Hoja de Datos del LED Infrarrojo IR25-21C/TR8 en Paquete Inverso - Montaje Superficial (SMD) - Chip GaAlAs - Lente Transparente - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El IR25-21C/TR8 es un diodo emisor de luz infrarroja (LED IR) de montaje superficial (SMD) en miniatura. Presenta un diseño de paquete inverso moldeado en plástico transparente con una lente superior esférica. La función principal de este componente es emitir luz infrarroja, con su salida espectral específicamente adaptada a fotodiodos y fototransistores de silicio, lo que lo convierte en una fuente ideal para diversas aplicaciones de detección.

Las ventajas clave de este LED incluyen su paquete compacto de doble terminal, que facilita el montaje en PCB y la integración en diseños con espacio limitado. Opera a una baja tensión directa, contribuyendo a la eficiencia energética. El dispositivo cumple con los principales estándares ambientales y de seguridad, incluidos RoHS, REACH de la UE y es libre de halógenos, asegurando su idoneidad para la fabricación electrónica moderna.

1.1 Guía de Selección del Dispositivo

El IR25-21C/TR8 pertenece a la categoría de LED Infrarrojo (IR). Utiliza un material de chip de Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs), conocido por su emisión infrarroja eficiente. La lente es transparente, permitiendo la máxima transmisión de la luz infrarroja sin filtrado de color.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación Objetiva

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los límites operativos del dispositivo se definen bajo temperatura ambiente estándar (Ta=25°C). Exceder estos valores puede causar daños permanentes.

• Corriente Directa (I_F):100 mA - La corriente continua máxima permitida a través del LED.
• Tensión Inversa (V_R):5 V - La tensión máxima que se puede aplicar en dirección inversa.
• Disipación de Potencia (P_d):120 mW - La potencia máxima que el paquete puede disipar en forma de calor.
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C - El rango de temperatura ambiente para un funcionamiento confiable.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +85°C - El rango de temperatura seguro para almacenar el dispositivo cuando no está energizado.
• Temperatura de Soldadura (T_s):260°C durante 5 segundos máximo - La temperatura máxima y duración que el LED puede soportar durante la soldadura por reflujo.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a Ta=25°C y definen el rendimiento típico del LED.

• Intensidad Radiante (I_e):40 mW/sr (Mín.) @ I_F=20 mA - Esta es la potencia óptica de salida por unidad de ángulo sólido, una medida clave del brillo para fuentes direccionales como los LED.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):940 nm (Típ.) - La longitud de onda a la que el LED emite la mayor potencia óptica. Esto se alinea bien con la sensibilidad máxima de los fotodetectores de silicio comunes.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):50 nm (Típ.) - El rango de longitudes de onda emitidas, medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho Total a Media Altura).
• Tensión Directa (V_F):1.5 V (Típ.) @ I_F=20 mA - La caída de tensión a través del LED cuando opera a la corriente especificada. El valor bajo es beneficioso para circuitos de bajo voltaje.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):±20° (Típ.) - El rango angular donde la intensidad radiante es al menos la mitad de la intensidad máxima. Esto define el ancho del haz.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo diferentes condiciones.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

La Figura 1 muestra la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Para evitar el sobrecalentamiento, la corriente debe reducirse cuando se opera por encima de 25°C. Esta curva es crítica para el diseño de gestión térmica.

3.2 Distribución Espectral

La Figura 2 grafica la intensidad relativa frente a la longitud de onda, confirmando el pico en aproximadamente 940 nm y el ancho de banda de ~50 nm. Esta coincidencia con la respuesta del detector de silicio (que tiene un pico alrededor de 900-1000 nm) maximiza la fuerza de la señal en sistemas de sensores.

3.3 Intensidad Relativa vs. Corriente Directa

La Figura 3 demuestra la relación entre la salida óptica y la corriente de accionamiento. La salida aumenta con la corriente, pero puede volverse sub-lineal a corrientes muy altas debido al calentamiento y la caída de eficiencia. Operar dentro del rango recomendado asegura un rendimiento estable.

3.4 Corriente Directa vs. Tensión Directa

La Figura 4 es la curva característica I-V. Muestra la relación exponencial típica de un diodo. La curva resalta la importancia de usar una resistencia limitadora de corriente o un controlador de corriente constante, ya que un pequeño aumento en la tensión más allá del punto de inflexión provoca un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente.

