Fiche technique de la LED IRR60-48C/TR8 - Format 6.0x4.8x1.1mm - Tension 1.4-2.1V - Puissance 50-70mW - Double longueur d'onde 660nm/905nm - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'IRR60-48C/TR8 est une diode d'émission infrarouge miniature à montage en surface (SMD). Il s'agit d'un composant bicolore intégrant deux puces semi-conductrices distinctes dans un seul boîtier : l'une émettant à 660nm (rouge, matériau AlGaInP) et l'autre à 905nm (infrarouge, matériau AlGaAs). Le dispositif est encapsulé dans un boîtier plastique transparent à eau avec une lentille à sommet plat, conçu pour être compatible avec les systèmes automatisés de placement et les processus standards de soudure par refusion infrarouge ou en phase vapeur.

L'objectif de conception principal de ce composant est l'adaptation spectrale avec les photodétecteurs à base de silicium tels que les photodiodes et les phototransistors. Cette caractéristique le rend particulièrement adapté aux applications de détection nécessitant un couplage optique précis. Le dispositif respecte les normes environnementales modernes, étant sans halogène et conforme aux réglementations RoHS et REACH de l'UE.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Courant direct continu (I_F): 30 mA pour les deux longueurs d'onde. C'est le courant continu maximal pouvant être appliqué en continu.
• Courant direct de crête (I_FP): 150 mA. Cette valeur s'applique uniquement en conditions pulsées avec une largeur d'impulsion ≤10μs et un rapport cyclique ≤1%.
• Tension inverse (V_R): 5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Dissipation de puissance (P_d): 70 mW pour la puce 660nm et 50 mW pour la puce 905nm, mesurées à une température ambiante ≤25°C. Cette différence reflète l'efficacité et les caractéristiques thermiques typiques des différents matériaux semi-conducteurs.
• Résistance thermique, jonction-ambiante (R_θj-a): 550 K/W. Ce paramètre indique l'efficacité avec laquelle la chaleur est transférée de la jonction semi-conductrice vers l'environnement. Une valeur plus basse signifie une meilleure dissipation thermique.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage: -25°C à +85°C.
• Température de soudure (T_sol): 260°C maximum pendant une durée ne dépassant pas 5 secondes, typique pour les processus de refusion sans plomb.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés à 25°C avec un courant direct de 20mA, sauf indication contraire.

• Intensité rayonnante (I_E): C'est la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian). Pour la puce 660nm (Rouge), la valeur typique est de 2,3 mW/sr (min 1,0). Pour la puce 905nm (IR), la valeur typique est de 1,0 mW/sr (min 0,5).
• Puissance rayonnée totale (P_o): La puissance optique totale émise dans toutes les directions. Les valeurs typiques sont de 7,0 mW pour le Rouge et 3,0 mW pour l'IR.
• Longueur d'onde de crête (λ_p): La longueur d'onde à laquelle le rayonnement émis est le plus fort. La puce Rouge est centrée sur 660nm (plage 657-663nm). La puce IR est centrée sur 905nm (plage 895-915nm).
• Largeur de bande spectrale (Δλ): La largeur du spectre d'émission à la moitié de son intensité maximale (Largeur à mi-hauteur - FWHM). Les valeurs typiques sont de 20nm pour le Rouge et 60nm pour l'IR. La largeur de bande plus importante de la puce IR est caractéristique des matériaux AlGaAs.
• Tension directe (V_F): La chute de tension aux bornes de la diode lorsqu'elle conduit. La puce Rouge nécessite typiquement 2,10V (plage 1,80-2,50V). La puce IR nécessite typiquement 1,40V (plage 1,10-1,60V). Cette différence est cruciale pour la conception du circuit, surtout lorsque les deux puces sont alimentées par une source commune.
• Angle de vision (2θ_1/2): L'étalement angulaire où l'intensité rayonnante est au moins la moitié de sa valeur de crête. La puce Rouge a un angle de vision typique de 140°, tandis que la puce IR a un angle de 130°. La lentille à sommet plat contribue à cet angle de vision large.

