IR19-315C/TR8 - Fiche technique de la LED infrarouge SMD 0603 - Dimensions 1.6x0.8x0.6mm - Longueur d'onde 940nm - Puissance 130mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'IR19-315C/TR8 est une diode électroluminescente (LED) infrarouge miniature à montage en surface, logée dans un boîtier standard 0603. Ce dispositif est conçu pour émettre de la lumière à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres (nm), qui est optimisée pour correspondre à la sensibilité spectrale des photodiodes et phototransistors au silicium. Sa fonction principale est de servir de source infrarouge efficace dans divers systèmes de détection et de communication.

1.1 Avantages clés et marché cible

Ce composant offre plusieurs avantages clés pour la conception électronique moderne. Son empreinte miniature SMD permet des implantations de PCB à haute densité, essentielles pour l'électronique grand public compacte et les dispositifs IoT. Le composant est fabriqué à partir de matériau de puce AlGaAs (Arséniure d'Aluminium et de Gallium), qui assure des performances fiables pour l'émission infrarouge. Il est encapsulé dans une lentille en époxy transparente, garantissant une absorption minimale de la lumière IR émise. Le produit est entièrement conforme à la directive RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), aux règlements REACH de l'UE, et est fabriqué sans halogène, répondant ainsi à des normes environnementales et de sécurité strictes. Les applications cibles principales incluent les télécommandes infrarouges nécessitant une sortie constante, les capteurs de proximité ou de détection d'objet montés sur PCB, les lecteurs de codes-barres et divers autres systèmes basés sur l'infrarouge.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Une compréhension approfondie des limites et des caractéristiques de fonctionnement du dispositif est cruciale pour une conception de circuit fiable et pour garantir des performances à long terme.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement à ou sous ces limites n'est pas garanti.

• Courant direct continu (I_F): 65 mA. C'est le courant continu maximum qui peut être appliqué en continu à la LED.
• Tension inverse (V_R): 5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Température de fonctionnement (T_opr): -25°C à +85°C. La plage de température ambiante pour un fonctionnement normal.
• Température de stockage (T_stg): -40°C à +100°C. La plage de température pour un stockage hors fonctionnement.
• Puissance dissipée (P_d): 130 mW à une température d'air libre de 25°C ou moins. La puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur.
• Température de soudage (T_sol): 260°C pendant une durée ne dépassant pas 5 secondes, applicable pour les procédés de refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques (T_a= 25°C)

Ces paramètres définissent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement typiques. Toutes les valeurs sont spécifiées à une température ambiante de 25°C.

• Intensité rayonnante (I_e): C'est la puissance optique émise par unité d'angle solide, mesurée en milliwatts par stéradian (mW/sr). À un courant direct (I_F) de 20 mA, la valeur typique est de 0,6 mW/sr. En fonctionnement pulsé (I_F=100mA, largeur d'impulsion ≤100μs, rapport cyclique ≤1%), l'intensité rayonnante peut atteindre jusqu'à 4,0 mW/sr.
• Longueur d'onde pic (λ_p): 940 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale.
• Largeur de bande spectrale (Δλ): Environ 45 nm. Cela indique la plage de longueurs d'onde émises, généralement mesurée à la moitié de l'intensité maximale (Largeur à Mi-Hauteur - FWHM).
• Tension directe (V_F): La chute de tension aux bornes de la LED lorsque le courant circule. À I_F=20mA, la V_Ftypique est de 1,2V, avec un maximum de 1,5V. Elle augmente à 1,4V (typique) et 1,8V (max) à I_F=100mA en conditions pulsées.
• Courant inverse (I_R): Maximum de 10 μA lorsqu'une tension inverse de 5V est appliquée.
• Angle de vision (2θ_1/2): 140 degrés. C'est l'angle total où l'intensité rayonnante tombe à la moitié de sa valeur à 0 degrés (sur l'axe). Un large angle de vision est bénéfique pour les applications nécessitant une couverture de zone étendue.

3. Explication du système de classement (binning)

L'IR19-315C/TR8 utilise un système de classement pour catégoriser les dispositifs en fonction de leur intensité rayonnante de sortie. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences de luminosité spécifiques pour leur application.

3.1 Classement par intensité rayonnante

Les dispositifs sont triés en classes (E, F, G) selon leur intensité rayonnante mesurée dans une condition de test de I_F= 20 mA.

• Classe E: L'intensité rayonnante varie d'un minimum de 0,2 mW/sr à un maximum de 1,0 mW/sr.
• Classe F: L'intensité rayonnante varie d'un minimum de 0,5 mW/sr à un maximum de 1,5 mW/sr.
• Classe G: L'intensité rayonnante varie d'un minimum de 1,0 mW/sr à un maximum de 2,5 mW/sr.

Ce classement assure la cohérence au sein d'un lot de production et permet des performances optiques prévisibles dans le produit final.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent le comportement du dispositif dans des conditions variables. Celles-ci sont essentielles pour une conception avancée et la compréhension des effets non linéaires.

