Hoja de Datos Técnica del LED Infrarrojo HIR16-213C/L423/TR8 - Paquete SMD - Longitud de Onda Pico 850nm - Ángulo de Visión 145° - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El HIR16-213C/L423/TR8 es un diodo emisor de infrarrojos (IR) de montaje superficial (SMD) miniaturizado y de alta fiabilidad. Está diseñado para aplicaciones que requieren una fuente de infrarrojos compacta y eficiente, compatible con los procesos modernos de montaje automatizado. El dispositivo está encapsulado en epoxi transparente, proporcionando un paquete robusto que permite una transmión óptima de la luz infrarroja.

Ventajas Principales:Las ventajas principales de este componente incluyen su pequeña huella de paquete de doble terminal, su alta fiabilidad y su pleno cumplimiento de normativas medioambientales como RoHS, REACH de la UE y requisitos libres de halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Está específicamente adaptado espectralmente a fotodiodos y fototransistores de silicio, lo que lo hace ideal para sistemas de detección.

Mercado Objetivo y Aplicaciones:Este LED IR está dirigido a diseñadores y fabricantes de sistemas electrónicos que requieren funcionalidad infrarroja. Las áreas de aplicación clave incluyen sensores infrarrojos montados en PCB para detección de proximidad u objetos, unidades de control remoto por infrarrojos que requieren mayor intensidad radiante, varios tipos de escáneres ópticos y otros sistemas aplicados de infrarrojos.

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 recomienda operar fuera de estos límites.

• Corriente Directa Continua (I_F):50 mA. Esta es la corriente máxima de CC que se puede aplicar de forma continua.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede romper la unión del diodo.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento (T_opr, T_stg):-40°C a +100°C. Este amplio rango asegura su idoneidad para entornos industriales y automotrices.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante un máximo de 5 segundos, compatible con perfiles de reflujo sin plomo.
• Disipación de Potencia (P_c):100 mW a una temperatura ambiente de 25°C o inferior. Es necesario reducir la potencia a temperaturas más altas.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden en condiciones estándar de prueba de 25°C de temperatura ambiente y una corriente directa de 20 mA, salvo que se especifique lo contrario.

• Intensidad Radiante (I_E):El valor típico es 1.50 mW/sr, con un mínimo de 0.50 mW/sr. Esto mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):850 nm (típico), con un rango de 840 nm a 870 nm. Esta longitud de onda es casi óptima para detectores basados en silicio.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):Típicamente 30 nm. Esto define el ancho espectral a la mitad de la intensidad máxima.
• Voltaje Directo (V_F):Típicamente 1.45V, con un máximo de 1.65V a I_F=20mA. A una corriente pulsada de 100mA (ancho de pulso ≤100μs, ciclo de trabajo ≤1%), V_Fmáx aumenta a 2.00V.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 μA a V_R=5V, lo que indica una buena calidad de la unión.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):145 grados (típico). Este ángulo de visión muy amplio es característico del diseño de la lente, proporcionando una emisión amplia.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El dispositivo está disponible en diferentes rangos de rendimiento, principalmente basados en la intensidad radiante. Esto permite a los diseñadores seleccionar un grado apropiado para sus requisitos específicos de sensibilidad o alcance.

• Clasificación F:Intensidad Radiante entre 0.50 y 1.50 mW/sr a I_F=20mA.
• Clasificación G:Intensidad Radiante entre 1.00 y 2.50 mW/sr.
• Clasificación H:Intensidad Radiante entre 2.00 y 3.50 mW/sr.
• Clasificación J:Intensidad Radiante entre 3.00 y 4.50 mW/sr.

No se indica clasificación para el voltaje directo o la longitud de onda pico en la oferta estándar, aunque estos parámetros tienen valores mín/típ/máx especificados.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

El gráfico proporcionado muestra una relación no lineal. La intensidad radiante aumenta con la corriente directa pero eventualmente se satura debido a límites térmicos y de eficiencia. La curva es esencial para determinar la corriente de operación necesaria para lograr una salida óptica deseada.