3. Analyse des courbes de performance

3.1 Courant direct vs. Température ambiante

Les courbes de déclassement montrent que le courant direct continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente. C'est une considération de conception critique pour éviter l'emballement thermique. Les courbes pour les puces Rouge et IR suivent une pente négative similaire, soulignant la nécessité d'une gestion thermique adéquate dans les environnements à haute température ou les applications à fort courant.

3.2 Distribution spectrale

Les graphiques spectraux illustrent l'intensité rayonnante relative en fonction des longueurs d'onde. L'émission Rouge à 660nm présente un pic étroit et aigu caractéristique des matériaux AlGaInP. L'émission IR à 905nm montre une distribution plus large, de type gaussienne, typique pour l'AlGaAs. Cette pureté spectrale (pour le Rouge) et cette largeur de bande (pour l'IR) sont essentielles pour la conception des systèmes de capteurs, affectant le choix des filtres et le rapport signal/bruit.

3.3 Intensité rayonnante vs. Courant direct

Ces tracés démontrent une relation quasi linéaire entre le courant de commande et la sortie optique pour les deux puces dans la plage de fonctionnement standard. Cette linéarité simplifie le contrôle de la sortie optique dans les applications de modulation analogique. La pente de la ligne (efficacité) diffère entre les deux longueurs d'onde.

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

Les courbes I-V montrent la relation exponentielle typique des diodes. La tension de seuil est clairement visible et diffère entre les deux puces (plus élevée pour le Rouge). Les courbes sont mesurées en conditions pulsées (impulsion de 100μs, rapport cyclique 1/100) pour minimiser les effets d'auto-échauffement, fournissant la représentation la plus précise des caractéristiques de la jonction.

3.5 Intensité rayonnante relative vs. Déplacement angulaire

Ces diagrammes polaires représentent visuellement l'angle de vision. La distribution d'intensité est approximativement lambertienne (de type cosinus) pour les deux puces, le Rouge étant légèrement plus large. Cette information est vitale pour concevoir des systèmes optiques afin d'assurer une couverture d'éclairage appropriée ou un alignement avec un détecteur.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le dispositif est logé dans un boîtier SMD compact mesurant 6,0mm de longueur, 4,8mm de largeur et 1,1mm de hauteur. Le dessin du contour du boîtier fournit les dimensions critiques pour la conception de l'empreinte PCB, y compris la taille des pastilles, leur placement et les zones d'exclusion. Le composant présente un corps en plastique moulé transparent à eau avec un sommet plat, qui agit comme une lentille. La polarité est indiquée par le marquage du boîtier et doit être respectée lors du placement pour garantir un fonctionnement électrique correct.

5. Guide de soudure et d'assemblage

5.1 Soudure par refusion

Le composant est compatible avec les profils de soudure par refusion sans plomb avec une température de crête de 260°C. Il est essentiel de respecter le profil température-temps recommandé pour éviter un choc thermique ou des dommages au boîtier plastique. La soudure par refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois sur le même dispositif. Il faut éviter toute contrainte sur le corps de la LED pendant le chauffage et le gauchissement de la carte de circuit après soudure.

5.2 Soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire pour la réparation, une extrême prudence est requise. La température de la pointe du fer à souder doit être inférieure à 350°C, et le temps de contact par borne ne doit pas dépasser 3 secondes. Un fer à faible puissance (≤25W) est recommandé. Un intervalle minimum de 2 secondes doit être laissé entre la soudure de chaque borne. L'utilisation d'un fer à double tête pour le retrait est suggérée pour minimiser la contrainte thermique, mais son effet sur les caractéristiques du dispositif doit être vérifié au préalable.

5.3 Stockage et sensibilité à l'humidité

Le dispositif est sensible à l'humidité. Les précautions incluent :

• Ne pas ouvrir le sac anti-humidité avant d'être prêt à l'emploi.
• Stocker les sacs non ouverts à ≤30°C et ≤90% HR. Utiliser dans l'année.
• Après ouverture, stocker à ≤30°C et ≤60% HR. Utiliser dans les 24 heures.
• Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessicant indique une entrée d'humidité, un traitement de séchage à 60±5°C pendant au moins 24 heures est requis avant la refusion.

