Hoja de Datos Técnica del LED Infrarrojo Subminiatura IR26-21C/L447/CT - Diámetro 1.6mm - Voltaje 1.3V - Potencia 130mW - Lente Transparente

1. Descripción General del Producto

El IR26-21C/L447/CT es un diodo emisor de infrarrojos subminiatura de montaje superficial (SMD). Está encapsulado en un paquete compacto de doble terminal moldeado en plástico transparente con una lente esférica en la parte superior. La función principal de este componente es emitir luz infrarroja con una longitud de onda pico de 940 nanómetros, que coincide espectralmente con fotodetectores y fototransistores de silicio, lo que lo hace ideal para aplicaciones de detección.

Este LED está construido con un material de chip GaAlAs (Arseniuro de Galio y Aluminio). Sus ventajas principales incluyen un voltaje directo muy bajo, un factor de forma reducido adecuado para diseños con espacio limitado y una buena fiabilidad. El dispositivo cumple con regulaciones ambientales clave, incluyendo ser libre de plomo (Pb), compatible con RoHS, compatible con REACH de la UE y libre de halógenos, cumpliendo con umbrales específicos de contenido de bromo y cloro.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está diseñado para operar dentro de límites estrictos para garantizar longevidad y fiabilidad. Exceder estos límites puede causar daños permanentes.

• Corriente Directa Continua (I_F): 65 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede fluir continuamente a través del LED.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V. Aplicar un voltaje inverso superior a este puede romper la unión semiconductora del LED.
• Temperatura de Operación (T_opr): -25°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente para operación normal.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg): -40°C a +85°C. El rango de temperatura para almacenar el dispositivo cuando no está en uso.
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto define la restricción del perfil de soldadura por reflujo.
• Disipación de Potencia (P_d): 130 mW a 25°C o menos en aire libre. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden en una condición de prueba estándar de 25°C de temperatura ambiente y una corriente directa de 20 mA, que es un punto de operación típico.

• Intensidad Radiante (I_e): 11 mW/sr (Mín), 18 mW/sr (Típ). Mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). El valor típico indica la salida esperada.
• Longitud de Onda Pico (λ_p): 940 nm (Típ). La longitud de onda a la que el LED emite la mayor potencia óptica. Esto está en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero óptimo para sensores de silicio.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ): 55 nm (Típ). El rango de longitudes de onda emitidas, típicamente medido a la mitad de la intensidad pico (Ancho Total a Mitad del Máximo - FWHM).
• Voltaje Directo (V_F): 1.3 V (Típ), 1.5 V (Máx). La caída de voltaje a través del LED cuando opera a 20mA. El bajo voltaje es una ventaja de eficiencia.
• Corriente Inversa (I_R): 10 µA (Máx) a 5V de polarización inversa. Una medida de la fuga de la unión en estado de apagado.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 25° (Típ). La dispersión angular donde la intensidad radiante es al menos la mitad de su valor pico. Esto define el patrón del haz.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que son cruciales para los ingenieros de diseño.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva 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. La curva típicamente muestra una disminución lineal, enfatizando la importancia de la gestión térmica en entornos de alta temperatura.

3.2 Distribución Espectral

Este gráfico traza la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Confirma visualmente el pico en 940nm y el ancho de banda espectral de aproximadamente 55nm. La forma es característica de los LEDs infrarrojos de GaAlAs.

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

Esta curva fundamental ilustra la relación exponencial entre corriente y voltaje para un diodo. Ayuda a diseñar el circuito de control limitador de corriente. La curva mostrará un encendido abrupto alrededor del V_Ftípico de 1.3V.

3.4 Intensidad Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra la linealidad (o posible no linealidad a corrientes muy altas) de la salida de luz con respecto a la corriente de accionamiento. Para la mayoría de los LEDs, la relación es bastante lineal dentro del rango de operación recomendado, permitiendo un control de brillo simple mediante modulación de corriente.

3.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar define el patrón de radiación espacial. Para este LED con lente esférica, se espera que el patrón sea aproximadamente Lambertiano (distribución coseno) o ligeramente más estrecho, centrado en el eje perpendicular a la superficie emisora. El ángulo de visión de 25 grados se deriva de esta curva.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo es un encapsulado SMD subminiatura redondo con un diámetro de cuerpo de 1.6mm. Los dibujos mecánicos detallados en la hoja de datos proporcionan todas las dimensiones críticas, incluida la altura total, el espaciado de los terminales y la geometría de la lente. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario.

