Hoja de Datos de Emisor Infrarrojo SMD 930nm - Paquete 5.0x5.0x1.6mm - Voltaje Directo 2.9V - Intensidad Radiante 480mW/sr - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un componente emisor infrarrojo discreto de alta potencia, diseñado para el montaje mediante tecnología de montaje superficial (SMT). El dispositivo forma parte de una amplia gama de componentes infrarrojos destinados a aplicaciones que requieren fuentes de luz infrarroja fiables y eficientes. Su función principal es emitir radiación infrarroja a una longitud de onda pico específica cuando se le aplica una corriente eléctrica.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de este emisor incluyen su alta salida radiante, su idoneidad para el montaje automatizado de PCB gracias a su encapsulado SMD y una salida espectral definida centrada en la región del infrarrojo cercano. Está diseñado para cumplir con los estándares de la industria en materia de conformidad ambiental. Las aplicaciones objetivo se encuentran principalmente en la electrónica de consumo y la detección industrial, donde las señales infrarrojas se utilizan para comunicación inalámbrica, detección de proximidad o codificación de datos.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Las siguientes secciones proporcionan una interpretación objetiva y detallada de los parámetros clave definidos en la hoja de datos, explicando su importancia para los ingenieros de diseño.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede producirse un daño permanente en el dispositivo. No están destinados para el funcionamiento normal.

• Disipación de Potencia (3.8W):La cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar en forma de calor a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Superar este límite conlleva el riesgo de sobrecalentar la unión semiconductor.
• Corriente Directa de Pico (2A, 300pps, pulso de 10μs):La corriente máxima permitida en operación pulsada. El ancho de pulso de 10μs y los 300 pulsos por segundo (pps) definen un ciclo de trabajo específico. Este valor suele ser superior al de corriente continua debido a la menor acumulación de calor durante los pulsos cortos.
• Corriente Directa en CC (1A):La corriente continua máxima que puede circular a través del dispositivo en condiciones de corriente continua. Operar en o cerca de este límite requiere una gestión térmica cuidadosa.
• Voltaje Inverso (5V):El voltaje máximo que se puede aplicar en la dirección de polarización inversa. Los emisores infrarrojos no están diseñados para operar en inversa; superar este voltaje puede causar ruptura.
• Resistencia Térmica (9 K/W, unión a almohadilla de soldadura):Un parámetro crítico para el diseño térmico. Indica cuánto aumentará la temperatura de la unión por cada vatio de potencia disipada. Un valor más bajo significa que el calor se transfiere más fácilmente desde el chip semiconductor a la PCB.
• Rangos de Temperatura de Operación y Almacenamiento:Definen, respectivamente, los límites ambientales para un funcionamiento fiable y para el almacenamiento sin operación.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos en condiciones de prueba especificadas (Ta=25°C, IF=500mA salvo que se indique lo contrario).

• Intensidad Radiante (I_E):480 mW/sr (Típico). Mide la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián) a lo largo del eje central del dispositivo. Es una métrica clave para el "brillo" de la fuente IR en un haz dirigido.
• Flujo Radiante Total (Φ_e):700 mW (Típico). Es la potencia óptica total emitida en todas las direcciones. La relación entre el Flujo y la Intensidad está influenciada por el ángulo de visión.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Peak):930 nm (Típico). La longitud de onda a la que la potencia óptica emitida es máxima. Debe coincidir con la sensibilidad espectral del sensor receptor (por ejemplo, un fotodiodo de silicio es más sensible alrededor de 900-1000nm).
• Ancho de Línea Espectral a Media Altura (Δλ):35 nm (Típico). El ancho de banda del espectro emitido medido a la mitad de la intensidad pico. Un ancho más estrecho indica una fuente más monocromática.
• Voltaje Directo (V_F):2.9 V (Típico) a 500mA. La caída de voltaje a través del dispositivo durante su funcionamiento. Esto es crucial para diseñar el circuito de excitación y calcular el consumo de potencia (Potencia = V_F* I_F).
• Corriente Inversa (I_R):< 10 μA a V_R=5V. Una pequeña corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado en inversa.
• Tiempo de Subida/Bajada (T_r/T_f):30 ns (Típico). El tiempo requerido para que la salida óptica cambie del 10% al 90% de su valor final (subida) o del 90% al 10% (bajada). Esto determina la velocidad máxima de modulación para la transmisión de datos.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):70° (Típico). El ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor en el eje. Un ángulo más amplio proporciona una cobertura más amplia pero una intensidad menor en cualquier dirección única.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los gráficos proporcionados ofrecen una visión visual del comportamiento del dispositivo en condiciones variables.

