Fiche technique LTE-S9511T-E - Émetteur et détecteur infrarouge - Longueur d'onde pic 940nm - Angle de vision 25° - Dissipation 100mW - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-S9511T-E est un composant infrarouge discret conçu pour un large éventail d'applications optoélectroniques. Il appartient à une famille de dispositifs conçus pour fournir des solutions nécessitant une puissance élevée, une vitesse élevée et des caractéristiques optiques spécifiques. Le composant est fabriqué en utilisant la technologie GaAs, standard pour les émetteurs infrarouges, afin d'atteindre ses objectifs de performance.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

Le dispositif intègre plusieurs caractéristiques clés qui le rendent adapté aux normes modernes d'assemblage électronique et environnementales. Il est conforme aux directives RoHS, le classant comme Produit Vert. L'emballage est conçu pour la compatibilité avec la fabrication en grande série, fourni en bande de 8mm sur bobines de 7 pouces de diamètre, compatible avec les équipements de placement automatique. De plus, le composant peut résister aux processus de soudage par refusion infrarouge, une exigence critique pour les lignes d'assemblage à technologie de montage en surface (SMT). Le boîtier lui-même est conforme aux normes EIA, garantissant une compatibilité mécanique.

1.2 Applications cibles et marché

L'application principale de ce composant est en tant qu'émetteur infrarouge. Ses caractéristiques le rendent bien adapté à l'intégration dans des systèmes tels que les télécommandes pour l'électronique grand public, les liaisons de transmission de données sans fil basées sur l'IR, les alarmes de sécurité et autres applications de détection. Il est destiné à des configurations montées sur PCB, fournissant une source compacte et fiable de lumière infrarouge.

2. Spécifications techniques et interprétation objective

Cette section fournit une analyse objective détaillée des paramètres électriques, optiques et thermiques du dispositif tels que définis dans la fiche technique.

2.1 Valeurs maximales absolues

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

• Dissipation de puissance (Pd) :100 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur sans dépasser ses limites thermiques.
• Courant direct de crête (I_FP) :1 A. 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 DC, soulignant la capacité du dispositif pour un fonctionnement en impulsions courant dans la transmission de données et les télécommandes.
• Courant direct continu (I_F) :50 mA. Le courant direct continu maximal que le dispositif peut supporter.
• Tension inverse (V_R) :5 V. L'application d'une tension inverse supérieure peut entraîner la rupture de la jonction semi-conductrice.
• Plage de température de fonctionnement (T_op) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est spécifié pour fonctionner correctement.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-55°C à +100°C. La plage de température pour le stockage hors fonctionnement.
• Condition de soudage infrarouge :Résiste à 260°C pendant un maximum de 10 secondes. Ceci définit la tolérance du profil de soudage par refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés à une température ambiante (T_A) de 25°C dans des conditions de test spécifiées.

• Intensité rayonnante (I_E) :6,0 mW/sr (Typique) à I_F= 20mA. Cela mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian). C'est un paramètre clé pour déterminer la portée effective et la force du signal dans une application.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :940 nm (Typique). La longueur d'onde à laquelle la puissance optique émise est maximale. Elle se situe dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil humain mais détectable par les photodiodes et phototransistors au silicium.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :50 nm (Typique). Cela indique la largeur de bande spectrale, ou la plage de longueurs d'onde émises. Une valeur de 50 nm est courante pour les IRED GaAs standard.
• Tension directe (V_F) :1,2 V (Typique), 1,5 V (Max) à I_F= 20mA. La chute de tension aux bornes du dispositif lorsqu'il conduit du courant. Ceci est crucial pour concevoir le circuit de commande et calculer la consommation d'énergie.
• Courant inverse (I_R) :10 μA (Max) à V_R= 5V. Le faible courant de fuite qui circule lorsque le dispositif est polarisé en inverse.
• Angle de vision (2θ_1/2) :25 degrés (Typique). Défini comme l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur sur l'axe central. Un angle de 25 degrés indique un faisceau relativement focalisé, ce qui peut être bénéfique pour une communication ou une détection dirigée.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs graphiques qui illustrent la relation entre les paramètres clés. Ces courbes sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard.

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 environ 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. Tension directe (Courbe I-V)

Cette courbe (Fig.3) est fondamentale pour tout dispositif semi-conducteur. Elle montre la relation non linéaire entre le courant traversant l'IRED et la tension à ses bornes. La courbe se déplace avec la température, ce qui est critique pour la gestion thermique dans la conception.

3.3 Dépendance à la température

Les figures 2 et 4 décrivent comment la performance du dispositif change avec la température ambiante. Typiquement, la tension directe d'une diode a un coefficient de température négatif (elle diminue lorsque la température augmente), tandis que la puissance optique de sortie diminue généralement aussi avec l'augmentation de la température. Ces graphiques permettent aux concepteurs de déclasser les performances pour les environnements à haute température.

3.4 Intensité rayonnante relative vs. Courant direct

La figure 5 montre comment la sortie lumineuse évolue avec le courant de commande. Elle est typiquement sous-linéaire ; doubler le courant ne double pas la sortie optique. Cette relation est importante pour définir le point de fonctionnement afin d'atteindre efficacement la luminosité ou la force de signal souhaitée.

