Hoja de Datos del LED Infrarrojo IR67-21C/TR8 - Paquete SMD - Longitud de Onda Pico 940nm - Ángulo de Visión 120° - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El IR67-21C/TR8 es un diodo emisor de infrarrojos de vista superior encapsulado en un paquete miniatura de montaje superficial (SMD). El dispositivo está moldeado en plástico transparente con una lente plana superior, diseñado para ser compatible con los procesos modernos de soldadura por reflujo infrarrojo y en fase de vapor. Su función principal es emitir luz infrarroja a una longitud de onda pico que coincide con la de los fotodiodos y fototransistores de silicio, lo que lo convierte en un componente fundamental en diversas aplicaciones de detección y conmutación.

Las ventajas clave de este componente incluyen su bajo requisito de voltaje directo, un amplio ángulo de visión de 120 grados y su conformidad con los estándares ambientales libres de plomo y RoHS. Su factor de forma SMD miniatura permite una colocación de alta densidad en las placas de circuito impreso, lo cual es esencial para la electrónica de consumo e industrial compacta.

1.1 Especificaciones Principales y Selección del Dispositivo

Las especificaciones fundamentales que definen al IR67-21C/TR8 son su material del chip y sus características ópticas. El chip emisor está construido con Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs), un material semiconductor muy adecuado para producir radiación infrarroja. El encapsulado cuenta con una lente transparente, que no filtra la luz infrarroja emitida, garantizando la máxima intensidad radiante de salida. Esta combinación de chip GaAlAs y lente transparente está específicamente diseñada para un rendimiento óptimo en aplicaciones de sensores donde la fuerza de la señal detectada es crítica.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos especificados para el LED infrarrojo IR67-21C/TR8. Comprender estos valores nominales es crucial para un diseño de circuito confiable y para garantizar la integridad operativa a largo plazo del dispositivo.

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Las Especificaciones Máximas Absolutas definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estas no son condiciones de operación recomendadas, sino umbrales que no deben excederse bajo ninguna circunstancia, incluso durante eventos transitorios.

• Corriente Directa Continua (I_F): 65 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede pasar a través de la unión del LED indefinidamente a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C.
• Corriente Directa Pico (I_FP): 1.0 A. Esta corriente alta solo es permisible bajo condiciones de pulso estrictas: ancho de pulso ≤ 100 µs y ciclo de trabajo ≤ 1%. Esta especificación es relevante para aplicaciones que requieren pulsos breves y de alta intensidad de luz IR.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa que exceda este valor puede causar la ruptura de la unión.
• Disipación de Potencia (P_d): 130 mW a 25°C. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor. La potencia real permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente, como se muestra en la curva de reducción.
• Resistencia Térmica, Unión-a-Ambiente (R_thj-a): 400 K/W. Este parámetro cuantifica la eficacia con la que el calor viaja desde la unión del semiconductor al aire circundante. Un valor más bajo indica una mejor disipación de calor. Con este valor, por cada vatio de potencia disipada, la temperatura de la unión aumentará 400°C por encima de la temperatura ambiente.
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto define la tolerancia del perfil de soldadura por reflujo.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros, medidos en una condición de prueba estándar de 25°C, describen el rendimiento del dispositivo en operación normal. La columna 'Típ.' representa valores típicos o esperados, mientras que 'Mín.' y 'Máx.' definen los límites de rendimiento garantizados.

• Intensidad Radiante (I_e): Esta es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (medida en milivatios por estereorradián, mW/sr). A una corriente de accionamiento estándar de 20mA, la intensidad radiante típica es de 1.5 mW/sr, con un mínimo garantizado de 1.0 mW/sr. Bajo condiciones de corriente alta pulsada (100mA, ≤100µs, ≤1% ciclo de trabajo), la intensidad puede alcanzar un valor típico de 20 mW/sr.
• Longitud de Onda Pico (λ_p): 940 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la que el LED emite la mayor potencia óptica. Está emparejada espectralmente con la sensibilidad máxima de los fotodetectores de silicio comunes.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ): 45 nm (típico). Esto define el rango de longitudes de onda emitidas, típicamente medido a la mitad de la intensidad máxima (Ancho Total a Mitad del Máximo, FWHM). Un ancho de banda de 45nm centrado en 940nm significa que se produce una emisión significativa desde aproximadamente 917.5nm hasta 962.5nm.
• Voltaje Directo (V_F): A 20mA, el voltaje directo típico es de 1.2V, con un máximo de 1.5V. En la condición pulsada de 100mA, V_Faumenta a un valor típico de 1.4V (máx. 1.8V). Este bajo V_Fes beneficioso para aplicaciones de bajo voltaje y alimentadas por baterías.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 120 grados. Este es el ángulo total donde la intensidad radiante cae a la mitad de su valor pico (medido en el eje). Un amplio ángulo de 120° proporciona una iluminación amplia y difusa, ideal para detección de proximidad o presencia donde la posición del objetivo puede variar.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características que ilustran cómo varían los parámetros clave con las condiciones de operación. Estos gráficos son esenciales para el diseño dinámico del sistema.

