Fiche technique LED émettrice infrarouge 940nm - Boîtier EIA - Longueur d'onde pic 940nm - Tension directe 1,2V - Intensité rayonnante 0,8mW/sr - Document technique

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant émetteur infrarouge discret. Le dispositif est conçu pour des applications nécessitant une émission infrarouge fiable, telles que les systèmes de télécommande, la transmission de données sans fil IR et les systèmes d'alarme de sécurité. Il appartient à une gamme de produits incluant diverses diodes électroluminescentes infrarouges (IRED) et photodétecteurs. Le matériau principal utilisé est l'arséniure de gallium (GaAs), optimisé pour une émission à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres. Cette longueur d'onde est couramment utilisée dans l'électronique grand public car elle est invisible à l'œil nu et offre de bonnes performances avec les récepteurs à base de silicium.

Le composant est proposé dans un boîtier EIA standard, le rendant compatible avec les processus d'assemblage automatisés. Il dispose d'une lentille plate transparente en vue de dessus offrant un large angle de vision. Le produit est conforme aux directives RoHS et est classé comme produit vert.

1.1 Caractéristiques principales

• Conforme aux normes RoHS et produit vert.
• Conception en vue de dessus avec une lentille plate transparente.
• Conditionné en bande de 8mm sur bobines de 7 pouces de diamètre pour placement automatisé.
• Compatible avec les équipements de placement automatique.
• Adapté aux processus de soudure par refusion infrarouge.
• Empreinte de boîtier EIA standard.
• Longueur d'onde d'émission pic (λp) de 940nm.
• Niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) : Niveau 3.

1.2 Applications cibles

• Utilisation principale comme source émettrice infrarouge.
• Intégration dans des ensembles capteurs infrarouges montés sur PCB.
• Unités de télécommande pour l'électronique grand public (téléviseurs, systèmes audio).
• Liaisons de données sans fil à courte portée.
• Capteurs de proximité et détection d'objets.
• Interrupteurs de faisceau pour systèmes de sécurité et d'alarme.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Les sections suivantes fournissent une analyse détaillée des principaux paramètres de performance du dispositif tels que définis dans la fiche technique. Comprendre ces paramètres est essentiel pour une conception de circuit appropriée et un fonctionnement fiable.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti et doit être évité pour une performance fiable à long terme.

• Dissipation de puissance (Pd) :100 mW. C'est la puissance totale maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur. Dépasser cette limite risque d'entraîner un emballement thermique et une défaillance.
• Courant direct de crête (I_FP) :500 mA. C'est le courant maximal autorisé en conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10 μs). Il est nettement supérieur à la valeur en courant continu, permettant des impulsions de haute luminosité dans les télécommandes.
• Courant direct continu (I_F) :50 mA. Le courant direct continu maximal. Pour un fonctionnement plus efficace et fiable, un courant de commande plus faible (par exemple, 20mA comme utilisé dans les conditions de test) est recommandé.
• Tension inverse (V_R) :5 V. La tension maximale pouvant être appliquée en sens inverse. Le dispositif n'est pas conçu pour un fonctionnement inverse, et le dépassement peut provoquer un claquage.
• Température de fonctionnement & de stockage :-40°C à +85°C et -55°C à +100°C, respectivement. Ces plages définissent les conditions environnementales pour le fonctionnement et le non-fonctionnement.
• Condition de soudure infrarouge :Résiste à 260°C pendant un maximum de 10 secondes. Ceci est essentiel pour définir le profil de soudure par refusion.

2.2 Caractéristiques électriques & optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés à une température ambiante (T_A) de 25°C. Ils définissent le comportement du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales.