3.5 Diagramme de rayonnement

Le diagramme polaire (Fig.6) fournit une carte détaillée de l'intensité émise en fonction de l'angle par rapport à l'axe central. Ce dispositif à angle de vision de 25 degrés montre un motif de faisceau le plus fort au centre et qui diminue vers les bords, ce qui est crucial pour la conception du système optique, comme l'alignement avec le champ de vision du récepteur.

4. Informations mécaniques et d'emballage

4.1 Dimensions de contour

La fiche technique fournit des dessins mécaniques détaillés du composant. Les dimensions clés incluent la taille du corps, l'espacement des broches et la hauteur totale. Le composant présente un boîtier plastique transparent avec une lentille en vue latérale, qui façonne le diagramme de rayonnement de la lumière émise. Toutes les dimensions critiques sont fournies avec une tolérance standard de ±0,15mm sauf indication contraire.

4.2 Disposition recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastilles recommandé (empreinte) pour la conception de PCB est inclus. Le respect de ces dimensions est vital pour assurer une bonne formation des joints de soudure pendant la refusion, obtenir une bonne résistance mécanique et faciliter la dissipation thermique du dispositif.

4.3 Identification de la polarité

Les conventions de polarité standard des LED s'appliquent. La cathode est généralement indiquée par un bord plat sur le corps du boîtier, une encoche ou une broche plus courte. La polarité correcte doit être observée pendant l'assemblage pour éviter tout dommage.

5. Guide d'assemblage, manipulation et fiabilité

5.1 Guide de soudage et d'assemblage

Le dispositif est conçu pour le soudage par refusion infrarouge. La fiche technique spécifie les paramètres critiques du profil :

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

Pour le soudage manuel à l'étain, la recommandation est une température maximale de 300°C pendant pas plus de 3 secondes par joint. La fiche technique souligne que le profil optimal dépend de la conception spécifique du PCB, de la pâte à souder et du four, et recommande d'utiliser les profils standard JEDEC comme point de départ.

5.2 Conditions de stockage

Le composant a un Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) de 3. Cela signifie :

• Sac scellé :Peut être stocké jusqu'à un an à ≤30°C et ≤90% HR.
• Après ouverture du sac :Doit être stocké à ≤30°C et ≤60% HR. Les composants doivent être soumis à la refusion dans la semaine (168 heures). S'ils sont stockés plus longtemps hors du sac d'origine, ils doivent être stockés dans un armoire sèche ou un conteneur scellé avec dessiccant. S'ils sont exposés plus d'une semaine, un dégazage à 60°C pendant au moins 20 heures est requis avant le soudage pour éviter les fissures "popcorn" pendant la refusion.

5.3 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire après le soudage, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique (IPA) doivent être utilisés. Des produits chimiques agressifs peuvent endommager le boîtier plastique ou la lentille.

6. Emballage et informations de commande

6.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le composant est fourni en bande porteuse gaufrée avec une bande de couverture, enroulée sur des bobines de 7 pouces (178mm) de diamètre. Chaque bobine contient 3000 pièces. L'emballage est conforme aux normes ANSI/EIA-481-1-A-1994. Les spécifications incluent les dimensions des alvéoles, la largeur de la bande et la taille du moyeu de la bobine pour assurer la compatibilité avec les machines de placement automatique pick-and-place.

7. Considérations de conception d'application

7.1 Conception du circuit de commande

Une note de conception critique est qu'une LED est un dispositif commandé en courant. La fiche technique déconseille fortement de connecter plusieurs LED directement en parallèle à partir d'une seule source de tension avec une seule résistance de limitation de courant (Modèle de circuit B). En raison des variations naturelles de la tension directe (V_F) des dispositifs individuels, le courant ne sera pas partagé équitablement, entraînant des différences significatives de luminosité et une sollicitation excessive potentielle d'un dispositif. La méthode recommandée (Modèle de circuit A) est d'utiliser une résistance de limitation de courant séparée en série avec chaque LED. Cela garantit un courant uniforme et, par conséquent, une intensité rayonnante uniforme sur tous les dispositifs du réseau.

7.2 Gestion thermique

Bien que la dissipation de puissance maximale absolue soit de 100mW, le fonctionnement pratique doit rester bien en dessous de cette limite, surtout à des températures ambiantes plus élevées. Les courbes de déclassement (Fig. 2, Fig. 4) doivent être consultées. Une surface de cuivre PCB adéquate (l'utilisation du motif de pastilles suggéré aide) est nécessaire pour évacuer la chaleur de la jonction du dispositif afin de maintenir les performances et la longévité.

7.3 Conception optique

L'angle de vision de 25 degrés et le boîtier à lentille latérale influencent la façon dont l'énergie IR est dirigée. Pour une performance optimale dans une liaison de détection ou de communication, le diagramme de rayonnement de l'émetteur doit être aligné avec le profil de sensibilité angulaire du récepteur. Le diagramme de rayonnement (Fig.6) est essentiel pour cet alignement. Pour les applications nécessitant un motif de faisceau différent, des lentilles externes ou des réflecteurs peuvent être nécessaires.

