Hoja de Datos Técnica del LED Infrarrojo HIR25-21C/L289/2T en Paquete 1206 con Lente Interna - Tamaño 3.2x1.6x1.1mm - Voltaje 1.4V - Potencia 130mW - Longitud de Onda 850nm

1. Descripción General del Producto

El HIR25-21C/L289/2T es un diodo emisor de infrarrojos (IR) de alto rendimiento encapsulado en un paquete SMD (dispositivo de montaje superficial) miniatura 1206. Este componente está específicamente diseñado para aplicaciones que requieren una emisión infrarroja fiable emparejada con fotodetectores basados en silicio. Su función principal es convertir energía eléctrica en luz infrarroja con una longitud de onda pico de 850 nanómetros (nm).

El dispositivo está construido con un material de chip GaAlAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), conocido por su eficiencia en el espectro infrarrojo. El encapsulado está moldeado en plástico transparente al agua e incorpora una lente interna esférica. Este diseño de lente es crucial para controlar el patrón de salida de luz, resultando en un ángulo de visión típico (2θ1/2) de 60 grados. La apariencia "water clear" indica que el material de la lente no filtra la luz visible, permitiendo la máxima transmisión de la radiación infrarroja deseada.

Una ventaja clave de este LED es su emparejamiento espectral con fotodiodos y fototransistores de silicio. Los detectores de silicio tienen una sensibilidad máxima en la región del infrarrojo cercano, y la salida de 850nm de este LED se alinea bien con esta característica, garantizando una fuerza de señal óptima y una eficiencia del sistema en aplicaciones de detección.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

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

• Corriente Directa Continua (I_F): 65 mA. Esta es la corriente máxima de CC que se puede aplicar continuamente al ánodo del LED.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V. Aplicar un voltaje inverso superior a este puede romper la unión PN del LED.
• Disipación de Potencia (P_d): 130 mW a una temperatura ambiente de 25°C o inferior. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor. Exceder este límite conlleva riesgo de sobrecalentamiento.
• Temperatura de Funcionamiento y Almacenamiento: -25°C a +85°C (funcionamiento), -40°C a +85°C (almacenamiento).
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto es crítico para los procesos de soldadura por reflujo sin plomo (Pb-free).

2.2 Características Electro-Ópticas (Ta=25°C)

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba estándar (corriente directa 20mA, 25°C) y definen el rendimiento del dispositivo.

• Intensidad Radiante (I_e): 4.0 mW/sr (Mín.), 5.0 mW/sr (Típ.). Mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). Es un indicador directo del brillo del LED en su dirección principal.
• Longitud de Onda Pico (λ_p): 850 nm (Típ.). La longitud de onda a la que la potencia de salida óptica es mayor. Se encuentra en el espectro del infrarrojo cercano (NIR), invisible para el ojo humano.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ): 30 nm (Típ.). El rango de longitudes de onda emitidas, típicamente medido a la mitad de la potencia pico (Ancho Total a Media Altura - FWHM). Un ancho de banda de 30nm es estándar para un LED IR.
• Voltaje Directo (V_F): 1.4 V (Típ.), 1.7 V (Máx.) a 20mA. La caída de voltaje a través del LED durante su funcionamiento. Este bajo voltaje es característico de los diodos IR de GaAlAs y es importante para calcular los valores de la resistencia en serie y el consumo de potencia.
• Corriente Inversa (I_R): 10 μA (Máx.) a V_R=5V. La pequeña corriente de fuga que fluye cuando el diodo está polarizado en inversa.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 60° (Típ.). El ángulo total donde la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo. La lente esférica crea este haz moderadamente ancho.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características esenciales para los ingenieros de diseño.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico muestra la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Al subir la temperatura, la capacidad del LED para disipar calor disminuye, por lo que la corriente máxima debe reducirse para mantenerse dentro del límite de disipación de 130mW. Los diseñadores deben consultar esta curva para operaciones a alta temperatura.

3.2 Distribución Espectral

Este gráfico visualiza la salida de luz en función de la longitud de onda, centrada alrededor del pico de 850nm con el ancho de banda FWHM de 30nm. Confirma el emparejamiento espectral con detectores de silicio, que típicamente tienen alta responsividad alrededor de 800-900nm.

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

Esta curva fundamental muestra la relación exponencial entre corriente y voltaje para un diodo. El voltaje de "rodilla" está alrededor de 1.2-1.3V. La curva es vital para diseñar el circuito de excitación, especialmente para calcular la resistencia limitadora de corriente: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F.

