 1A.
• Potencia Radiante Relativa vs. Temperatura:Una curva crítica que muestra la disminución de la salida óptica a medida que aumenta la temperatura de unión. Este factor de reducción térmica debe tenerse en cuenta en diseños donde la temperatura ambiente es alta o la gestión térmica es deficiente.
• Patrón de Directividad:Un gráfico polar que muestra la distribución angular de la luz emitida, definiendo visualmente el ángulo de visión de 30°.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED está alojado en un encapsulado redondo estándar through hole, T-1 3/4 (5mm). Las dimensiones clave del dibujo incluyen:

• Diámetro de la Lente: Aproximadamente 5.0mm.
• Altura del Encapsulado: Aproximadamente 8.7mm desde la parte inferior de las patillas hasta la parte superior de la lente.
• Diámetro de las Patillas: 0.56mm nominal.
• Separación entre Patillas: 2.54mm (0.1") estándar, medido donde las patillas emergen del cuerpo del encapsulado.
• Pestaña/Base: Una pestaña ayuda en el montaje en panel y proporciona un tope mecánico durante la inserción. La resina protuberante bajo la pestaña es un máximo de 1.0mm.

5.2 Identificación de Polaridad

El cátodo se identifica en el dibujo de dimensiones. Para un LED estándar, el cátodo es típicamente la patilla más corta y/o la patilla adyacente a un punto plano en la pestaña del encapsulado. Se debe consultar el dibujo proporcionado para la marca de identificación exacta.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El manejo adecuado es crucial para prevenir daños.

• Formado de Patillas:Debe realizarse antes de soldar a temperatura ambiente. Los dobleces deben hacerse al menos a 3mm de la base de la lente del LED. La base del marco de patillas no debe usarse como punto de apoyo.
• Ensamblaje en PCB:Usar la fuerza mínima de sujeción para evitar estrés mecánico en las patillas.
• Soldadura:
  • Mantener un espacio mínimo de 2mm desde la base de la lente hasta el punto de soldadura.
  • Evitar sumergir la lente en soldadura.
  • No someter a estrés las patillas durante la soldadura mientras el LED está caliente.
  • Soldadura Manual:Temperatura del cautín ≤ 350°C, tiempo ≤ 3 segundos (una sola vez).
  • Soldadura por Ola:Precalentamiento ≤ 100°C por ≤ 60 seg, ola de soldadura ≤ 260°C, tiempo de contacto ≤ 5 seg.
  • La soldadura por reflujo IR NO es adecuada para este encapsulado through hole.
• Limpieza:Usar disolventes a base de alcohol como alcohol isopropílico si es necesario.
• Almacenamiento:Fuera del empaque original, usar dentro de los 3 meses. Para almacenamiento más prolongado, usar un contenedor sellado con desecante o en atmósfera de nitrógeno. El almacenamiento no debe exceder los 30°C y el 70% de humedad relativa.

7. Información de Empaquetado y Pedido

• Empaque Unitario:1000 piezas por bolsa de empaque antiestática.
• Cartón Interno:6 bolsas de empaque (6,000 piezas en total).
• Cartón Externo:8 cartones internos (48,000 piezas en total).
• Número de Parte:LTL-E7939Q3K. El desglose sugiere: LTL (Lámpara), E79 (serie/código), 39 (probablemente relacionado con el ángulo de visión o bin de intensidad), Q3K (código de variante específico). El color de la lente es "Transparente".

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación Infrarroja:Para cámaras CCTV en aplicaciones de seguridad con poca luz o nocturnas.
• Conmutación y Codificación Óptica:En sensores ópticos de tipo ranura o reflectivos para detección de posición, control de velocidad de motores y codificadores rotativos.
• Transmisión de Datos:En dispositivos compatibles con la asociación de datos infrarrojos (IrDA) o enlaces de datos serie simples de corto alcance, aprovechando su capacidad de alta velocidad.
• Detección de Proximidad y Objetos:En conjunto con un fotodetector para detectar la presencia o ausencia de un objeto.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación:Los LEDs son dispositivos excitados por corriente. Para garantizar un brillo uniforme, especialmente al conectar múltiples LEDs en paralelo, se debe colocar una resistencia limitadora de corriente en serie con CADA LED (Modelo de Circuito A). Se desaconseja excitar múltiples LEDs en paralelo directamente desde una fuente de voltaje con una sola resistencia (Modelo de Circuito B) debido a las variaciones en el voltaje directo (Vf) de cada LED, lo que causa una distribución desigual de corriente y brillo.
• Gestión Térmica:Aunque el encapsulado through hole disipa calor a través de sus patillas, se debe prestar atención al diseño del PCB y a las condiciones ambientales para evitar que la temperatura de unión exceda los límites, lo que reduce la salida y la vida útil.
• Protección contra ESD:El LED es susceptible a descargas electrostáticas. Los procedimientos de manejo deben incluir el uso de pulseras con conexión a tierra, tapetes antiestáticos e ionizadores. El daño por ESD puede manifestarse como alta fuga inversa, bajo voltaje directo o fallo al emitir luz a corrientes bajas.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs visibles estándar o los LEDs IR de menor potencia, el LTL-E7939Q3K ofrece una combinación equilibrada dealta intensidad radiante (20 mW/sr mín.)y unángulo de visión moderado y enfocado (30°). Esto lo hace más adecuado para aplicaciones de mayor alcance o mayor fuerza de señal que los dispositivos de gran ángulo y baja potencia. Su construcción de AlGaAs es típica para la emisión a 850nm, ofreciendo buena eficiencia. El diferenciador clave en su clase es la especificación explícita para operación de alta velocidad, lo que lo convierte en un candidato para aplicaciones pulsadas más allá de la simple iluminación.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