• Intensité rayonnante (I_E) :0,8 mW/sr (Typique) à I_F= 20mA. Ceci mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide. Le minimum est de 0,42 mW/sr, et la tolérance de test est de ±15%. Ce paramètre impacte directement la portée effective du système IR.
• Longueur d'onde d'émission pic (λ_pic) :940 nm (Typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique émise est maximale. Elle doit être adaptée à la sensibilité pic du photodétecteur ou du phototransistor récepteur.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :50 nm (Typique). Ceci indique la largeur de bande spectrale où l'intensité d'émission est au moins la moitié de la valeur pic. Une bande passante plus étroite peut être bénéfique pour filtrer le bruit de la lumière ambiante.
• Tension directe (V_F) :1,2 V (Typique), 1,6 V (Max) à I_F= 20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la diode lorsqu'elle conduit. Elle est essentielle pour calculer la valeur de la résistance série : R_série= (V_alimentation- V_F) / I_F.
• Courant inverse (I_R) :10 μA (Max) à V_R= 5V. C'est le faible courant de fuite lorsque la diode est polarisée en inverse.
• Angle de vision (2θ_1/2) :150° (Typique). C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante tombe à la moitié de sa valeur sur l'axe. Un angle aussi large est utile pour les applications nécessitant une large couverture plutôt qu'un faisceau focalisé.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent comment les paramètres clés varient avec les conditions de fonctionnement. Celles-ci sont inestimables pour l'optimisation de la conception.

3.1 Distribution spectrale

La courbe de distribution spectrale (Fig. 1) montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme le pic à 940nm et la demi-largeur d'environ 50nm, fournissant une représentation visuelle de la pureté spectrale de la lumière émise.

3.2 Courant direct vs. Température ambiante & Tension directe

La figure 2 montre comment le courant direct maximal autorisé se dégrade à mesure que la température ambiante augmente. Ceci est crucial pour la gestion thermique. La figure 3 est la courbe I-V (Courant-Tension) standard, montrant la relation exponentielle entre le courant direct et la tension. La courbe aide à comprendre la résistance dynamique de la diode.

3.3 Intensité rayonnante relative vs. Température & Courant

La figure 4 illustre comment la puissance optique de sortie diminue lorsque la température ambiante augmente. La figure 5 montre comment la puissance de sortie augmente avec le courant direct, mais pas de manière linéaire. Elle met en évidence le point de rendements décroissants et la baisse potentielle d'efficacité à des courants très élevés.

3.4 Diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement polaire (Fig. 6) représente graphiquement l'angle de vision. Le motif presque circulaire avec des valeurs d'intensité marquées à différents angles confirme le motif d'émission très large, de type lambertien, caractéristique d'un boîtier à lentille plate.

4. Informations mécaniques & de conditionnement

4.1 Dimensions de contour

La fiche technique inclut un dessin mécanique détaillé du composant. Les dimensions clés incluent la taille du corps, l'espacement des broches et la hauteur totale. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1mm sauf indication contraire. Le boîtier est conforme à une empreinte EIA standard, garantissant la compatibilité avec les conceptions de PCB courantes et les machines pick-and-place.

4.2 Dimensions recommandées des pastilles de soudure

Un motif de pastilles (empreinte) recommandé pour la conception de PCB est fourni. Respecter ces dimensions assure une formation correcte des joints de soudure pendant la refusion. La recommandation inclut l'utilisation d'un pochoir métallique pour l'application de la pâte à souder avec une épaisseur de 0,1mm (4 mils) ou 0,12mm (5 mils).

4.3 Identification de la polarité

La cathode est généralement indiquée par un côté plat, une encoche ou une broche plus courte sur le corps du composant et dans le dessin de contour. La polarité correcte doit être respectée pendant l'assemblage pour éviter d'endommager le dispositif.

4.4 Dimensions du conditionnement en bande et bobine

Le composant est fourni en bande porteuse gaufrée sur des bobines de 7 pouces (178mm) de diamètre. La fiche technique fournit les dimensions détaillées des alvéoles de la bande, de la bande de couverture et du moyeu de la bobine. Les quantités standard par bobine sont de 5000 pièces. Le conditionnement est conforme aux spécifications ANSI/EIA-481-1-A-1994.