4.2 Corriente Directa vs. Voltaje Directo

Esta curva IV exhibe la característica exponencial estándar de un diodo. El V_Ftípico de 1.45V a 20mA es un parámetro clave para el diseño del circuito de excitación (ej., cálculo de la resistencia en serie).

4.3 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

La curva de reducción de potencia muestra que la corriente directa continua máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esto es crítico para garantizar la fiabilidad a largo plazo, especialmente en aplicaciones de alta temperatura. El dispositivo no puede operarse a su valor nominal completo de 50mA en todo el rango de temperatura.

4.4 Distribución Espectral

La salida espectral está centrada en 850nm con un ancho de banda típico de 30nm. Esto coincide con la región de máxima responsividad de los fotodetectores de silicio comunes, maximizando la relación señal-ruido del sistema.

4.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

El diagrama polar confirma el ángulo de visión de 145°, donde la intensidad cae a la mitad de su valor pico a ±72.5° del eje central. El patrón de emisión parece cercano a Lambertiano, adecuado para iluminación de área amplia.

5. Información Mecánica y del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete SMD compacto "Mini-Top". Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros.
• La tolerancia estándar para dimensiones no especificadas es ±0.1mm.
• El paquete presenta un diseño de doble terminal para estabilidad mecánica durante la soldadura.
• La lente de epoxi transparente es parte integral del cuerpo del paquete.

Identificación de Polaridad:El cátodo está típicamente marcado en el paquete, a menudo con un punto verde, una muesca o un terminal más corto. Se debe consultar el diagrama de la hoja de datos para el esquema de marcado exacto.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

El dispositivo es sensible a la humedad (MSL). Las precauciones son críticas:

• No abra la bolsa a prueba de humedad hasta que esté listo para su uso.
• Almacenamiento antes de abrir: ≤30°C / ≤90% HR. Usar dentro de 1 año.
• Almacenamiento después de abrir: ≤30°C / ≤60% HR. Usar dentro de 168 horas (7 días).
• Si se excede el tiempo de almacenamiento o el desecante indica humedad, se requiere un horneado a 60±5°C durante un mínimo de 24 horas antes del reflujo.

6.2 Soldadura por Reflujo

El componente es compatible con procesos de reflujo por infrarrojos y de fase de vapor.

• Se especifica un perfil de temperatura sin plomo con un pico de 260°C.
• No se debe realizar el reflujo más de dos veces.
• Evite el estrés mecánico en el paquete durante el calentamiento y enfriamiento.
• No deforme la PCB después de soldar.

6.3 Soldadura Manual y Rework

Si es necesaria la soldadura manual:

• Use un soldador con una temperatura de punta <350°C.
• Limite el tiempo de contacto a ≤3 segundos por terminal.
• Use un soldador con potencia ≤25W.
• Permita un intervalo de enfriamiento de >2 segundos entre terminales.
• Para rework, se recomienda un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar dañar el paquete. Siempre verifique la funcionalidad del dispositivo después de cualquier rework.

6.4 Protección del Circuito

Crítico:DEBE usarse una resistencia limitadora de corriente externa en serie con el LED. El voltaje directo tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que la corriente puede aumentar descontroladamente si no se controla adecuadamente. Un ligero aumento en el voltaje puede causar un gran cambio en la corriente, llevando a una quemadura inmediata.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El dispositivo se suministra en cinta portadora de 8mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro. Cada carrete contiene 3000 piezas. Las dimensiones de la cinta portadora aseguran compatibilidad con equipos estándar de pick-and-place para SMD.

7.2 Procedimiento de Empaque y Etiquetas

Los carretes se empaquetan en bolsas de aluminio a prueba de humedad con desecante. Las etiquetas en la bolsa incluyen información crítica para trazabilidad y aplicación correcta:

• CPN (Número de Parte del Cliente)
• P/N (Número de Parte de Producción: HIR16-213C/L423/TR8)
• QTY (Cantidad)
• CAT (Código de Clasificación/Bin, ej., F, G, H, J)
• HUE (Longitud de Onda Pico)
• LOT No. (Número de Lote de Fabricación)
• Origen de Producción

7.3 Guía de Selección del Dispositivo

El número de modelo HIR16-213C/L423/TR8 se decodifica de la siguiente manera: El material del chip es AlGaAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), y el color de la lente es Transparente. El sufijo "TR8" indica el embalaje en cinta de 8mm y carrete.

