Fiche technique de l'émetteur et détecteur infrarouge LTE-S9711-J - Boîtier latéral - Longueur d'onde pic 940nm - Tension directe 1,2V - Intensité rayonnante 3,0mW/sr - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-S9711-J est un composant infrarouge discret conçu pour les applications nécessitant une émission et une détection infrarouge fiables. Il appartient à une large gamme de dispositifs optoélectroniques. La fonction principale de ce composant est d'émettre ou de détecter la lumière infrarouge à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres. Sa conception à lentille latérale offre un large angle de vision, le rendant adapté aux applications où l'axe optique est parallèle à la surface de montage. Le dispositif est construit en plastique transparent et est conçu pour être compatible avec les processus d'assemblage automatisés modernes.

1.1 Avantages clés et marché cible

Le LTE-S9711-J offre plusieurs avantages clés pour les concepteurs. Il est conforme aux normes RoHS et produit vert, garantissant le respect de l'environnement. Le boîtier est fourni sur bande de 8mm sur bobines de 13 pouces de diamètre, le rendant entièrement compatible avec les équipements de placement automatique à grande vitesse. Cette compatibilité rationalise considérablement le processus de fabrication pour la production en grande série. De plus, le dispositif est qualifié pour les processus de soudage par refusion infrarouge, s'alignant sur les lignes d'assemblage standard de technologie de montage en surface (SMT). Ses marchés cibles principaux incluent l'électronique grand public pour les fonctions de télécommande, les applications industrielles pour la transmission de données sans fil IR et les systèmes de sécurité pour les fonctions d'alarme et de détection. Le boîtier latéral est particulièrement avantageux dans les conceptions à espace restreint où un composant à émission supérieure ne conviendrait pas.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des caractéristiques électriques, optiques et thermiques du LTE-S9711-J telles que définies dans ses valeurs maximales absolues et ses tableaux de caractéristiques électriques/optiques.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement. Pour le LTE-S9711-J, la dissipation de puissance maximale est de 100 mW à une température ambiante (TA) de 25°C. Cette valeur dicte la conception thermique du circuit d'application. Le dispositif peut supporter un courant direct de crête élevé de 1 Ampère, mais uniquement dans des conditions pulsées spécifiques : une largeur d'impulsion de 10 microsecondes et un taux de répétition d'impulsions de 300 impulsions par seconde. Le courant direct continu en DC est plus conservateur, à 50 mA. La tension inverse maximale est de 5 Volts, indiquant que le dispositif a une très faible tolérance à la polarisation inverse et n'est pas conçu pour un tel fonctionnement. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à +85°C, et la plage de stockage est de -55°C à +100°C, ce qui est standard pour les composants électroniques de qualité commerciale. Le dispositif peut résister au soudage par refusion infrarouge avec une température de pic de 260°C pendant un maximum de 10 secondes.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les paramètres de fonctionnement typiques sont spécifiés à TA=25°C. Le paramètre optique clé est l'Intensité Rayonnante (I_E), qui a une valeur minimale de 3,0 mW/sr lorsqu'elle est pilotée par un courant direct (I_F) de 20mA. Ce paramètre est trié, comme détaillé plus loin. La longueur d'onde d'émission pic (λ_Pic) est typiquement de 940nm, ce qui se situe dans le spectre proche infrarouge et est invisible à l'œil humain. La largeur de bande spectrale (Δλ), ou demi-largeur, est typiquement de 50nm, décrivant l'étalement des longueurs d'onde émises autour du pic. Électriquement, la tension directe (V_F) est typiquement de 1,2V avec un maximum de 1,5V à I_F=20mA. Le courant inverse (I_R) est très faible, avec un maximum de 10 μA à une tension inverse (V_R) de 5V. L'angle de vision (2θ_1/2) est typiquement de 45 degrés, où θ_1/2est l'angle auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur sur l'axe.

3. Explication du système de tri

Le LTE-S9711-J utilise un système de tri pour son Intensité Rayonnante afin d'assurer l'uniformité au sein d'un lot de production et de fournir des options pour différents niveaux de performance. Le code de tri est indiqué dans le numéro de pièce (par exemple, le "J" dans LTE-S9711-J). Les tris disponibles sont :

• Tri J :Intensité Rayonnante entre 3,0 mW/sr (min) et 4,5 mW/sr (max) à I_F=20mA.
• Tri K :Intensité Rayonnante entre 4,0 mW/sr (min) et 6,0 mW/sr (max) à I_F=20mA.
• Tri L :Intensité Rayonnante avec un minimum de 5,0 mW/sr à I_F=20mA (aucune limite supérieure spécifiée dans les données fournies).

