Hoja de Datos del LED Infrarrojo Mini-Top HIR67-21C/L11/TR8 - Longitud de Onda Pico 850nm - Ángulo de Visión 120° - Corriente Directa 65mA - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El HIR67-21C/L11/TR8 es un diodo emisor de infrarrojos (IR) de alto rendimiento diseñado para aplicaciones de montaje superficial. Está encapsulado en un paquete SMD miniaturizado de tapa plana moldeado en plástico transparente, que actúa como lente. El dispositivo está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico de 850nm, lo que lo hace espectralmente compatible con fotodiodos y fototransistores de silicio comunes. Esta alineación es crucial para maximizar la eficiencia de detección en sistemas optoelectrónicos.

Sus ventajas principales incluyen un bajo voltaje directo, que contribuye a la eficiencia energética, y compatibilidad con procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo y en fase de vapor. El componente también cumple con normas ambientales y de seguridad clave, ya que está libre de plomo, cumple con RoHS, cumple con REACH de la UE y está libre de halógenos, cumpliendo con umbrales específicos de contenido de bromo y cloro.

El mercado objetivo para este LED IR abarca varios sectores de electrónica de consumo e industrial donde se requiere detección confiable con luz no visible.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

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

• Corriente Directa Continua (IF):65 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede pasar continuamente a través del LED.
• Voltaje Inverso (VR):5 V. Exceder este voltaje de polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento (Topr, Tstg):-40°C a +100°C. Este amplio rango asegura fiabilidad en entornos hostiles.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):260°C durante un máximo de 5 segundos, compatible con perfiles de reflujo sin plomo.
• Disipación de Potencia (Pd):130 mW a 25°C de temperatura ambiente o menos. Es necesario reducir la potencia a temperaturas más altas.

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

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de operación.

• Intensidad Radiante (Ie):Típicamente 2.0 mW/sr a una corriente directa (IF) de 20mA. En operación pulsada (ancho de pulso 100μs, ciclo de trabajo ≤1%) a 100mA, puede alcanzar 10 mW/sr.
• Longitud de Onda Pico (λp):850 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica emitida es máxima.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Esto indica el rango de longitudes de onda emitidas, centrado alrededor del pico.
• Voltaje Directo (VF):Típicamente 1.45V a 20mA, con un máximo de 1.65V. A 100mA (pulsado), varía de 1.80V a 2.40V.
• Corriente Inversa (IR):Máximo 10 μA a un voltaje inverso de 5V.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):120 grados (típico). Este es el ángulo total en el cual la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo, indicando un patrón de haz muy amplio.

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 Disipación de Potencia vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico muestra cómo la disipación de potencia máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Los diseñadores deben usar esta curva para asegurar que el LED opere dentro de su área de operación segura, especialmente en aplicaciones de alta temperatura. La reducción de potencia es lineal, comenzando desde 130mW a 25°C y llegando a cero en la temperatura máxima de unión.

3.2 Distribución Espectral

La curva de distribución espectral grafica la intensidad relativa frente a la longitud de onda. Confirma la emisión pico en 850nm y el ancho de banda espectral de aproximadamente 45nm. Esta información es vital para seleccionar fotodetectores y filtros ópticos compatibles.

3.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva IV)

Esta relación no lineal es crítica para diseñar el circuito limitador de corriente. La curva muestra que un pequeño aumento en el voltaje más allá del VF típico puede provocar un aumento grande y potencialmente dañino en la corriente, subrayando la necesidad de una regulación de corriente adecuada (por ejemplo, una resistencia en serie o un controlador de corriente constante).

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar representa visualmente el ángulo de visión de 120 grados. La intensidad es máxima a 0 grados (perpendicular a la superficie del LED) y disminuye simétricamente al 50% de su máximo a ±60 grados desde el centro.

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El LED se suministra en un paquete SMD compacto. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del cuerpo, el espaciado de los terminales y la altura total. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. El diseño de lente de tapa plana contribuye al amplio ángulo de visión.

4.2 Identificación de Polaridad

El cátodo se indica típicamente por una marca en el encapsulado, como una muesca, un punto o un terminal recortado. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje para evitar daños por polarización inversa.

4.3 Especificaciones de la Cinta Portadora y Carrete

Los componentes se suministran en cinta de 8mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro, estándar para el montaje automatizado pick-and-place. Cada carrete contiene 2000 piezas. Se proporcionan dimensiones detalladas de la cinta portadora (tamaño del bolsillo, paso, etc.) para asegurar la compatibilidad con el equipo de montaje automatizado.

