Fiche technique de l'émetteur et détecteur IR LTE-C216-P-W - Boîtier 1206 (3.2x1.6x1.1mm) - Longueur d'onde de crête 850nm - Tension directe 1.4V - Puissance dissipée 100mW - Document technique en anglais

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant discret émetteur et détecteur infrarouge (IR). Ce dispositif est conçu pour des applications nécessitant une transmission et une réception fiables de signaux infrarouges. Il combine une diode électroluminescente infrarouge (IRED) et un élément de détection dans un boîtier unique, compact et à montage en surface. La technologie de base repose sur des matériaux à base d'Arséniure de Gallium (GaAs) et d'Arséniure d'Aluminium et de Gallium (AlGaAs), optimisés pour fonctionner à une longueur d'onde de crête de 850 nanomètres. Cette longueur d'onde est couramment utilisée dans l'électronique grand public et la transmission de données en raison de son bon équilibre entre performance et disponibilité des composants.

Les principaux objectifs de conception sont de fournir une solution offrant une intensité rayonnante élevée, de bonnes caractéristiques de vitesse et un large angle de vision pour faciliter l'alignement et la capture du signal. Le composant est conditionné dans un boîtier standard au format 1206, le rendant compatible avec les lignes d'assemblage automatisées de type pick-and-place et les processus standards de soudage par refusion infrarouge. Il est classé comme produit conforme à la directive RoHS et "Green".

1.1 Caractéristiques principales et applications

L'appareil intègre plusieurs caractéristiques clés qui le rendent adapté à la fabrication électronique moderne :

• Conformité aux normes RoHS et Green Product.
• Conditionné en bande porteuse de 8 mm sur bobines de 7 pouces de diamètre pour l'assemblage automatisé.
• Compatible avec les équipements de placement automatique.
• Conçu pour résister aux profils standards de soudage par refusion infrarouge.
• Conforme aux dimensions standards de boîtier EIA.
• Émet à une longueur d'onde de crête (λp) de 850 nm.
• Utilise le type de boîtier CMS (SMD) 1206 courant.

Les applications typiques de ce composant incluent, sans s'y limiter :

• Émetteur infrarouge pour les télécommandes (par ex., pour téléviseurs, systèmes audio).
• Capteur infrarouge monté sur PCB pour la détection de proximité, la détection d'objets ou la réception de données.
• Liaisons de transmission de données sans fil infrarouge pour les communications à courte portée.
• Systèmes d'alarme de sécurité utilisant des faisceaux infrarouges.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Cette section fournit une analyse détaillée et objective des caractéristiques électriques, optiques et thermiques du dispositif. Tous les paramètres sont spécifiés à une température ambiante (TA) de 25°C, sauf indication contraire.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents pourraient survenir au dispositif. Le fonctionnement dans ces conditions ou à ces limites n'est pas garanti et doit être évité dans les conceptions fiables.

• Puissance dissipée (Pd) : 100 mW. C'est la puissance totale maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant Direct de Crête (IFP) : 800 mA. C'est le courant pulsé maximal autorisé, spécifié dans des conditions de 300 impulsions par seconde avec une largeur d'impulsion de 10 microsecondes.
• Courant Direct Continu (IF) : 60 mA. C'est le courant direct continu maximal pour un fonctionnement en régime permanent.
• Tension Inverse (VR) : 5 V. La tension maximale qui peut être appliquée en sens inverse aux bornes de l'IRED.
• Plage de Température de Fonctionnement : -40°C à +85°C. Plage de température ambiante pour laquelle le dispositif est conçu pour fonctionner.
• Plage de température de stockage : -55°C à +100°C. Plage de température pour le stockage en condition non opérationnelle.
• Condition de soudure infrarouge : Maximum de 260°C pendant 10 secondes. Ceci définit la limite de température de pic pour les procédés de soudure sans plomb.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de fonctionnement normales. Les concepteurs doivent utiliser les valeurs typiques (Typ.) ou maximales (Max.) selon le cas pour leurs calculs de circuit.