4.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

Cette courbe montre la dégradation du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. La capacité de dissipation de puissance de la LED diminue avec la température pour éviter la surchauffe. Les concepteurs doivent consulter ce graphique lors du fonctionnement du dispositif dans des environnements à température élevée pour s'assurer que le courant de pilotage ne dépasse pas la zone de fonctionnement sûre.

4.2 Distribution spectrale

Le graphique de distribution spectrale illustre la puissance optique relative à différentes longueurs d'onde. Il confirme le pic à 940nm et la largeur de bande spectrale d'environ 45nm. Ceci est crucial pour assurer la compatibilité avec la réponse spectrale du capteur récepteur.

3.3 Longueur d'onde d'émission pic en fonction de la température ambiante

Ce graphique montre comment la longueur d'onde pic (λ_p) se déplace avec les changements de température de jonction. Typiquement, la longueur d'onde augmente légèrement avec la température (un coefficient positif). Ce décalage doit être pris en compte dans les applications de détection de précision où le filtre ou la sensibilité du récepteur est étroitement accordé.

4.4 Courant direct en fonction de la tension directe (Courbe I-V)

La courbe I-V est fondamentale pour la conception de circuit. Elle montre la relation exponentielle entre le courant et la tension. La tension de "coude" est d'environ 1,2V. Cette courbe est utilisée pour calculer la valeur de la résistance série nécessaire pour limiter le courant au niveau souhaité lorsqu'il est piloté par une source de tension, comme souligné dans les précautions.

4.5 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Ce diagramme polaire représente visuellement l'angle de vision. Il montre comment l'intensité diminue lorsque l'angle d'observation s'éloigne de l'axe central (0°), tombant à 50% à ±70° (d'où l'angle de vision total de 140°). Cette information est vitale pour concevoir le trajet optique et l'alignement dans un système.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est conforme à l'empreinte standard du boîtier SMD 0603 (1608 métrique). Les dimensions clés incluent une longueur de corps de 1,6 mm, une largeur de 0,8 mm et une hauteur de 0,6 mm. Le motif de pastilles (implantation recommandée des plots PCB) et les dimensions des bornes sont fournis pour assurer un soudage correct et une stabilité mécanique. Toutes les tolérances dimensionnelles sont typiquement de ±0,1 mm sauf indication contraire.

5.2 Identification de la polarité

La cathode est typiquement marquée sur le corps du dispositif. Le diagramme de la fiche technique indique le côté cathode, qui doit être correctement orienté sur le PCB selon l'empreinte recommandée. Une polarité incorrecte empêchera le dispositif d'émettre de la lumière et appliquera une polarisation inverse.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

Une manipulation et un soudage appropriés sont essentiels pour maintenir la fiabilité et les performances du dispositif.

6.1 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les LED sont conditionnées dans un sac étanche à l'humidité avec un dessiccant. Les précautions clés incluent :

• Ne pas ouvrir le sac avant d'être prêt à l'utilisation.
• Stocker les sacs non ouverts à ≤30°C et ≤90% d'HR.
• Utiliser dans l'année suivant l'expédition.
• Après ouverture, stocker à ≤30°C et ≤60% d'HR et utiliser dans les 168 heures (7 jours).
• Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessiccant indique de l'humidité, un traitement de séchage à 60 ±5°C pendant au moins 24 heures est requis avant soudage.

6.2 Profil de soudage par refusion

Le dispositif est compatible avec les procédés de refusion infrarouge et à vapeur. Un profil de température de soudage sans plomb est recommandé, avec une température pic de 260°C pendant pas plus de 5 secondes. Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois. Il faut éviter les contraintes sur le corps de la LED pendant le chauffage et la déformation du PCB après soudage.

6.3 Soudage manuel et retouche

Si un soudage manuel est nécessaire, utiliser un fer à souder avec une température de pointe inférieure à 350°C, appliquer de la chaleur sur chaque borne pendant pas plus de 3 secondes, et utiliser un fer d'une puissance nominale de 25W ou moins. Laisser un intervalle de refroidissement d'au moins 2 secondes entre les bornes. La retouche est déconseillée, mais si elle est inévitable, un fer à souder à double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes afin de prévenir les contraintes mécaniques sur les soudures. L'effet de la retouche sur les caractéristiques du dispositif doit être vérifié au préalable.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les composants sont fournis sur une bande porteuse gaufrée de 8 mm de large enroulée sur une bobine standard de 7 pouces de diamètre. Chaque bobine contient 4000 pièces (4k pcs/bobine). Les dimensions détaillées de la bande porteuse, y compris la taille des alvéoles, le pas et les spécifications des trous d'entraînement, sont fournies pour assurer la compatibilité avec les équipements de placement automatique pick-and-place.

