Fiche technique de la LED infrarouge IR17-21C/TR8 - Boîtier 0805 - 1,2V - 940nm - 130mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La IR17-21C/TR8 est une diode émettrice infrarouge (IR) haute performance conçue pour les applications de technologie de montage en surface (CMS) modernes. Logée dans un boîtier compact 0805, ce composant est conçu pour fournir une émission infrarouge fiable spécifiquement adaptée aux photodétecteurs à base de silicium. Sa fonction principale est de servir de source infrarouge efficace dans divers circuits de détection et de commutation.

L'avantage principal de ce composant réside dans son facteur de forme miniature, qui permet des conceptions de PCB à haute densité, et son excellent appariement spectral avec les photodiodes et phototransistors au silicium, garantissant une sensibilité optimale du système. Le dispositif est construit avec une lentille en plastique transparente, offrant une vue de dessus plate qui contribue à son large angle de vision de 120 degrés. Il est conforme aux principales normes environnementales et de sécurité, notamment RoHS, REACH UE, et est fabriqué en tant que composant sans halogène.

2. Spécifications techniques et interprétation objective

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti.

• Courant direct continu (I_F): 65 mA. C'est le courant continu maximal pouvant circuler en continu à travers la LED.
• Tension inverse (V_R): 5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à cette valeur peut entraîner la rupture de la jonction PN de la LED.
• Température de fonctionnement & de stockage (T_opr, T_stg): -40°C à +85°C. Le composant est conçu pour des plages de températures industrielles.
• Dissipation de puissance (P_d): 130 mW à 25°C. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur. Une déclassement est nécessaire à des températures ambiantes plus élevées.
• Température de soudure (T_sol): 260°C pendant ≤5 secondes. Ceci définit la tolérance du pic de profil de refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard à une température ambiante de 25°C et un courant direct de 20 mA, représentant des conditions de fonctionnement typiques.

• Intensité rayonnante (I_e): 0,2 mW/sr (Min), 0,8 mW/sr (Typ). Cela mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide. La valeur typique indique la sortie attendue.
• Longueur d'onde de crête (λ_p): 940 nm (Typ). La lumière infrarouge émise est centrée sur cette longueur d'onde, idéale pour les détecteurs au silicium qui ont une sensibilité élevée dans la région du proche infrarouge.
• Largeur de bande spectrale (Δλ): 45 nm (Typ). Ceci définit la plage de longueurs d'onde émises, typiquement la largeur à mi-hauteur (FWHM).
• Tension directe (V_F): 1,2 V (Typ), 1,5 V (Max) à 20mA. La faible tension directe réduit la consommation d'énergie et la charge thermique.
• Courant inverse (I_R): 10 µA (Max) à 5V. C'est le courant de fuite lorsque le dispositif est polarisé en inverse.
• Angle de vision (2θ_1/2): 120° (Typ). Défini comme l'angle total où l'intensité tombe à la moitié de la valeur sur l'axe, fournissant un motif d'émission très large.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques cruciales pour les ingénieurs de conception.

• Courant direct vs Température ambiante: Ce graphique montre comment le courant direct maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente, en raison de la limite de dissipation de puissance du boîtier. Il est essentiel pour la gestion thermique.
• Distribution spectrale: Illustre la puissance rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde, confirmant le pic à 940nm et la largeur de bande spectrale.
• Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V): Démontre la relation exponentielle typique d'une diode. La courbe aide à sélectionner la résistance de limitation de courant appropriée pour une tension d'alimentation donnée.
• Intensité rayonnante relative vs Déplacement angulaire: Un diagramme polaire montrant le motif d'émission. L'angle de vision de 120 degrés est visuellement confirmé ici, montrant une distribution Lambertienne ou quasi-Lambertienne commune pour les LED à dessus plat.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

La IR17-21C/TR8 est conforme à l'empreinte standard 0805 (impériale) ou 2012 (métrique). Les dimensions clés incluent une longueur de corps d'environ 2,0 mm, une largeur de 1,25 mm et une hauteur typique de 0,8 à 1,0 mm (valeur exacte sur le dessin). L'anode et la cathode sont clairement marquées sur le boîtier. La disposition de pastilles recommandée est fournie pour la conception du PCB, avec des recommandations pour l'ajuster en fonction des processus de fabrication spécifiques.