• Intensité Rayonnante (IE) : 3.0 mW/sr (Typ.) à un courant direct (IF) de 20mA. Cela mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide le long de l'axe.
• Longueur d'Onde d'Émission de Crête (λPeak) : 850 nm (Typ.). La longueur d'onde à laquelle la puissance de sortie optique est maximale.
• Demi-Largeur de Raie Spectrale (Δλ) : 50 nm (Typ.). L'intervalle de longueur d'onde sur lequel la puissance émise est au moins la moitié de la puissance de crête, indiquant la pureté spectrale.
• Tension Directe (VF) : 1.4 V (Typ.), 1.8 V (Max.) à IF=20mA. La chute de tension aux bornes de l'IRED lorsqu'il est en conduction.
• Courant inverse (IR) : 10 μA (Max.) à une tension inverse (VR) de 5V. Le faible courant de fuite lorsque le dispositif est polarisé en inverse.
• Temps de montée/descente (Tr/Tf) : 20 nS (Typ.). Temps nécessaire à la sortie optique pour passer de 10% à 90% (ou de 90% à 10%) de sa valeur finale, indiquant la vitesse de commutation.
• Angle de vision (2θ1/2) : 100 degrés (Typ.). L'angle total pour lequel l'intensité rayonnante est la moitié de l'intensité sur l'axe. Un angle plus large rend l'alignement entre l'émetteur et le détecteur moins critique.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans différentes conditions. Ces graphiques permettent aux concepteurs d'extrapoler les performances au-delà des spécifications à un seul point.

3.1 Distribution spectrale

La courbe de distribution spectrale montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Pour ce dispositif, la courbe est centrée autour de 850 nm avec une demi-largeur définie de 50 nm. Ces informations sont cruciales pour sélectionner des filtres optiques compatibles côté détecteur afin de rejeter le bruit de la lumière ambiante.

3.2 Courant direct en fonction de la tension directe (Courbe I-V)

Cette courbe illustre la relation non linéaire entre le courant traversant l'IRED et la tension à ses bornes. Elle montre la tension de seuil typique et comment VF augmente avec IF. Les concepteurs l'utilisent pour calculer la valeur de la résistance série nécessaire pour limiter le courant lorsqu'elle est pilotée par une source de tension.

3.3 Courant direct en fonction de la température ambiante

Ce graphique montre comment le courant direct continu maximal autorisé se dégrade à mesure que la température ambiante augmente. Pour garantir la fiabilité, le courant de fonctionnement doit être réduit à des températures plus élevées afin de maintenir la température de jonction et la dissipation de puissance dans des limites sûres.

3.4 Intensité rayonnante relative en fonction de la température ambiante

Cette courbe montre la dépendance de la puissance optique de sortie à la température. Typiquement, l'intensité rayonnante diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette caractéristique doit être prise en compte dans les applications nécessitant une sortie optique stable sur une large plage de températures.

3.5 Intensité rayonnante relative en fonction du courant direct

Il s'agit d'une courbe clé montrant la puissance optique de sortie en fonction du courant d'attaque. Elle est généralement linéaire sur une plage significative mais peut saturer à des courants très élevés. Les concepteurs l'utilisent pour déterminer le courant d'attaque requis pour atteindre une intensité de signal spécifique.

3.6 Diagramme de diagramme de rayonnement

Un diagramme polaire décrivant la distribution spatiale de la lumière émise. Le diagramme confirme le large angle de vision de 100 degrés, montrant comment l'intensité diminue aux angles éloignés de l'axe central. Ce diagramme est crucial pour concevoir le trajet optique et l'alignement dans un système.

4. Informations mécaniques et d'emballage

4.1 Dimensions du boîtier et de l'emballage

Le dispositif utilise un boîtier CMS standard 1206. Les dimensions clés incluent une longueur de corps d'environ 3,2 mm, une largeur de 1,6 mm et une hauteur de 1,1 mm. La fiche technique fournit un dessin dimensionnel détaillé avec des tolérances typiquement de ±0,1 mm. La cathode est généralement indiquée par un marquage ou une géométrie de pastille spécifique.

4.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastilles recommandé (empreinte) pour la conception de PCB est fourni. Celui-ci inclut les dimensions, l'espacement et la forme des pastilles afin d'assurer une soudure fiable pendant le refusionnage tout en minimisant les risques de soulèvement en "pierre tombale" ou de pontage de soudure. Respecter ces recommandations est important pour le rendement de fabrication.