5. Directives de soudure & d'assemblage

5.1 Paramètres de soudure par refusion

Le dispositif est compatible avec les processus de soudure par refusion infrarouge (IR). Un profil suggéré pour la soudure sans plomb (Pb-free) est fourni, avec les paramètres clés suivants :

• Préchauffage :150–200°C.
• Durée de préchauffage :Maximum 120 secondes.
• Température pic :Maximum 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus :Maximum 10 secondes (maximum recommandé deux cycles de refusion).

Le profil est basé sur les normes JEDEC. Il est souligné que le profil optimal dépend de la conception spécifique de la carte, des composants, de la pâte à souder et du four, donc une caractérisation est nécessaire.

5.2 Soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire, utilisez un fer à souder dont la température ne dépasse pas 300°C, et limitez le temps de contact à un maximum de 3 secondes par broche.

5.3 Conditions de stockage

En raison de son classement Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 3 :

• Sac scellé :Conserver à ≤30°C et ≤90% HR. Utiliser dans l'année suivant la date de scellement du sac.
• Après ouverture du sac :Conserver à ≤30°C et ≤60% HR. Il est recommandé de terminer la refusion IR dans la semaine (168 heures).
• Stockage prolongé (ouvert) :Conserver dans un récipient scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote.
• Séchage (Baking) :Si exposé plus d'une semaine, sécher à environ 60°C pendant au moins 20 heures avant la soudure pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet \"popcorn\" pendant la refusion.

5.4 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est requis, utilisez des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique. Évitez les nettoyants chimiques agressifs ou inconnus qui pourraient endommager la lentille en époxy ou le boîtier.

6. Suggestions d'application & Considérations de conception

6.1 Circuits d'application typiques

Le circuit le plus courant est une simple connexion en série : une source de tension (V_CC), une résistance de limitation de courant (R_S), et l'IRED. R_S= (V_CC- V_F) / I_F. Pour un fonctionnement pulsé (par exemple, télécommande), un transistor (BJT ou MOSFET) est typiquement utilisé pour commuter l'IRED à la fréquence et au rapport cyclique souhaités. Le courant de crête ne doit pas dépasser le I_FP rating.

6.2 Considérations de conception optique

• Portée vs. Courant :La portée effective est proportionnelle à la racine carrée de l'intensité rayonnante. Doubler le courant de commande ne double pas la portée.
• Sélection de la lentille :La lentille plate intégrée offre une large couverture. Pour une portée plus longue ou des faisceaux focalisés, une lentille plastique externe peut être ajoutée pour collimater la lumière.
• Adaptation du récepteur :Associez toujours l'émetteur 940nm avec un photodétecteur (photodiode, phototransistor ou circuit intégré) dont la sensibilité pic se situe également dans la région des 940nm. De nombreux détecteurs au silicium ont une bonne sensibilité autour de 850-950nm.
• Rejet de la lumière ambiante :Dans les environnements avec un fort IR ambiant (lumière du soleil, ampoules à incandescence), utilisez un signal modulé et un récepteur avec un démodulateur adapté. Un filtre optique sur le récepteur qui bloque la lumière visible et laisse passer le 940nm peut améliorer significativement le rapport signal/bruit.

6.3 Gestion thermique

Bien que le dispositif puisse gérer 100mW, fonctionner à une dissipation de puissance plus faible augmente la fiabilité et la longévité. Assurez une surface de cuivre PCB adéquate autour des pastilles pour servir de dissipateur thermique, surtout si vous pilotez près du courant continu maximal. La courbe de déclassement (Fig. 2) doit être consultée pour les environnements à haute température.

7. Comparaison technique & Différenciation

Cette IRED GaAs 940nm offre un ensemble équilibré de caractéristiques pour les applications infrarouges générales. Les principaux éléments de différenciation impliqués par ses spécifications incluent :

• Longueur d'onde :Le 940nm est préféré au 850nm dans de nombreuses applications grand public car il est moins visible sous forme d'une faible lueur rouge, offrant un fonctionnement plus discret.
• Large angle de vision :L'angle de 150° est exceptionnellement large, adapté aux applications où l'alignement n'est pas critique ou où une couverture de large zone est nécessaire (par exemple, capteurs de présence).
• Boîtier standard :Le boîtier EIA garantit un approvisionnement facile, une compatibilité et un remplacement aisés au sein de l'industrie.
• Robustesse :Les valeurs pour le courant pulsé (500mA) et la soudure par refusion (260°C) indiquent un composant conçu pour une fabrication fiable en grande série.

