Fiche technique de la LED infrarouge HIR-S06-P120/L649-P03/TR - 850nm - 3.45V - 1A - 890mW - Boîtier CMS

1. Vue d'ensemble du produit

La HIR-S06-P120/L649-P03/TR est une diode électroluminescente (LED) infrarouge (IR) haute puissance conçue pour les applications nécessitant un éclairage infrarouge puissant et efficace. Il s'agit d'un composant à montage en surface (CMS) logé dans un boîtier compact à sommet plat avec une lentille en époxy transparente. La fonction principale de ce composant est d'émettre de la lumière infrarouge à une longueur d'onde de crête de 850 nanomètres (nm), qui est optimisée pour la sensibilité spectrale des photodétecteurs à base de silicium comme les photodiodes et les phototransistors. Ses principaux avantages incluent une puissance rayonnante élevée pour un facteur de forme réduit, la conformité aux réglementations environnementales (RoHS, REACH, sans halogène) et l'aptitude aux processus d'assemblage automatisés.

1.1 Caractéristiques et applications clés

Ce composant se caractérise par son haut rendement et sa petite taille. Les caractéristiques principales incluent une longueur d'onde de crête (λp) de 850 nm, l'aptitude au brasage par technologie de montage en surface (SMT) et la conformité aux normes sans plomb, REACH UE et sans halogène (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Il offre également une tension de tenue aux décharges électrostatiques (ESD) de 2kV. Les marchés et applications cibles principaux sont les systèmes nécessitant un éclairage invisible pour l'imagerie ou la détection. L'application la plus courante est celle de source lumineuse infrarouge pour caméras CCD, où elle fournit l'éclairage nécessaire pour la vision nocturne ou l'imagerie en faible luminosité. Elle convient également à divers autres systèmes utilisant l'infrarouge, tels que les systèmes de sécurité, la vision industrielle, les capteurs de proximité et les interrupteurs optiques.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse détaillée et objective des caractéristiques électriques, optiques et thermiques du composant, telles que définies dans la fiche technique.

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 en fonctionnement. Pour la HIR-S06-P120/L649-P03/TR, les limites clés sont :

• Courant direct continu (IF) :1000 mA. C'est le courant continu maximal qui peut traverser la LED en continu.
• Tension inverse (VR) :5 V. L'application d'une tension inverse supérieure à cette valeur peut provoquer un claquage de la jonction.
• Température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +100°C. La plage de température ambiante dans laquelle le composant est conçu pour fonctionner.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +100°C. La plage de température pour le stockage hors fonctionnement.
• Température de jonction (Tj) :115°C. La température maximale admissible au niveau de la jonction semi-conductrice elle-même.
• Puissance dissipée (Pd) :3 W à IF=700mA. Cela indique la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur dans une condition de test spécifique. La fiche technique recommande explicitement d'ajouter un dissipateur thermique à ce composant pour gérer efficacement la charge thermique et éviter de dépasser la limite de température de jonction.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres, mesurés à une température ambiante standard de 25°C, définissent les performances du composant dans des conditions de fonctionnement normales. Les valeurs sont généralement présentées comme Minimum, Typique et Maximum.

