Fiche technique de l'émetteur et détecteur infrarouge LTE-C9501 - Longueur d'onde 940nm - Courant direct 20mA - Tension directe typique 1,2V - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-C9501 est un composant infrarouge discret conçu pour une large gamme d'applications nécessitant une émission et une détection infrarouge fiables. Il fait partie d'une gamme de produits complète qui répond aux besoins des systèmes électroniques modernes où les performances élevées, l'emballage compact et la compatibilité avec les processus d'assemblage automatisés sont essentiels.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de ce composant incluent sa conformité aux normes RoHS et aux produits verts, garantissant son respect de l'environnement. Il est fourni sur bande porteuse de 12 mm sur des bobines de 7 pouces de diamètre, le rendant entièrement compatible avec les équipements de placement automatique à grande vitesse utilisés sur les lignes d'assemblage de cartes de circuits imprimés (PCB) modernes. Le boîtier est également conçu pour être compatible avec les processus de soudure par refusion infrarouge, qui constituent la norme industrielle pour la technologie de montage en surface (SMT). Son boîtier standard EIA assure une compatibilité mécanique avec les autres composants et les bibliothèques de conception. Le dispositif est destiné à des marchés tels que l'électronique grand public pour les télécommandes, les systèmes industriels et commerciaux pour la transmission de données sans fil IR, et les systèmes de sécurité pour les fonctions d'alarme et de détection.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les performances du LTE-C9501 sont définies par un ensemble de limites absolues et de caractéristiques électriques/optiques détaillées. La compréhension de ces paramètres est essentielle pour une conception de circuit fiable.

2.1 Limites absolues

Ces limites définissent les seuils de contrainte au-delà desquels des dommages permanents peuvent survenir sur le dispositif. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement normal. Les limites clés incluent une dissipation de puissance de 100 mW, un courant direct de crête de 800 mA en conditions pulsées (300 pps, impulsion de 10 µs), et un courant direct continu de 60 mA. Le dispositif peut supporter une tension inverse allant jusqu'à 5V, bien qu'il ne soit pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse. La plage de température de fonctionnement est spécifiée de -40°C à +85°C, avec une plage de température de stockage plus large de -55°C à +100°C. Le composant peut supporter une soudure par refusion infrarouge avec une température de pic de 260°C pendant un maximum de 10 secondes.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres, mesurés à une température ambiante standard de 25°C, définissent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement typiques. L'intensité rayonnante (I_E) varie d'un minimum de 1,0 mW/sr à un maximum de 6,0 mW/sr lorsqu'elle est pilotée par un courant direct (I_F) de 20mA. La longueur d'onde d'émission de pic (λ_p) est de 940 nm, ce qui se situe dans le spectre du proche infrarouge et est invisible à l'œil humain. La demi-largeur de raie spectrale (Δλ) est typiquement de 50 nm. La tension directe (V_F) est typiquement de 1,2V, avec une plage de 1,1V à 1,5V à I_F=20mA. Le courant inverse (I_R) est d'un maximum de 10 µA lorsqu'une tension inverse (V_R) de 5V est appliquée. L'angle de vision (2θ_1/2) est de 20 degrés, définissant la répartition angulaire du rayonnement infrarouge émis où l'intensité chute à la moitié de sa valeur sur l'axe.

3. Explication du système de classement (binning)

Pour garantir une performance constante en production, le LTE-C9501 est trié en différentes classes (bins) en fonction de son intensité rayonnante. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences de sortie spécifiques pour leur application.

3.1 Classement par intensité rayonnante

La liste des codes de classe catégorise les dispositifs en trois groupes en fonction de leur intensité rayonnante minimale et maximale mesurée à I_F=20mA. La classe A couvre les dispositifs avec une intensité de 1,0 à 2,0 mW/sr. La classe B couvre de 2,0 à 3,0 mW/sr. La classe C couvre de 3,0 à 6,0 mW/sr. Une tolérance de +/-15% est appliquée à l'intensité au sein de chaque classe. Ce système de classement est utile dans les applications où une force de signal constante est cruciale, comme dans les liaisons de transmission de données ou les capteurs de proximité.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques fournissent une compréhension plus approfondie du comportement du dispositif dans des conditions variables, ce qui est vital pour une conception de système robuste.