3.4 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra la relación lineal entre la corriente de excitación y la potencia de salida óptica (intensidad radiante) dentro del rango de funcionamiento. Muestra que aumentar la corriente incrementa proporcionalmente la salida de luz, hasta los límites térmicos del dispositivo.

3.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar ilustra el patrón de radiación o perfil del haz. Confirma visualmente el ángulo de visión de 60°, mostrando cómo disminuye la intensidad a medida que aumenta el ángulo desde el eje central (0°). Esto es crítico para diseñar sistemas ópticos, asegurando que el receptor esté dentro del haz efectivo del LED.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Dispositivo

El componente sigue la huella estándar SMD 1206: aproximadamente 3.2mm de longitud, 1.6mm de ancho y 1.1mm de altura. Los planos dimensionales detallados en la hoja de datos especifican todas las medidas críticas, incluyendo el espaciado de las almohadillas (2.0mm típico), la altura del componente y la curvatura de la lente con tolerancias de ±0.1mm a menos que se indique lo contrario.

4.2 Identificación de Polaridad

El cátodo está típicamente marcado, a menudo por una muesca, una franja verde, o un tamaño/forma diferente de la almohadilla en el embalaje de cinta y carrete. El plano de la hoja de datos indica el lado del cátodo. La polaridad correcta es esencial durante el montaje para prevenir daños por polarización inversa.

4.3 Especificaciones de Empaquetado

Los LEDs se suministran en cinta portadora embutida de 8mm de ancho enrollada en carretes de 7 pulgadas de diámetro. Cada carrete contiene 2000 piezas. Se proporcionan las dimensiones de la cinta portadora (tamaño del bolsillo, paso, etc.) para la programación de máquinas pick-and-place automatizadas.

5. Guías de Soldadura, Montaje y Manipulación

5.1 Precauciones Críticas

• Limitación de Corriente es Obligatoria: Siempre se debe usar una resistencia en serie externa. El bajo voltaje directo del LED y su pronunciada curva I-V significan que un pequeño aumento en el voltaje de alimentación puede causar un gran aumento destructivo en la corriente.
• Sensibilidad a la Humedad: El encapsulado de plástico es sensible a la humedad. Los dispositivos deben almacenarse en su bolsa original a prueba de humedad bajo condiciones controladas (10-30°C, ≤60% HR). Una vez abierta, la "vida útil en planta" es de 168 horas (7 días) bajo las mismas condiciones. Exceder esto requiere un secado (por ejemplo, 96 horas a 60°C) antes de la soldadura por reflujo para prevenir el "efecto palomita" o el agrietamiento del encapsulado.

5.2 Proceso de Soldadura

• Soldadura por Reflujo: Se recomienda un perfil de temperatura sin plomo (Pb-free), con una temperatura pico de 260°C durante un máximo de 5 segundos. El reflujo no debe realizarse más de dos veces.
• Soldadura Manual: Si es necesario, use un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C y una potencia nominal inferior a 25W. El tiempo de contacto por terminal debe ser inferior a 3 segundos, con intervalos entre la soldadura de cada terminal. Se sugiere un soldador de doble punta para cualquier trabajo de reparación para minimizar el estrés térmico.
• Evitar Estrés Mecánico: No aplique estrés mecánico al LED durante el calentamiento ni doble la PCB después de soldar, ya que esto puede dañar las conexiones internas o el encapsulado.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Sensores Infrarrojos Montados en PCB: Utilizado como emisor en sensores de proximidad, detección de objetos y robots seguidores de línea.
• Unidades de Control Remoto por Infrarrojos: Adecuado para mandos a distancia con requisitos de alta potencia, proporcionando mayor alcance o una penetración de señal más fuerte.
• Escáneres: Escáneres de código de barras, escáneres de documentos y otros sistemas de escaneo óptico.
• Sistemas Infrarrojos Generales: Sistemas de seguridad (iluminación IR para cámaras), transmisión de datos (IrDA) y automatización industrial.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación: Incluya siempre una resistencia limitadora de corriente. Calcule el valor de la resistencia y su potencia nominal en función del voltaje de alimentación y la corriente directa deseada (por ejemplo, 20mA para las especificaciones típicas). Para operación pulsada (como en mandos a distancia), pueden ser posibles corrientes pico más altas si el ciclo de trabajo es bajo, pero la potencia promedio no debe exceder los límites.
• Diseño Óptico: Considere el ángulo de visión de 60° al alinear el emisor con un fotodetector. Para mayor alcance, se pueden usar lentes o reflectores externos para colimar el haz. Para una cobertura más amplia, el ángulo nativo puede ser suficiente.
• Gestión Térmica: Asegure un área de cobre en la PCB o vías térmicas adecuadas para disipar el calor, especialmente cuando se excita cerca de la corriente máxima o en altas temperaturas ambientales.
• Ruido Eléctrico: En aplicaciones de detección analógica sensibles, considere modular la señal IR y usar detección síncrona para rechazar la luz ambiental y el ruido eléctrico.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs SMD de luz visible estándar o los LEDs IR antiguos de orificio pasante, el HIR25-21C/L289/2T ofrece varias ventajas:

• Tamaño y Montaje: El paquete SMD 1206 permite un montaje en PCB automatizado y de alta densidad, ahorrando espacio y coste en comparación con las piezas de orificio pasante.
• Rendimiento Óptico: La lente esférica integrada proporciona un patrón de radiación controlado y consistente (60°), que es más fiable que los LEDs sin lente o con una ventana plana.
• Precisión Espectral: La longitud de onda pico de 850nm es un estándar optimizado para detectores de silicio, ofreciendo un buen equilibrio entre la responsividad del detector y el rechazo de la luz ambiental (la luz solar tiene menos IR a 850nm en comparación con 940nm).
• Cumplimiento Normativo: El producto está libre de plomo, cumple con las normas RoHS, REACH y libre de halógenos (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), satisfaciendo las regulaciones ambientales modernas.

8. Preguntas Frecuentes (FAQs)

8.1 ¿Cuál es el propósito de la lente "water clear" si es un LED IR?

El plástico "water clear" es altamente transparente en un amplio espectro, incluyendo la luz visible y el infrarrojo cercano. Su función principal es proteger el chip semiconductor y moldearse en una forma específica (lente esférica) que controla el patrón de salida de luz. No filtra la luz IR; de hecho, permite la máxima transmisión de la longitud de onda de 850nm.

8.2 ¿Puedo alimentar este LED a su corriente máxima de 65mA de forma continua?

Solo puede alimentarlo a 65mA si puede garantizar que la temperatura ambiente es lo suficientemente baja y el diseño térmico es suficiente para mantener la temperatura de unión dentro de límites seguros, asegurando que no se excedan los 130mW de disipación de potencia. A temperaturas ambientales más altas, la corriente máxima permitida se reduce significativamente. Para una operación confiable a largo plazo, se recomienda excitar en la condición típica de 20mA.

8.3 ¿Cómo identifico el ánodo y el cátodo?

El plano del paquete en la hoja de datos indica el cátodo. En la cinta y carrete físico, el lado del cátodo del bolsillo suele estar marcado. En el componente en sí, busque una marca sutil como una muesca, un punto o una franja verde. En caso de duda, consulte la etiqueta del embalaje del fabricante o la hoja de datos.

8.4 ¿Por qué el almacenamiento y la manipulación son tan estrictos respecto a la humedad?

El compuesto de moldeo plástico puede absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad absorbida se convierte rápidamente en vapor, creando una alta presión interna. Esto puede causar delaminación dentro del encapsulado, grietas en el plástico o el "efecto palomita", lo que lleva a un fallo inmediato o a una reducción de la fiabilidad a largo plazo. Las precauciones del MSL (Nivel de Sensibilidad a la Humedad) previenen esto.

9. Principio de Funcionamiento

Este dispositivo es un diodo emisor de luz (LED). Cuando se aplica un voltaje directo que excede su voltaje de banda prohibida (aproximadamente 1.4V) a través del ánodo y el cátodo, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa del chip semiconductor de GaAlAs. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía en forma de fotones (partículas de luz). La composición específica del material GaAlAs determina la energía de estos fotones, que corresponde a la longitud de onda infrarroja de 850nm. La lente esférica luego da forma y dirige esta luz emitida en un haz de 60 grados.

10. Tendencias de la Industria

Los LEDs infrarrojos continúan evolucionando impulsados por varias tendencias clave. Existe una creciente demanda de mayor intensidad radiante y eficiencia en paquetes más pequeños para permitir sensores más compactos y potentes. La integración es otra tendencia significativa, con emisores IR combinados con excitadores, fotodetectores e incluso microcontroladores en módulos únicos o soluciones de sistema en paquete (SiP). Además, la expansión de aplicaciones en automoción (monitorización en cabina, LiDAR), electrónica de consumo (reconocimiento facial, control por gestos) e IoT industrial está impulsando dispositivos con mayor fiabilidad, rangos de temperatura de funcionamiento más amplios y mayor resistencia a entornos hostiles. El cumplimiento de estrictas regulaciones ambientales y de seguridad sigue siendo un requisito fundamental para todos los componentes electrónicos.