• Puissance rayonnante totale (Po) :C'est la puissance optique totale émise par la LED dans toutes les directions, mesurée en milliwatts (mW). La valeur typique augmente avec le courant d'alimentation : 340 mW à 350 mA, 650 mW à 700 mA et 890 mW à 1 A. Cela démontre la capacité de haute puissance du composant.
• Intensité rayonnante (Ie) :Mesurée en mW/sr (milliwatts par stéradian), c'est la puissance optique émise par unité d'angle solide. C'est une mesure de la luminosité de la LED dans une direction spécifique. Les valeurs typiques sont 115 mW/sr (350 mA), 220 mW/sr (700 mA) et 290 mW/sr (1 A).
• Longueur d'onde de crête (λp) :850 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale. 850nm est une longueur d'onde courante pour l'éclairage IR car elle est invisible à l'œil nu mais bien détectée par les capteurs au silicium et de nombreux capteurs de caméra.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :25 nm (typique). Cela définit la plage de longueurs d'onde émises, généralement mesurée à la moitié de la puissance maximale (Largeur à mi-hauteur - FWHM). Une largeur de bande de 25nm indique une sortie spectrale relativement étroite centrée autour de 850nm.
• Tension directe (VF) :La chute de tension aux bornes de la LED lorsque le courant circule. Elle augmente avec le courant : 3,10 V (350 mA), 3,25 V (700 mA), 3,45 V (1 A). Ce paramètre est crucial pour la conception du circuit de commande.
• Courant inverse (IR) :Maximum 10 μA à VR=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque le composant est polarisé en inverse dans les limites de sa valeur maximale.
• Angle de vision (2θ1/2) :120 degrés (typique). C'est l'angle total où l'intensité rayonnante tombe à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un angle de 120 degrés indique un faisceau très large, adapté à un éclairage de grande surface.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de performance typiques qui sont essentielles pour comprendre le comportement du composant dans des conditions non standard.

3.1 Courant direct vs. Tension directe (Courbe IV)

Ce graphique (Fig.1) montre la relation entre le courant traversant la LED (IF) et la tension à ses bornes (VF). Elle est non linéaire. La courbe permet aux concepteurs de déterminer la tension de fonctionnement pour un courant de commande donné, ce qui est crucial pour sélectionner une résistance de limitation de courant appropriée ou concevoir un pilote à courant constant. La tension a un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue légèrement lorsque la température de jonction augmente.

3.2 Courant direct vs. Intensité rayonnante / Puissance totale

Ces graphiques (Fig.2 & Fig.3) tracent la sortie optique (soit l'intensité, soit la puissance totale) en fonction du courant direct. Ils montrent généralement une relation sous-linéaire ; la sortie optique augmente avec le courant mais le rendement (sortie par watt d'entrée) peut diminuer à des courants très élevés en raison des effets thermiques accrus et de l'affaiblissement. L'analyse de ces courbes aide à sélectionner un point de fonctionnement optimal qui équilibre la puissance de sortie avec le rendement et la longévité du composant.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier et dessin

Le composant est fourni dans un boîtier CMS. Les dessins dimensionnels spécifient la longueur, la largeur, la hauteur, l'espacement des broches et la géométrie de la lentille exacts. Notes importantes de la fiche technique : toutes les dimensions sont en millimètres, avec des tolérances standard de ±0,1mm sauf indication contraire. Un avertissement critique de manipulation est fourni :Ne pas manipuler le composant par la lentille.L'application d'une force sur la lentille peut provoquer une défaillance mécanique du boîtier.

4.2 Identification de la polarité et empreinte de montage

Le dessin du boîtier indique clairement les bornes cathode et anode. La polarité correcte doit être respectée lors de la conception du PCB et de l'assemblage. La disposition recommandée des pastilles de soudure (land pattern) est généralement dérivée des dimensions du boîtier pour assurer une soudure fiable et une résistance mécanique.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

En tant que composant SMT, il est destiné aux processus de soudage par refusion. Bien que les paramètres spécifiques du profil de refusion (préchauffage, stabilisation, température de pic de refusion, temps au-dessus du liquidus) ne soient pas détaillés dans cet extrait, ils suivraient généralement les profils standards pour les composants à boîtier plastique similaires, avec une température de pic ne dépassant généralement pas 260°C. La conformité sans plomb et sans halogène indique l'aptitude aux processus de fabrication modernes et respectueux de l'environnement. La recommandation de stockage correspond à la plage de température de fonctionnement (-40°C à +100°C), et les composants doivent être conservés dans leur emballage résistant à l'humidité jusqu'à leur utilisation.