Ce système permet aux concepteurs de sélectionner un composant qui répond à leurs exigences spécifiques de puissance optique, en équilibrant performance et coût.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs courbes de caractéristiques typiques qui sont cruciales pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard.

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 940nm et la demi-largeur spectrale d'environ 50nm. Cette courbe est importante pour les applications sensibles à des longueurs d'onde spécifiques ou lors de l'appariement avec la réponse spectrale d'un détecteur.

4.2 Courant direct vs. Tension directe & Température ambiante

Les figures 2 et 3 illustrent la relation entre le courant direct (I_F) et la tension directe (V_F) à différentes températures ambiantes. Ces courbes montrent que V_Fa un coefficient de température négatif ; elle diminue lorsque la température augmente pour un courant donné. C'est un comportement typique pour les diodes semi-conductrices. Comprendre ceci est vital pour concevoir des circuits de pilotage stables, en particulier sur une large plage de températures.

4.3 Intensité Rayonnante Relative vs. Courant direct & Température

Les figures 4 et 5 montrent comment la puissance optique de sortie (relative à sa valeur à I_F=20mA) varie avec le courant direct et la température ambiante. La sortie augmente avec le courant mais présente une relation sous-linéaire à des courants plus élevés, potentiellement due à des effets thermiques. La figure 4 montre spécifiquement que la puissance de sortie diminue lorsque la température ambiante augmente, ce qui est un facteur de déclassement critique pour les applications à haute température.

4.4 Diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement (Fig.6) est un tracé polaire décrivant la distribution spatiale de la lumière infrarouge émise. L'angle de vision typique de 45 degrés (2θ_1/2) est visuellement confirmé ici. Ce diagramme est essentiel pour la conception optique, aidant à aligner l'émetteur avec un détecteur ou à comprendre la zone de couverture du signal IR.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions de contour et polarité

Le composant présente un boîtier standard latéral pour montage en surface. Le dessin de contour fournit toutes les dimensions critiques, y compris la taille du corps, l'espacement des broches et la position de la lentille. La cathode est généralement identifiée par un marqueur visuel tel qu'une encoche ou un méplat sur le corps du boîtier, comme indiqué dans les notes du dessin. La hauteur, la largeur et la profondeur du boîtier sont spécifiées pour garantir un dégagement approprié dans l'assemblage final.

5.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastilles recommandé (dimensions des pastilles de soudure) est fourni pour assurer une soudure fiable et un bon alignement mécanique pendant la refusion. Respecter ces recommandations aide à prévenir le phénomène de "tombstoning" (composant dressé sur la tranche) et assure une bonne connexion thermique et électrique à la carte de circuit imprimé (PCB).

6. Directives de soudage et d'assemblage

Une manipulation appropriée est cruciale pour la fiabilité des dispositifs à montage en surface.

6.1 Sensibilité à l'humidité et stockage

Le LTE-S9711-J est classé Niveau de Sensibilité à l'Humidité 3 (MSL 3). Cela signifie que les composants emballés peuvent être exposés aux conditions d'atelier (≤30°C/60% HR) jusqu'à 168 heures (une semaine) avant le soudage sans risque de dommages induits par l'humidité (effet pop-corn) pendant la refusion. Si le sac étanche à l'humidité d'origine est ouvert, il est recommandé de terminer le processus de refusion IR dans cette période d'une semaine. Pour un stockage plus long en dehors de l'emballage d'origine, les composants doivent être stockés dans une armoire sèche ou un conteneur scellé avec dessiccant. Si le temps d'exposition dépasse une semaine, une procédure de séchage (environ 60°C pendant au moins 20 heures) est requise avant l'assemblage pour éliminer l'humidité absorbée.