4.2 Diseño de Pads y Recomendación de Pasta de Soldar

Se proporciona un patrón de pistas sugerido (diseño de pads) para el diseño de PCB como referencia. Se recomienda a los diseñadores modificar esto según su proceso de fabricación específico y requisitos de fiabilidad. La hoja de datos recomienda una composición de pasta de soldar de Sn/Ag3.0/Cu0.5 y un espesor de plantilla de 0.10mm para una formación óptima de la junta de soldadura.

4.3 Identificación de Polaridad

El encapsulado presenta un diseño de doble terminal. La polaridad típicamente se indica mediante una marca en el lado del cátodo o mediante una característica de forma específica en el encapsulado o la cinta. La marca exacta debe verificarse contra el dibujo de dimensiones del encapsulado.

4.4 Dimensiones de la Cinta Portadora

Los LEDs se suministran en cinta portadora con relieve en carretes de 7 pulgadas de diámetro para montaje automatizado pick-and-place. Las dimensiones de la cinta (tamaño del bolsillo, paso, etc.) se especifican para garantizar la compatibilidad con el equipo estándar de montaje SMD. Cada carrete contiene 1500 piezas.

5. Guías de Soldadura y Montaje

5.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil de temperatura de soldadura sin plomo. Los parámetros clave incluyen una etapa de precalentamiento, una temperatura pico que no exceda los 260°C y un tiempo por encima del líquido (TAL) controlado para evitar daños térmicos. La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces en el mismo dispositivo.

5.2 Precauciones para Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado. La temperatura de la punta del soldador debe estar por debajo de 350°C, y el tiempo de contacto por terminal no debe exceder los 3 segundos. Se recomienda un soldador de baja potencia (≤25W), con un intervalo de al menos 2 segundos entre soldar cada terminal para permitir el enfriamiento.

5.3 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

Los LEDs están empaquetados en una bolsa resistente a la humedad. No abra la bolsa hasta que esté listo para su uso. Después de abrir, los dispositivos no utilizados deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% de Humedad Relativa (HR). La "vida útil en planta" después de abrir es de 168 horas (7 días). Si se excede este tiempo o si el indicador de humedad (gel de sílice) muestra saturación, se requiere un tratamiento de horneado a 60±5°C durante 24 horas antes de su uso para eliminar la humedad absorbida y prevenir el "efecto palomita" durante el reflujo.

5.4 Reparación y Retrabajo

Se desaconseja firmemente la reparación después de la soldadura. Si es inevitable, se debe usar un soldador especializado de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente, minimizando el estrés térmico en el encapsulado de plástico. El potencial de dañar las características del LED durante la reparación debe evaluarse de antemano.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La consideración de diseño más crítica es la limitación de corriente. Una resistencia externa en serie es obligatoria. Debido a la característica exponencial I-V del diodo, un pequeño aumento en el voltaje puede causar un gran aumento destructivo en la corriente. El valor de la resistencia (R) se calcula usando: R = (V_fuente- V_F) / I_F. Para una fuente de 5V y un objetivo I_Fde 20mA con V_F~1.3V, R ≈ (5 - 1.3) / 0.02 = 185 Ω. Una resistencia estándar de 180Ω o 200Ω sería adecuada.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Disipación de Calor: Aunque es pequeño, se debe considerar la disipación de potencia (hasta 130mW), especialmente en altas temperaturas ambiente o con corrientes de accionamiento más altas. Un área de cobre de PCB adecuada alrededor de los pads puede actuar como un disipador de calor simple.
• Alineación Óptica: El ángulo de visión de 25 grados requiere una alineación cuidadosa con el fotodetector emparejado en diseños de sensores de barrera o reflectivos para garantizar suficiente fuerza de señal.
• Ruido Eléctrico: En circuitos de detección analógica sensibles, el controlador del LED debe estar desacoplado de los amplificadores de detección sensibles para prevenir diafonía eléctrica.

6.3 Escenarios de Aplicación Comunes

• Sensores Infrarrojos Montados en PCB: Se utiliza como fuente de luz en sensores de proximidad, detección de objetos y tacómetros.
• Barreras de Luz Miniatura / Interruptores Ópticos Ranurados: Emparejado con un fototransistor para detectar objetos que interrumpen un haz de luz, utilizado en impresoras, codificadores y máquinas expendedoras.
• Unidad de Disquete: Históricamente utilizado para detección de pista cero y detección de protección contra escritura.
• Interruptores Optoelectrónicos: En sensores reflectivos para detectar presencia de superficie o contraste (por ejemplo, robots seguidores de línea).
• Detectores de Humo: Empleado en detectores de humo de tipo oscurecimiento donde las partículas de humo dispersan o bloquean un haz infrarrojo interno entre un LED y un fotodiodo.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

