Fiche technique de la LED infrarouge 5mm HIR333/H0 - Diamètre 5mm - Tension directe 1,45V - Longueur d'onde 850nm - Puissance dissipée 150mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le HIR333/H0 est une diode émettrice infrarouge de haute intensité, logée dans un boîtier traversant standard T-1 3/4 (5mm) avec une lentille plastique jaune. Ce composant est conçu pour offrir des performances fiables dans les systèmes de détection et de communication infrarouge. Sa fonction principale est d'émettre de la lumière infrarouge à une longueur d'onde pic de 850nm, optimisée spectralement pour une compatibilité avec les photodétecteurs au silicium courants tels que les phototransistors, les photodiodes et les modules récepteurs infrarouges intégrés. Le produit est conçu en mettant l'accent sur une haute fiabilité et une sortie constante.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les avantages clés de ce composant incluent son intensité rayonnante élevée, qui permet une transmission de signal puissante, et sa faible tension directe, contribuant à un fonctionnement économe en énergie. Il est fabriqué à partir de matériaux sans plomb et est conforme aux principales directives environnementales et de sécurité, notamment RoHS, REACH UE et les normes sans halogène (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Ces caractéristiques le rendent adapté à un large éventail d'applications infrarouges commerciales et industrielles où la conformité réglementaire et la fiabilité à long terme sont critiques. Le marché cible comprend les fabricants de systèmes de sécurité, télécommandes, interrupteurs optiques, capteurs de détection d'objets et divers appareils électroniques grand public nécessitant des sources lumineuses non visibles.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une ventilation détaillée des spécifications électriques, optiques et thermiques qui définissent les limites opérationnelles et les performances de la LED.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les Valeurs Maximales Absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Ces valeurs ne doivent jamais être dépassées, même momentanément. Le fonctionnement doit être maintenu dans les conditions opératoires recommandées pour une performance fiable.

• Courant direct continu (I_F): 100 mA. C'est le courant continu maximum qui peut être appliqué en continu à la LED.
• Courant direct de crête (I_FP): 1,0 A. Ce courant élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées avec une largeur d'impulsion ≤ 100μs et un cycle de service ≤ 1% pour éviter la surchauffe.
• Tension inverse (V_R): 5 V. Dépasser cette tension de polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Puissance dissipée (P_d): 150 mW à une température d'air libre de 25°C ou moins. Cette valeur diminue avec l'augmentation de la température ambiante.
• Plages de température: Fonctionnement : -40°C à +85°C ; Stockage : -40°C à +100°C.
• Température de soudure (T_sol): 260°C pendant un maximum de 5 secondes, définissant les limites pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Les Caractéristiques Électro-Optiques sont spécifiées dans une condition de test standard à une température ambiante (T_a) de 25°C. Ces paramètres définissent la performance typique du composant.

• Intensité rayonnante (I_e): C'est la puissance optique émise par unité d'angle solide, mesurée en milliwatts par stéradian (mW/sr). La valeur typique est de 15 mW/sr à un courant direct (I_F) de 20mA. Sous un courant pulsé de 100mA, l'intensité rayonnante peut atteindre 80 mW/sr.
• Longueur d'onde pic (λ_p): 850 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale. Cette longueur d'onde est invisible à l'œil nu mais est efficacement détectée par les capteurs au silicium.
• Largeur de bande spectrale (Δλ): 45 nm (typique). Cela indique la plage de longueurs d'onde émises par la LED, mesurée à la moitié de l'intensité maximale (Largeur à Mi-Hauteur - FWHM).
• Tension directe (V_F): 1,45V (typique) à I_F=20mA, avec un maximum de 1,65V. À I_F=100mA (pulsé), la V_Ftypique monte à 1,80V avec un maximum de 2,40V.
• Courant inverse (I_R): Maximum 10 μA à V_R=5V, indiquant une fuite très faible à l'état bloqué.
• Angle de vision (2θ_1/2): 30 degrés (typique). C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur au centre (0°). Un angle de 30° fournit un faisceau modérément focalisé.

3. Explication du système de classement (binning)

L'intensité rayonnante des LED est triée en différentes classes (bins) pour assurer une cohérence pour l'utilisateur final. Le classement est effectué dans une condition de test standard de I_F= 20mA. Les classes disponibles sont définies par un code lettre (M, N, P, Q, R) avec des valeurs d'intensité rayonnante minimale et maximale correspondantes. Cela permet aux concepteurs de sélectionner un composant répondant à leurs exigences spécifiques de sensibilité ou de portée. Par exemple, sélectionner une classe 'P' garantit une intensité rayonnante minimale de 15,0 mW/sr et un maximum de 24,0 mW/sr. La fiche technique n'indique pas de classement séparé pour la longueur d'onde (Teinte) ou la tension directe (REF) pour cette référence spécifique, mais la spécification d'étiquetage suggère que ces paramètres sont suivis lors de la fabrication.