6. Conditionnement et informations de commande

6.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le composant est fourni sur bande porteuse dans des bobines pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Les dimensions de la bande porteuse sont spécifiées. Chaque bobine contient 2000 pièces. Le sens de déroulement est également indiqué sur le dessin pour assurer un réglage correct de la machine.

6.2 Emballage résistant à l'humidité

Les composants sont expédiés dans des sachets étanches à l'humidité en aluminium contenant un dessiccant pour contrôler l'humidité. Le sachet comprend une étiquette avec les informations clés. Bien que les champs spécifiques de l'étiquette (comme CPN, P/N, QTY, CAT, HUE, REF, LOT No.) soient listés, la fiche technique note que la référence HIR-S06-P120/L649-P03/TR ne semble pas utiliser un système de classement détaillé pour l'intensité, la longueur d'onde ou la tension dans ce document, car toutes les valeurs typiques sont listées sans codes de classement. Le produit est identifié par son numéro de référence complet.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Scénarios d'application typiques

L'application principale est l'éclairage pour caméras CCD/CMOS en conditions de faible luminosité ou d'obscurité, permettant une fonctionnalité de vision nocturne dans les caméras de sécurité, les systèmes automobiles et les appareils grand public. D'autres applications incluent l'éclairage infrarouge actif pour la détection de proximité et de présence, les codeurs optiques, la transmission de données sur de courtes distances (applications de type IrDA) et le comptage ou le tri d'objets dans l'automatisation industrielle.

7.2 Considérations de conception critiques

• Gestion thermique :C'est primordial pour une LED haute puissance. La fiche technique recommande explicitement d'utiliser un dissipateur thermique. La conception du PCB doit inclure des vias thermiques adéquats et une surface de cuivre connectée au plot thermique de la LED (s'il est présent) ou aux broches pour évacuer la chaleur de la jonction. Dépasser Tj=115°C réduira considérablement la durée de vie et peut provoquer une défaillance immédiate.
• Circuit de commande :Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Un pilote à courant constant est fortement recommandé pour assurer une sortie optique stable et éviter l'emballement thermique. Le pilote doit être capable de fournir jusqu'à 1A tout en respectant les exigences de tension directe. Une protection contre les tensions inverses doit être envisagée.
• Conception optique :Le large angle de vision de 120 degrés offre une couverture étendue. Pour les applications nécessitant un faisceau plus focalisé, des optiques secondaires (lentilles) peuvent être utilisées. La lentille transparente convient à la longueur d'onde de 850nm.
• Protection ESD :Bien que classée pour 2kV ESD, les précautions standard de manipulation ESD doivent être suivies pendant l'assemblage et l'intégration.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux LED IR standard de faible puissance, le principal différentiateur de la HIR-S06-P120/L649-P03/TR est sa puissance rayonnante élevée (jusqu'à 890mW) dans un boîtier CMS. Cela permet un éclairage plus lumineux ou la capacité d'éclairer des zones plus grandes ou d'atteindre des portées plus longues. La longueur d'onde de 850nm est une norme courante, offrant un bon équilibre entre la réponse des capteurs au silicium et une relative invisibilité. Comparée aux LED 940nm, la 850nm produit souvent une faible lueur rouge à très haute puissance mais peut offrir des performances supérieures avec de nombreux capteurs au silicium. Le large angle de vision est un avantage pour l'éclairage de zone mais un inconvénient potentiel si un faisceau étroit est requis, auquel cas un composant avec un angle de vision plus étroit ou des optiques secondaires serait préférable.

9. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q : Puis-je alimenter cette LED directement depuis une alimentation 5V avec juste une résistance ?

R : C'est possible, mais un calcul minutieux est nécessaire. À 1A et Vf=3,45V, une résistance en série serait de (5V - 3,45V)/1A = 1,55 ohms, dissipant 1,55W. C'est inefficace et génère une chaleur importante dans la résistance. Un pilote à courant constant est fortement préférable pour les performances et la fiabilité.