8. Sugerencias para el Diseño de Aplicaciones

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

En un circuito de excitación típico, el LED se conecta en serie con una resistencia limitadora de corriente a una fuente de voltaje (V_CC). El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_CC- V_F) / I_F. Por ejemplo, con V_CC=5V, V_F=1.45V, e I_F=20mA, R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 Ω. Una resistencia estándar de 180 Ω sería adecuada. Para operación pulsada a corrientes más altas (ej., 100mA), asegúrese de que el driver (a menudo un transistor) pueda manejar la corriente pico y que el ciclo de trabajo se mantenga muy bajo (≤1%) para evitar sobrecalentamiento.

8.2 Consideraciones de Diseño Óptico

El amplio ángulo de visión de 145° hace que este LED sea excelente para aplicaciones que requieren iluminación amplia y difusa, como sensores de proximidad que necesitan cubrir un área amplia. Para aplicaciones de mayor alcance o más direccionales, pueden requerirse ópticas secundarias (lentes) para colimar el haz. La lente transparente es óptima para la transmisión en el infrarrojo cercano con absorción mínima.

8.3 Gestión Térmica

Aunque el paquete es pequeño, se debe considerar la disipación de potencia, especialmente a corrientes más altas o en temperaturas ambientales elevadas. Asegúrese de que el diseño de las almohadillas de la PCB proporcione un alivio térmico adecuado y que no se exceda la temperatura máxima de la unión. La curva de reducción de potencia para corriente directa vs. temperatura es la guía principal.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED IR estándar de 5mm o 3mm de orificio pasante, este dispositivo SMD ofrece ventajas significativas:

• Tamaño y Automatización:El paquete SMD miniaturizado permite diseños de PCB más pequeños y es totalmente compatible con el pick-and-place automatizado de alta velocidad y la soldadura por reflujo, reduciendo los costos de montaje.
• Ángulo de Visión:El ángulo de visión de 145° es excepcionalmente amplio para un LED IR SMD, proporcionando una cobertura más uniforme que muchos competidores con haces más estrechos.
• Cumplimiento Normativo:El cumplimiento total con las normas RoHS, REACH y libres de halógenos es un diferenciador clave para productos dirigidos a mercados globales con estrictas regulaciones medioambientales.
• Adaptación Espectral:El pico de 850nm está intencionalmente adaptado a detectores de silicio, una característica que puede no estar optimizada en todos los LED IR genéricos.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Cuál es la diferencia entre Intensidad Radiante (mW/sr) y Potencia Radiante (mW)?

La Intensidad Radiante es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). La Potencia Radiante es la potencia óptica total emitida en todas las direcciones. Para un LED con una intensidad y patrón de ángulo de visión conocidos, la potencia total se puede calcular integrando la intensidad sobre toda la esfera de emisión. La hoja de datos proporciona intensidad, que es más útil para calcular la irradiancia en un detector a una distancia y ángulo específicos.

10.2 ¿Puedo alimentar este LED continuamente a 50mA?

Solo puede alimentarlo a 50mA de CC si la temperatura ambiente está en o por debajo de 25°C y tiene una gestión térmica adecuada. La curva de reducción de potencia muestra que la corriente continua máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura. Para una operación confiable en todo el rango de temperatura, se recomienda una corriente más baja u operación pulsada.

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

Los LED son dispositivos controlados por corriente, no por voltaje. Su curva V-I es muy pronunciada. Un pequeño aumento en el voltaje directo (debido a la temperatura o variación de la fuente) puede causar un aumento muy grande, potencialmente destructivo, en la corriente. La resistencia en serie proporciona retroalimentación negativa, estabilizando el punto de operación.

10.4 ¿Cómo interpreto la "Clasificación" (F, G, H, J)?

