Fiche technique LTE-R38381L-S - Émetteur et détecteur infrarouge - Longueur d'onde 940nm - Courant direct 1A - Puissance 1,8W - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes d'un composant discret d'émetteur infrarouge. Le dispositif est conçu pour des applications nécessitant une source de lumière infrarouge fiable et de haute puissance. Il utilise une puce en Arseniure de Gallium (GaAs) pour émettre de la lumière à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres, qui se situe dans le spectre du proche infrarouge et est invisible à l'œil humain. La fonction principale de ce composant est de servir d'émetteur infrarouge contrôlé dans divers systèmes électroniques.

1.1 Avantages clés et marché cible

Le composant offre plusieurs avantages clés pour les applications infrarouges. Il présente une intensité rayonnante élevée, permettant une transmission de signal puissante. Il est conçu pour un courant de commande élevé, ce qui contribue à sa puissance de sortie. Le dispositif se caractérise également par sa longue durée de vie opérationnelle et sa haute fiabilité de performance. Il est conforme aux réglementations environnementales telles que RoHS, le classant comme un produit vert. Les applications cibles de cet émetteur infrarouge sont diverses, se concentrant principalement sur des domaines comme les émetteurs infrarouges pour systèmes de télécommande et les capteurs infrarouges montés sur PCB pour la détection de proximité, la détection d'objets ou la transmission de données.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Les sections suivantes fournissent une analyse objective détaillée des principaux paramètres techniques du dispositif tels que définis dans ses limites de spécification.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti et doit être évité dans une conception fiable.

• Dissipation de puissance (Pd) :1,8 Watt. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (TA) de 25°C. Dépasser cette valeur entraînera une élévation excessive de la température de jonction.
• Courant direct de crête (IFP) :5 Ampères. C'est le courant maximal autorisé en conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10 microsecondes). Il est nettement supérieur à la valeur en courant continu, tirant parti de l'inertie thermique du dispositif.
• Courant direct continu (IF) :1 Ampère. C'est le courant direct continu maximal que le dispositif peut supporter.
• Tension inverse (VR) :5 Volts. L'application d'une tension inverse supérieure à cette valeur peut entraîner la rupture de la jonction semi-conductrice.
• Résistance thermique (RθJ) :10 K/W. Ce paramètre indique l'efficacité avec laquelle la chaleur se propage de la jonction semi-conductrice vers l'ambiance. Une valeur plus basse signifie une meilleure dissipation thermique.
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C. Le fonctionnement du dispositif est garanti dans cette plage de température ambiante.
• Plage de température de stockage :-55°C à +100°C.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques et garantis mesurés dans des conditions de test spécifiées (TA=25°C, sauf indication contraire).

• Intensité rayonnante (I_E) :160 mW/sr (Min). Cette mesure correspond à la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian) le long de l'axe. Elle définit la force du faisceau dans une direction spécifique.
• Flux rayonnant total (Φ_e) :590 mW (Typ). C'est la puissance optique totale émise par le dispositif dans toutes les directions (4π stéradians).
• Longueur d'onde d'émission pic (λ_P) :940 nm (Typ). La longueur d'onde à laquelle la puissance optique émise est maximale.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :50 nm (Typ). C'est la largeur de bande spectrale où l'intensité rayonnante est au moins la moitié de sa valeur pic. Elle décrit la pureté de la couleur (longueur d'onde) émise.
• Tension directe (V_F) :1,8V (Typ), 2,3V (Max) à I_F=1A. La chute de tension aux bornes du dispositif lorsqu'il conduit le courant direct spécifié.
• 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.
• Temps de montée/descente (t_r/t_f) :30 ns (Typ). Le temps nécessaire pour que la sortie optique passe de 10% à 90% (ou de 90% à 10%) de sa valeur finale en réponse à un échelon de courant. Cela détermine la vitesse de modulation maximale.
• Angle de vision (2θ_1/2) :90 degrés (Typ). L'angle total pour lequel l'intensité rayonnante est la moitié de la valeur au centre (0°). Un angle de 90° indique un diagramme de rayonnement large.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs graphiques illustrant le comportement du dispositif dans différentes conditions. Ces courbes sont essentielles pour comprendre les non-linéarités et les dépendances à la température.

3.1 Distribution spectrale

Un graphique (Fig.1) montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. La courbe est centrée autour de 940 nm avec une demi-largeur typique de 50 nm. Cela confirme que le dispositif émet dans la région du proche infrarouge, optimale pour de nombreux capteurs et télécommandes qui filtrent la lumière visible.