4.1 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 940 nm et la demi-largeur spectrale de 50 nm, indiquant la largeur de bande de la lumière infrarouge émise. Cette information est importante pour l'appariement avec la sensibilité spectrale des photodétecteurs correspondants et pour le filtrage du bruit de lumière ambiante.

4.2 Courant direct en fonction de la température ambiante

Cette courbe (Fig.2) illustre la relation entre le courant direct admissible et la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant direct maximal autorisé diminue en raison des limitations thermiques de la jonction semi-conductrice. Cette courbe de déclassement est essentielle pour garantir que le dispositif fonctionne dans sa zone de fonctionnement sûre (SOA) dans toutes les conditions environnementales.

4.3 Courant direct en fonction de la tension directe

La courbe caractéristique IV (Fig.3) montre la relation non linéaire entre le courant direct et la tension directe. Elle aide à concevoir le circuit de limitation de courant pour la LED. La forme de la courbe est typique d'une diode, avec une tension de seuil d'environ 1V.

4.4 Intensité rayonnante relative en fonction de la température ambiante et du courant direct

Les figures 4 et 5 montrent comment la puissance optique de sortie change avec la température et le courant d'attaque. La sortie diminue généralement avec l'augmentation de la température (Fig.4) et augmente avec le courant d'attaque (Fig.5), bien que pas nécessairement de manière linéaire. Ces courbes sont essentielles pour compenser la sortie dans des environnements à température variable ou pour concevoir des circuits à luminosité constante.

4.5 Diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement polaire (Fig.6) représente visuellement l'angle de vision. L'intensité est la plus élevée le long de l'axe central (0 degré) et diminue symétriquement jusqu'à la moitié de sa valeur à +/-10 degrés de l'axe, confirmant la spécification d'angle de vision total de 20 degrés. Ce diagramme est important pour l'alignement optique dans des systèmes comme les télécommandes ou les liaisons de données.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions de contour

La fiche technique fournit des dessins mécaniques détaillés du composant. Toutes les dimensions sont spécifiées en millimètres, avec une tolérance standard de ±0,1 mm sauf indication contraire. Le boîtier est un facteur de forme standard EIA avec une lentille en plastique transparent pour une émission en vue de dessus.

5.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastilles (conception des plots de soudure) recommandé pour la disposition du PCB est fourni. Le respect de ces dimensions assure une formation correcte des joints de soudure pendant la refusion, une bonne résistance mécanique et un alignement correct du composant.

5.3 Dimensions de l'emballage en bande et bobine

Des dessins détaillés montrent les dimensions de la bande porteuse et de la bobine de 7 pouces utilisées pour la manutention automatisée. Les alvéoles de la bande sont conçues pour maintenir le composant en toute sécurité, et une bande de couverture supérieure les scelle. Chaque bobine contient 2000 pièces. L'emballage est conforme aux spécifications ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantissant la compatibilité avec les équipements standard de pick-and-place.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Paramètres de soudure par refusion

Un profil de refusion infrarouge suggéré pour les processus sans plomb (Pb-free) est inclus. Les paramètres clés incluent une zone de préchauffage de 150-200°C, un temps de préchauffage allant jusqu'à 120 secondes maximum, une température de pic ne dépassant pas 260°C, et un temps au-dessus de ce pic de 10 secondes maximum. Le profil est basé sur les normes JEDEC pour assurer une soudure fiable sans endommager le composant. Il est souligné que le profil optimal peut varier en fonction de la conception spécifique du PCB, de la pâte à souder et du four utilisé.