4.2 Dimensions du ruban porteur

Les composants sont fournis sur des bobines de ruban standard de 8mm pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Chaque bobine contient 3000 pièces. Les dimensions du ruban, y compris la taille des alvéoles, le pas et le diamètre de la bobine, sont spécifiées pour assurer la compatibilité avec les alimenteurs des équipements CMS.

5. Directives de soudure et d'assemblage

5.1 Sensibilité à l'humidité et stockage

Le composant est sensible à l'humidité (niveau MSL spécifié sur l'étiquette). Les sachets barrière d'humidité non ouverts doivent être stockés en dessous de 30°C et 90% HR. Une fois ouverts, les composants ont une durée de vie au sol de 168 heures (7 jours) lorsqu'ils sont stockés à ≤60% HR. Le dépassement de cette durée nécessite une procédure de séchage (par exemple, 96 heures à 60°C) avant la refusion pour éviter les dommages de type \"pop-corn\" pendant la soudure.

5.2 Profil de soudure par refusion

Un profil de température de refusion sans plomb (Pb-free) est recommandé. Les paramètres clés incluent une étape de préchauffage, un temps défini au-dessus du liquidus (par exemple, 217°C), une température de pointe ne dépassant pas 260°C, et un temps total dans la zone de température critique. La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois.

5.3 Soudure manuelle et retouche

Si une soudure manuelle est nécessaire, un fer à souder avec une température de pointe inférieure à 350°C et une puissance nominale inférieure à 25W doit être utilisé. Le temps de contact par borne doit être limité à 3 secondes, avec un refroidissement adéquat entre les bornes. Pour la retouche, un fer à souder double tête est recommandé pour chauffer simultanément les deux bornes et éviter les contraintes mécaniques sur les soudures. L'impact de la retouche sur la fiabilité du composant doit être évalué au préalable.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Scénarios d'application typiques

• Capteurs infrarouges montés sur PCB: Utilisé comme émetteur dans les capteurs de proximité, la détection d'objets et les interrupteurs sans contact.
• Barrières lumineuses miniatures / Interrupteurs optiques: Couplé avec un photodétecteur pour détecter les objets interrompant un faisceau lumineux, utilisé dans les codeurs, capteurs à fente et systèmes de sécurité.
• Commutateurs optoélectroniques: Dans les capteurs réfléchissants où la lumière de la LED rebondit sur une surface vers un détecteur.
• Détecteurs de fumée: Employé dans certaines conceptions de chambres optiques pour détecter les particules de fumée diffusant la lumière.

6.2 Considérations de conception critiques

• La limitation de courant est obligatoire: Une résistance série externe doit toujours être utilisée pour fixer le courant direct. La faible tension directe de la LED signifie que même de petites augmentations de la tension d'alimentation peuvent provoquer une augmentation importante et destructrice du courant.
• Gestion thermique: Bien que le boîtier soit petit, la dissipation de puissance doit être prise en compte, en particulier dans les environnements à température ambiante élevée ou lors d'un fonctionnement proche du courant maximal. Une surface de cuivre de PCB adéquate peut aider à dissiper la chaleur.
• Alignement optique: Le large angle de vision de 120 degrés est bénéfique pour une couverture étendue mais réduit l'intensité en tout point spécifique. Pour les applications à plus longue portée ou focalisées, des lentilles externes peuvent être nécessaires.
• Immunité au bruit électrique: Dans les environnements électriquement bruyants, envisagez de blindage ou de moduler le courant d'alimentation de la LED pour distinguer le signal du bruit IR ambiant (par exemple, de la lumière du soleil ou d'autres sources).

7. Comparaison et différenciation technique

Comparée à d'autres LED infrarouges, les principaux points de différenciation de la IR17-21C/TR8 sont sa combinaison d'une empreinte 0805 très compacte avec une intensité rayonnante relativement élevée (0,8 mW/sr typique) et un large angle de vision de 120 degrés. De nombreuses LED IR concurrentes dans des boîtiers similaires peuvent offrir des angles de vision plus étroits ou une sortie inférieure. Sa faible tension directe de 1,2V est également un avantage pour les circuits alimentés par batterie basse tension, améliorant l'efficacité. La conformité explicite aux normes Sans Halogène et REACH la rend adaptée aux conceptions soucieuses de l'environnement avec des restrictions matérielles strictes.