6.2 Profil de soudage par refusion

Le dispositif est compatible avec le soudage par refusion infrarouge. Le profil recommandé suit les normes JEDEC. Les paramètres clés incluent : une zone de préchauffage de 150°C à 200°C pendant jusqu'à 120 secondes, et une température de corps maximale ne dépassant pas 260°C pendant un maximum de 10 secondes. Le dispositif peut supporter un maximum de deux cycles de refusion dans ces conditions. Pour le soudage manuel avec un fer, la température de la panne ne doit pas dépasser 300°C, et le temps de contact doit être limité à 3 secondes par joint de soudure. Il est crucial de suivre les spécifications du fabricant de la pâte à souder en conjonction avec ces directives.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est nécessaire, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique doivent être utilisés. Les nettoyants chimiques agressifs peuvent endommager le boîtier plastique ou la lentille.

7. Emballage et informations de commande

L'emballage standard pour le LTE-S9711-J est sur bande porteuse gaufrée de 8mm de large. La bande est enroulée sur une bobine de 13 pouces (330mm) de diamètre. Chaque bobine contient environ 9 000 pièces. Les spécifications d'emballage sont conformes à la norme ANSI/EIA 481-1-A-1994. La bande a un scellé de couverture pour protéger les composants, et il y a une limite de deux composants manquants consécutifs (poches vides) par bobine. Le numéro de pièce, incluant le code de tri (par exemple, LTE-S9711-J, LTE-S9711-K), doit être spécifié lors de la commande pour recevoir la performance d'intensité rayonnante souhaitée.

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Circuits d'application typiques

En tant qu'émetteur infrarouge, le LTE-S9711-J est un dispositif piloté en courant. Une résistance série limitant le courant est obligatoire pour définir le courant direct souhaité (I_F) et protéger la LED d'un courant excessif, en particulier lorsqu'elle est alimentée par une source de tension comme une batterie ou un régulateur. La valeur de la résistance est calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F. En utilisant la V_Ftypique de 1,2V à 20mA, une alimentation de 5V nécessiterait une résistance d'environ (5V - 1,2V) / 0,02A = 190 Ohms. Une résistance standard de 200 Ohms conviendrait. Pour un fonctionnement pulsé (par exemple, codes de télécommande), le circuit de pilotage doit s'assurer que le courant de crête ne dépasse pas la valeur nominale de 1A et respecte les limites de largeur d'impulsion de 10μs et de cycle de service de 300pps.

8.2 Considérations de conception pour un fonctionnement fiable

Gestion thermique :Bien que le boîtier soit petit, la limite de dissipation de puissance de 100mW doit être respectée. Au courant DC maximum de 50mA et une V_Ftypique de 1,2V, la dissipation de puissance est de 60mW, ce qui est dans les limites. Cependant, à des températures ambiantes élevées ou dans des espaces clos, la puissance nominale effective diminue. Une surface de cuivre PCB adéquate (pastilles de décharge thermique) peut aider à dissiper la chaleur.
Alignement optique :La lentille latérale nécessite un placement soigné sur le PCB pour s'assurer que le faisceau IR est dirigé correctement vers le récepteur, le réflecteur ou la zone cible. Le diagramme de rayonnement doit être consulté.
Bruit électrique :Dans les applications de détection, le côté détecteur d'un composant similaire peut être sensible au bruit de la lumière ambiante. L'utilisation de signaux IR modulés et de circuits récepteurs de démodulation correspondants est une technique courante pour améliorer le rapport signal/bruit et l'immunité aux interférences de la lumière ambiante.

