Fiche technique de l'émetteur et détecteur infrarouge LTE-S9511-E - Longueur d'onde 940nm - Courant direct 20mA - Tension directe 1,5V - Puissance dissipée 100mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-S9511-E 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 répondant aux besoins de puissance élevée, de vitesse élevée et d'angles de vision larges dans les solutions infrarouges.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Ce composant est conçu pour répondre aux normes modernes de fabrication et environnementales. C'est un produit vert conforme RoHS, fourni en bande de 8mm sur bobines de 13 pouces de diamètre pour une compatibilité avec les équipements de placement automatique à grande vitesse. Sa conception prend en charge les processus de soudure par refusion infrarouge, le rendant adapté à l'assemblage de PCB en volume. Les applications cibles principales incluent les systèmes de télécommande, les modules de transmission de données sans fil IR, les alarmes de sécurité et divers autres appareils électroniques grand public et industriels où une détection ou signalisation infrarouge est requise.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Les paramètres suivants définissent les limites opérationnelles et les caractéristiques de performance du dispositif dans des conditions standard (TA=25°C).

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs spécifient les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement continu.

• Puissance dissipée (Pd) :100 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (I_FP) :1 A. C'est le courant pulsé maximal autorisé dans des conditions spécifiques (300 pps, largeur d'impulsion de 10μs).
• Courant direct continu (I_F) :50 mA. Le courant direct continu maximal pour un fonctionnement fiable.
• Tension inverse (V_R) :5 V. Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse ; dépasser cette tension peut provoquer un claquage.
• Plage de température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante pour le fonctionnement normal du dispositif.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-55°C à +100°C.
• Condition de soudure infrarouge :Résiste à 260°C pendant un maximum de 10 secondes, définissant la tolérance du profil de refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test définies.

• Intensité rayonnante (I_E) :4,0 (Min), 6,0 (Typ) mW/sr. Mesurée à I_F= 20mA. Cela indique la puissance optique de sortie par angle solide.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_Peak) :940 nm (Typ). La longueur d'onde à laquelle le rayonnement infrarouge émis est le plus fort.
• Demi-largeur spectrale (Δλ) :50 nm (Typ). La largeur de bande du spectre émis à la moitié de l'intensité de crête.
• Tension directe (V_F) :1,2 (Typ), 1,5 (Max) V. Mesurée à I_F= 20mA. La chute de tension aux bornes du dispositif lorsqu'il conduit.
• Courant inverse (I_R) :10 μA (Max). Mesuré à V_R= 5V. Un faible courant de fuite sous polarisation inverse.
• Angle de vision (2θ_1/2) :20 (Min), 25 (Typ) degrés. L'angle total où l'intensité rayonnante tombe à la moitié de sa valeur sur l'axe.

3. Explication du système de classement (Binning)

Le dispositif est disponible en différentes classes de performance, ou "bins", basées sur l'intensité rayonnante. Cela permet aux concepteurs de sélectionner un composant qui correspond précisément aux exigences de sensibilité ou de puissance de sortie de leur application.

La liste des codes de bin spécifie l'intensité rayonnante minimale et maximale pour chaque classe à un courant de test de 20mA :

• Bin K :4 à 6 mW/sr
• Bin L :5 à 7,5 mW/sr
• Bin M :6 à 9 mW/sr
• Bin N :7 à 10,5 mW/sr

La sélection d'un code de bin plus élevé (par exemple, N plutôt que K) garantit généralement une puissance optique minimale plus élevée, ce qui peut être crucial pour obtenir une portée plus longue ou un meilleur rapport signal/bruit dans un système.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent le comportement du dispositif dans différentes conditions. Celles-ci sont essentielles pour la conception détaillée du circuit et la compréhension des compromis de performance.

4.1 Distribution spectrale

Une courbe (Fig.1) montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme l'émission de crête à 940nm et la demi-largeur spectrale d'environ 50nm, ce qui est typique pour les émetteurs infrarouges à base de GaAs. Ce spectre large est adapté à une utilisation avec des photodétecteurs au silicium, qui ont une sensibilité large dans la région du proche infrarouge.

4.2 Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V)

Cette courbe (Fig.3) représente la relation non linéaire entre le courant et la tension. Elle montre que la tension directe augmente avec le courant, commençant autour de 1,0V et approchant 1,5V à 100mA. Cette courbe est vitale pour concevoir le circuit de limitation de courant.

4.3 Caractéristiques thermiques

Plusieurs courbes illustrent la dépendance du dispositif à la température ambiante (T_a).

- Courant direct vs Température ambiante (Fig.2) :Montre probablement comment le courant direct maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente pour éviter de dépasser la limite de puissance dissipée.

- Intensité rayonnante relative vs Température ambiante (Fig.4) :Démontre que la puissance optique de sortie diminue lorsque la température augmente. Ce coefficient de température négatif est une considération clé pour les applications fonctionnant dans des environnements thermiques variables, car il peut nécessiter une compensation de température dans le circuit de commande ou de réception pour maintenir des performances constantes.

