Fiche technique LTE-C216R-14 - Émetteur et détecteur infrarouge - Boîtier 1206 - Longueur d'onde 850nm - Courant 60mA - Documentation technique française

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-C216R-14 est un composant à montage en surface (SMD) combinant un émetteur et un détecteur infrarouge (IR), conçu pour s'intégrer dans les assemblages électroniques modernes. Sa fonction principale est d'émettre et de détecter de la lumière infrarouge à une longueur d'onde de crête de 850 nanomètres, ce qui le rend adapté à diverses applications de détection, de transmission de données et de proximité. Le dispositif est logé dans un boîtier compact 1206, une empreinte standard EIA, garantissant une large compatibilité avec les processus de fabrication automatisés et les conceptions de circuits imprimés existantes.

Les avantages principaux de ce composant incluent sa compatibilité avec les équipements de placement automatisé à haut volume et sa robustesse dans les processus standards de soudage par refusion infrarouge. Cela en fait un choix idéal pour une production de masse rentable. De plus, il est conforme à la directive RoHS (Restriction des substances dangereuses), le classant comme produit vert, un critère de plus en plus important pour l'accès au marché mondial et la conformité environnementale.

Le marché cible de ce dispositif s'étend à l'électronique grand public, l'automatisation industrielle, les équipements de communication et les machines de bureau. Sa fiabilité et son boîtier standardisé en font un élément de base polyvalent pour les concepteurs nécessitant une solution IR fiable.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Faire fonctionner un composant électronique au-delà de ses valeurs maximales absolues peut causer des dommages permanents. Pour le LTE-C216R-14, ces limites sont définies à une température ambiante (T_A) de 25°C.

• Dissipation de puissance (P_D) :100 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper en toute sécurité sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (I_FP) :800 mA. C'est le courant instantané maximal autorisé, généralement spécifié en conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10 μs) pour éviter une surcontrainte thermique lors de courtes impulsions.
• Courant direct continu (I_F) :60 mA. C'est le courant continu maximal qui peut être appliqué en continu sans dégrader les performances ou la durée de vie.
• 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 semi-conductrice.
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C. Le dispositif est garanti pour fonctionner dans cette plage de température environnementale.
• Plage de température de stockage :-55°C à +100°C. Le composant peut être stocké sans dégradation dans ces limites.
• Condition de soudage infrarouge :Résiste à 260°C pendant 10 secondes. Ceci définit sa tolérance aux profils de soudage par refusion sans plomb (Pb-free).

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les paramètres de performance clés sont mesurés à T_A=25°C dans des conditions de test spécifiées, fournissant une référence pour les calculs de conception.

• Intensité rayonnante (I_E) :4 (Min) à 13 (Max) mW/sr, avec une valeur typique indiquée. Mesurée à un courant direct (I_F) de 20 mA. Ce paramètre quantifie la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian).
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_crête) :850 nm (Typique). C'est la longueur d'onde à laquelle l'émetteur délivre sa puissance optique maximale. C'est un paramètre critique pour l'accord avec la sensibilité spectrale des photodétecteurs.
• Demi-largeur spectrale (Δλ) :50 nm (Typique). Ceci indique la largeur de bande de la lumière émise, montrant l'étalement de la longueur d'onde autour du pic.
• Tension directe (V_F) :1,6 V (Typique), 2,0 V (Maximum) à I_F= 50 mA. C'est la chute de tension aux bornes du dispositif lorsqu'il conduit. Elle est essentielle pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Courant inverse (I_R) :10 μA (Maximum) à V_R= 5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque le dispositif est polarisé en inverse.
• Temps de montée/descente (T_r/T_f) :30 ns (Typique). Ceci spécifie la rapidité avec laquelle la sortie optique peut s'allumer et s'éteindre (mesurée de 10% à 90% de la sortie), déterminant la vitesse de modulation maximale possible pour la transmission de données.
• Angle de vision (2θ_1/2) :75 degrés (Typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un angle plus large offre une couverture spatiale plus étendue mais une intensité plus faible en tout point spécifique.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes typiques de caractéristiques électriques et optiques. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas reproduits dans le texte, leur but est de fournir une vision visuelle du comportement du dispositif dans différentes conditions.