6. Informations sur l'emballage et la commande

Le dispositif est fourni sur une bande porteuse embossée pour une manipulation automatisée. La bobine standard contient 1000 pièces. Les dimensions de la bande porteuse sont spécifiées pour assurer la compatibilité avec les systèmes d'alimentation standard. L'emballage résistant à l'humidité consiste en un sac en aluminium stratifié contenant un dessicant et une carte indicateur d'humidité. L'étiquette du sac comprend des champs pour le numéro de pièce client (CPN), le numéro de production (P/N), la quantité, les codes de classement (CAT, HUE), la référence, le numéro de lot et le pays d'origine.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Capteurs optiques: Les deux longueurs d'onde permettent une utilisation dans des capteurs réfléchissants ou transmissifs pour la détection d'objets, le comptage ou la détection de position. La longueur d'onde 905nm est souvent utilisée là où la lumière visible est indésirable, tandis que le rouge 660nm peut servir d'indicateur visible ou pour une détection photométrique spécifique.
• Oxymétrie de pouls médicale: Les longueurs d'onde 660nm et 905nm (ou 940nm) sont standard dans les oxymètres de pouls pour mesurer la saturation en oxygène du sang (SpO2). L'adaptation spectrale du dispositif aux détecteurs au silicium est essentielle pour cette application.
• Automatisation industrielle: Utilisé dans les codeurs optiques, les systèmes de détection de bord et les rideaux de sécurité.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant: Une résistance série externe est obligatoire pour un fonctionnement à partir d'une source de tension. La pente raide de la courbe I-V signifie qu'un petit changement de tension provoque un grand changement de courant, ce qui peut détruire instantanément la LED.
• Gestion thermique:** La résistance thermique spécifiée (550 K/W) est relativement élevée. Pour un fonctionnement continu à forts courants ou dans des environnements chauds, une conception de PCB avec une surface de cuivre adéquate pour le dissipateur thermique est recommandée pour maintenir la température de jonction dans les limites.
• Conception optique: L'angle de vision large peut nécessiter une optique secondaire (lentilles, diaphragmes) pour collimater ou focaliser la lumière pour des tâches de détection spécifiques. La lentille transparente à eau convient aux applications où le motif d'émission exact n'est pas critique ou où une optique externe est utilisée.
• Circuit de commande: Les différentes tensions directes des deux puces doivent être prises en compte si elles doivent être commandées indépendamment ou multiplexées. Les pilotes à courant constant sont préférés aux pilotes à tension constante pour une sortie optique stable.

8. Comparaison et différenciation technique

La différenciation principale de l'IRR60-48C/TR8 réside dans sa conception à double longueur d'onde dans un seul boîtier. Par rapport à l'utilisation de deux LED SMD séparées, cela offre des avantages significatifs :

• Gain d'espace: Réduit l'empreinte PCB de 50%.
• Assemblage simplifié: Un seul composant à placer, améliorant le débit de fabrication et réduisant le coût de placement.
• Alignement amélioré: Les deux points d'émission sont co-localisés dans le même boîtier, garantissant un alignement spatial parfait pour les applications nécessitant que les deux longueurs d'onde éclairent le même point. Ceci est critique dans des dispositifs comme les oxymètres de pouls.
• Compatibilité des matériaux: L'utilisation d'AlGaInP pour le rouge offre une efficacité plus élevée et une meilleure pureté spectrale par rapport aux technologies plus anciennes comme le GaAsP, tandis que la puce IR AlGaAs fournit une forte sortie dans la région du proche infrarouge.

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

Q : Puis-je alimenter les deux puces LED simultanément à leur courant continu maximal de 30mA chacune ?

R : Non. La dissipation de puissance totale doit être prise en compte. Un fonctionnement simultané à 30mA dépasserait probablement la capacité de dissipation thermique du boîtier, entraînant une surchauffe. Un déclassement basé sur la température ambiante et les rapports cycliques spécifiques à l'application est nécessaire.