3.1 Disipación de Potencia vs. Temperatura Ambiente

Esta curva de reducción muestra que la disipación de potencia máxima permitida (P_d) disminuye linealmente desde 130 mW a 25°C hasta 0 mW aproximadamente a 150°C. Los diseñadores deben usar este gráfico para calcular la corriente de operación segura para su temperatura ambiente máxima específica. Por ejemplo, si la temperatura ambiente máxima es de 85°C, el gráfico indica que la disipación de potencia permisible se reduce significativamente, lo que a su vez limita la corriente directa máxima permitida.

3.2 Distribución Espectral

La curva de distribución espectral traza la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Confirma visualmente la longitud de onda pico de 940nm y el ancho de banda espectral aproximado de 45nm. La curva tiene típicamente una forma gaussiana, centrada en la longitud de onda pico.

3.3 Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura Ambiente

Esta curva demuestra la dependencia de la temperatura de la longitud de onda pico. Típicamente, la longitud de onda pico de un LED se desplaza hacia longitudes de onda más largas (un \"corrimiento al rojo\") a medida que aumenta la temperatura de la unión. El gráfico cuantifica este desplazamiento, lo cual es importante para aplicaciones que requieren un emparejamiento espectral preciso, ya que la sensibilidad del detector también puede depender de la temperatura.

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

La curva I-V es no lineal, como un diodo estándar. Muestra la relación entre la corriente a través del LED y el voltaje a través de él. La \"rodilla\" de esta curva está alrededor del voltaje directo típico. La curva ayuda en el diseño del circuito limitador de corriente, especialmente para accionar el LED con una fuente de voltaje.

3.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar ilustra el patrón de emisión espacial. Confirma el ángulo de visión de 120°, mostrando cómo se distribuye la intensidad. El patrón para un LED de tapa plana en un encapsulado transparente suele ser cercano a una distribución de Lambert, donde la intensidad es proporcional al coseno del ángulo desde la normal (centro).

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones del Paquete

El IR67-21C/TR8 está encapsulado en un paquete SMD miniatura. El dibujo dimensional proporciona todas las medidas críticas para el diseño de la huella en la PCB, incluyendo la longitud, anchura y altura del cuerpo, el espaciado de los terminales y las dimensiones de las almohadillas. Las dimensiones clave incluyen el tamaño total (por ejemplo, aproximadamente 3.2mm x 2.8mm, aunque los valores exactos deben tomarse del dibujo), la distancia entre las almohadillas de soldadura y el patrón de tierra recomendado para una soldadura confiable. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario.

4.2 Identificación de Polaridad

El encapsulado incluye marcas o características (como una muesca, una esquina biselada o una marca de cátodo) para identificar los terminales de ánodo y cátodo. Se debe observar la polaridad correcta durante el ensamblaje, ya que aplicar polarización inversa puede dañar el dispositivo.

4.3 Especificaciones de la Cinta Portadora y el Carrete

Para el ensamblaje automatizado, los componentes se suministran en cinta portadora en relieve enrollada en carretes. La hoja de datos proporciona las dimensiones de la cinta portadora, incluyendo el tamaño del bolsillo, el paso y el ancho de la cinta. El carrete suele contener 2000 piezas. Estas dimensiones son críticas para programar las máquinas pick-and-place.

5. Guías de Soldadura y Ensamblaje

El manejo y la soldadura adecuados son críticos para prevenir daños al LED y garantizar la confiabilidad a largo plazo.