3.5 Desplazamiento Angular

La Figura 5 grafica la intensidad radiante relativa frente al ángulo desde el eje central, definiendo el patrón de emisión espacial (Lambertiano o de otro tipo). Esto es esencial para el diseño óptico, determinando cómo se distribuye la luz en el área objetivo.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Paquete

El LED tiene una huella compacta SMD. Las dimensiones clave incluyen un tamaño de cuerpo de aproximadamente 2.0mm x 1.25mm, con una altura de alrededor de 0.8mm. Los dibujos detallados especifican el diseño de las almohadillas, el espaciado de terminales y la geometría de la lente. Las tolerancias son típicamente ±0.1mm a menos que se indique lo contrario. Se proporciona un patrón de almohadilla sugerido para el diseño de PCB, pero debe optimizarse según los procesos de fabricación específicos y los requisitos térmicos.

4.2 Identificación de Polaridad

El componente presenta un paquete inverso. La polaridad se indica mediante una marca en el cuerpo o por la forma de la huella del paquete. La orientación correcta es crucial para el funcionamiento del circuito.

4.3 Dimensiones de la Cinta Portadora

El dispositivo se suministra en cinta portadora en relieve de 8mm de ancho enrollada en un carrete de 7 pulgadas de diámetro. El paso de la cinta y las dimensiones de los bolsillos se especifican para garantizar la compatibilidad con el equipo de montaje automático pick-and-place. Cada carrete contiene 2000 piezas.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

5.1 Almacenamiento y Manipulación

Los LED son sensibles a la humedad (MSL). Las bolsas de barrera de humedad sin abrir deben almacenarse por debajo de 30°C y 90% HR. Una vez abiertas, la "vida útil fuera del envase" es de 168 horas (7 días) cuando se almacena a ≤60% HR. Exceder esto requiere un horneado (por ejemplo, 96 horas a 60°C) antes del reflujo para evitar daños por "efecto palomita" durante la soldadura.

5.2 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil de temperatura de reflujo sin plomo (Pb-free). Los parámetros clave incluyen una zona de precalentamiento, un aumento gradual de temperatura, una temperatura máxima que no exceda los 260°C durante un máximo de 5 segundos y una fase de enfriamiento controlado. No se debe realizar el reflujo más de dos veces en el mismo dispositivo.

5.3 Soldadura Manual y Rework

Si es necesaria la soldadura manual, se debe usar un soldador con una temperatura de punta inferior a 350°C y una potencia inferior a 25W. El tiempo de contacto por terminal debe ser inferior a 3 segundos. Para rework, se sugiere un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar tensiones mecánicas. El impacto en las características del dispositivo debe verificarse después de cualquier rework.

5.4 Precauciones Críticas

• Protección de Corriente:Una resistencia externa en serie es obligatoria para limitar la corriente directa. La pronunciada curva I-V significa que pequeñas fluctuaciones de voltaje pueden causar una sobrecorriente catastrófica.
• Tensión Mecánica:Evite aplicar fuerza al cuerpo del LED durante o después de la soldadura. No doble la PCB en las proximidades del LED montado.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Sensores Infrarrojos Montados en PCB:Utilizado como fuente de luz en sensores de proximidad, detección de objetos y codificación de posición.
• Barreras de Luz/Optoconmutadores en Miniatura:Emparejado con un fotodetector para crear un haz interrumpible para conteo, cortinas de seguridad o interruptores de límite.
• Unidades de Disquete (Legado):Históricamente utilizado para la detección de pistas.
• Detectores de Humo:Empleado en detectores de tipo oscurecimiento donde las partículas de humo dispersan un haz de luz.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Accionamiento:Implemente una fuente de corriente constante o una fuente de voltaje con una resistencia limitadora de corriente calculada con precisión (R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F).
• Alineación Óptica:El ángulo de visión de ±20° requiere un alineamiento cuidadoso con el detector receptor para un acoplamiento de señal óptimo, especialmente en aplicaciones de haz estrecho.
• Gestión Térmica:Asegure un área de cobre de PCB adecuada o vías térmicas para disipar el calor, especialmente cuando se acciona a corrientes más altas o en temperaturas ambiente elevadas.
• Ruido Eléctrico:En circuitos de detección analógica sensibles, considere blindar o modular la señal de accionamiento del LED para distinguirla de la luz ambiental y el ruido eléctrico.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED infrarrojos estándar, el paquete inverso del IR25-21C/TR8 ofrece un perfil potencialmente más bajo y un patrón de radiación diferente. Su diferenciador clave es la adaptación espectral específica al silicio, lo que puede producir relaciones señal-ruido más altas en sistemas detectores que los LED con longitudes de onda fuera del pico. El cumplimiento de los estándares libres de halógenos y ambientales modernos lo hace adecuado para iniciativas de electrónica verde.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