8. Comparaison et différenciation technique

Le LTE-S9511T-E, avec sa longueur d'onde pic de 940nm, est positionné pour les applications infrarouges générales. Les principaux éléments différenciants incluent son boîtier en vue latérale, utile pour l'éclairage latéral ou des exigences spécifiques de chemin optique, et sa compatibilité avec les processus d'assemblage automatique. Comparé aux dispositifs avec des angles de vision plus larges (par exemple, 60-120 degrés), ce composant offre une intensité axiale plus élevée pour un courant de commande donné, ce qui peut se traduire par une portée plus longue ou une consommation d'énergie plus faible pour les liaisons dirigées. Sa longueur d'onde de 940nm est une norme courante, garantissant une large compatibilité avec les récepteurs infrarouges à base de silicium et les filtres conçus pour ce spectre.

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

Q1 : Puis-je commander cet IRED directement depuis une broche GPIO d'un microcontrôleur ?

R : Cela dépend de la capacité de fourniture de courant de la GPIO. À un courant de commande typique de 20mA, la GPIO doit pouvoir fournir au moins cette valeur. Une résistance en série est toujours nécessaire pour limiter le courant, calculée comme R = (V_alim- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 3,3V et V_Fde 1,2V à 20mA, R = (3,3 - 1,2) / 0,02 = 105 Ohms. Une résistance de 100 Ohms serait un choix standard.

Q2 : Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête (λ_p) et la longueur d'onde dominante (λ_d) ?

R : La longueur d'onde de crête est la longueur d'onde au point maximum de la courbe de distribution de puissance spectrale. La longueur d'onde dominante est dérivée de la colorimétrie et représente la couleur perçue. Pour les émetteurs IR monochromatiques, elles sont typiquement très proches, mais λ_pest la spécification technique standard pour la performance optoélectronique.

Q3 : Pourquoi le courant pulsé nominal (1A) est-il si supérieur au courant continu nominal (50mA) ?

R : Cela est dû aux limitations thermiques. Pendant une impulsion très courte (10μs), la jonction semi-conductrice n'a pas le temps de chauffer significativement, permettant un courant instantané beaucoup plus élevé sans dépasser la température de jonction maximale. En fonctionnement continu, la chaleur s'accumule continuellement, donc le courant doit être limité pour maintenir la température dans des limites sûres.

10. Exemples d'applications pratiques

Exemple 1 : Émetteur de télécommande IR simple.Le LTE-S9511T-E peut être utilisé comme émetteur dans une télécommande basique. Un microcontrôleur génère un signal numérique modulé (par exemple, une porteuse de 38kHz) correspondant à un protocole de commande (par exemple, NEC, RC5). Ce signal commute un transistor qui commande l'IRED avec un courant pulsé jusqu'à la valeur de crête de 1A, créant des salves de lumière infrarouge. Le faisceau focalisé de 25 degrés aide à s'assurer que le signal est dirigé vers le récepteur.

Exemple 2 : Capteur de proximité ou de détection d'objet.Couplé avec un récepteur phototransistor ou photodiode séparé, l'émetteur peut être utilisé pour détecter la présence ou l'absence d'un objet. L'émetteur éclaire avec de la lumière IR à travers un espace. Lorsqu'un objet interrompt le faisceau, le signal du récepteur chute, déclenchant un événement de détection. Le boîtier en vue latérale peut être avantageux dans la conception d'ensembles de capteurs compacts où le chemin optique est parallèle au PCB.

11. Principe de fonctionnement

Le LTE-S9511T-E est une diode électroluminescente (LED) basée sur le matériau semi-conducteur Arseniure de Gallium (GaAs). Lorsqu'une tension directe est appliquée à la jonction P-N, des électrons et des trous sont injectés dans la région active où ils se recombinent. Dans un semi-conducteur à bande interdite directe comme le GaAs, cette recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La largeur de bande interdite spécifique du matériau détermine la longueur d'onde de la lumière émise ; pour le GaAs, cela donne une émission infrarouge autour de 940nm. La lentille en vue latérale est en résine époxy transparente qui encapsule la puce semi-conductrice et façonne la lumière émise selon le diagramme de rayonnement spécifié.

12. Contexte industriel et tendances

Les composants infrarouges discrets comme le LTE-S9511T-E restent des éléments fondamentaux en électronique. Bien que les modules de capteurs intégrés (combinant émetteur, détecteur et logique dans un seul boîtier) se développent pour des applications spécifiques comme la détection de gestes, les composants discrets offrent une flexibilité de conception, un rapport coût-efficacité pour les applications en grande série et la capacité d'optimiser indépendamment le chemin optique. Les tendances de l'industrie incluent la demande continue de miniaturisation, une efficacité plus élevée (plus de sortie optique par entrée électrique) et une compatibilité accrue avec les processus de soudage sans plomb à haute température. La conformité RoHS et Produit Vert de ce dispositif s'aligne avec les réglementations environnementales mondiales qui guident l'industrie électronique.