Ces courbes incluent typiquement :

• Courbe I-V (Courant-Tension) :Montre la relation entre le courant direct et la tension directe, qui est non linéaire pour les LED. Ceci aide à déterminer la résistance dynamique et la tension d'alimentation nécessaire pour un courant cible.
• Intensité rayonnante en fonction du courant direct :Illustre comment la puissance optique de sortie augmente avec le courant de commande. Elle est généralement linéaire dans la plage de fonctionnement mais peut saturer à des courants très élevés.
• Longueur d'onde de crête en fonction de la température :Démontre comment la longueur d'onde émise se décale avec les changements de température de jonction, ce qui est crucial pour les applications sensibles à la température.
• Diagramme d'angle de vision :Un diagramme polaire montrant la distribution spatiale de l'intensité lumineuse émise.

Les ingénieurs utilisent ces courbes pour optimiser leur conception, s'assurer que le dispositif fonctionne dans sa région la plus efficace et fiable, et prédire les performances dans des conditions non standard.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

Le composant utilise une empreinte standard de boîtier 1206. La fiche technique fournit des dessins mécaniques détaillés avec toutes les dimensions critiques en millimètres. Les dimensions clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur totale du corps du composant, ainsi que le placement et la taille des plots de soudure sur le dispositif lui-même. La tolérance pour ces dimensions est typiquement de ±0,10 mm sauf indication contraire. Le respect de ces dimensions est vital pour une conception réussie du motif de pastilles sur le circuit imprimé et un assemblage automatisé.

4.2 Schéma recommandé des pastilles de soudure

Une empreinte recommandée pour les pastilles de soudure sur le circuit imprimé est fournie. Cette disposition est conçue pour assurer la formation d'une soudure fiable pendant la refusion, minimisant les problèmes comme l'effet "tombstoning" (composant dressé sur la tranche) ou une soudure insuffisante. Suivre ces dimensions recommandées pour les pastilles, généralement légèrement plus grandes que les bornes du composant pour permettre la formation d'un bon congé de soudure, est une meilleure pratique pour l'aptitude à la fabrication et la fiabilité à long terme.

4.3 Conditionnement en bande et bobine

Pour l'assemblage automatisé, les composants sont fournis en bande de 8 mm sur des bobines de 7 pouces de diamètre. Chaque bobine contient 3000 pièces. Les spécifications de la bande et de la bobine sont conformes aux normes ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantissant la compatibilité avec les machines standard de placement. Des notes précisent que les emplacements vides sont scellés avec un film de couverture et qu'un maximum de deux composants manquants consécutifs ("lampes") est autorisé par bobine, ce qui sont des assurances qualité standard pour le conditionnement en bande et bobine.

5. Directives de soudage et d'assemblage

5.1 Profil de soudage par refusion

Le dispositif est qualifié pour les processus de soudage par refusion infrarouge (IR), spécifiquement ceux utilisant de la soudure sans plomb (Pb-free). Un profil de refusion suggéré est fourni, avec des paramètres clés incluant une phase de préchauffage (150-200°C), une température de pic maximale de 260°C, et un temps au-dessus du liquidus (typiquement autour de 217°C pour la soudure sans plomb) ne dépassant pas 10 secondes. La fiche technique souligne que le profil optimal dépend de la conception spécifique du circuit imprimé, des composants, de la pâte à souder et du four, et recommande d'utiliser les profils standards JEDEC comme base tout en respectant les spécifications du fabricant de la pâte à souder.

5.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, il doit être effectué avec une température de pointe du fer à souder ne dépassant pas 300°C, et le temps de contact doit être limité à un maximum de 3 secondes. Cela ne doit être fait qu'une seule fois pour éviter les dommages thermiques au boîtier plastique et à la puce semi-conductrice interne.

5.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est requis, seuls les agents de nettoyage spécifiés doivent être utilisés. La fiche technique met explicitement en garde contre l'utilisation de liquides chimiques non spécifiés, qui pourraient endommager le matériau du boîtier. Les méthodes de nettoyage recommandées incluent l'immersion de la LED dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température normale pendant moins d'une minute.