Q : Pourquoi l'intensité rayonnante de la puce IR est-elle inférieure à celle de la puce Rouge au même courant ?

R : Cela est principalement dû à la différence de sensibilité de l'œil (mesure photopique vs radiométrique) et à l'efficacité de conversion inhérente des différents matériaux semi-conducteurs (AlGaAs vs AlGaInP) à leurs longueurs d'onde respectives. La métrique de Puissance Rayonnée Totale fournit une meilleure comparaison de la sortie optique totale.

Q : La fiche technique indique une température de soudure de 260°C, mais mon profil de refusion culmine à 245°C. Est-ce acceptable ?

R : Oui, une température de crête de 245°C est acceptable et peut même être préférable car elle soumet le composant à moins de contrainte thermique, à condition que le temps au-dessus du liquidus (TAL) soit suffisant pour une formation correcte des joints de soudure.

Q : À quel point la fenêtre d'utilisation de 24 heures après ouverture est-elle critique ?

R : Elle est critique pour une soudure par refusion fiable. L'humidité absorbée dans le boîtier plastique peut se vaporiser pendant la refusion, provoquant un délaminage interne, des fissures ("effet pop-corn") ou des dommages aux fils de liaison. Respecter cette directive est essentiel pour un bon rendement en fabrication.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un capteur d'objet réfléchissant

Dans une application typique détectant un objet blanc sur un tapis roulant noir, l'IRR60-48C/TR8 serait associé à un phototransistor au silicium. La puce IR 905nm serait utilisée pour la détection primaire afin d'éviter les interférences de la lumière visible ambiante. Une source de courant constant réglée à 20mA alimenterait la LED. La lumière se réfléchit sur l'objet et est détectée par le phototransistor, dont le signal de sortie est conditionné par un circuit amplificateur/comparateur. Le large angle de vision de 130° de la puce IR assure un champ de détection généreux, réduisant les exigences de précision d'alignement. Le concepteur doit inclure une résistance de limitation de courant si une source de tension est utilisée, s'assurer que la conception du PCB prévoit un certain dégagement thermique et suivre les procédures strictes de manipulation de l'humidité avant que la carte ne passe par la soudure par refusion.

11. Principe de fonctionnement

L'émission de lumière dans l'IRR60-48C/TR8 est basée sur l'électroluminescence dans les matériaux semi-conducteurs. Lorsqu'une tension de polarisation directe dépassant l'énergie de la bande interdite de la puce est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active du semi-conducteur où ils se recombinent. Cette recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur : AlGaInP pour 660nm (rouge) et AlGaAs pour 905nm (infrarouge). Le boîtier en époxy transparent à eau encapsule la puce, fournit une protection mécanique, et sa surface supérieure façonnée agit comme une lentille primaire pour contrôler le motif d'émission.

12. Tendances technologiques

Le développement des LED SMD comme l'IRR60-48C/TR8 suit plusieurs tendances de l'industrie :

• Miniaturisation: Réduction continue de la taille des boîtiers (par exemple, de 0603 à 0402) pour permettre des assemblages électroniques plus denses.
• Intégration multi-puces: Combinaison de multiples longueurs d'onde ou même de différents types de dispositifs (LED et photodiodes) dans des boîtiers uniques pour des modules de capteurs plus intelligents et compacts.
• Efficacité accrue: Améliorations continues de l'efficacité quantique interne et de l'extraction de lumière du matériau semi-conducteur et du boîtier, conduisant à une sortie optique plus élevée pour la même entrée électrique.
• Fiabilité améliorée: Progrès dans les matériaux et processus d'encapsulation pour résister à des températures de refusion plus élevées, à des conditions environnementales plus sévères et pour fournir des durées de vie opérationnelles plus longues.
• Standardisation: Adoption plus large d'empreintes et de caractéristiques optiques standardisées pour améliorer l'interchangeabilité et simplifier la conception pour les ingénieurs.

Ces tendances poussent l'évolution des composants vers des solutions plus petites, plus intelligentes, plus efficaces et plus fiables pour une gamme croissante d'applications optoélectroniques.