Hoja Técnica del Diodo Emisor Infrarrojo MIDLED HIR89-01C/1R - 3.0x2.8x1.9mm - 1.55V - 850nm - 100mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El HIR89-01C/1R es un diodo emisor infrarrojo (IR) miniatura de montaje superficial que utiliza el encapsulado MIDLED. Su función principal es emitir luz infrarroja con una longitud de onda pico de 850 nanómetros (nm), la cual está optimizada espectralmente para ser compatible con fotodiodos y fototransistores de silicio. Esto lo convierte en un componente fundamental en diversos sistemas de comunicación y detección de luz no visible.

El dispositivo está construido con un material de chip de GaAlAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), alojado en un encapsulado con lente transparente. Entre sus ventajas de diseño clave se incluyen un bajo voltaje directo, que contribuye a la eficiencia energética, y un ángulo de visión relativamente estrecho de 30 grados, permitiendo una emisión IR dirigida. El producto cumple con los estándares ambientales y de seguridad modernos, ya que no contiene plomo, es conforme con las regulaciones REACH de la UE y se clasifica como libre de halógenos.

1.1 Características Principales y Cumplimiento Normativo

• Eficiencia Eléctrica:Características de bajo voltaje directo.
• Rendimiento Óptico:Ángulo de visión típico de 30° para emisión dirigida.
• Cumplimiento Ambiental:Construcción sin plomo (Pb-free).
• Cumplimiento RoHS:El producto cumple con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas.
• Cumplimiento REACH:Satisface los requisitos del reglamento de la UE sobre Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias Químicas.
• Libre de Halógenos:Contiene niveles muy bajos de bromo (Br) y cloro (Cl), específicamente Br <900 ppm, Cl <900 ppm y Br+Cl < 1500 ppm.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen las condiciones más allá de las cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Corriente Directa Continua (I_F):65 mA
• Corriente Directa Pico (I_FP):200 mA (Ancho de Pulso ≤500μs, Ciclo de Trabajo ≤5%)
• Voltaje Inverso (V_R):5 V
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +100°C
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C (durante ≤5 segundos)
• Disipación de Potencia (P_d):100 mW (a una temperatura ambiente de 25°C o inferior)

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente estándar de 25°C y definen el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de operación.

• Intensidad Radiante (I_e):40 a 125 mW/sr (medida a I_F=70mA, pulso de 20ms). El dispositivo se clasifica en rangos (C: 40-80 mW/sr, D: 63-125 mW/sr).
• Longitud de Onda Pico (λ_p):850 nm (típico, a I_F=100mA).
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):30 nm (típico, a I_F=100mA).
• Voltaje Directo (V_F):
  • 1.40V a 1.70V (a I_F=20mA)
  • 1.55V a 1.90V (a I_F=70mA, pulso de 20ms)
• Corriente Inversa (I_R):10 μA máximo (a V_R=5V).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):30° (típico, a I_F=20mA).

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características esenciales para el diseño de circuitos y la gestión térmica.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico ilustra la reducción de la corriente directa continua máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. La capacidad de corriente disminuye linealmente desde 65mA a 25°C hasta valores más bajos a medida que la temperatura se acerca al límite máximo de operación de 100°C. Los diseñadores deben usar esta curva para asegurarse de que el LED no sea sobreexigido en entornos de alta temperatura.

3.2 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

La curva I-V muestra la relación exponencial típica de los diodos. Es crucial para seleccionar la resistencia limitadora de corriente apropiada. Un pequeño aumento en el voltaje más allá del V_Ftípico puede provocar un gran aumento de corriente, potencialmente destructivo, lo que subraya la necesidad de una resistencia en serie.

3.3 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra que la salida óptica (intensidad radiante) aumenta con la corriente directa, pero la relación no es perfectamente lineal, especialmente a corrientes más altas. Ayuda a los diseñadores a elegir un punto de operación que equilibre el brillo con la eficiencia y la longevidad del dispositivo.

3.4 Distribución Espectral

El gráfico espectral confirma que la emisión está centrada en 850nm con un ancho total a media altura (FWHM) típico de 30nm. Este ancho de banda estrecho asegura una buena coincidencia con la sensibilidad máxima de los detectores basados en silicio.

3.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar define visualmente el ángulo de visión de 30°, mostrando cómo la intensidad cae a la mitad de su valor pico a ±15° del eje central. Esta información es vital para el diseño de sistemas ópticos, determinando la dispersión del haz y los requisitos de alineación.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El HIR89-01C/1R utiliza un encapsulado compacto MIDLED de montaje superficial. Las dimensiones clave (en milímetros) son:

• Longitud Total: 3.0 mm
• Ancho Total: 2.8 mm
• Altura Total: 1.9 mm
• Separación entre Terminales: 2.0 mm

Las tolerancias para dimensiones no especificadas son de ±0.1mm. La hoja de datos incluye un dibujo detallado con cotas para el diseño de la huella en la PCB.

