LED infrarouge CMS 0603 - 1,6x0,8x0,8mm - Longueur d'onde pic 870nm - 65mA - 110mW - Fiche technique

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode émettrice infrarouge (IR) miniature à montage en surface haute performance. Le composant est logé dans un boîtier compact 0603, le rendant adapté aux applications à espace restreint nécessitant une émission infrarouge fiable. Sa fonction principale est d'émettre de la lumière dans le spectre du proche infrarouge, avec une longueur d'onde pic typique de 870 nanomètres (nm), qui est optimisée pour correspondre à la sensibilité spectrale des photodiodes et phototransistors au silicium. Le matériau de base est l'AlGaAs (Arséniure d'Aluminium et de Gallium), connu pour sa génération efficace de lumière infrarouge.

1.1 Avantages clés et marché cible

Ce composant offre plusieurs avantages clés pour la conception électronique moderne. Son boîtier CMS miniature à deux extrémités permet un montage haute densité sur PCB et est compatible avec les processus d'assemblage automatisés par pick-and-place. Il est conçu pour être compatible avec le soudage par refusion infrarouge et en phase vapeur, facilitant les flux de fabrication modernes. Le produit est conforme aux principales normes environnementales et de sécurité, notamment RoHS (Restriction des substances dangereuses), les règlements REACH de l'UE, et est sans halogène (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Cette combinaison de petite taille, de performance et de conformité le rend idéal pour l'électronique grand public, les capteurs industriels et les dispositifs de communication.

Applications principales :

• Capteurs de proximité et de présence infrarouges montés sur PCB.
• Télécommandes infrarouges nécessitant une intensité rayonnante plus élevée.
• Lecteurs de codes-barres et codeurs optiques.
• Divers systèmes de transmission de données et de détection basés sur l'infrarouge.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Une compréhension approfondie des paramètres électriques et optiques est cruciale pour une conception de circuit fiable et pour garantir que la LED fonctionne dans sa zone de fonctionnement sûre (SOA).

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées au fonctionnement normal.

• Courant direct continu (I_F) :65 mA. Dépasser ce courant, même momentanément, peut provoquer une défaillance catastrophique due à la surchauffe de la jonction semi-conductrice.
• Tension inverse (V_R) :5 V. La LED a une faible tension de claquage inverse. Les conceptions de circuit doivent garantir que la LED n'est pas soumise à une polarisation inverse dépassant cette valeur, nécessitant souvent une protection dans des environnements AC ou à signaux bidirectionnels.
• Dissipation de puissance (P_c) :110 mW à 25°C. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur. La puissance admissible réelle diminue lorsque la température ambiante (T_a) augmente. Une déclassement est nécessaire pour les applications à haute température.
• Plages de température :Fonctionnement : -25°C à +85°C ; Stockage : -40°C à +100°C.
• Température de soudage (T_sol) :260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci définit les contraintes du profil de soudage par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques (T_a=25°C)

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test spécifiées. Les concepteurs doivent utiliser les valeurs typiques ou maximales/minimales appropriées pour leurs marges de conception.

• Intensité rayonnante (I_E) :1,3 mW/sr (typique) à I_F=20mA. L'intensité rayonnante mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian). C'est un paramètre clé pour déterminer la force du signal au niveau du récepteur. La valeur minimale spécifiée est de 1,0 mW/sr.
• Longueur d'onde pic (λ_p) :870 nm (typique), avec une plage de 860 nm à 900 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle le spectre d'émission est le plus fort. L'adapter à la sensibilité pic du récepteur (par exemple, un photodétecteur au silicium à ~850-950nm) maximise l'efficacité du système.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :45 nm (typique). C'est la largeur à mi-hauteur (FWHM) du spectre d'émission, indiquant la plage de longueurs d'onde émises.
• Tension directe (V_F) :1,35 V (typique) à I_F=20mA, variant de 1,20 V à 1,70 V. Ce paramètre est essentiel pour calculer la valeur de la résistance de limitation de courant : R = (V_alim- V_F) / I_F. La variation doit être prise en compte dans les conceptions robustes.
• Courant inverse (I_R) :10 µA (maximum) à V_R=5V.
• Angle de vision (2θ_1/2) :140 degrés. C'est l'angle total où l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur pic (sur l'axe). Un large angle de vision est bénéfique pour les applications nécessitant une couverture étendue, comme les capteurs de proximité.