4. Analyse des courbes de performance

Les courbes de performance typiques fournissent des informations visuelles sur le comportement du composant dans différentes conditions, ce qui est crucial pour la conception de circuit et la gestion thermique.

4.1 Courant direct vs. Température ambiante

Cette courbe de déclassement montre comment le courant direct continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente au-dessus de 25°C. Pour garantir que la température de jonction reste dans des limites sûres et maintenir une fiabilité à long terme, le courant de fonctionnement doit être réduit dans les environnements à haute température. Les concepteurs doivent consulter cette courbe lors de l'utilisation de la LED dans des boîtiers fermés ou à des températures ambiantes élevées.

4.2 Distribution spectrale

Le graphique de distribution spectrale trace l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Il confirme visuellement la longueur d'onde pic à 850nm et la largeur de bande spectrale d'environ 45nm. La courbe est caractéristique du matériau semi-conducteur GaAlAs (Arséniure de Gallium Aluminium). Le pic étroit et bien défini assure un chevauchement minimal avec la lumière visible et un couplage optimal avec les détecteurs au silicium, dont la sensibilité pic se situe autour de 800-900nm.

4.3 Intensité rayonnante vs. Courant direct

Cette courbe illustre la relation entre le courant d'attaque et la sortie optique. L'intensité rayonnante augmente de manière super-linéaire avec le courant à des niveaux inférieurs et tend à devenir plus linéaire à des courants plus élevés, finissant par saturer lorsque l'efficacité interne diminue en raison des effets thermiques. La courbe pour la condition pulsée (100mA) montre une sortie significativement plus élevée que la condition DC, mettant en évidence l'avantage du fonctionnement pulsé pour atteindre une intensité de crête élevée sans dommage thermique.

4.4 Intensité rayonnante relative vs. Déplacement angulaire

Ce diagramme polaire représente le modèle d'émission spatiale de la LED. Il montre comment l'intensité lumineuse diminue lorsque l'angle de vision s'éloigne de l'axe central (0°). Le modèle est approximativement Lambertien pour ce type de boîtier, l'intensité aux points de demi-angle (environ ±15°) étant de 50% de l'intensité sur l'axe, définissant l'angle de vision de 30°.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le composant utilise un boîtier radial à broches standard de 5mm (T-1 3/4). Les broches ont un espacement standard de 2,54mm (0,1 pouce), compatible avec les cartes de prototypage perforées courantes et les layouts de PCB. Le dessin de dimension du boîtier fournit les mesures critiques, y compris le diamètre total, la hauteur de la lentille, la longueur et le diamètre des broches. Le corps est moulé en plastique jaune, transparent à la lumière infrarouge 850nm mais coloré pour faciliter l'identification visuelle et la différenciation des LED à lumière visible. La cathode est généralement identifiée par un méplat sur le bord de la lentille et/ou une broche plus courte. Toutes les dimensions ont une tolérance standard de ±0,25mm sauf indication contraire.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée pendant l'assemblage est essentielle pour éviter les dommages mécaniques ou thermiques à la LED.

6.1 Formage des broches

Si les broches doivent être pliées, cela doit être fait à un point situé à au moins 3mm de la base du bulbe en époxy. Le formage doit toujours être effectué avant la soudure, à température ambiante, et avec précaution pour éviter d'appliquer une contrainte directement sur le corps en époxy, ce qui pourrait fissurer le boîtier ou endommager les fils de liaison internes. Les trous du PCB doivent être parfaitement alignés avec les broches de la LED pour éviter les contraintes de montage.

6.2 Stockage

Les LED doivent être stockées dans un environnement frais et sec (≤30°C, ≤70% d'Humidité Relative). La durée de stockage recommandée après expédition est de 3 mois. Pour un stockage plus long (jusqu'à un an), les composants doivent être conservés dans un sac scellé barrière à l'humidité avec dessiccant, de préférence dans une atmosphère d'azote, pour éviter l'absorption d'humidité et un potentiel effet \"pop-corn\" pendant la soudure.