3.1 Distribución Espectral (Fig. 1)

La curva muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Confirma el pico en ~930nm y el ancho a media altura de aproximadamente 35nm. Esta forma es característica del material semiconductor (probablemente GaAs o AlGaAs).

3.2 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 2)

Esta curva de reducción de potencia es esencial para la gestión térmica. Muestra cómo la corriente directa máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. A 85°C, la corriente máxima es significativamente menor que a 25°C. Los diseñadores deben usar este gráfico para asegurarse de que la combinación corriente-temperatura de operación cae dentro del área segura.

3.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Fig. 3)

Esta es la curva característica corriente-voltaje (I-V). Es no lineal, típica de un diodo. La curva permite a los diseñadores determinar el V_Fesperado para una corriente de operación elegida, lo cual es necesario para seleccionar una resistencia limitadora de corriente en serie.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura y Corriente (Fig. 4 y 5)

La Figura 4 muestra cómo la potencia de salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión (a una corriente fija). La Figura 5 muestra cómo la potencia de salida aumenta con la corriente (a una temperatura fija). Ambas demuestran la eficiencia dependiente de la temperatura del dispositivo. La salida cae con temperaturas más altas, un fenómeno común en los LED.

3.5 Diagrama de Radiación (Fig. 6)

Este gráfico polar representa visualmente la distribución espacial de la luz emitida. Los círculos concéntricos representan la intensidad relativa. El gráfico confirma el ángulo de visión de 70° (2θ_1/2), donde la intensidad cae a 0.5 en relación con el centro (1.0). El patrón parece aproximadamente Lambertiano (distribución coseno), común en LED con una lente de domo simple.

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones de Contorno

El dispositivo está encapsulado en un paquete de montaje superficial con dimensiones de aproximadamente 5.0mm de largo y ancho, y 1.6mm de altura. El dibujo especifica la ubicación de la lente óptica y las almohadillas de soldadura. Las tolerancias son típicamente de ±0.1mm a menos que se indique lo contrario.

4.2 Identificación de Polaridad

El cátodo (terminal negativo) está claramente marcado en el dibujo del paquete. Se debe observar la polaridad correcta durante el diseño de la PCB y el montaje para evitar daños.

4.3 Dimensiones Sugeridas para las Almohadillas de Soldadura

Se proporciona una recomendación de patrón de pistas para garantizar uniones de soldadura fiables y una correcta alineación mecánica durante la soldadura por reflujo. Seguir estas dimensiones ayuda a prevenir el efecto "tombstoning" y asegura una buena conexión térmica con la PCB para la disipación de calor.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

5.1 Condiciones de Almacenamiento

El dispositivo es sensible a la humedad. Los paquetes sin abrir deben almacenarse por debajo de 30°C y 90% de HR. Una vez abierta la bolsa antihumedad, los componentes deben usarse dentro de una semana o almacenarse en un ambiente seco (<30°C, <60% HR). Los componentes expuestos a la humedad ambiental durante más de una semana requieren un proceso de secado (aproximadamente 60°C durante 20 horas) antes del reflujo para evitar daños por "efecto palomita" durante la soldadura.

5.2 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil de reflujo conforme a JEDEC. Los parámetros clave incluyen: una etapa de precalentamiento (150-200°C, máximo 120s), una temperatura pico que no exceda los 260°C, y un tiempo por encima del líquido (TAL) donde la temperatura pico se mantiene durante un máximo de 10 segundos. El perfil enfatiza el control de la temperatura máxima y el tiempo que el componente está expuesto al calor elevado para evitar daños al encapsulado plástico y al chip semiconductor.

5.3 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, la temperatura del soldador no debe exceder los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a 3 segundos por almohadilla. Esto minimiza el estrés térmico.

5.4 Limpieza

Se recomienda alcohol isopropílico o solventes similares a base de alcohol para la limpieza posterior a la soldadura. Se deben evitar productos químicos agresivos o desconocidos, ya que pueden dañar el encapsulado o la lente.