5. Guías de Soldadura y Montaje

5.1 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs son sensibles a la humedad (MSL). Las precauciones incluyen:

• No abrir la bolsa a prueba de humedad hasta que esté listo para su uso.
• Almacenar las bolsas sin abrir a ≤30°C y ≤90% HR. Usar dentro de un año.
• Después de abrir, usar los componentes dentro de 168 horas (7 días) cuando se almacenen a ≤30°C y ≤70% HR.
• Si se excede el tiempo de almacenamiento o el desecante indica humedad, secar a 60±5°C durante 24 horas antes de usar.

5.2 Soldadura por Reflujo

Se proporciona un perfil de temperatura de reflujo sin plomo recomendado. Puntos clave:

• La temperatura pico no debe exceder los 260°C.
• El tiempo por encima del líquido (por ejemplo, 217°C) debe controlarse.
• No se debe realizar el reflujo más de dos veces.
• Evitar estrés mecánico en el encapsulado durante el calentamiento y enfriamiento.

5.3 Soldadura Manual y Reparación

Si es necesaria la soldadura manual:

• Usar un soldador con una temperatura de punta de<350°C.
• Limitar el tiempo de contacto a ≤3 segundos por terminal.
• Usar un soldador con una potencia nominal ≤25W.
• Permitir un intervalo de enfriamiento de ≥2 segundos entre soldar cada terminal.
• Evitar reparar LEDs ya soldados. Si es inevitable, usar un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y minimizar el estrés térmico. Verificar la funcionalidad del dispositivo después de cualquier intento de reparación.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La hoja de datos enumera varias aplicaciones, incluyendo:

• Unidades de Disquete y Videograbadoras:Para detección de posición y detección de fin de cinta.
• Interruptores Optoelectrónicos:Usados en detección de objetos, conteo y detección de posición al emparejar el LED IR con un fototransistor o fotodiodo.
• Cámaras:A menudo usadas en sistemas de enfoque automático o iluminación infrarroja para visión nocturna.
• Detectores de Humo:Empleados en detectores de tipo oscurecimiento donde las partículas de humo interrumpen un haz IR entre un LED y un sensor.

6.2 Consideraciones de Diseño

Limitación de Corriente:Este es el aspecto de diseño más crítico. Una resistencia externa en serie es obligatoria para establecer la corriente de operación y proteger el LED de sobrecorriente causada por fluctuaciones menores de voltaje. El valor de la resistencia (R) se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF, donde VF es el voltaje directo de la hoja de datos a la corriente deseada IF.
Gestión Térmica:Para operación continua cerca de la corriente máxima nominal o en altas temperaturas ambiente, considerar el diseño del PCB para la disipación de calor. Asegurar que la disipación de potencia (Pd = VF * IF) no exceda el máximo reducido de la curva de Disipación de Potencia vs. Temperatura.
Diseño Óptico:El haz amplio de 120° es adecuado para aplicaciones que requieren cobertura amplia. Para haces más enfocados, pueden ser necesarias lentes o reflectores externos. Asegurar que el material de la carcasa sea transparente a la luz IR de 850nm.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien la hoja de datos no compara partes específicas de la competencia, el HIR67-21C/L11/TR8 ofrece una combinación de características que lo posicionan bien en el mercado:

• Amplio Ángulo de Visión (120°):Ofrece una cobertura más amplia que muchos LEDs IR estándar, que a menudo tienen ángulos de visión de alrededor de 20-60 grados.
• Bajo Voltaje Directo:Contribuye a un menor consumo de energía y una reducción en la generación de calor en comparación con LEDs con VF más alto.
• Cumplimiento Ambiental:Su estado libre de plomo, RoHS, REACH y libre de halógenos cumple con estrictos requisitos regulatorios globales, lo cual es un diferenciador clave para la fabricación de electrónica moderna.
• Alta Salida Pulsada:La capacidad de entregar 10 mW/sr bajo operación pulsada (100mA) lo hace adecuado para aplicaciones que requieren alta intensidad de señal instantánea, como ciertos protocolos de detección o comunicación.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Por qué es absolutamente necesaria una resistencia limitadora de corriente?
R: La curva IV muestra la relación exponencial corriente-voltaje del LED. Un pequeño aumento en el voltaje de alimentación más allá del VF nominal causa un aumento muy grande y potencialmente destructivo en la corriente. Una resistencia en serie proporciona una caída de voltaje lineal, estabilizando la corriente y protegiendo el LED.

P: ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?
R: No. Los pines de los microcontroladores tienen capacidad limitada de suministro/absorción de corriente (a menudo 20-40mA) y no están diseñados para alimentar LEDs de potencia directamente. Además, aún necesitas una resistencia en serie. Usa el pin del microcontrolador para controlar un transistor o MOSFET que conmute la corriente más alta requerida por el LED.