4.4 Intensité rayonnante relative vs Courant direct

Cette courbe (Fig.5) montre que l'intensité rayonnante est généralement proportionnelle au courant direct, mais la relation peut devenir sous-linéaire à des courants très élevés en raison de l'échauffement et de la baisse d'efficacité. Elle aide à déterminer le courant de fonctionnement optimal pour un niveau de sortie souhaité.

4.5 Diagramme de rayonnement

Le diagramme polaire (Fig.6) représente visuellement l'angle de vision. L'intensité est maximale à 0° (sur l'axe) et diminue symétriquement, tombant à la moitié à environ ±12,5° (pour un angle de vision de 25°). Ce motif est crucial pour aligner l'émetteur avec un détecteur ou pour concevoir des optiques pour façonner le faisceau.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions de contour

Le dispositif est conforme à un boîtier standard EIA. Les dimensions clés incluent la taille du corps, l'espacement des broches et la hauteur totale. Toutes les dimensions sont fournies en millimètres avec une tolérance typique de ±0,1mm sauf indication contraire. Le boîtier comporte une lentille en plastique transparente avec une configuration latérale, qui dirige la lumière émise perpendiculairement au plan du PCB.

5.2 Dimensions de pastille de soudure recommandées

Un diagramme fournit les dimensions recommandées du motif de pastilles sur le PCB pour assurer une formation correcte des joints de soudure et une stabilité mécanique pendant et après le processus de refusion. Le respect de ces directives est critique pour le rendement de fabrication et la fiabilité à long terme.

5.3 Identification de la polarité

La cathode est généralement indiquée par un côté plat, une encoche ou une broche plus courte sur le boîtier. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage, car l'application d'une tension inverse au-delà de la valeur maximale peut endommager instantanément le dispositif.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Paramètres de soudure par refusion

Le dispositif est compatible avec les processus de refusion infrarouge. Les conditions recommandées incluent :

- Préchauffage :150–200°C pendant un maximum de 120 secondes.

- Température de crête :260°C maximum.

- Temps au-dessus du liquidus :10 secondes maximum (pour un maximum de deux cycles de refusion).

Ces paramètres sont conformes aux normes JEDEC et aux spécifications courantes de pâte à souder sans plomb. Le profil doit être caractérisé pour la conception de PCB spécifique, les composants et le four utilisés.

6.2 Conditions de stockage

Le dispositif a un Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) de 3.

- Emballage scellé :Stocker à ≤30°C et ≤90% HR. Utiliser dans l'année suivant la date de scellage du sachet.

- Emballage ouvert :Pour les composants retirés du sachet anti-humidité, l'ambiance de stockage ne doit pas dépasser 30°C/60% HR. Il est recommandé de terminer la refusion IR dans la semaine (168 heures). Pour un stockage plus long hors de l'emballage d'origine, utiliser un conteneur scellé avec dessiccant. Les composants stockés plus d'une semaine doivent être cuits à environ 60°C pendant au moins 20 heures avant la soudure 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, utiliser des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique. Les produits chimiques agressifs doivent être évités.

7. Emballage et informations de commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le dispositif est fourni en bande porteuse de 8mm sur bobines de 13 pouces (330mm) de diamètre. Chaque bobine contient environ 9000 pièces. L'emballage est conforme aux spécifications ANSI/EIA 481-1-A-1994. La bande a un couvercle supérieur scellé, et un maximum de deux poches à composants vides consécutives est autorisé.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Télécommandes :Pour téléviseurs, systèmes audio et autres appareils électroniques grand public.
• Transmission de données IR :Communication sans fil simplex à courte portée pour capteurs ou signaux de contrôle.
• Systèmes de sécurité :Comme partie de faisceaux de détection d'intrusion ou de capteurs de proximité.
• Détection d'objet :Capteurs montés sur PCB pour le comptage, la détection de position ou la détection de bord.

8.2 Considérations de conception et méthode de pilotage

Une LED est un dispositif piloté par courant. Pour assurer une intensité constante et une longue durée de vie, elle doit être pilotée par une source de courant ou une source de tension avec une résistance de limitation de courant en série. La valeur de la résistance (R_s) peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R_s= (V_alim- V_F) / I_F. Où V_Fest la tension directe de la fiche technique au courant de fonctionnement souhaité I_F. Lors du pilotage de plusieurs LED en parallèle, il est fortement recommandé d'utiliser une résistance de limitation de courant séparée pour chaque LED pour éviter l'accaparement de courant dû à de légères variations de leur V_F characteristics.

9. Comparaison et différenciation technique

Le LTE-S9511-E, avec sa longueur d'onde de 940nm, offre un avantage clé par rapport aux LED à lumière visible ou à d'autres longueurs d'onde IR : il est pratiquement invisible à l'œil nu, ce qui le rend idéal pour un fonctionnement discret. Comparé aux émetteurs 850nm, le 940nm a généralement un bruit de fond d'irradiance solaire plus faible, ce qui peut améliorer le rapport signal/bruit dans des conditions de lumière ambiante. Le boîtier à lentille latérale est spécifiquement conçu pour les applications où le faisceau IR doit voyager parallèlement à la surface du PCB, une exigence courante dans les capteurs à fente ou les panneaux à éclairage latéral.