6.3 Procédé de soudure

Une distance minimale de 3mm doit être maintenue entre le joint de soudure et le bulbe en époxy. Les paramètres de soudure recommandés sont :
Soudure manuelle: Température de la pointe du fer ≤300°C (pour un fer de 30W max), temps de soudure ≤3 secondes par broche.
Soudure à la vague/par immersion: Température de préchauffage ≤100°C pendant ≤60 secondes ; température du bain de soudure ≤260°C pendant ≤5 secondes.
Le profil de soudure fourni recommande une montée en température rapide, une zone de plateau (trempe), un bref pic à 260°C, et un refroidissement contrôlé. Un refroidissement rapide ou un choc thermique doit être évité. La re-soudure (plus d'un cycle d'immersion ou de soudure manuelle) n'est pas recommandée.

6.4 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire après soudure, utiliser de l'alcool isopropylique à température ambiante pendant pas plus d'une minute. Ne pas utiliser le nettoyage par ultrasons à moins que ses effets (puissance, fréquence, durée) n'aient été préalablement qualifiés sur des assemblages d'échantillons, car l'énergie ultrasonore peut fracturer la structure semi-conductrice interne délicate.

5.5 Gestion thermique

Une gestion thermique efficace est une considération de conception critique. La puissance dissipée nominale de 150mW est spécifiée à 25°C. Dans les applications réelles, la puissance réellement dissipée (V_F* I_F) doit être déclassée à mesure que la température ambiante augmente, comme le montre la courbe de déclassement. Pour un fonctionnement continu à des courants élevés ou dans des températures ambiantes élevées, envisagez d'utiliser un dissipateur thermique, d'augmenter le flux d'air, ou de mettre en œuvre une commande pulsée pour réduire la température moyenne de jonction et assurer une fiabilité à long terme.

7. Conditionnement et informations de commande

Les LED sont conditionnées dans des sacs anti-statiques pour les protéger des décharges électrostatiques (ESD). Ces sacs sont placés dans des cartons intérieurs, qui sont ensuite emballés dans des cartons extérieurs plus grands pour l'expédition. Une quantité d'emballage typique est de 200-500 pièces par sac, avec 5 sacs par carton intérieur, et 10 cartons intérieurs par carton maître extérieur. L'étiquette sur le sac contient des informations clés pour la traçabilité et l'identification, y compris le Numéro de Produit Client (CPN), le Numéro de Produit du fabricant (P/N), la Quantité d'emballage (QTY) et le Rang d'Intensité Lumineuse (CAT). D'autres codes peuvent indiquer le Rang de Longueur d'Onde Dominante (HUE), le Rang de Tension Directe (REF), le Numéro de Lot et le Code Date.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Scénarios d'application typiques

• Télécommandes infrarouges: Utilisé comme émetteur dans les télécommandes de TV, audio et décodeurs.
• Détection de proximité et d'objets: Couplé avec un phototransistor pour détecter la présence, l'absence ou la position d'un objet.
• Interrupteurs optiques: Utilisé dans les capteurs à fente (ex. détection de papier dans les imprimantes) ou les capteurs réfléchissants.
• Systèmes de sécurité: Pour l'éclairage de vision nocturne dans les caméras de vidéosurveillance ou comme partie de faisceaux de détection d'intrusion infrarouge.
• Automatisation industrielle: Pour la détection sans contact dans les applications de comptage, d'alignement et de détection de niveau.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant: Toujours utiliser une résistance en série ou un pilote à courant constant pour limiter le courant direct à la valeur souhaitée, calculée sur la base de la tension d'alimentation et de la tension directe de la LED.
• Fonctionnement pulsé: Pour les applications nécessitant une intensité de crête élevée (comme la détection longue portée), utiliser une commande pulsée avec un cycle de service approprié pour rester dans les limites de courant de crête et de puissance moyenne.
• Conception optique: Prendre en compte l'angle de vision de 30° lors de la conception des lentilles, des ouvertures ou des chemins optiques. Pour une portée plus longue, des lentilles externes peuvent être utilisées pour collimater le faisceau.
• Adéquation du détecteur: S'assurer que le photodétecteur sélectionné (phototransistor, photodiode ou circuit intégré récepteur) a une sensibilité élevée dans la région des 850nm.
• Immunité à la lumière ambiante: Dans les environnements avec une lumière ambiante forte (surtout la lumière du soleil contenant de l'IR), utiliser des signaux IR modulés (pulsés) et une détection synchrone dans le récepteur pour distinguer le signal du bruit de fond.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux LED à lumière visible standard, cette LED IR est optimisée pour une sortie dans le spectre infrarouge avec un matériau (GaAlAs) offrant un rendement élevé à 850nm. Ses principaux points de différenciation dans la catégorie des LED IR sont sa combinaison d'intensité rayonnante relativement élevée (15 mW/sr typique) et de faible tension directe (1,45V typique), ce qui peut conduire à une consommation d'énergie plus faible dans les appareils alimentés par batterie. L'angle de vision de 30° offre un bon équilibre entre la concentration du faisceau et la zone de couverture. La conformité aux normes environnementales modernes (RoHS, REACH, Sans Halogène) est un avantage significatif pour les produits destinés aux marchés mondiaux, éliminant les préoccupations de conformité des matériaux.