4.2 Identificación de Polaridad

El cátodo está identificado en el encapsulado. La hoja de datos incluye un diagrama que muestra el marcador del cátodo, lo cual es esencial para la orientación correcta durante el ensamblaje y evitar una conexión en polarización inversa.

4.3 Dimensiones de la Cinta Portadora

El dispositivo se suministra en cinta portadora con relieve para el ensamblaje automatizado pick-and-place. Las dimensiones de la cinta están especificadas para ser compatibles con equipos SMT estándar. Cada carrete contiene 2000 unidades.

5. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se proporciona un perfil de temperatura recomendado para soldadura por reflujo sin plomo. Los parámetros clave incluyen:

• Zona de precalentamiento y estabilización.
• Temperatura pico que no exceda los 260°C.
• Tiempo por encima del punto líquido (típicamente 217°C).
• Tasa de enfriamiento.

No se debe realizar la soldadura por reflujo más de dos veces.

5.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado:

• Usar un soldador con temperatura de punta < 350°C.
• Limitar el tiempo de soldadura por terminal a ≤ 3 segundos.
• Usar un soldador con potencia nominal ≤ 25W.
• Permitir un intervalo mínimo de 2 segundos entre soldar cada terminal para evitar choque térmico.

5.3 Reparación y Rework

Se desaconseja fuertemente la reparación después de la soldadura. Si es inevitable, se debe usar un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente, minimizando el estrés en el encapsulado del LED. Se debe verificar el efecto en las características del dispositivo después de cualquier reparación.

6. Precauciones de Almacenamiento y Manipulación

6.1 Sensibilidad a la Humedad

El LED es sensible a la humedad. Las precauciones incluyen:

• No abrir la bolsa con barrera antihumedad hasta el momento de su uso.
• Almacenar las bolsas sin abrir a ≤ 30°C y ≤ 90% de Humedad Relativa (HR).
• Usar dentro de un año desde el envío.
• Después de abrir, almacenar a ≤ 30°C y ≤ 70% HR.
• Completar la soldadura dentro de las 168 horas (7 días) posteriores a abrir la bolsa.
• Si se excede el tiempo de almacenamiento o el desecante indica ingreso de humedad, secar los componentes a 60 ±5°C durante 24 horas antes de usar.

6.2 Protección de Corriente

Crítico:Es obligatorio usar una resistencia limitadora de corriente externa. La característica exponencial I-V del LED significa que un pequeño aumento de voltaje puede causar una gran sobrecorriente, llevando a una falla inmediata. El valor de la resistencia debe calcularse en base al voltaje de alimentación y la corriente directa deseada, considerando el V_F range.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Procedimiento de Empaquetado

Los LEDs se empaquetan en una bolsa de aluminio antihumedad que contiene desecante. La bolsa está etiquetada con información crítica.

7.2 Especificación de la Etiqueta

La etiqueta incluye campos para:

• CPN (Número de Parte del Cliente)
• P/N (Número de Parte del Fabricante: HIR89-01C/1R)
• QTY (Cantidad)
• CAT (Rangos, ej., C o D para intensidad radiante)
• HUE (Longitud de Onda Pico)
• LOT No. (Número de Lote para Trazabilidad)
• Origen de Producción
• Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL)

7.3 Guía de Selección del Dispositivo

El HIR89-01C/1R es el único número de parte en esta serie, que presenta un chip de GaAlAs y una lente transparente.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Aplicaciones Típicas

• Sistemas de Detección Infrarroja:Sensores de proximidad, detección de objetos, interruptores sin contacto.
• Codificadores Ópticos:Detección de posición y velocidad en motores.
• Transmisión de Datos:Enlaces de datos IR de corto alcance (ej., controles remotos, IrDA).
• Visión Artificial:Iluminación para cámaras con filtros IR.
• Sistemas de Seguridad:Iluminación activa para cámaras de visión nocturna.

8.2 Notas de Diseño de Circuito

1. Limitación de Corriente:Siempre usar una resistencia en serie. Calcular usando R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Usar el V_Fmáximo de la hoja de datos para asegurar una corriente segura en todas las condiciones.
2. Circuito de Conducción:Para operación pulsada (ej., detección, comunicación), asegurar que el ancho de pulso y el ciclo de trabajo se mantengan dentro de los límites de I_FPpara evitar sobrecalentamiento.
3. Gestión Térmica:Considerar la curva de reducción de potencia. En altas temperaturas ambiente o cuando se monta en una placa con otros componentes generadores de calor, reducir la corriente de operación en consecuencia.
4. Diseño de PCB:Seguir el patrón de pistas recomendado del dibujo de dimensiones. Asegurar un espaciado adecuado de otros componentes para evitar interferencias térmicas u ópticas.