9. Comparaison et différenciation techniques

Le LTE-S9711-J se différencie principalement par son boîtier latéral, qui est moins courant que les LED IR à vue supérieure. Cela le rend particulièrement adapté aux applications où le PCB est monté verticalement ou où le chemin IR est parallèle à la surface de la carte. Sa longueur d'onde de 940nm est la norme pour les télécommandes grand public, offrant un bon équilibre entre la sensibilité des photodétecteurs au silicium et une faible émission de lumière visible. Comparé aux émetteurs 850nm parfois utilisés en surveillance, le 940nm est complètement invisible. La disponibilité de tris de performance (J, K, L) offre une flexibilité dans la sélection de la puissance optique, ce qui peut être un avantage par rapport aux dispositifs avec une spécification de sortie unique et fixe.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la différence entre ce dispositif en tant qu'émetteur et en tant que détecteur ?
R : Le numéro de pièce LTE-S9711-J fait référence à un composant qui peut être un émetteur infrarouge (une LED IR). Une photodiode ou un phototransistor pour la détection aurait un numéro de pièce différent, bien qu'ils puissent partager un boîtier similaire. La fiche technique fournie se concentre sur les caractéristiques de l'émetteur.
Q : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur ?
R : La plupart des broches GPIO de microcontrôleur ont une capacité de source/puits de courant limitée (souvent 20-40mA). Bien que cela puisse être possible à 20mA, il est généralement plus sûr et recommandé d'utiliser un transistor (par exemple, NPN ou MOSFET) comme interrupteur piloté par le microcontrôleur pour contrôler le courant de la LED, en particulier pour un fonctionnement pulsé ou à courant plus élevé.
Q : Pourquoi l'angle de vision est-il important ?
R : L'angle de vision détermine la couverture spatiale du faisceau IR. Un angle large (comme 45°) est bon pour les applications nécessitant une large couverture, comme les capteurs de proximité ou les liaisons de données à courte portée où l'alignement n'est pas critique. Un angle plus étroit fournirait une intensité plus focalisée pour une communication à plus longue portée ou dirigée.
Q : Comment sélectionner le bon code de tri ?
R : Choisissez le tri en fonction de l'intensité rayonnante minimale requise pour votre application. Le tri J (3,0-4,5 mW/sr) est le niveau de base. Si votre conception nécessite plus de puissance optique pour une portée plus longue ou pour surmonter des pertes plus élevées, sélectionnez le tri K ou L. Considérez le compromis avec la consommation d'énergie et le coût potentiel.

11. Exemple d'application pratique

Scénario : Conception d'un capteur de détection d'objet simple.
Une conception courante utilise un émetteur IR et un détecteur phototransistor séparé placés côte à côte. Lorsqu'un objet s'approche, il réfléchit la lumière IR émise vers le détecteur. Pour cette configuration utilisant le LTE-S9711-J comme émetteur :
1. Le boîtier latéral permet à la fois à l'émetteur et au détecteur d'être montés à plat sur le PCB, faisant face à la même direction parallèle à la carte.
2. L'émetteur est piloté avec un courant pulsé (par exemple, impulsions de 20mA à 1kHz) via une résistance limitant le courant pour économiser l'énergie et permettre une détection synchrone.
3. La longueur d'onde de 940nm est idéale car elle est invisible et la plupart des phototransistors y sont sensibles.
4. L'angle de vision typique de 45° de l'émetteur fournit un champ de détection raisonnable. L'espacement entre l'émetteur et le détecteur, ainsi que d'éventuels déflecteurs, est ajusté pour définir la portée de détection et éviter la diaphonie directe.
5. Le circuit récepteur amplifie et filtre le signal du phototransistor, recherchant la composante modulée à 1kHz réfléchie par un objet. Cette modulation aide à rejeter la lumière ambiante constante (comme la lumière du soleil ou les lumières de la pièce).

12. Principe de fonctionnement

Le LTE-S9711-J, lorsqu'il fonctionne comme émetteur infrarouge, est une diode électroluminescente (LED). Son cœur est une puce semi-conductrice faite de matériaux comme l'Arséniure de Gallium (GaAs). Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du semi-conducteur, libérant de l'énergie sous forme de photons (particules de lumière). La composition spécifique du matériau (par exemple, GaAs) détermine l'énergie de la bande interdite, qui définit directement la longueur d'onde de la lumière émise - dans ce cas, autour de 940nm, qui est dans le spectre infrarouge. La lentille latérale est faite d'époxy transparent à cette longueur d'onde et est moulée pour façonner le diagramme de rayonnement de la lumière émise.

13. Tendances technologiques

Le domaine des composants infrarouges discrets continue d'évoluer. Les tendances incluent le développement de dispositifs avec une intensité rayonnante et une efficacité plus élevées pour une même taille de boîtier, permettant une portée plus longue ou une consommation d'énergie plus faible. Il y a également une poussée vers des capacités de modulation à plus haute vitesse pour une transmission de données plus rapide dans des applications comme IrDA ou la détection optique. L'intégration est une autre tendance, avec des paires émetteur-détecteur combinées dans un seul boîtier devenant plus courantes pour une conception de capteur simplifiée. De plus, les progrès dans les matériaux et les processus d'emballage visent à améliorer les performances thermiques, permettant des courants de pilotage plus élevés et une meilleure fiabilité. La demande de miniaturisation persiste, conduisant au développement d'empreintes de boîtier encore plus petites tout en maintenant ou en améliorant les performances optiques.