El IR26-21C/L447/CT ocupa un nicho específico en el mercado de LEDs infrarrojos. Sus diferenciadores principales son su encapsulado redondo extremadamente pequeño de 1.6mm y su bajo voltaje directo. En comparación con LEDs infrarrojos más grandes de 3mm o 5mm de orificio pasante, permite la miniaturización de productos finales. En comparación con otros LEDs infrarrojos SMD, su lente transparente (en lugar de teñida o difusa) y su longitud de onda específica de 940nm con buena coincidencia con el Si lo optimizan para la máxima transferencia de energía a un receptor de silicio, mejorando la relación señal-ruido del sistema y el alcance en aplicaciones de detección. El cumplimiento libre de halógenos y RoHS garantiza que cumpla con los estándares ambientales modernos para la fabricación global de electrónica.

8. Preguntas Frecuentes (FAQ)

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

Un LED es un dispositivo operado por corriente, no por voltaje. Su voltaje directo permanece relativamente constante en un amplio rango de corriente. Sin una resistencia en serie, conectarlo directamente a una fuente de voltaje intentaría extraer corriente limitada solo por la resistencia interna de la fuente y la resistencia dinámica del LED, que es muy baja. Esto casi seguramente excedería la corriente directa máxima (65mA) y destruiría el LED instantáneamente.

8.2 ¿Puedo controlar este LED con una señal PWM para regular el brillo?

Sí, la modulación por ancho de pulso (PWM) es un método excelente para controlar la intensidad radiante promedio. Se acciona el LED a su corriente nominal (por ejemplo, 20mA) durante los pulsos de "encendido". La frecuencia debe ser lo suficientemente alta para evitar parpadeo visible en el sistema de detección (típicamente >100Hz). El circuito de control (transistor/MOSFET) debe poder manejar la corriente pico.

8.3 ¿Cuál es la diferencia entre intensidad radiante (mW/sr) e intensidad luminosa (mcd)?

La intensidad luminosa (medida en candela) está ponderada por la sensibilidad del ojo humano (respuesta fotópica). Dado que este es un LED infrarrojo que emite a 940nm, donde el ojo humano tiene sensibilidad cero, su intensidad luminosa es efectivamente cero. La intensidad radiante mide la potencia óptica real emitida por ángulo sólido, que es la métrica relevante para los sensores de máquina.

8.4 ¿Cómo interpreto el "Ángulo de Visión" de 25 grados?

El ángulo de visión (2θ_1/2= 25°) significa la dispersión angular total donde la intensidad es al menos la mitad del valor pico. El semiángulo (θ_1/2) es de 12.5 grados desde el eje central. Esto define un haz relativamente estrecho, concentrando la energía infrarroja para un alcance más largo o una detección más dirigida en comparación con LEDs con ángulos más amplios (por ejemplo, 60° o 120°).

9. Principio de Funcionamiento

Un LED infrarrojo es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el potencial incorporado de la unión, los electrones de la región n y los huecos de la región p se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan en la región activa del semiconductor (hecho de GaAlAs), se libera energía. En esta composición de material específica, la energía corresponde a fotones en el espectro infrarrojo con una longitud de onda pico de 940nm. El encapsulado epóxico transparente actúa tanto como una carcasa protectora como una lente para dar forma al patrón de radiación de la luz emitida.

10. Tendencias y Contexto de la Industria

La demanda de componentes infrarrojos miniaturizados y de alta fiabilidad continúa creciendo, impulsada por la proliferación del Internet de las Cosas (IoT), sensores para hogares inteligentes, automatización industrial y dispositivos portátiles. Las tendencias clave que influyen en componentes como el IR26-21C/L447/CT incluyen:

• Mayor Integración: Movimiento hacia módulos que combinan el LED IR, el fotodetector y el circuito de acondicionamiento de señal en un solo encapsulado.
• Mayor Eficiencia: Desarrollo continuo de materiales semiconductores y diseños de chips para lograr una mayor salida radiante para una corriente de entrada dada, mejorando la duración de la batería en dispositivos portátiles.
• Fiabilidad Mejorada: Enfoque en encapsulados robustos para soportar temperaturas de reflujo más altas y condiciones ambientales más severas requeridas por aplicaciones automotrices e industriales.
• Estandarización: La adhesión a estándares ambientales globales (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) y de fabricación (MSL, cinta y carrete) es ahora un requisito básico para el acceso al mercado global.

Componentes como este LED infrarrojo subminiatura son bloques de construcción fundamentales que permiten la detección sin contacto, una tecnología crítica en todos estos sectores en evolución.