6.2 Conditions de stockage

Pour un emballage non ouvert, étanche à l'humidité avec dessiccant, les composants doivent être stockés à 30°C ou moins et à 90% d'humidité relative ou moins, avec une période d'utilisation recommandée d'un an. Une fois l'emballage d'origine ouvert, l'environnement de stockage ne doit pas dépasser 30°C ou 60% d'humidité relative. Les composants retirés de leur emballage d'origine doivent idéalement être soudés par refusion dans la semaine. Pour un stockage plus long en dehors du sac d'origine, ils doivent être conservés dans un récipient scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote. Les composants stockés plus d'une semaine en dehors de l'emballage d'origine doivent être cuits à environ 60°C pendant au moins 20 heures avant l'assemblage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire après la soudure, des solvants à base d'alcool tels que l'alcool isopropylique sont recommandés.

6.4 Soudure manuelle

Si une soudure manuelle au fer est nécessaire, la température de la pointe du fer à souder ne doit pas dépasser 300°C, et le temps de contact doit être limité à un maximum de 3 secondes par joint de soudure.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Le LTE-C9501 est adapté pour être utilisé comme émetteur infrarouge dans les unités de télécommande pour l'électronique grand public (téléviseurs, systèmes audio). Il est également applicable dans les systèmes de transmission de données sans fil IR à courte portée, comme dans certaines liaisons de données héritées ou la télémétrie de capteurs simples. De plus, il peut être utilisé dans les systèmes d'alarme de sécurité comme élément d'un capteur à rupture de faisceau infrarouge ou dans des applications de détection de proximité.

7.2 Considérations de conception

Pilotage du courant :Utilisez toujours une résistance de limitation de courant en série ou un pilote à courant constant pour définir le courant direct (I_F). Ne dépassez pas les limites absolues pour le courant continu ou pulsé. Reportez-vous à la courbe de déclassement pour un fonctionnement à haute température.
Conception optique :Prenez en compte l'angle de vision de 20 degrés lors de la conception des lentilles ou des réflecteurs pour collimater ou focaliser le faisceau IR. Pour la réception, assurez-vous que le photodétecteur apparié (photodiode ou phototransistor) a une sensibilité spectrale appropriée autour de 940 nm.
Conception électrique :Bien que le dispositif puisse tolérer une tension inverse de 5V, il n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse. Assurez-vous que les conceptions de circuit empêchent l'application d'une tension inverse significative pendant le fonctionnement normal ou les transitoires.
Gestion thermique :Assurez-vous que la disposition du PCB prévoit un dégagement thermique adéquat, surtout si le fonctionnement est proche des courants nominaux maximaux, pour éviter la surchauffe et une dégradation prématurée.

7.3 Précautions et fiabilité

Le composant est destiné aux équipements électroniques standard. Pour les applications nécessitant une fiabilité exceptionnelle où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé (par exemple, l'aviation, les dispositifs médicaux, les systèmes de sécurité), une consultation et une qualification spécifiques sont nécessaires. Respectez toujours les conditions de stockage, de manipulation et de soudure spécifiées pour maintenir la fiabilité et les performances du composant.

8. Comparaison et différenciation technique

Bien que la fiche technique se concentre sur une seule référence, les principaux points de différenciation du LTE-C9501 dans sa catégorie incluent sa longueur d'onde spécifique de 940 nm, qui offre un bon équilibre entre puissance de sortie et compatibilité avec les photodétecteurs au silicium tout en étant moins visible que les sources à 850 nm. La lentille transparente (par opposition à teintée) maximise la sortie lumineuse. Son emballage et sa compatibilité avec les processus SMT automatisés le rendent adapté à la fabrication en grande série. La disponibilité de classes d'intensité rayonnante permet une flexibilité de conception et une optimisation des coûts en fonction de la force de signal requise.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quel est l'intérêt de la longueur d'onde de 940 nm ?
R : La lumière infrarouge à 940 nm est invisible à l'œil humain, ce qui la rend idéale pour un fonctionnement discret dans les télécommandes et les systèmes de sécurité. Elle est également efficacement détectée par les photodiodes et phototransistors au silicium courants.

Q : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?
R : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant en série. Calculez la valeur de la résistance en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Par exemple, avec une alimentation de 3,3V, V_F=1,2V, et I_F=20mA : R = (3,3 - 1,2) / 0,02 = 105 Ohms. Utilisez la valeur standard suivante, comme 100 Ohms.