La característica exponencial I-V del diodo significa que más allá del punto de inflexión de la tensión directa (alrededor de 1.5V), la corriente aumenta drásticamente con un aumento mínimo de voltaje. Sin una resistencia para establecer el punto de operación, pequeñas variaciones en la fuente de alimentación o cambios de temperatura pueden empujar la corriente más allá del máximo de 100mA, destruyendo instantáneamente el LED.

8.2 ¿Qué significa "espectro adaptado al fotodetector de silicio"?

Los fotodiodos y fototransistores basados en silicio tienen una curva de respuesta específica; son más sensibles a la luz alrededor de 800-1000 nm. La emisión máxima de este LED a 940 nm cae directamente dentro de esta región de alta sensibilidad, asegurando que el detector convierta la máxima cantidad de potencia óptica del LED en corriente eléctrica, mejorando la eficiencia y el alcance del sistema.

8.3 ¿Qué tan crítica es la vida útil de 168 horas fuera del envase?

Es muy crítica para un montaje confiable. La humedad absorbida en el paquete de plástico puede vaporizarse rápidamente durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, causando delaminación interna, grietas o daños en los cables de unión ("efecto palomita"). Cumplir con la vida útil fuera del envase o realizar un horneado adecuado previene este modo de fallo.

9. Ejemplo Práctico de Uso

Diseño de un Contador de Hojas de Papel:En una máquina de oficina, el IR25-21C/TR8 puede montarse en un lado de la trayectoria del papel, directamente frente a un fototransistor en el otro lado. Cuando no hay papel, el haz infrarrojo llega al detector, generando una señal alta. Cuando una hoja de papel pasa, interrumpe el haz, haciendo que la señal del detector caiga. Este evento es contado por un microcontrolador. La longitud de onda de 940nm es invisible y no se ve afectada por la luz ambiental de la habitación. La baja tensión directa permite que el sistema sea alimentado por una fuente lógica de 3.3V o 5V, con una simple resistencia en serie (por ejemplo, (5V - 1.5V)/0.02A = 175Ω) estableciendo la corriente del LED en un valor seguro de 20mA.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando está polarizado en directa, los electrones de la región n y los huecos de la región p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un sistema de material GaAlAs, esta energía se libera principalmente como fotones (partículas de luz) en el espectro infrarrojo (longitudes de onda más largas que la luz roja visible, típicamente de 700nm a 1mm). La composición específica de las capas de Galio, Aluminio y Arseniuro determina la longitud de onda de emisión máxima. El paquete de epoxi transparente actúa como una lente, dando forma a la luz emitida en un patrón de haz definido.

11. Tendencias y Evolución de la Industria

La tendencia en optoelectrónica para detección continúa hacia la miniaturización, mayor eficiencia e integración. Si bien los LED discretos como el IR25-21C/TR8 siguen siendo vitales por su flexibilidad y rendimiento, existe un mercado creciente para módulos de sensor integrados que combinan el emisor, el detector y el circuito de acondicionamiento de señal en un solo paquete. Estos módulos simplifican el diseño pero pueden ofrecer menos optimización para aplicaciones específicas. Otra tendencia es la demanda de modulación de mayor velocidad para aplicaciones de comunicación de datos (como controles remotos IR), lo que requiere LED con tiempos de subida/bajada rápidos. El cumplimiento ambiental (RoHS, REACH, libre de halógenos) se ha convertido en un requisito estándar en lugar de un diferenciador. La tecnología subyacente para la emisión infrarroja eficiente continúa refinándose, con investigación en nuevos sistemas de materiales como InGaN para diferentes rangos de longitud de onda.