Q : Pourquoi un dissipateur thermique est-il recommandé même si la température de fonctionnement va jusqu'à 100°C ?

R : La valeur de 100°C concerne la température ambiante de l'air (Ta). La limite critique est la température de jonction (Tj) de 115°C. La puissance dissipée (jusqu'à ~3,45W à 1A) chauffe la jonction au-dessus de la température ambiante. Un dissipateur thermique réduit la résistance thermique entre la jonction et l'air ambiant, maintenant Tj dans les limites à haute puissance et/ou à Ta élevée.

Q : Cette LED est-elle adaptée à un fonctionnement continu 24h/24 et 7j/7 ?

R : Oui, à condition que les valeurs maximales absolues ne soient pas dépassées et qu'une gestion thermique appropriée soit mise en œuvre. Fonctionner à ou en dessous de la condition typique de 700mA avec un bon dissipateur thermique serait un point de conception conservateur et fiable pour un fonctionnement continu.

Q : Quelle est la durée de vie typique de ce composant ?

R : La durée de vie (souvent définie comme le point où la sortie lumineuse se dégrade à 70% de la valeur initiale) dépend fortement des conditions de fonctionnement, principalement de la température de jonction. Lorsqu'il est utilisé dans les spécifications avec un refroidissement adéquat, des durées de vie de dizaines de milliers d'heures sont typiques pour ce type de LED.

10. Exemple pratique d'utilisation

Cas de conception : Module de caméra de sécurité à vision nocturne

Un concepteur crée un module de caméra de sécurité compact pour une utilisation extérieure. Le module comprend un capteur CCD et nécessite un éclairage IR pour le fonctionnement nocturne. La HIR-S06-P120/L649-P03/TR est sélectionnée pour sa puissance de sortie élevée et son boîtier CMS. Quatre LED sont disposées symétriquement autour de l'objectif de la caméra sur le PCB. Un circuit intégré pilote à courant constant dédié fournit 700mA à chaque LED. Le PCB est conçu avec de larges zones de cuivre connectées aux plots des LED via de multiples vias thermiques, et le boîtier entier de la caméra agit comme un dissipateur thermique. Le large faisceau de 120 degrés de chaque LED se superpose pour créer un champ d'éclairage uniforme et de grande surface adapté au champ de vision de la caméra. La longueur d'onde de 850nm assure une bonne réponse du capteur tout en restant largement invisible.

11. Principe de fonctionnement

Une LED infrarouge est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons du matériau de type n et les trous du matériau de type p sont injectés dans la région de la jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, de l'énergie est libérée. Dans une LED standard, cette énergie est libérée sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. La HIR-S06-P120/L649-P03/TR utilise une puce en Arseniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs), qui a une bande interdite correspondant à la lumière infrarouge à environ 850nm. La lentille en époxy transparente encapsule la puce, fournit une protection mécanique et façonne la lumière émise selon l'angle de vision spécifié.

12. Tendances technologiques et contexte

Les LED infrarouges haute puissance sont une technologie mature mais en évolution. Les tendances incluent l'augmentation du rendement énergétique (plus de lumière par watt électrique), ce qui réduit la charge thermique. Il y a également une poussée vers des densités de puissance plus élevées dans des boîtiers plus petits, mettant encore plus l'accent sur les solutions avancées de gestion thermique comme les plots thermiques intégrés ou les conceptions flip-chip. La demande est tirée par la croissance des marchés comme l'automobile (LiDAR, surveillance du conducteur), la sécurité et la vision industrielle. Bien que 850nm reste une longueur d'onde dominante en raison de la compatibilité des capteurs, il y a également une utilisation significative du 940nm pour les applications nécessitant une invisibilité totale (pas de lueur rouge). L'intégration des LED IR avec les pilotes et les capteurs dans des modules complets est une autre tendance en cours, simplifiant la conception pour les utilisateurs finaux.