La clasificación es un código de agrupación (binning) para la intensidad radiante. Le permite seleccionar un dispositivo con una salida óptica mínima garantizada para su aplicación. Por ejemplo, si su sensor necesita al menos 2.0 mW/sr, debe especificar Clasificación H o J. Usar una clasificación inferior (F o G) podría resultar en un dispositivo que no cumpla con los requisitos de sensibilidad de su sistema.

11. Ejemplo de Aplicación Práctica

Caso de Diseño: Sensor de Proximidad Simple

Objetivo:Detectar cuando un objeto se acerca a menos de 10cm del sensor.

Diseño:Coloque el LED IR HIR16-213C/L423/TR8 y un fototransistor de silicio coincidente uno al lado del otro en una PCB, mirando en la misma dirección. Alimente el LED con una corriente constante de 20mA (usando la resistencia en serie calculada). Cuando no hay objeto presente, la luz IR se aleja y el fototransistor ve muy poca luz reflejada. Cuando un objeto entra en la zona de detección, parte de la luz IR se refleja de vuelta al fototransistor, haciendo que su corriente de colector aumente. Este cambio de corriente puede ser amplificado y convertido a una señal digital por un comparador.

Razón de la Selección de Componentes:El amplio ángulo de visión de 145° del LED asegura un campo de detección amplio. La longitud de onda de 850nm asegura la máxima responsividad del fototransistor. Seleccionar un LED de Clasificación H o J proporciona mayor intensidad radiante, aumentando la cantidad de luz reflejada y potencialmente el alcance o fiabilidad de la detección.

Cálculos Clave:El valor de la resistencia de excitación (calculado en la sección 8.1). El nivel de señal esperado en el fototransistor dependería de la reflectividad del objeto y necesitaría caracterizarse empíricamente para establecer correctamente el umbral del comparador.

12. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones del semiconductor tipo n y los huecos del semiconductor tipo p se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan en la región activa (el chip de AlGaAs en este caso), se libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica del material (AlGaAs) determina la energía del bandgap, que define directamente la longitud de onda de los fotones emitidos—en este caso, en el espectro del infrarrojo cercano alrededor de 850 nanómetros. El paquete de epoxi transparente encapsula el chip, proporciona protección mecánica y actúa como una lente primaria para dar forma a la distribución angular de la luz emitida.

13. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de LED infrarrojos continúa evolucionando junto con las tendencias más amplias de la optoelectrónica. Las direcciones clave incluyen:

• Mayor Eficiencia:El desarrollo de nuevos materiales semiconductores y estructuras epitaxiales tiene como objetivo producir más potencia óptica (mayor intensidad radiante) para la misma entrada eléctrica, reduciendo el consumo de energía del sistema y la generación de calor.
• Miniaturización:La búsqueda de dispositivos electrónicos de consumo y IoT más pequeños impulsa huellas de paquete aún más pequeñas manteniendo o mejorando el rendimiento óptico.
• Soluciones Integradas:Existe una tendencia hacia combinar el emisor IR, el detector y, a veces, la lógica de control en un solo módulo o paquete, simplificando el diseño y mejorando el rendimiento para aplicaciones específicas como detección de gestos o imágenes 3D activas.
• Diversificación de Longitudes de Onda:Si bien 850nm y 940nm son comunes, se están desarrollando otras longitudes de onda para aplicaciones especializadas, como espectroscopía o sistemas seguros para los ojos.
• Fiabilidad y Cumplimiento Mejorados:A medida que las regulaciones se endurecen y las vidas útiles de los productos se extienden, el enfoque en empaques robustos, resistencia mejorada a la humedad y garantía de cumplimiento con estándares medioambientales y de seguridad globales sigue siendo primordial.

Aviso de Descargo de Responsabilidad:La información presentada aquí se deriva y representa el contenido técnico de la hoja de datos proporcionada. Los valores típicos no están garantizados. Los diseñadores deben consultar la hoja de datos oficial para los límites absolutos máximos y las instrucciones de aplicación. El fabricante no asume ninguna responsabilidad por daños resultantes del uso fuera de las condiciones especificadas. Todas las especificaciones están sujetas a cambios por parte del fabricante.