3. Analyse des courbes de performance

Les courbes caractéristiques fournies offrent des informations précieuses sur le comportement du composant dans diverses conditions, ce qui est critique pour la conception d'applications réelles.

3.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

Cette courbe illustre la relation entre le courant direct continu maximal admissible et la température ambiante. Elle démontre le déclassement nécessaire du courant direct à mesure que la température augmente pour rester dans la limite de dissipation de puissance. À des températures approchant la température de fonctionnement maximale (+85°C), le courant continu autorisé est nettement inférieur à la valeur maximale absolue de 65mA à 25°C.

3.2 Distribution spectrale

Le graphique de distribution spectrale montre la puissance rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Il confirme la longueur d'onde pic (λ_p) de 870nm et la largeur de bande spectrale typique (Δλ) d'environ 45nm. La forme de cette courbe est importante pour le filtrage et pour assurer la compatibilité avec la réponse spectrale du récepteur.

3.3 Longueur d'onde d'émission pic en fonction de la température ambiante

Cette courbe montre que la longueur d'onde pic a un coefficient de température positif, ce qui signifie qu'elle augmente légèrement avec l'augmentation de la température de jonction. Ce décalage (typiquement autour de 0,1-0,3 nm/°C pour les composants AlGaAs) est important pour les applications de détection de précision où la stabilité de la longueur d'onde est critique.

3.4 Tension directe en fonction de la température ambiante

La tension directe (V_F) a un coefficient de température négatif ; elle diminue lorsque la température augmente. Cette caractéristique doit être prise en compte dans les circuits d'alimentation à courant constant, car un V_Fplus bas à haute température pourrait légèrement affecter le calcul de la dissipation de puissance si une simple résistance série est utilisée.

3.5 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Ce diagramme polaire définit visuellement l'angle de vision (140° aux points de demi-intensité). Le diagramme de rayonnement est typiquement Lambertien ou quasi-Lambertien pour ce style de boîtier, ce qui est utile pour modéliser l'éclairement sur une surface cible à différents angles et distances.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier (0603)

Le composant est conforme à l'empreinte standard 0603 (1608 métrique) : environ 1,6mm de longueur, 0,8mm de largeur et 0,8mm de hauteur. Des dessins dimensionnels détaillés spécifient la disposition des pastilles, le contour du composant et les positions des bornes avec une tolérance standard de ±0,1mm sauf indication contraire. Une conception correcte du motif de pastilles est essentielle pour un soudage fiable et une stabilité mécanique.

4.2 Identification de la polarité

La fiche technique inclut un diagramme indiquant les bornes anode et cathode. La polarité correcte est obligatoire pour le fonctionnement du composant. Typiquement, la cathode peut être marquée par une encoche, un indicateur vert ou une forme de pastille spécifique sur l'emballage en bande et bobine.

4.3 Spécifications de la bande et de la bobine

Le produit est fourni dans une bande porteuse gaufrée de 8mm de large sur des bobines de 7 pouces de diamètre. Les dimensions de la bande porteuse sont spécifiées pour assurer la compatibilité avec l'équipement d'assemblage CMS standard. Chaque bobine contient 4000 pièces.

5. Directives de soudage et d'assemblage

Une manipulation appropriée est critique pour maintenir la fiabilité et les performances du composant.

5.1 Sensibilité à l'humidité et stockage

Le composant est sensible à l'humidité (MSL). Les précautions incluent :

• Ne pas ouvrir le sac barrière anti-humidité avant d'être prêt à l'emploi.
• Stocker les sacs non ouverts à ≤30°C et ≤90% HR.
• Utiliser dans l'année suivant l'expédition.
• Après ouverture, stocker à ≤30°C et ≤60% HR.
• Utiliser dans les 168 heures (7 jours) après ouverture du sac.
• Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessicant indique une entrée d'humidité, cuire à 60 ±5°C pendant au moins 24 heures avant utilisation.