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

Q : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?

R : Non. Vous devez utiliser une résistance en série pour limiter le courant. Par exemple, avec une alimentation de 5V et un I_Fcible de 20mA (V_F~1,2V), R_s= (5V - 1,2V) / 0,02A = 190Ω. Une résistance de 200Ω serait une valeur standard appropriée.

Q : Quelle est la différence entre "Intensité rayonnante" et "Angle de vision" ?

R : L'Intensité rayonnante (mW/sr) mesure la quantité de puissance optique concentrée dans une direction donnée (par stéradian). L'Angle de vision définit la largeur de ce faisceau. Un dispositif avec une intensité rayonnante élevée mais un angle de vision très étroit projette un faisceau puissant mais étroit. Ce dispositif a un angle de vision modéré de 25°, offrant un bon équilibre entre concentration et couverture du faisceau.

Q : Pourquoi le Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL 3) est-il important ?

R : Les boîtiers plastiques peuvent absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudure par refusion à haute température, cette humidité piégée peut se vaporiser rapidement, provoquant un délaminage interne, des fissures ou l'effet "pop-corn", ce qui détruit le dispositif. Suivre les procédures prescrites de stockage, manipulation et cuisson est essentiel pour prévenir ce mode de défaillance.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un capteur simple de détection d'objet IR.

Une conception courante utilise le LTE-S9511-E à la fois comme émetteur et détecteur (en mode de détection réfléchissante) ou utilise un phototransistor séparé. L'émetteur est pulsé à une fréquence spécifique (par exemple, 38kHz). Le circuit détecteur inclut un filtre accordé à cette fréquence. Lorsqu'un objet réfléchit le faisceau IR vers le détecteur, le circuit enregistre un signal. Étapes clés de conception :

1. Circuit de pilotage :Utiliser un transistor (par exemple, NPN ou MOSFET canal N) commandé par un microcontrôleur pour pulser la LED au courant souhaité (par exemple, impulsions de 50mA) et à la fréquence souhaitée. Inclure la résistance série calculée.

2. Circuit récepteur :La sortie d'un phototransistor est envoyée vers un amplificateur et un filtre passe-bande centré sur la fréquence de modulation (38kHz). Cela rejette la lumière ambiante (DC et basse fréquence) et les autres bruits IR.

3. Alignement :Utiliser le diagramme de rayonnement pour aligner l'émetteur et le détecteur. Pour la détection réfléchissante, ils sont souvent placés côte à côte selon un angle, avec leurs champs de vision se croisant à la distance de détection souhaitée.

4. Implantation PCB :Placer les composants selon la disposition de pastilles recommandée. S'assurer que la lentille plastique transparente n'est pas obstruée par le masque de soudure ou d'autres composants.

12. Introduction au principe

Le LTE-S9511-E, en tant qu'émetteur infrarouge, est une diode semi-conductrice. Lorsqu'elle est polarisée en direct, les électrons et les trous se recombinent dans la région active (faite de matériaux comme le GaAs ou l'AlGaAs), libérant de l'énergie sous forme de photons. La composition spécifique du matériau détermine la longueur d'onde de ces photons ; dans ce cas, elle est centrée autour de 940nm, ce qui se situe dans le spectre du proche infrarouge. La lentille latérale est moulée en époxy transparent, qui extrait efficacement la lumière de la puce semi-conductrice et la dirige latéralement. Le dispositif peut également fonctionner comme détecteur car la jonction PN semi-conductrice peut générer un faible photocourant lorsqu'elle est exposée à une lumière d'énergie suffisante (photons de longueur d'onde inférieure à la longueur d'onde de coupure du matériau). Cependant, sa fonction principale optimisée est l'émission.

13. Tendances de développement

Le domaine des composants infrarouges discrets continue d'évoluer. Les tendances incluent :

- Efficacité accrue :Développement de nouveaux matériaux et structures semi-conducteurs (par exemple, puits quantiques multiples) pour extraire plus de puissance optique par unité d'entrée électrique, réduisant la génération de chaleur et la consommation d'énergie.

- Vitesse accrue :Pour les applications de transmission de données, les composants avec des temps de montée/descente plus rapides permettent des débits de données plus élevés.

- Intégration :Combiner l'émetteur, le détecteur et la logique de contrôle (comme la modulation/démodulation) dans un seul boîtier ou module simplifie la conception et améliore les performances.

- Miniaturisation :Réduction continue de la taille des boîtiers pour répondre aux exigences d'appareils électroniques grand public toujours plus petits tout en maintenant ou en améliorant les spécifications de performance.

- Fiabilité améliorée :Amélioration des matériaux et processus de boîtier pour résister à des conditions environnementales plus sévères et à des durées de vie opérationnelle plus longues.