3.2 Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

La courbe I-V (Fig.3) démontre la relation exponentielle typique d'une diode. Au courant nominal de 1A, la tension directe est typiquement de 1,8V. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit de commande peut fournir cette tension au courant requis.

3.3 Dépendance à la température

Les graphiques clés illustrent l'impact de la température :

• Courant direct vs. Température ambiante (Fig.2) :Montre comment le courant direct maximal autorisé se dégrade à mesure que la température ambiante augmente, en raison de la limite de dissipation de puissance fixe.
• Intensité rayonnante relative vs. Température ambiante (Fig.4) :Indique que la puissance optique de sortie diminue lorsque la température de jonction augmente. C'est un facteur critique pour maintenir une performance optique constante.
• Intensité rayonnante relative vs. Courant direct (Fig.5) :Montre la relation sous-linéaire entre le courant de commande et la sortie lumineuse, en particulier aux courants plus élevés où l'efficacité peut chuter et l'échauffement augmenter.

3.4 Diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement (Fig.6) est un tracé polaire montrant la distribution angulaire de la lumière émise. L'angle de vision de 90° est visuellement confirmé, montrant que l'intensité tombe à la moitié à ±45° de l'axe central. Ce diagramme est important pour aligner l'émetteur avec un détecteur ou assurer une couverture adéquate dans une application de détection.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions de contour

Le dispositif a un facteur de forme de boîtier traversant standard. Le dessin dimensionnel spécifie la taille du corps, l'espacement des broches et le diamètre des broches. Toutes les dimensions sont fournies en millimètres avec une tolérance typique de ±0,1 mm sauf indication contraire. La cathode est identifiée sur le boîtier, ce qui est crucial pour une orientation correcte lors du montage sur PCB.

4.2 Dimensions recommandées des pastilles de soudure

Un diagramme fournit les dimensions recommandées du motif de pastilles (empreinte) pour la conception de PCB. Suivre ces recommandations aide à assurer une soudure fiable et une stabilité mécanique correcte après soudure à la vague ou par refusion.

5. Guide de soudage et d'assemblage

5.1 Conditions de soudage

La fiche technique fournit des directives claires pour deux méthodes de soudage :

• Soudage par refusion :Recommandé pour l'assemblage en montage en surface. Le profil doit avoir une étape de préchauffage (150-200°C), une température pic ne dépassant pas 260°C, et un temps au-dessus de 260°C limité à un maximum de 10 secondes. Le dispositif peut supporter ce profil un maximum de deux fois.
• Soudage manuel (Fer à souder) :La température de la pointe du fer à souder ne doit pas dépasser 300°C, et le temps de contact doit être limité à 3 secondes par broche. Cela ne doit être effectué qu'une seule fois.

Une référence à un profil de température de refusion conforme JEDEC est fournie comme cible générique, soulignant la nécessité de respecter à la fois les limites JEDEC et les spécifications du fabricant de la pâte à souder.

5.2 Stockage et manipulation

• Stockage (Sachet scellé) :Les dispositifs doivent être stockés à ≤30°C et ≤90% d'Humidité Relative (HR). La durée de conservation dans le sachet anti-humidité avec dessicant est d'un an.
• Stockage (Sachet ouvert) :Après ouverture, l'ambiance ne doit pas dépasser 30°C / 60% HR. Les composants doivent être utilisés dans la semaine. Pour un stockage plus long hors du sachet d'origine, ils doivent être conservés dans un conteneur scellé avec dessicant ou dans un dessiccateur à azote.
• Séchage (Baking) :Si les dispositifs sont exposés à l'air ambiant pendant plus d'une semaine, un séchage à 60°C pendant au moins 20 heures est recommandé avant soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

5.3 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire après soudage, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique doivent être utilisés pour éviter d'endommager le boîtier ou le matériau de la lentille.

5.4 Méthode de commande

Une note de conception critique souligne qu'une LED est un dispositif commandé en courant. Pour assurer une luminosité uniforme lors de la commande de plusieurs LED en parallèle, une résistance de limitation de courant individuelle doit être placée en série avec chaque LED. Cela compense les légères variations de tension directe (V_F) des dispositifs individuels, empêchant l'accaparement du courant et un éclairage ou une puissance de sortie inégale.

6. Emballage et informations de commande

6.1 Dimensions de l'emballage en bande et bobine

Des dessins mécaniques détaillés spécifient les dimensions de la bande porteuse, de la poche qui contient le composant, et de la bobine complète (un diamètre de 7 pouces est mentionné). La bande est scellée avec une bande de couverture pour protéger les composants pendant l'expédition et l'assemblage automatisé.