5.1 Proceso de Soldadura por Reflujo

El dispositivo es compatible con procesos de reflujo infrarrojo y en fase de vapor. Se proporciona un perfil de temperatura de soldadura sin plomo recomendado, especificando precalentamiento, remojo, temperatura pico de reflujo (no exceder 260°C) y tasas de enfriamiento. La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces. No se debe aplicar estrés al cuerpo del LED durante el calentamiento, y la PCB no debe deformarse después de la soldadura.

5.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se requiere 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). Se debe observar un intervalo de enfriamiento de al menos 2 segundos entre la soldadura de cada terminal. La hoja de datos recomienda encarecidamente evitar la soldadura manual, ya que a menudo conduce a daños.

5.3 Reparación y Rework

No se recomienda la reparación después de que el LED haya sido soldado. Si es inevitable, se debe usar un soldador de doble cabeza para calentar ambos terminales simultáneamente, minimizando el estrés térmico. Se debe evaluar de antemano el potencial de dañar las características del LED durante el rework.

6. Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

El IR67-21C/TR8 es sensible a la humedad. Se deben tomar precauciones para prevenir el \"popcorning\" (agrietamiento del encapsulado debido a la rápida expansión del vapor) durante el reflujo.

• La bolsa hermética no debe abrirse hasta que los componentes estén listos para su uso.
• Antes de abrir, almacenar a ≤30°C y ≤90% de Humedad Relativa (HR). La vida útil en almacén es de un año.
• Después de abrir, almacenar a ≤30°C y ≤70% HR. La \"vida útil fuera de la bolsa\" (tiempo permitido fuera de la bolsa) es de 168 horas (7 días).
• Si el desecante de gel de sílice ha cambiado de color (indicando saturación) o se excede el tiempo de almacenamiento, se requiere un horneado a 60 ±5°C durante 24 horas antes del reflujo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El IR67-21C/TR8 está diseñado para una amplia gama de aplicaciones optoelectrónicas donde se utiliza luz infrarroja invisible para detección o señalización.

• Sensores: Se utiliza como fuente de luz en sensores de proximidad, detección de objetos y robots seguidores de línea.
• Interruptores Optoelectrónicos: Forma una mitad de un interruptor óptico de barrera o ranurado, donde un objeto interrumpe el haz entre el LED y un fotodetector.
• Electrónica de Consumo: Transmisores para controles remotos de TV, VCR y otros equipos de audio/vídeo (aunque a menudo se usan LEDs de mayor potencia para mayor alcance).
• Imagen: Iluminación infrarroja para cámaras de seguridad, especialmente en modos de poca luz o visión nocturna.
• Dispositivos de Seguridad: Puede usarse como componente en ciertos tipos de detectores de humo que utilizan principios de dispersión óptica.

7.2 Consideraciones Críticas de Diseño

• Limitación de Corriente: Una resistencia limitadora de corriente externa es absolutamente obligatoria. El LED exhibe una característica I-V pronunciada, lo que significa que un pequeño aumento en el voltaje causa un gran aumento en la corriente, lo que lleva a una quemadura inmediata si no se controla adecuadamente. El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_fuente- V_F) / I_F.
• Gestión Térmica: Si bien el paquete SMD disipa calor a través de las almohadillas de la PCB, se debe prestar mucha atención a la curva de reducción de disipación de potencia, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente. Un área de cobre adecuada en la PCB (almohadillas de alivio térmico) puede ayudar a reducir la temperatura de la unión.
• Emparejamiento Espectral: Asegúrese de que el fotodetector seleccionado (fotodiodo, fototransistor) tenga una sensibilidad máxima alrededor de 940nm para una relación señal-ruido óptima del sistema.
• Diseño Óptico: El ángulo de visión de 120° proporciona una cobertura amplia. Para haces de mayor alcance o más direccionales, pueden ser necesarias ópticas secundarias (lentes).

8. Información de Empaquetado y Pedido

8.1 Procedimiento de Empaquetado

Los LEDs se empaquetan en bolsas de aluminio herméticas que contienen desecante y tarjetas indicadoras de humedad. Las bolsas están etiquetadas con información crítica para la trazabilidad y la aplicación correcta.