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

8.1 Quelle valeur de résistance dois-je utiliser pour alimenter cette LED à 20mA à partir d'une alimentation 5V ?

En utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alim- V_F) / I_F. Avec V_alim=5V, V_F=1,2V (typique), et I_F=0,020A, R = (5 - 1,2) / 0,02 = 190 Ohms. Une résistance standard de 200 Ohms donnerait un courant d'environ (5-1,2)/200 = 19mA, ce qui est acceptable. Calculez toujours en utilisant la V_Fmax (1,5V) pour vous assurer que le courant minimum est suffisant pour votre application.

8.2 Puis-je impulsionner cette LED avec des courants supérieurs à 65mA ?

La valeur maximale absolue pour le Courant Direct Continu est de 65mA. L'impulsion avec des courants de crête plus élevés peut être possible si le cycle de service est suffisamment bas pour maintenir le courant moyen et la température de jonction résultante dans des limites sûres. Cependant, la fiche technique ne fournit pas de valeurs nominales de courant pulsé ou de courbes de déclassement. Fonctionner au-dessus des valeurs maximales absolues n'est pas recommandé sans données de caractérisation spécifiques du fabricant, car cela peut réduire la fiabilité et la durée de vie.

8.3 Comment la température ambiante affecte-t-elle la sortie ?

L'intensité rayonnante des LED diminue généralement lorsque la température de jonction augmente. Le graphique \"Courant direct vs Température ambiante\" y est indirectement lié, car des températures plus élevées obligent à réduire le courant autorisé pour éviter la surchauffe. Pour une stabilité de sortie précise en fonction de la température, un circuit de rétroaction utilisant le photodétecteur apparié ou une compensation de température peut être nécessaire.

9. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un capteur de détection de papier dans une imprimante

Un ingénieur doit détecter la présence de papier dans le bac d'entrée d'une petite imprimante. L'espace est extrêmement limité. Il choisit la IR17-21C/TR8 et un phototransistor apparié dans un boîtier similaire. Les composants sont placés de part et d'autre d'un canal étroit à travers lequel le papier passe. La LED est alimentée à 15mA (en utilisant une résistance appropriée à partir de l'alimentation logique 3,3V de l'imprimante) pour économiser l'énergie tout en fournissant un signal adéquat. Le large angle de vision de 120 degrés de la LED garantit que le faisceau remplit suffisamment le canal même avec un léger désalignement mécanique. Lorsque le papier est présent, il bloque la lumière infrarouge, provoquant un changement dans la sortie du phototransistor, qui est lu par un microcontrôleur. Le faible profil du boîtier 0805 permet l'intégration du capteur dans le mécanisme mince. Le concepteur suit les directives du profil de refusion et s'assure que la conception du PCB inclut des pastilles de décharge thermique pour la soudure.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Une Diode Électroluminescente Infrarouge (DEL IR) est une diode semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée à ses bornes (anode positive par rapport à la cathode), des électrons sont injectés à travers la jonction PN. Lorsque ces électrons se recombinent avec des trous dans la région active du matériau semi-conducteur (Arséniure de Gallium Aluminium - GaAlAs dans ce cas), de l'énergie est libérée sous forme de photons (particules de lumière). La composition spécifique du matériau GaAlAs détermine la longueur d'onde des photons émis, qui est dans le spectre infrarouge (940nm) pour ce dispositif. Cette longueur d'onde est invisible à l'œil humain mais peut être efficacement détectée par les photodiodes et phototransistors au silicium, qui génèrent un courant lorsqu'ils sont frappés par des photons d'énergie suffisante.

11. Tendances et évolutions de l'industrie

La tendance en optoélectronique, y compris les composants IR, continue vers la miniaturisation, une efficacité plus élevée et l'intégration. Les boîtiers plus petits que le 0805 (par exemple, 0603, 0402) deviennent plus courants pour les applications à espace limité. Il y a également une volonté d'augmenter l'intensité rayonnante et la puissance de sortie des boîtiers plus petits grâce à une conception de puce et des matériaux d'encapsulation améliorés. L'intégration est une autre tendance clé, avec des paires émetteur-détecteur combinées dans des boîtiers uniques (coupleurs optiques, capteurs réfléchissants) simplifiant l'assemblage et améliorant l'alignement. De plus, la demande de composants conformes aux réglementations environnementales strictes (RoHS, REACH, Sans Halogène) est désormais une exigence standard dans toute l'industrie, stimulant les innovations en science des matériaux pour les soudures sans plomb et les composés d'encapsulation.