6.2 Spécifications d'emballage

Les détails clés de l'emballage incluent :

• Taille de la bobine : 7 pouces.
• Quantité : 600 pièces par bobine.
• Qualité : Le nombre maximum de composants manquants consécutifs dans la bande est de deux.
• Norme : L'emballage est conforme aux spécifications ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Scénarios d'application typiques

Sur la base de ses spécifications, cet émetteur infrarouge est bien adapté pour :

• Télécommandes infrarouges :Pour téléviseurs, systèmes audio et autres appareils électroniques grand public. La longueur d'onde de 940nm est standard pour la plupart des récepteurs IR.
• Détection de proximité et d'objets :Couplé avec une photodiode ou un phototransistor pour détecter la présence, l'absence ou la distance d'un objet en réfléchissant sa lumière IR.
• Interrupteurs et codeurs optiques :Interrompre le faisceau entre l'émetteur et le détecteur pour créer un interrupteur sans contact ou mesurer la rotation/position.
• Transmission de données à courte portée :Pour des applications de type IrDA ou des liaisons de données sans fil simples, modulées par son temps de montée/descente rapide.

7.2 Considérations de conception

• Gestion thermique :Avec une dissipation de puissance de 1,8W et une résistance thermique de 10 K/W, commander le dispositif à son courant continu maximal générera une chaleur significative. Une surface de cuivre PCB adéquate (dégagement thermique) ou un dissipateur thermique peut être nécessaire pour un fonctionnement continu, surtout à des températures ambiantes élevées.
• Circuit de commande de courant :Utiliser un pilote à courant constant ou une source de tension avec une résistance en série pour fixer le courant. Éviter de commander directement depuis une broche logique ou une source de tension non régulée.
• Conception optique :Prendre en compte l'angle de vision de 90°. Pour des faisceaux à longue portée ou dirigés, une lentille peut être nécessaire pour collimater la lumière. Pour un éclairage de zone large, l'angle natif peut être suffisant.
• Couplage avec un détecteur :S'assurer que le photodétecteur sélectionné (photodiode PIN, phototransistor) est sensible dans la région des 940nm. L'utilisation d'un détecteur avec un filtre bloquant la lumière du jour améliorera le rapport signal/bruit dans des conditions de lumière ambiante.

8. Comparaison et différenciation technique

Bien qu'une comparaison directe nécessite des données spécifiques de concurrents, les principales caractéristiques différenciatrices de ce dispositif, basées sur sa propre fiche technique, sont :

• Capacité de haute puissance :Un courant direct continu de 1A et un courant pulsé de 5A indiquent une conception de puce et de boîtier robuste capable d'une sortie élevée.
• Large angle de vision :L'angle de 90° offre une large couverture, utile pour les applications de détection où l'alignement n'est pas critique ou où un éclairage de zone est nécessaire.
• Vitesse de commutation rapide :Un temps de montée/descente typique de 30ns permet une modulation haute fréquence, permettant des débits de transmission de données plus rapides dans les applications de communication par rapport aux dispositifs plus lents.
• Fiabilité établie :Les références aux normes JEDEC et les directives détaillées de sensibilité à l'humidité/soudage suggèrent un composant conçu pour des processus de fabrication robustes.

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

9.1 Puis-je commander cette LED directement avec une broche de microcontrôleur 5V ?

Non, ce n'est pas recommandé et risque d'endommager la LED ou le microcontrôleur.La LED chute typiquement 1,8V à 1A. Une broche de microcontrôleur ne peut pas fournir 1A, et la connecter directement à 5V sans limitation de courant tenterait de tirer un courant destructeur. Vous devez utiliser un circuit de commande (transistor/MOSFET) avec une résistance en série pour limiter le courant à la valeur souhaitée.

9.2 Pourquoi la sortie est-elle plus faible à haute température ?

L'efficacité du matériau semi-conducteur à convertir le courant électrique en lumière (efficacité quantique interne) diminue lorsque la température de jonction augmente. C'est une propriété physique fondamentale. Le graphique de la Fig.4 quantifie cette dégradation, qui doit être prise en compte dans les conceptions fonctionnant sur une large plage de température pour assurer une performance optique constante.

9.3 Quelle est la différence entre l'Intensité Rayonnante et le Flux Rayonnant Total ?

L'Intensité Rayonnante (mW/sr)est une mesuredirectionnelle: la puissance émise dans un angle solide spécifique (généralement le long de l'axe central). C'est essentiel pour les applications où un détecteur est placé à un endroit spécifique.Le Flux Rayonnant Total (mW)est la puissancetotaleintégrée émise dans toutes les directions (la sphère entière). Il représente la "luminosité" globale de l'émetteur, quelle que soit la direction. Un dispositif peut avoir un flux total élevé mais une intensité axiale faible si la lumière est très largement diffusée.