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

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

En utilisant la V_Ftypique de 1,2V : R = (5V - 1,2V) / 0,020A = 190 Ohms. Une résistance standard de 180 ou 200 Ohm conviendrait. Utilisez toujours la V_Fmaximale (1,6V) pour une conception conservatrice afin de garantir que le courant ne dépasse pas la cible : R_min = (5V - 1,6V) / 0,020A = 170 Ohms.

8.2 Puis-je l'utiliser pour une télécommande longue portée ?

Son intensité rayonnante de 0,8 mW/sr convient aux télécommandes intérieures typiques sur des distances de 5 à 10 mètres. Pour une portée plus longue, vous devriez augmenter le courant de commande (dans les limites des valeurs pulsées), utiliser une lentille de focalisation, ou sélectionner une IRED avec une spécification d'intensité rayonnante plus élevée.

8.3 La fiche technique indique \"La condition de tension inverse est appliquée uniquement pour le test IR. Le dispositif n'est pas conçu pour un fonctionnement inverse.\" Qu'est-ce que cela signifie ?

Cela signifie que la valeur de tension inverse de 5V est un paramètre de test pour vérifier le courant de fuite pendant la fabrication. Ce n'est pas une valeur de fonctionnement. Dans votre circuit, vous devez vous assurer que l'IRED n'est jamais soumise à une polarisation inverse pendant le fonctionnement normal, car même une petite tension inverse pourrait l'endommager si elle n'est pas limitée en courant. Incluez toujours une protection, comme vous assurer qu'elle est correctement orientée ou ajouter une diode en parallèle si la topologie du circuit pourrait causer une tension inverse.

8.4 Quelle est l'importance critique de la durée de vie au sol d'une semaine après ouverture du sac barrière à l'humidité ?

Pour les composants MSL 3, c'est très important. Dépasser la durée de vie au sol sans stockage approprié ou séchage risque l'infiltration d'humidité dans le boîtier plastique. Pendant le processus de soudure par refusion à haute température, cette humidité peut se vaporiser rapidement, provoquant un délaminage interne, des fissures ou l'effet \"popcorn\", ce qui entraîne une défaillance immédiate ou latente. Respectez strictement les directives de stockage et de séchage.

9. Principes de fonctionnement

Une Diode Électroluminescente Infrarouge (IRED) fonctionne sur le même principe qu'une LED visible standard mais utilise des matériaux semi-conducteurs (comme le GaAs) avec une bande interdite correspondant aux énergies des photons infrarouges. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du semi-conducteur, libérant de l'énergie sous forme de photons. Pour le GaAs, cette énergie photonique correspond à une longueur d'onde d'environ 940nm. La lentille en époxy transparente est transparente à la fois à la lumière visible et infrarouge, permettant au rayonnement IR de passer tout en offrant une protection mécanique et environnementale à la puce semi-conductrice.

10. Tendances de l'industrie

Le marché des composants infrarouges discrets reste stable, porté par des applications établies comme les télécommandes et des usages évolutifs dans les capteurs IoT, la reconnaissance de gestes et la vision industrielle. Les tendances incluent l'intégration d'émetteurs et de détecteurs dans des boîtiers plus petits et plus robustes, le développement d'IRED à plus haute vitesse pour la communication de données (successeurs de l'IrDA), et un accent accru sur l'efficacité énergétique et la fiabilité pour les appareils à piles. Le passage vers des matériaux sans plomb (Pb-free) et sans halogène conformément aux réglementations environnementales mondiales est également une exigence standard, que ce composant satisfait.