6. Empaquetado y Manipulación

6.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los componentes se suministran en carretes estándar de 13 pulgadas, con 2400 piezas por carrete. Las dimensiones de la cinta y el carrete se ajustan a las especificaciones ANSI/EIA-481-1-A-1994, garantizando la compatibilidad con máquinas automáticas pick-and-place. La orientación del cátodo está estandarizada dentro de los bolsillos de la cinta.

7. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Diseño del Circuito de Excitación

El dispositivo es un componente operado por corriente. Para un rendimiento y longevidad consistentes, debe ser excitado por una fuente de corriente o mediante una fuente de voltaje con una resistencia limitadora de corriente en serie. La hoja de datos recomienda encarecidamente usar una resistencia en serie individual para cada LED cuando se conectan múltiples unidades en paralelo (Modelo de Circuito A). Se desaconseja el uso de una sola resistencia para un arreglo en paralelo (Modelo de Circuito B) debido a las variaciones en el voltaje directo (V_F) entre LED individuales, lo que puede conducir a un desequilibrio significativo de corriente y un brillo desigual o fallo prematuro del dispositivo con el V_F.

7.2 Gestión Térmica

Dada la disipación de potencia (hasta 3.8W máximo) y la resistencia térmica (9 K/W), un disipador de calor efectivo es crítico para operar a corrientes altas o temperaturas ambientales elevadas. La ruta principal de calor es a través de las almohadillas de soldadura hacia la PCB. Es esencial usar el diseño de almohadillas recomendado con un área de cobre adecuada (almohadillas de alivio térmico) en la PCB. Para aplicaciones de alta potencia, pueden ser necesarias vías térmicas adicionales conectadas a planos de tierra internos o disipadores dedicados para mantener la temperatura de la unión dentro de los límites seguros, según lo definido por la curva de reducción de potencia.

7.3 Consideraciones de Diseño Óptico

El ángulo de visión de 70 grados define la dispersión del haz. Para aplicaciones que requieren un haz más estrecho, se pueden añadir ópticas secundarias (lentes). La longitud de onda pico de 930nm debe emparejarse con un receptor (fotodiodo, fototransistor) que tenga alta sensibilidad en esa región espectral. Muchos sensores basados en silicio tienen una sensibilidad pico alrededor de 850-950nm, lo que los hace una buena coincidencia. Para aplicaciones de control remoto, esta longitud de onda se usa comúnmente ya que es menos visible para el ojo humano que los 850nm pero aún es detectada eficientemente por el silicio.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED infrarrojos estándar de baja potencia, este dispositivo ofrece una intensidad radiante significativamente mayor (480 mW/sr típico), permitiendo un mayor alcance o funcionamiento en entornos ópticos más ruidosos. Su encapsulado de montaje superficial lo diferencia de las variantes de orificio pasante, permitiendo ensamblajes de PCB más pequeños y automatizados. El rápido tiempo de subida/bajada (30ns) lo hace adecuado para transmisión de datos de velocidad media, no solo para señalización simple de encendido/apagado. Las características espectrales y el ángulo de visión definidos proporcionan un rendimiento consistente y predecible para el diseño de sistemas ópticos.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 5V?

R: No. Debes usar una resistencia limitadora de corriente en serie. El valor de la resistencia se calcula como R = (V_supply- V_F) / I_F. Por ejemplo, con una fuente de 5V, V_F=2.9V, y una I_Fdeseada de 100mA, R = (5 - 2.9) / 0.1 = 21 Ohmios. También se debe considerar la potencia nominal de la resistencia (P = I²R).

P: ¿Cuál es la diferencia entre Intensidad Radiante y Flujo Radiante Total?

R: La Intensidad Radiante (mW/sr) mide la potencia en una dirección específica (como el brillo del haz de una linterna). El Flujo Radiante Total (mW) mide la suma de la potencia emitida en todas las direcciones (como la salida de luz total de una bombilla). Para una fuente direccional, la Intensidad suele ser la métrica más relevante.

P: ¿Cómo determino la corriente de operación segura máxima para mi aplicación?