4.3 Spécifications d'emballage en bande et en bobine

Les composants sont fournis dans une bande porteuse emboutie enroulée sur des bobines d'un diamètre de 7 pouces (178 mm). Les dimensions clés de la bande incluent le pas des alvéoles, la taille des alvéoles et la largeur de la bande. Chaque bobine contient 3000 pièces. L'emballage est conforme aux normes ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantissant une compatibilité avec les chargeurs automatiques standard.

5. Directives d'assemblage, de manipulation et d'application

5.1 Procédé de soudage et de refusion

Le dispositif est compatible avec les procédés de soudage par refusion infrarouge. Un profil de température de refusion détaillé est suggéré, conforme aux normes JEDEC pour l'assemblage sans plomb. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage : 150-200°C pendant un maximum de 120 secondes.
• Température de crête : 260°C maximum.
• Temps au-dessus du liquidus : Le composant ne doit pas être exposé à des températures supérieures à 260°C pendant plus de 10 secondes, et le refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois.

Pour le soudage manuel à l'étain, la recommandation est une température maximale de la panne de 300°C pendant pas plus de 3 secondes par joint. Il est souligné que le profil optimal dépend de la conception spécifique du PCB, de la pâte à souder et du four, une caractérisation du procédé est donc nécessaire.

5.2 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les composants sont sensibles à l'humidité. Dans leur sac d'origine scellé et étanche à l'humidité avec dessicant, ils doivent être stockés à ≤30°C et ≤90% d'Humidité Relative (HR) et utilisés dans l'année. Une fois le sac ouvert, l'environnement de stockage ne doit pas dépasser 30°C / 60% HR. Les composants retirés de l'emballage d'origine doivent être refondus dans la semaine. Pour un stockage plus long hors du sac d'origine, ils doivent être conservés dans un conteneur scellé avec dessicant ou dans un dessiccateur à azote. Les composants stockés sans emballage pendant plus d'une semaine nécessitent un séchage (par exemple, à 60°C pendant 20 heures) avant soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "popcorn" pendant la refusion.

5.3 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire après la soudure, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique (IPA) doivent être utilisés. Les nettoyants chimiques agressifs ou corrosifs doivent être évités car ils pourraient endommager la lentille en époxy du boîtier.

5.4 Méthode de pilotage et conception de circuit

Une note de conception critique est qu'une LED est un dispositif commandé en courant. Lors de l'alimentation de l'émetteur IR, une résistance de limitation de courant en série est obligatoire lors de l'utilisation d'une source de tension. Cette résistance fixe le courant de fonctionnement (IF) à la valeur souhaitée, calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (Vcc - VF) / IF. De plus, lorsque plusieurs émetteurs sont connectés en parallèle, une résistance de limitation de courant distincte doit être utilisée pour chaque dispositif afin d'assurer l'uniformité de l'intensité, car la tension directe (VF) peut varier légèrement d'un composant à l'autre.

5.5 Précautions d'application et utilisation prévue

Le composant est destiné à des équipements électroniques à usage général. Pour les applications nécessitant une fiabilité exceptionnelle où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé (par exemple, l'aviation, le médical, les systèmes de sécurité des transports), une consultation et une qualification spécifiques sont requises, car celles-ci dépassent le cadre des spécifications commerciales standard fournies dans cette fiche technique.

6. Comparaison technique et considérations de conception

Par rapport à des IRED ou photodétecteurs discrets simples, cette paire émetteur-détecteur intégrée dans un seul boîtier simplifie la conception en garantissant des caractéristiques optiques appariées et une proximité physique étroite, ce qui peut être bénéfique pour la détection réflexive. La longueur d'onde de 850 nm est moins visible pour l'œil humain que celle de 940 nm, la rendant adaptée aux applications où une faible lueur rouge est acceptable ou même utilisée comme indicateur d'état. L'angle de vision de 100 degrés est remarquablement large, réduisant les exigences de précision d'alignement par rapport aux dispositifs à faisceau plus étroit.

Les concepteurs doivent soigneusement considérer le compromis entre le courant de commande, l'intensité rayonnante et la durée de vie/génération de chaleur du dispositif. Fonctionner à ou près des valeurs maximales absolues pour le courant ou la température accélérera le vieillissement et réduira la fiabilité à long terme. Une conception adéquate du PCB pour la dissipation thermique est recommandée, en particulier en cas de fonctionnement à des cycles de service élevés ou à des températures ambiantes élevées.

7. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q: Puis-je piloter cet IRED directement depuis une broche GPIO d'un microcontrôleur ?
R: Non. Une broche de microcontrôleur ne peut généralement pas fournir 20-60 mA en toute sécurité. Vous devez utiliser la GPIO pour commander un transistor (par exemple, un MOSFET ou un BJT) qui commute le courant plus élevé provenant d'une alimentation, avec une résistance en série pour régler le courant exact.

Q: Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête (λp) et la longueur d'onde dominante (λd) ?
A> Peak wavelength is the point of maximum spectral power. Dominant wavelength is derived from color perception on a chromaticity diagram and represents a single wavelength that matches the perceived color. For monochromatic IR devices, they are often very close.

Q: Comment interfacer avec la partie détecteur de ce composant ?
A> The datasheet primarily details the émetteur characteristics. The détecteur (photodiode or phototransistor) will have its own set of parameters (dark current, responsivity, etc.) not fully listed here. Typically, the détecteur output is a small current proportional to received IR light, which is usually converted to a voltage using a transimpedance amplifier or a simple load resistor for digital threshold detection.

Q: Pourquoi la condition d'humidité de stockage est-elle si importante ?
A> SMD packages can absorb moisture through the plastic molding compound. During the high heat of reflow soldering, this trapped moisture can vaporize rapidly, creating internal pressure that can crack the package or delaminate internal bonds—a failure known as "popcorning." The storage and baking guidelines prevent this.

8. Exemple d'application pratique

Cas de conception : Capteur de proximité/obstruction simple
Une utilisation courante est un capteur de rupture de faisceau. L'émetteur est alimenté par un courant pulsé (par exemple, des impulsions de 20 mA à 38 kHz) pour distinguer son signal du rayonnement infrarouge ambiant. Le détecteur, placé à une courte distance, reçoit ce signal. Lorsqu'un objet interrompt le faisceau, le signal reçu chute. La sortie du détecteur est envoyée à un circuit intégré récepteur de démodulation ou à un microcontrôleur avec une logique de filtrage pour détecter l'absence de la fréquence porteuse, déclenchant ainsi une sortie. Le large angle de vision simplifie l'alignement de l'émetteur et du détecteur sur les côtés opposés du chemin surveillé.

9. Principe de Fonctionnement

L'appareil fonctionne sur des principes optoélectroniques fondamentaux. Le émetteur est une diode électroluminescente infrarouge (IRED). Lorsqu'elle est polarisée en direct, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du semi-conducteur (GaAs/AlGaAs), libérant de l'énergie sous forme de photons. La largeur de bande interdite du matériau détermine l'énergie des photons et donc la longueur d'onde, qui est de 850 nm dans ce cas. Le détecteur est typiquement une photodiode ou un phototransistor en silicium. Lorsque des photons ayant une énergie suffisante (longueurs d'onde typiquement jusqu'à ~1100 nm pour le silicium) frappent la région de déplétion du détecteur, ils génèrent des paires électron-trou. Dans une photodiode, cela crée un photocourant lorsqu'elle est polarisée en inverse. Dans un phototransistor, le photocourant agit comme un courant de base, provoquant l'écoulement d'un courant de collecteur plus important, fournissant ainsi un gain interne.

10. Tendances Technologiques

Dans le domaine des composants infrarouges discrets, les tendances incluent le développement de dispositifs avec une puissance de sortie plus élevée pour une portée accrue, une vitesse améliorée pour une transmission de données plus rapide, et un filtrage spectral intégré au boîtier du détecteur pour obtenir des rapports signal sur bruit supérieurs dans des environnements à forte lumière ambiante. On observe également une tendance à la miniaturisation au-delà du boîtier 1206 (par exemple, 0805, 0603) pour économiser de l'espace sur la carte, bien que souvent au détriment de la puissance optique ou de l'angle de vision. La quête d'une fiabilité et de performances supérieures dans les applications automobiles et industrielles continue de stimuler le développement de composants avec des plages de températures de fonctionnement plus larges et des boîtiers plus robustes.