P: ¿Qué significa "espectralmente compatible con fotodiodo de silicio"?
R: Los fotodetectores de silicio tienen una sensibilidad máxima en la región del infrarrojo cercano, alrededor de 800-900nm. La longitud de onda pico de 850nm de este LED cae dentro de esta zona de alta sensibilidad, asegurando la máxima conversión de la luz emitida en corriente eléctrica por el detector, lo que lleva a una relación señal-ruido óptima del sistema.

P: ¿Cómo interpreto la condición "Ancho de Pulso ≦100μs , Ciclo de Trabajo≦1%" para la prueba de 100mA?
R: Esto significa que los valores más altos de intensidad radiante y voltaje directo a 100mA solo son válidos cuando el LED es pulsado, no alimentado con CC. El pulso debe ser de 100 microsegundos o menos, y el tiempo entre pulsos debe ser lo suficientemente largo para que el ciclo de trabajo promedio sea del 1% o menos (por ejemplo, un pulso de 100μs cada 10ms). Esto evita un calentamiento excesivo.

9. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Sensor Simple de Detección de Objetos.
Objetivo:Detectar cuando un objeto pasa entre un LED IR y un fototransistor.
Componentes:LED IR HIR67-21C/L11/TR8, fototransistor de silicio compatible, resistencias, comparador/amplificador operacional, o microcontrolador.
Pasos:

1. Circuito Controlador del LED:Alimentar el LED desde una fuente de 5V. Elegir una corriente de operación, por ejemplo, 20mA para buena intensidad y longevidad. Calcular la resistencia en serie: R = (5V - 1.45V) / 0.020A = 177.5Ω. Usar una resistencia estándar de 180Ω. Verificar que la disipación de potencia en la resistencia y el LED sea aceptable.
2. Circuito Detector:Colocar el fototransistor opuesto al LED, alineado. Cuando el haz IR no está interrumpido, el fototransistor conduce, creando una caída de voltaje a través de una resistencia de carga. Cuando un objeto bloquea el haz, el fototransistor deja de conducir y el voltaje cambia.
3. Acondicionamiento de Señal:Este cambio de voltaje puede enviarse a un comparador para crear una señal digital limpia, o directamente a un pin de convertidor analógico-digital (ADC) de un microcontrolador para un procesamiento más sofisticado.
4. Consideraciones:Proteger la configuración de la luz ambiente (que contiene IR) para evitar disparos falsos. El haz de 120° del LED ayuda con la tolerancia de alineación pero puede requerir un tubo o barrera para definir la ruta de detección con mayor precisión.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Los Diodos Emisores de Luz Infrarroja (LEDs IR) operan bajo el mismo principio fundamental que los LEDs visibles: electroluminiscencia en un material semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n, los electrones de la región n se recombinan con los huecos de la región p. Este evento de recombinación libera energía. En un LED IR, el material semiconductor (en este caso, Arseniuro de Galio y Aluminio - GaAlAs) se elige de modo que el intervalo de banda de energía corresponda a la emisión de fotones en el espectro infrarrojo (longitudes de onda más largas que la luz roja visible, típicamente 700nm a 1mm). La longitud de onda de 850nm está en la región del "infrarrojo cercano" (NIR), que es invisible para el ojo humano pero fácilmente detectable por sensores basados en silicio. El encapsulado epóxico transparente de tapa plana sirve tanto como sello ambiental como lente para dar forma al patrón de radiación de la luz emitida.

11. Tendencias de Desarrollo

El campo de la optoelectrónica infrarroja continúa evolucionando. Las tendencias clave relevantes para componentes como el HIR67-21C/L11/TR8 incluyen:

• Mayor Eficiencia:La investigación continua en ciencia de materiales apunta a desarrollar estructuras semiconductoras con mayor eficiencia cuántica interna (más fotones por electrón) y una mejor extracción de luz del encapsulado, lo que lleva a una mayor intensidad radiante para la misma potencia de entrada.
• Miniaturización:La búsqueda de electrónica más pequeña y densa impulsa el desarrollo de paquetes SMD aún más compactos, manteniendo o mejorando el rendimiento óptico y las características térmicas.
• Opciones de Longitud de Onda Mejoradas:Si bien 850nm y 940nm son comunes, hay desarrollo en otras longitudes de onda NIR para aplicaciones específicas, como 810nm para dispositivos médicos o bandas específicas para detección de gases.
• Integración:Las tendencias incluyen integrar el LED IR con un CI controlador o incluso con el fotodetector en un solo paquete para crear módulos de sensor completos y calibrados, simplificando el diseño del sistema para los usuarios finales.
• Cumplimiento Más Estricto:Las regulaciones ambientales y de materiales (RoHS, REACH, libre de halógenos) continuarán volviéndose más estrictas, impulsando el desarrollo de nuevos materiales de encapsulado y procesos de fabricación que cumplan estos requisitos sin comprometer el rendimiento o la fiabilidad.