R: Debes considerar tanto la Corriente Directa en CC Máxima Absoluta (1A) como la reducción de potencia térmica. Usa la Figura 2. Encuentra tu temperatura ambiente máxima esperada en el eje x. Traza una línea hasta la curva, luego hacia la izquierda hasta el eje y para encontrar la corriente máxima permitida. Tu corriente de operación elegida debe ser menor que este valor y que el máximo absoluto de 1A.

P: ¿Por qué la longitud de onda pico se especifica como 930nm, pero la descripción de la pieza menciona 940nm?

R: La descripción de la pieza se refiere a la línea de productos general que incluye dispositivos de 940nm. Este número de pieza específico (LTE-R38385S-OE8) tiene una longitud de onda pico típica de 930nm según sus especificaciones detalladas. Siempre consulta la hoja de datos específica para los parámetros exactos del componente pedido.

10. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

10.1 Ejemplo 1: Transmisor Infrarrojo de Largo Alcance

Escenario:Diseñar un transmisor IR exterior resistente a la intemperie para comunicación de datos a más de 15 metros en condiciones de luz diurna.

Enfoque de Diseño:Usar la alta intensidad radiante (480mW/sr) para superar el ruido de la luz ambiental. Excitar el LED en o cerca de su corriente continua máxima (1A) para la salida máxima, pero implementar una estrategia robusta de gestión térmica. Usar una gran área de cobre en la PCB conectada a las almohadillas térmicas del LED, con múltiples vías térmicas hacia las capas internas. Considerar añadir una lente colimadora de plástico simple para estrechar el haz de 70° a ~15°, aumentando aún más la intensidad en el eje para el alcance requerido. El circuito de excitación usaría un transistor (por ejemplo, MOSFET) conmutado por un microcontrolador, con la resistencia en serie calculada para establecer la corriente de 1A.

10.2 Ejemplo 2: Matriz de Sensores de Proximidad de Múltiples Elementos

Escenario:Crear un anillo de sensor de proximidad con 8 emisores IR colocados alrededor de un receptor central.

Enfoque de Diseño:La iluminación uniforme es clave. Usar el Modelo de Circuito A recomendado: cada uno de los 8 LED obtiene su propia resistencia limitadora de corriente idéntica conectada a un riel de voltaje común. Esto compensa las pequeñas variaciones de V_Fentre los LED. Operar los LED a una corriente moderada (por ejemplo, 200mA) para equilibrar la salida y la carga térmica. Pulsar la matriz sincrónicamente con el muestreo del receptor para mejorar la relación señal-ruido, aprovechando el rápido tiempo de subida/bajada de 30ns para pulsos limpios. El ángulo de visión de 70° de cada LED creará un campo de detección amplio y superpuesto.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Este emisor infrarrojo es un diodo semiconductor. Su núcleo es un chip hecho de materiales como Arseniuro de Galio (GaAs) o Arseniuro de Galio y Aluminio (AlGaAs). Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones son inyectados a través de la unión p-n. A medida que estos electrones se recombinan con huecos en la región activa, se libera energía en forma de fotones (partículas de luz). La energía específica de la banda prohibida del material semiconductor determina la longitud de onda (color) de la luz emitida. Para GaAs/AlGaAs, esta banda prohibida corresponde a fotones en el espectro infrarrojo (típicamente 850-940nm). El encapsulado plástico encapsula el chip, proporciona una estructura mecánica e incluye una lente moldeada que da forma al patrón de radiación de la luz emitida.

12. Tendencias Tecnológicas y Contexto

Los emisores infrarrojos de este tipo son componentes maduros y altamente fiables. Las tendencias actuales en el campo se centran en aumentar la densidad de potencia y la eficiencia (más salida de luz por vatio eléctrico), permitiendo paquetes más pequeños o mayor duración de la batería en dispositivos portátiles. La integración es otra tendencia, con pares o matrices combinadas emisor-sensor volviéndose comunes para el reconocimiento de gestos y la detección 3D. También hay un desarrollo continuo en la expansión del rango de longitud de onda para aplicaciones especializadas como la detección de gases o las comunicaciones ópticas. El movimiento hacia paquetes de montaje superficial, como se ve en este componente, continúa dominando para la fabricación automatizada de alto volumen, reemplazando los diseños más antiguos de orificio pasante. El énfasis en las especificaciones térmicas detalladas y los perfiles de soldadura refleja el enfoque de la industria en la fiabilidad y el control de procesos en el ensamblaje electrónico moderno.