10. Questions fréquemment posées basées sur les paramètres techniques

Q : Puis-je alimenter cette LED directement depuis une alimentation 5V ?
R : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. Par exemple, avec une alimentation 5V et un courant cible de 20mA, et en supposant une V_Ftypique de 1,45V, la valeur de la résistance serait R = (5V - 1,45V) / 0,02A = 177,5Ω. Une résistance standard de 180Ω serait appropriée.

Q : Quelle est la différence entre les valeurs d'intensité rayonnante DC et pulsée ?
R : La valeur DC (15 mW/sr à 20mA) est pour un fonctionnement continu où les effets thermiques limitent la sortie. La valeur pulsée (80 mW/sr à 100mA) est atteignable car la brève impulsion ne permet pas à la jonction de chauffer significativement, autorisant un courant instantané beaucoup plus élevé et donc une sortie lumineuse plus importante.

Q : Comment identifier la cathode ?
R : Dans un boîtier 5mm standard, la cathode est généralement indiquée par deux caractéristiques : 1) Un méplat sur le bord rond de la lentille plastique. 2) La broche de cathode est généralement plus courte que la broche d'anode. Toujours vérifier la polarité avant la soudure.

Q : Cette LED est-elle sensible aux décharges électrostatiques (ESD) ?
R : Comme tous les dispositifs semi-conducteurs, elle peut être endommagée par une décharge électrostatique. Elle est fournie dans un emballage anti-statique et doit être manipulée avec les précautions ESD appropriées pendant l'assemblage.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un capteur de détection d'objet simple
Une application courante est un capteur à barrière optique. La LED IR HIR333/H0 est placée d'un côté d'un passage, et un phototransistor est placé directement en face. Lorsqu'un objet passe entre eux, il interrompt le faisceau infrarouge, provoquant un changement de sortie du phototransistor. Pour cette conception :
1. Alimenter la LED avec un courant constant de 20mA en utilisant un simple interrupteur à transistor ou une broche GPIO de microcontrôleur (avec résistance en série).
2. Pour améliorer l'immunité au bruit et la portée, pulser la LED à une fréquence (ex. 38kHz) et utiliser un module phototransistor avec un filtre intégré à 38kHz.
3. Aligner soigneusement la LED et le détecteur, en tenant compte du cône d'émission de 30°. Pour des distances plus longues, envisager d'ajouter un tube ou une lentille de collimation devant la LED pour rétrécir le faisceau.
4. Placer le capteur à l'écart de la lumière directe du soleil ou d'autres sources fortes de lumière infrarouge pour éviter les déclenchements intempestifs.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Une Diode Électroluminescente Infrarouge (LED IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région n et les trous de la région p sont injectés à travers la jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent dans la région active, l'énergie est libérée sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. Le HIR333/H0 utilise de l'Arséniure de Gallium Aluminium (GaAlAs), qui a une bande interdite correspondant à des photons dans le spectre proche infrarouge, spécifiquement autour de 850 nanomètres. Le boîtier plastique jaune est dopé pour être transparent à cette longueur d'onde tout en bloquant la lumière visible, et il agit également comme une lentille primaire pour façonner le faisceau de sortie.

13. Tendances et évolutions technologiques

La tendance dans la technologie des LED infrarouges continue vers un rendement plus élevé (plus de lumière émise par watt électrique consommé) et des densités de puissance plus élevées. Cela permet soit des sources plus lumineuses, soit des conceptions plus écoénergétiques. Il y a également des développements sur différentes longueurs d'onde pic ; tandis que 850nm et 940nm sont courantes, d'autres longueurs d'onde sont optimisées pour des applications spécifiques comme la détection de gaz ou les diagnostics médicaux. Le conditionnement évolue pour supporter la technologie de montage en surface (SMD) pour l'assemblage automatisé, bien que les boîtiers traversants comme le 5mm restent populaires pour le prototypage, la réparation et certaines applications haute fiabilité. L'intégration est une autre tendance, avec des LED IR combinées avec des pilotes, des modulateurs et même des détecteurs en modules uniques pour simplifier la conception du système pour l'utilisateur final.