5.4 Stockage et manipulation

La sensibilité à l'humidité est un facteur critique pour les dispositifs à montage en surface. Les LED sont expédiées dans un sac barrière étanche à l'humidité avec un dessicant. Tant qu'elles sont scellées, elles doivent être stockées à ≤30°C et ≤90% d'humidité relative (HR) et utilisées dans l'année. Une fois le sac d'origine ouvert, l'environnement de stockage ne doit pas dépasser 30°C et 60% HR. Les composants retirés du sac scellé doivent idéalement être soudés par refusion dans la semaine. Pour un stockage plus long hors de l'emballage d'origine, ils doivent être stockés dans un conteneur scellé avec dessicant ou dans une atmosphère d'azote. Les composants stockés plus d'une semaine hors du sac sec nécessitent une procédure de séchage (environ 60°C pendant au moins 20 heures) pour éliminer l'humidité absorbée avant soudage, afin de prévenir les dommages par "effet pop-corn" pendant la refusion.

6. Suggestions d'application

6.1 Scénarios d'application typiques

Le LTE-C216R-14 est destiné aux équipements électroniques ordinaires. Les applications courantes incluent :

• Capteurs de proximité :Détecter la présence ou l'absence d'un objet en réfléchissant sa lumière IR.
• Interrupteurs optiques :Interrompre un faisceau IR pour détecter un mouvement ou une position.
• Transmission de données :Liaisons de données infrarouges simples (ex. : télécommandes, communication série courte portée) en modulant le courant de commande.
• Comptage d'objets :Dans les lignes d'automatisation où les objets interrompent un faisceau.
• Intégration dans les équipements de bureau, les dispositifs de communication et les appareils ménagers.

La fiche technique inclut une mise en garde cruciale : Pour les applications où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé (aviation, dispositifs médicaux, systèmes de sécurité), une consultation avec le fabricant est requise avant l'intégration.

6.2 Conception du circuit de commande

Un principe fondamental pour l'utilisation des LED est souligné : ce sont des dispositifs commandés en courant. Pour assurer une luminosité uniforme lors de la commande de plusieurs LED en parallèle, la fiche technique recommande fortement d'utiliser une résistance de limitation de courant individuelle en série avec chaque LED (Modèle de circuit A). Ceci compense les légères variations de la caractéristique de tension directe (V_F) d'un dispositif à l'autre. Connecter des LED directement en parallèle sans résistances individuelles (Modèle de circuit B) est déconseillé, car la LED avec la V_Flégèrement inférieure attirera une quantité disproportionnée de courant, entraînant une luminosité inégale et une surcontrainte potentielle de ce dispositif.

7. Comparaison et différenciation technique

Bien qu'une comparaison directe côte à côte avec d'autres références ne soit pas fournie dans cette fiche technique autonome, les principales caractéristiques différenciantes du LTE-C216R-14 peuvent être déduites :

• Empreinte standardisée (1206/EIA) :Offre un remplacement facile et une familiarité de conception par rapport aux boîtiers propriétaires.
• Sans plomb et conforme RoHS :Satisfait aux réglementations environnementales modernes, ce qui peut ne pas être le cas pour des composants plus anciens ou de niche.
• Adapté à l'automatisation :Son conditionnement en bande et bobine et sa compatibilité avec les processus de placement et de refusion le rendent très adapté à une fabrication à haut volume et rentable.
• Performance équilibrée :Avec un angle de vision de 75 degrés, une longueur d'onde de 850nm et une vitesse de 30ns, il offre un ensemble de caractéristiques bien équilibré pour les applications IR générales.

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

Q1 : Puis-je commander cette LED IR directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?
R : Non. La tension directe typique est de 1,6V à 50mA. La connecter directement à une broche 5V tenterait de forcer un courant très élevé et destructeur. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant en série. Par exemple, pour obtenir 20mA à partir d'une alimentation 5V : R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω (utiliser une résistance standard de 180Ω ou 150Ω).

Q2 : Quel est le débit de données maximal possible avec cet émetteur ?
R : Le temps de montée/descente de 30 ns suggère une bande passante de modulation maximale théorique de l'ordre de la dizaine de MHz. Cependant, les débits de données pratiques pour une communication fiable sont plus faibles, souvent de l'ordre de centaines de kbps à quelques Mbps, selon le circuit de commande, le détecteur et le bruit environnemental.