9. Comparación y Posicionamiento Técnico

El HIR89-01C/1R se posiciona como un emisor infrarrojo confiable y de propósito general en un encapsulado SMD miniatura. Su longitud de onda de 850nm es el estándar de la industria para compatibilidad con detectores de silicio. En comparación con los antiguos LEDs IR de orificio pasante, su formato SMD permite un ensamblaje de PCB más pequeño y automatizado. El ángulo de visión de 30° ofrece un buen equilibrio entre concentración del haz y tolerancia de alineación para muchas aplicaciones. La provisión de clasificación detallada (rangos C y D) permite a los diseñadores seleccionar dispositivos según la potencia de salida requerida, lo que puede ser crítico para lograr un rango de detección o una intensidad de señal consistentes.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Por qué es absolutamente necesaria una resistencia limitadora de corriente?

La característica de diodo del LED tiene una resistencia dinámica muy baja una vez que se supera el voltaje directo. Sin una resistencia, la corriente solo está limitada por la resistencia interna de la fuente de alimentación y el cableado, que suele ser muy baja, lo que lleva a una sobrecorriente catastrófica. La resistencia proporciona un método lineal, predecible y seguro para establecer la corriente de operación.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

No.Los pines GPIO de los microcontroladores tienen límites de corriente de fuente/sumidero (a menudo 20-40mA) que están en o por debajo de la capacidad continua de este LED. Más importante aún, no pueden proporcionar la limitación de corriente necesaria. Debes usar el GPIO para controlar un transistor o MOSFET, que luego alimente el LED a través de una resistencia limitadora de corriente apropiada conectada al riel de alimentación principal.

10.3 ¿Cuál es la diferencia entre los rangos de clasificación C y D?

Los rangos C y D especifican diferentes rangos de Intensidad Radiante (I_e) medida a 70mA. El rango C tiene un rango de salida más bajo (40-80 mW/sr), mientras que el rango D tiene un rango de salida más alto (63-125 mW/sr). Seleccionar un dispositivo del rango D puede proporcionar más potencia óptica para un mayor alcance o una detección de señal más robusta, pero puede tener un costo ligeramente mayor. El rango específico pedido se indicará en la etiqueta del paquete.

10.4 ¿Qué tan críticas son las instrucciones de sensibilidad a la humedad y secado?

Muy críticas. La humedad absorbida en el encapsulado plástico puede vaporizarse durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, causando delaminación interna, agrietamiento o "efecto palomita de maíz", lo que puede dañar el dado o las uniones de alambre. Seguir los tiempos de almacenamiento y realizar el procedimiento de secado cuando sea requerido es esencial para un alto rendimiento de ensamblaje y una fiabilidad a largo plazo.

11. Estudio de Caso de Diseño y Uso

11.1 Diseño de un Sensor de Proximidad Simple

Objetivo:Detectar un objeto dentro de los 10cm.
Diseño:Emparejar el HIR89-01C/1R con un fototransistor de silicio compatible. El LED es alimentado por una fuente de 5V a través de una resistencia limitadora de corriente. Usando el V_Ftípico de 1.55V a 70mA, el valor de la resistencia es R = (5V - 1.55V) / 0.07A ≈ 49.3Ω (usar una resistencia estándar de 51Ω). El LED se pulsa a una frecuencia específica (ej., 38kHz) usando un microcontrolador. La salida del fototransistor se conecta a un circuito integrado receptor demodulador sintonizado a la misma frecuencia. Este diseño rechaza la luz ambiente, y la presencia de un objeto se detecta por la luz IR modulada reflejada. El haz de 30° ayuda a definir la zona de detección.

12. Principio de Operación

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IR LED) opera bajo el principio de electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan a través de la unión. Estos portadores de carga se recombinan en la región activa (la capa de GaAlAs en este caso). La energía liberada durante la recombinación se emite como fotones (luz). La energía específica de la banda prohibida del material semiconductor GaAlAs determina la longitud de onda de los fotones emitidos, que para este dispositivo está centrada en el espectro del infrarrojo cercano a 850nm. La lente epoxi transparente moldea la luz emitida en el ángulo de visión especificado.

13. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de LED infrarrojo continúa evolucionando. Las tendencias incluyen:

• Mayor Eficiencia:Desarrollo de nuevos materiales y estructuras semiconductoras (ej., pozos cuánticos múltiples) para lograr más potencia óptica por unidad de entrada eléctrica (mayor eficiencia wall-plug).
• Mayor Densidad de Potencia:Dispositivos capaces de manejar corrientes de conducción más altas en encapsulados más pequeños para aplicaciones como LiDAR y detección de largo alcance.
• Multi-Longitud de Onda y VCSELs:Aparición de LEDs y Láseres de Emisión Superficial de Cavidad Vertical (VCSELs) en otras longitudes de onda IR (ej., 940nm para mayor seguridad ocular, 1350nm/1550nm para LiDAR de mayor alcance) para adaptarse a necesidades específicas de aplicación.
• Soluciones Integradas:Combinar el emisor IR, el circuito de control y, a veces, el detector en un solo módulo para simplificar el diseño y mejorar el rendimiento.

El HIR89-01C/1R representa una solución madura, rentable y confiable para una amplia gama de aplicaciones IR convencionales.