9.4 À quel point la durée de vie de 1 semaine après ouverture du sachet est-elle critique ?

C'est très important pour un soudage fiable. Les boîtiers plastiques absorbent l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudage par refusion à haute température, cette humidité piégée peut se vaporiser rapidement, provoquant un délaminage interne, des fissures ou un effet "pop-corn" qui détruit le composant. La limite d'une semaine et l'exigence de séchage sont basées sur le Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) du boîtier pour prévenir ces défaillances.

10. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'une barrière de détection d'objets multi-émetteurs
Un système nécessite un rideau de lumière infrarouge pour détecter les objets passant à travers une porte de 50 cm de large. Cinq paires émetteur-détecteur seront utilisées.

1. Circuit de commande :Chaque émetteur sera commandé par un MOSFET canal N dédié, contrôlé par un signal PWM partagé du microcontrôleur pour moduler la lumière IR (par exemple à 38kHz). Une résistance de limitation de courant unique sera calculée pour chaque branche LED : R = (V_alim- V_{F_LED}) / I_F. En supposant une alimentation de 5V, V_F=1,8V, et I_F=500mA (dégradé pour la fiabilité), R = (5 - 1,8) / 0,5 = 6,4Ω (utiliser la valeur standard 6,2Ω). La puissance nominale de la résistance doit être d'au moins I²² * R = (0,5)² *6,2 ≈ 1,55W, donc une résistance de 2W ou 3W est nécessaire.²*6.2 ≈ 1.55W, so a 2W or 3W resistor is needed.
2. Gestion thermique :Chaque LED dissipe P = V_F* I_F= 1,8V * 0,5A = 0,9W. Le PCB doit avoir de grandes zones de cuivre connectées aux pastilles de cathode et d'anode de la LED pour servir de dissipateur thermique, maintenant la température de jonction dans des limites sûres.
3. Alignement optique :L'angle de vision de 90° simplifie l'alignement avec le détecteur correspondant de l'autre côté de l'ouverture. De petits écrans tubulaires peuvent être placés autour de l'émetteur et du détecteur pour limiter les interférences de la lumière ambiante sans restreindre excessivement le faisceau.
4. Modulation :Commander les émetteurs avec une onde carrée de 38kHz permet aux détecteurs d'être accordés sur la même fréquence, filtrant efficacement la lumière IR ambiante constante (comme celle du soleil ou des lampes) et améliorant grandement la fiabilité de la détection.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Ce dispositif est une Diode Électroluminescente (LED) qui fonctionne dans le spectre infrarouge. Son cœur est une puce semi-conductrice en Arseniure de Gallium (GaAs). Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction P-N de la puce, les électrons du matériau de type N se recombinent avec les trous du matériau de type P. Ce processus de recombinaison libère de l'énergie. Dans une diode en silicium standard, cette énergie est principalement libérée sous forme de chaleur. Dans des matériaux comme le GaAs, une partie significative de cette énergie est libérée sous forme de photons (particules de lumière). La largeur de bande interdite spécifique du matériau GaAs détermine la longueur d'onde de ces photons, qui dans ce cas est centrée autour de 940 nm, la plaçant dans la région du proche infrarouge. L'intensité de la lumière émise est directement proportionnelle au taux de recombinaison, qui est contrôlé par le courant direct traversant la diode.

12. Tendances technologiques (Perspective objective)

Le domaine des émetteurs infrarouges continue d'évoluer parallèlement aux tendances plus larges de l'optoélectronique. Il existe une poussée constante vers une densité de puissance et une efficacité plus élevées, permettant une sortie plus lumineuse à partir de boîtiers plus petits ou avec une consommation d'énergie plus faible. Cela permet des conceptions de capteurs plus compactes et une autonomie prolongée des batteries dans les appareils portables. L'intégration est une autre tendance clé, avec des composants combinant l'émetteur, le circuit de commande, et parfois même un détecteur de base ou une photodiode de surveillance dans un seul module ou boîtier CI, simplifiant la conception du système. De plus, les avancées en matière de matériaux, telles que le développement de structures épitaxiales plus efficaces ou l'utilisation de nouveaux composés semi-conducteurs, visent à améliorer des paramètres de performance comme l'efficacité énergétique (sortie lumineuse par entrée électrique) et la stabilité thermique. La demande de dispositifs supportant des vitesses de modulation plus élevées persiste également, poussée par les applications dans les communications de données plus rapides et les systèmes LiDAR (Détection et Télémétrie par la Lumière). Ces tendances se concentrent sur l'amélioration des performances, de la fiabilité et de la facilité d'utilisation pour le concepteur de système.