Q3 : Pourquoi la condition de stockage après ouverture du sac est-elle si stricte (≤60% HR) ?
R : Les boîtiers plastiques pour montage en surface peuvent absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudage par refusion à haute température, cette humidité piégée peut se vaporiser rapidement, créant une pression interne qui peut fissurer le boîtier ou délaminer les connexions internes - une défaillance connue sous le nom d'"effet pop-corn". Les conditions de stockage strictes et les exigences de séchage sont des mesures préventives contre cela.

Q4 : Comment interpréter la valeur d'Intensité rayonnante (mW/sr) ?
R : Elle mesure la densité de puissance optique. Une valeur de 10 mW/sr signifie que le dispositif émet 10 milliwatts de puissance optique dans un cône d'espace d'un stéradian dans la direction pointée. Pour trouver la puissance totale, il faudrait intégrer cette intensité sur tout l'angle de vision (75 degrés, soit ~1,84 sr).

9. Étude de cas d'intégration

Scénario : Conception d'un capteur de présence de papier pour une imprimante.
Objectif :Détecter quand du papier est présent dans le bac d'alimentation.
Mise en œuvre :Placer l'émetteur LTE-C216R-14 d'un côté du chemin du papier et un photodétecteur correspondant (ou utiliser la partie détecteur d'un composant similaire) directement en face. Lorsque le papier est absent, le faisceau IR atteint le détecteur, générant un signal (ex. : logique HAUT). Lorsque le papier est présent, il bloque le faisceau, provoquant la chute du signal du détecteur (logique BAS).
Considérations de conception :

• Réglage du courant :Commander l'émetteur à 20mA en utilisant une résistance en série pour une sortie constante et une longue durée de vie.
• Alignement :L'angle de vision de 75 degrés offre une certaine tolérance pour un mauvais alignement mécanique.
• Immunité à la lumière ambiante :Puisqu'il utilise une lumière modulée à 850nm, le système peut être rendu résistant aux interférences de la lumière ambiante en ajoutant un simple circuit de modulation/démodulation ou en utilisant un détecteur avec un filtre de lumière du jour.
• Soudage :Suivre le profil de refusion recommandé pour assurer des connexions fiables sur le circuit imprimé sans endommager le composant.

10. Principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans un matériau semi-conducteur. Lorsqu'une tension directe est appliquée à la jonction p-n, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région de jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie. Dans une LED IR, la largeur de bande interdite du semi-conducteur est conçue pour que cette énergie libérée corresponde à un photon dans le spectre infrarouge (environ 850nm pour ce dispositif). Les photons générés sont émis sous forme de lumière. La fonction détecteur, si applicable dans un composant appairé, fonctionne à l'inverse : les photons infrarouges incidents avec suffisamment d'énergie créent des paires électron-trou dans le semi-conducteur d'une photodiode, générant un photocourant mesurable lorsqu'elle est polarisée en inverse.

11. Tendances technologiques

Le domaine de l'optoélectronique continue d'évoluer. Les tendances pertinentes pour des composants comme le LTE-C216R-14 incluent :

• Intégration accrue :Évolution vers la combinaison de l'émetteur, du détecteur et de la logique de commande (comme un pilote modulé et un conditionneur de signal) dans un seul boîtier pour une conception système plus simple.
• Efficacité supérieure :Développement de matériaux et de structures semi-conductrices qui convertissent davantage d'entrée électrique en sortie optique, réduisant la consommation d'énergie et la génération de chaleur.
• Miniaturisation :Bien que le boîtier 1206 soit standard, il y a une poussée vers des empreintes encore plus petites (ex. : 0805, 0603) pour économiser de l'espace sur le circuit imprimé dans des dispositifs de plus en plus compacts.
• Fiabilité améliorée :Améliorations des matériaux et processus de conditionnement pour résister à des températures de refusion plus élevées et à des conditions environnementales plus sévères, prolongeant la durée de vie du produit.
• Détection intelligente :Incorporation d'une intelligence de base au niveau du composant, telle que l'annulation de la lumière ambiante ou une sortie numérique, pour simplifier l'interface avec les microcontrôleurs.

Ces tendances visent à fournir aux concepteurs des éléments de base plus performants, fiables et faciles à utiliser pour la prochaine génération de produits électroniques.