5.2 Profil de soudage par refusion

Un profil de soudage par refusion sans plomb est recommandé. Les paramètres clés incluent une température pic de 260°C, avec le temps au-dessus de 240°C ne dépassant pas la limite recommandée (impliquée par le maximum de 5 secondes à 260°C). Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois pour éviter un stress thermique excessif sur le boîtier époxy et les fils de liaison.

5.3 Soudage manuel et retouche

Si un soudage manuel est nécessaire, utiliser un fer à souder avec une température de pointe inférieure à 350°C et appliquer de la chaleur sur chaque borne pendant pas plus de 3 secondes. Utiliser un fer de faible puissance (≤25W). Laisser un intervalle de refroidissement de plus de 2 secondes entre le soudage de chaque borne. Pour la retouche, un fer à souder double tête est recommandé pour chauffer simultanément les deux bornes et éviter le stress mécanique. La faisabilité et l'impact de la retouche sur les caractéristiques du composant doivent être vérifiés au préalable.

6. Considérations de conception d'application

6.1 La limitation de courant est obligatoire

Une LED est un composant piloté en courant.Une résistance série de limitation de courant est absolument requise.La tension directe (V_F) a une plage étroite, et une petite augmentation de la tension appliquée au-delà de V_Fprovoque une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant direct (I_F). La valeur de la résistance est calculée sur la base de la tension d'alimentation (V_alim), du courant direct souhaité (I_F) et de la tension directe (V_F), en utilisant le pire cas de V_F(minimum) pour garantir que le courant ne dépasse pas le maximum de conception.

6.2 Gestion thermique

Bien que le boîtier soit petit, la dissipation de puissance (jusqu'à 110mW) génère de la chaleur. Pour un fonctionnement continu à des courants élevés ou dans des températures ambiantes élevées, considérez la résistance thermique du PCB. Fournir une surface de cuivre adéquate (pastilles de décharge thermique) autour des pastilles de soudure aide à dissiper la chaleur et à maintenir une température de jonction plus basse, ce qui améliore la fiabilité à long terme et empêche la dégradation de la sortie lumineuse.

6.3 Conception optique

L'angle de vision de 140 degrés fournit une émission large. Pour les applications nécessitant un faisceau plus focalisé, des lentilles ou réflecteurs externes peuvent être utilisés. Inversement, pour une couverture de zone très large, l'angle natif peut être suffisant. La lentille transparente est adaptée aux applications où le point d'émission exact n'est pas critique ; si une couleur ou une diffusion spécifique est nécessaire pour l'alignement d'assemblage, cela doit être pris en compte car la lentille ne la fournit pas.

6.4 Protection du circuit

Dans les environnements où des transitoires de tension inverse sont possibles (par exemple, charges inductives, branchement à chaud), envisagez d'ajouter une diode de protection en parallèle avec la LED (cathode vers anode) pour limiter toute tension inverse en dessous de la valeur maximale de 5V.

7. Guide de comparaison et de sélection

Ce composant fait partie d'une famille de LED IR. Le critère de sélection clé du guide fourni est le matériau de la puce (AlGaAs) et la couleur de la lentille (Transparente). Lors de la sélection d'une LED IR, les ingénieurs doivent comparer les paramètres clés :

• Longueur d'onde (λ_p) :Correspondre à la sensibilité pic du récepteur (photodiode, phototransistor ou CI). 870nm est une norme courante.
• Intensité rayonnante (I_E) :Une intensité plus élevée fournit un signal plus fort, permettant une portée plus longue ou un courant d'alimentation plus faible.
• Angle de vision :Un angle étroit offre une portée plus longue et une lumière plus focalisée ; un angle large offre une couverture plus étendue.
• Taille du boîtier :Le boîtier 0603 offre une empreinte très petite pour les conceptions miniaturisées.
• Tension directe :Un V_Fplus bas peut être avantageux dans les circuits alimentés par batterie basse tension.

Le principal différentiateur de cette référence spécifique est sa combinaison d'une empreinte standard 0603 avec une intensité rayonnante relativement élevée et un large angle de vision, adaptée à la détection et à la communication IR générales.

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

8.1 À quoi sert la longueur d'onde de 870nm ?