Q : Quelle est la différence entre l'intensité rayonnante (mW/sr) et l'intensité lumineuse ?
R : L'intensité rayonnante mesure la puissance optique (en watts) par angle solide, pertinente pour toutes les longueurs d'onde. L'intensité lumineuse est pondérée par la sensibilité de l'œil humain et est utilisée pour la lumière visible. Comme il s'agit d'un dispositif IR, l'intensité rayonnante est la métrique correcte.

Q : Pourquoi la sensibilité à l'humidité lors du stockage est-elle importante ?
R : Les composants CMS encapsulés dans du plastique peuvent absorber l'humidité de l'air. Pendant la chaleur élevée de la soudure par refusion, cette humidité piégée peut se vaporiser rapidement, provoquant un délaminage interne ou des fissures (effet "pop-corn"), ce qui peut détruire le dispositif. Un stockage et une cuisson appropriés empêchent cela.

10. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

Exemple 1 : Émetteur IR simple pour télécommande :Associez le LTE-C9501 avec un circuit de modulation à 38 kHz (ou un microcontrôleur générant un signal PWM à 38 kHz) et un interrupteur à transistor. La résistance de limitation de courant fixe I_Fà 20-40 mA pour une bonne portée. Le faisceau de 20 degrés fournit une zone de couverture raisonnable pour pointer une télécommande vers un appareil.

Exemple 2 : Capteur de proximité IR :Placez un émetteur LTE-C9501 et un phototransistor correspondant côte à côte, orientés dans la même direction. Un objet passant devant réfléchira la lumière IR vers le détecteur. Utilisez un fonctionnement pulsé de l'émetteur et une détection synchrone dans le circuit récepteur pour rejeter la lumière ambiante. Le système de classement permet de sélectionner un émetteur avec une sortie suffisante pour la distance de détection requise.

Exemple 3 : Liaison de données :Pour une transmission de données série simple sur de courtes distances, pilotez la LED avec le signal de données via un circuit d'amplification de courant. La capacité à haute vitesse du matériau semi-conducteur sous-jacent (impliquée par la description de la gamme de produits) supporte la modulation pour les données. Une photodiode correspondante avec un amplificateur de transimpédance serait utilisée côté récepteur.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Le LTE-C9501, en tant qu'émetteur infrarouge, est une diode électroluminescente (LED). Son cœur est une puce semi-conductrice, généralement en Arseniure de Gallium (GaAs) pour une émission à 940 nm. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction P-N, les électrons et les trous se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition matérielle spécifique (bande interdite) du semi-conducteur détermine la longueur d'onde de la lumière émise, qui dans ce cas est de 940 nm, dans la région infrarouge. Le boîtier en époxy transparent encapsule la puce, fournit une protection mécanique et intègre une lentille qui façonne la lumière émise selon le diagramme d'angle de vision spécifié de 20 degrés.

12. Tendances et contexte technologiques

Les composants infrarouges discrets comme le LTE-C9501 restent des éléments fondamentaux en électronique. Les tendances clés influençant ce domaine incluent la demande continue de miniaturisation et d'intégration plus élevée, conduisant à des boîtiers combinés qui pourraient inclure à la fois l'émetteur et le détecteur dans un seul logement. Il y a également une poussée vers une efficacité plus élevée (plus de puissance optique par entrée électrique) et une vitesse plus élevée pour une transmission de données plus rapide. L'adoption de processus de fabrication sans plomb (Pb-free) et conformes RoHS, comme on le voit dans ce composant, est désormais une norme universelle. De plus, la compatibilité avec le pick-and-place automatisé et la soudure par refusion est essentielle pour une production de masse rentable. Bien que les circuits intégrés spécifiques à l'application (ASIC) et les modules deviennent plus courants, les composants discrets offrent une flexibilité de conception, des avantages de coût à grande échelle et sont souvent la solution préférée pour les conceptions optiques personnalisées ou optimisées.