8.2 Especificación de la Etiqueta

La etiqueta incluye varios campos: Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte del Fabricante (P/N), Cantidad de Empaque (QTY), Número de Lote (LOT NO) e información de clasificación óptica como Categoría (CAT, probablemente para intensidad radiante) y Tono (HUE, para longitud de onda pico). También puede estar presente un código de referencia (REF).

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito de la especificación de Corriente Directa Pico de 1.0A si la Corriente Continua es de solo 65mA?
R: La especificación de corriente pico permite que el LED sea accionado con pulsos muy cortos y de alta potencia. Esto es útil en aplicaciones como medición de distancia (tiempo de vuelo) o transmisión de datos donde se necesita una ráfaga breve e intensa de luz IR para superar el ruido ambiental o viajar una distancia mayor, sin generar un calor promedio excesivo.

P: ¿Cómo determino la corriente de operación segura para mi aplicación si la temperatura ambiente es de 50°C?
R: Debe usar la curva de reducción de Disipación de Potencia vs. Temperatura Ambiente. Encuentre el punto en la curva correspondiente a 50°C para determinar la disipación de potencia máxima permitida (P_d(máx)) a esa temperatura. Luego, usando el voltaje directo típico (V_F) a su corriente deseada, calcule la corriente máxima segura: I_F(máx)= P_d(máx)/ V_F. Incluya siempre un margen de seguridad.

P: ¿Puedo usar este LED para un control remoto de TV?
R: Si bien emite a la longitud de onda correcta (940nm es estándar para controles remotos), su intensidad radiante a 20mA (1.5 mW/sr típico) puede ser menor que la de los LEDs dedicados para controles remotos, que a menudo se accionan con más fuerza o tienen ópticas diferentes para mayor alcance. Podría funcionar para controles remotos de corto alcance, pero para distancias típicas de una sala de estar, un componente caracterizado específicamente para una salida más alta podría ser más adecuado.

P: ¿Por qué el procedimiento de almacenamiento y horneado es tan específico?
R: El paquete SMD de plástico puede absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad absorbida puede convertirse rápidamente en vapor, creando una presión interna que puede deslaminar el encapsulado o agrietar el dado (\"popcorning\"). Los procedimientos controlados de almacenamiento y horneado son estándar de la industria (basados en las clasificaciones JEDEC MSL) para eliminar esta humedad de manera segura antes de la soldadura.

10. Principios Operativos y Contexto Tecnológico

10.1 Principio Básico de Operación

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) opera bajo el principio de electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones del material tipo n y los huecos del material tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un semiconductor de GaAlAs, esta energía se libera principalmente como fotones en el espectro infrarrojo (alrededor de 940nm). La longitud de onda específica está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor, que se diseña ajustando la proporción de aluminio a galio en el cristal.

10.2 Rol en los Sistemas Optoelectrónicos

En un sistema de detección típico, el IR67-21C/TR8 actúa como la fuente de señal activa. Su luz es recibida directamente por un detector (para detección por transmisión), reflejada por un objetivo (para detección de proximidad/reflexión) o interrumpida por un objeto (para detección de haz interrumpido). El detector convierte la luz IR modulada o interrumpida en una señal eléctrica para su procesamiento. La longitud de onda de 940nm es ideal porque es invisible para el ojo humano, evita la interferencia de la mayoría de la luz visible ambiental y se alinea con la región de alta sensibilidad de los detectores de silicio económicos, mientras que es menos susceptible a la absorción por el aire y materiales comunes en comparación con las longitudes de onda IR más largas.

10.3 Tendencias y Contexto de la Industria

El desarrollo de LEDs infrarrojos SMD como el IR67-21C/TR8 está impulsado por la miniaturización y automatización del ensamblaje electrónico. La tendencia es hacia huellas de paquete más pequeñas, mayor intensidad radiante por unidad de área, mejor rendimiento térmico y una clasificación más estricta para un rendimiento consistente. También hay investigaciones en curso sobre nuevos materiales semiconductores (como InGaN sobre silicio para diferentes bandas IR) y soluciones integradas que combinan el controlador del LED, el sensor y el procesamiento de señales en un solo módulo (por ejemplo, módulos de sensores de proximidad). La demanda de componentes IR confiables y de bajo costo continúa creciendo con la expansión del Internet de las Cosas (IoT), la detección automotriz (por ejemplo, monitoreo dentro de la cabina) y la automatización industrial.