870nm se situe dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil humain. Il est efficacement détecté par des photodétecteurs au silicium peu coûteux et courants, dont la sensibilité pic se situe autour de 800-950nm. Cela le rend idéal pour la détection, la télécommande et les applications d'isolation optique.

8.2 Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?

No.Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. Par exemple, pour piloter à I_F=20mA depuis une alimentation 3,3V, en supposant un V_Ftypique de 1,35V : R = (3,3V - 1,35V) / 0,020A = 97,5Ω. Utilisez une résistance standard de 100Ω. Vérifiez toujours que le courant ne dépasse pas le maximum dans le pire cas de V_F conditions.

8.3 Comment la température affecte-t-elle les performances ?

Lorsque la température augmente : La sortie rayonnante diminue généralement, la tension directe diminue et la longueur d'onde pic augmente légèrement. Pour un fonctionnement stable, concevez un circuit d'alimentation qui tient compte de ces variations, surtout si le fonctionnement s'effectue sur toute la plage de -25°C à +85°C.

8.4 Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?

Pour un fonctionnement continu au courant maximal absolu (65mA) à température ambiante, la dissipation de puissance est P = V_F* I_F≈ 1,35V * 0,065A ≈ 88mW, ce qui est inférieur à la valeur nominale de 110mW. Cependant, à haute température ambiante, un déclassement est nécessaire. Une bonne conception thermique du PCB (pastilles de cuivre) suffit généralement ; un dissipateur thermique séparé n'est pas typique pour les boîtiers 0603.

9. Exemple d'application pratique : Capteur de proximité IR simple

Un cas d'utilisation courant est un capteur d'objet réfléchissant. La LED IR est placée à côté d'un phototransistor. Un microcontrôleur envoie des impulsions à la LED (par exemple, à 20mA). La lumière se réfléchit sur un objet proche et est détectée par le phototransistor, dont la sortie est lue par le microcontrôleur. Étapes de conception :

1. Alimentation de la LED :Utilisez une broche GPIO et un transistor NPN (ou un MOSFET) avec une résistance série pour envoyer des impulsions à la LED au courant souhaité. L'impulsion permet un courant instantané plus élevé (pour un signal plus fort) tout en gardant la puissance moyenne faible.
2. Circuit récepteur :Le phototransistor est connecté en configuration émetteur commun avec une résistance de tirage pour créer une sortie de tension. La valeur de la résistance de collecteur détermine la sensibilité et la vitesse de réponse.
3. Considérations optiques :Une petite barrière entre la LED et le phototransistor sur le PCB aide à réduire la diaphonie directe. Le large angle de vision de 140° de la LED aide à éclairer une large zone devant le capteur.
4. Traitement du signal :Le microcontrôleur peut utiliser une détection synchrone (ne lisant le récepteur que pendant l'impulsion de la LED) pour rejeter les interférences de la lumière ambiante.

10. Principe de fonctionnement et tendances technologiques

10.1 Principe de fonctionnement de base

Une LED infrarouge est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'elle est polarisée en direct, les électrons de la région n se recombinent avec les trous de la région p dans la région active (faite d'AlGaAs). Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). L'énergie de bande interdite spécifique du matériau AlGaAs détermine la longueur d'onde des photons émis, qui dans ce cas se situe dans la plage infrarouge de 870nm. Le boîtier époxy transparent encapsule la puce, fournit une protection mécanique et agit comme une lentille façonnant le diagramme d'émission.

10.2 Tendances de l'industrie

La tendance des LED infrarouges CMS continue vers une efficacité plus élevée (plus de sortie rayonnante par unité d'entrée électrique), des tailles de boîtier plus petites pour une plus grande flexibilité de conception et une intégration accrue. Cela inclut des composants avec pilotes intégrés, une sortie modulée pour une meilleure immunité au bruit, et des boîtiers multi-puces combinant différentes longueurs d'onde ou combinant un émetteur et un détecteur dans un seul boîtier. Il y a également un fort accent sur l'amélioration des performances et de la fiabilité à haute température pour les applications automobiles et industrielles. Le composant décrit ici représente une solution mature, fiable et largement adoptée dans ce paysage en évolution.