R: No. Debes usar una resistencia limitadora de corriente en serie. Por ejemplo, con una fuente de 5V, Vf=1.3V y la corriente deseada I_F=20mA, el valor de la resistencia sería R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω. Una resistencia de 180Ω o 220Ω sería apropiada. Excitarlo directamente probablemente destruiría el LED debido a la corriente excesiva.

P: ¿Por qué la especificación de corriente pulsada (1A) es mucho mayor que la de corriente continua (60mA)?

R: Durante un pulso muy corto, el calor generado en la unión semiconductor no tiene tiempo de propagarse al encapsulado y al entorno circundante. Por lo tanto, la temperatura de unión no aumenta tan drásticamente, permitiendo una corriente instantánea mucho mayor sin causar daño térmico. El ciclo de trabajo (300pps * 10μs = 0.3%) es muy bajo, manteniendo la potencia promedio muy dentro de los límites.

P: La lente es "Transparente". ¿Por qué emite luz infrarroja invisible?

R: La lente de epoxi transparente es transparente tanto a las longitudes de onda visibles como a las infrarrojas. La invisibilidad de la luz es una propiedad del material semiconductor (AlGaAs), que emite fotones a 850nm, una longitud de onda fuera del rango de sensibilidad del ojo humano. La lente transparente a menudo se prefiere en aplicaciones encubiertas o donde un brillo rojo visible (común con LEDs de 660nm) es indeseable.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Contador de Objetos Simple usando un Sensor de Haz Interrumpido.

Dos de estos LEDs IR pueden usarse con dos fototransistores coincidentes para crear un sensor de haz interrumpido de dos canales para contar objetos en una cinta transportadora. Cada LED es excitado por una fuente de corriente constante ajustada a 20mA usando un circuito transistorizado o un CI controlador de LED dedicado para garantizar una intensidad de salida estable independientemente de las fluctuaciones del voltaje de alimentación. Los LEDs se posicionan en un lado de la cinta transportadora y los fototransistores en el lado opuesto. Cuando un objeto interrumpe el haz, la salida del fototransistor cambia de estado. El ángulo de visión de 30° del LED permite cierta tolerancia a la desalineación mientras proporciona un haz suficientemente colimado para minimizar la interferencia entre los dos canales espaciados de cerca. La alta intensidad radiante garantiza que una señal fuerte llegue al detector, proporcionando una buena relación señal-ruido incluso en entornos con algo de luz IR ambiental.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un LED es un diodo semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo a través de su unión P-N, los electrones del material tipo N se recombinan con los huecos del material tipo P. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz emitida está determinada por el intervalo de banda de energía del material semiconductor. Para el LTL-E7939Q3K, la aleación de AlGaAs tiene un intervalo de banda correspondiente a energías de fotón de aproximadamente 1.46 electronvoltios, lo que se traduce en luz con una longitud de onda cercana a 850 nanómetros, en la región del infrarrojo. La lente de epoxi sirve para proteger el chip semiconductor, dar forma al patrón de emisión y mejorar la extracción de luz del chip.

13. Tendencias de Desarrollo

El campo de los LEDs infrarrojos continúa evolucionando. Las tendencias incluyen el desarrollo de dispositivos con mayor eficiencia de conversión de energía (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada), lo que reduce el consumo de energía y la generación de calor. También hay trabajo en curso para aumentar las velocidades de modulación para aplicaciones de comunicación de datos más rápidas, como en Li-Fi (Light Fidelity) o sensores ópticos avanzados. Las innovaciones en encapsulado apuntan a proporcionar una mejor gestión térmica, permitiendo corrientes de excitación más altas y mayor potencia óptica en factores de forma más pequeños. Además, la integración de LEDs con controladores y circuitos de control en módulos inteligentes es una tendencia creciente, simplificando el diseño del sistema para los usuarios finales. El principio fundamental de la electroluminiscencia en semiconductores permanece sin cambios, pero la ciencia de materiales y la tecnología de encapsulado impulsan mejoras continuas en el rendimiento.