7.2 Procédure de conditionnement

Les bobines sont scellées à l'intérieur d'un sac étanche à l'humidité en aluminium avec un dessiccant. Les étiquettes sur le sac fournissent des informations clés telles que le numéro de pièce (P/N), le numéro de pièce client (CPN), la quantité (QTY), le rang de classe (CAT), la longueur d'onde pic (HUE), le numéro de lot (LOT No.) et le pays de fabrication.

8. Recommandations de conception pour l'application

8.1 La limitation de courant est obligatoire

La règle de conception la plus critique est l'utilisation obligatoire d'une résistance série de limitation de courant. La tension directe d'une LED a un coefficient de température négatif et peut varier légèrement d'une unité à l'autre. Une petite augmentation de tension peut provoquer une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant. La valeur de la résistance (R) peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F, où V_Fest la tension directe au courant désiré I_F.

8.2 Gestion thermique

Bien que le boîtier 0603 ait une masse thermique limitée, une attention doit être portée à la dissipation de puissance, en particulier lors d'un pilotage à des courants plus élevés ou dans des températures ambiantes élevées. La courbe de dégradation doit être suivie. Assurer une surface de cuivre adéquate connectée aux plots thermiques (le cas échéant) ou aux bornes du dispositif peut aider à dissiper la chaleur dans le PCB.

8.3 Considérations de conception optique

L'angle de vision large de 140° rend cette LED adaptée aux applications nécessitant un éclairage étendu, comme les capteurs de proximité. Pour des faisceaux à plus longue portée ou dirigés, des optiques secondaires (lentilles) peuvent être nécessaires. La longueur d'onde de 940nm est invisible à l'œil humain, ce qui la rend idéale pour un fonctionnement discret, mais il est important de noter que certains capteurs d'appareils photo numériques grand public peuvent la détecter, ce qui peut apparaître comme une lueur violette.

9. Comparaison et différenciation techniques

L'IR19-315C/TR8 se différencie dans la catégorie des LED infrarouges 0603 par sa combinaison spécifique de matériau AlGaAs et de longueur d'onde pic de 940nm. Les LED AlGaAs offrent généralement une bonne efficacité et fiabilité à cette longueur d'onde. Comparées aux LED à base de GaAs, les dispositifs AlGaAs peuvent avoir des caractéristiques de tension directe et de température légèrement différentes. Le large angle de vision de 140° est une caractéristique notable par rapport à certains concurrents offrant des faisceaux plus étroits, le rendant plus polyvalent pour les applications de détection de zone.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

10.1 Quel est l'objectif des codes de classement (E, F, G) ?

Les codes de classement catégorisent les LED en fonction de leur intensité rayonnante de sortie mesurée. Cela permet aux concepteurs de sélectionner un niveau de luminosité constant pour leur produit. Par exemple, une application nécessitant une sortie optique plus élevée spécifierait des composants de Classe G.

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

Non, vous ne devez pas la connecter directement. La faible tension directe de la LED (typiquement 1,2V) signifie que la connecter directement à une source 3,3V ou 5V sans résistance de limitation de courant provoquerait un courant excessif, détruisant instantanément le dispositif. Une résistance série est toujours requise.

10.3 Pourquoi la longueur d'onde de 940nm est-elle importante ?

940nm est une longueur d'onde très courante pour les systèmes infrarouges car elle se situe dans une région où les photodétecteurs au silicium (photodiodes, phototransistors) ont une sensibilité élevée. Elle est également moins visible au bruit de la lumière ambiante par rapport aux longueurs d'onde IR plus courtes comme 850nm, et elle est invisible à l'œil humain, ce qui est souhaitable pour l'électronique grand public.

10.4 Combien de fois puis-je ressouder ce composant par refusion ?

La fiche technique spécifie que le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois. Chaque cycle de refusion soumet le composant à un stress thermique, ce qui peut potentiellement dégrader les liaisons internes par fil ou l'encapsulation en époxy.

11. Études de cas de conception et d'utilisation

11.1 Capteur de proximité simple

Une application courante est un capteur d'objet réfléchissant basique. L'IR19-315C/TR8 est placé à côté d'un phototransistor au silicium sur un PCB. La LED est pilotée par un courant pulsé (par ex., 20mA, 1kHz, rapport cyclique 50%) via une résistance. Lorsqu'un objet s'approche, il réfléchit la lumière IR sur le phototransistor, qui conduit et produit un signal. Le fonctionnement pulsé aide à distinguer le signal de la lumière IR ambiante. Le large angle de vision de la LED assure une bonne couverture de la zone de détection.

11.2 Émetteur pour télécommande infrarouge

Pour les télécommandes nécessitant une portée plus longue ou une sortie plus élevée, la LED peut être pilotée en mode pulsé à des courants plus élevés, comme 100mA avec un rapport cyclique très faible (par ex., ≤1%). Cela tire parti de l'intensité rayonnante pulsée plus élevée (jusqu'à 4,0 mW/sr) tout en maintenant la puissance moyenne et la dissipation thermique dans les limites. Le signal est typiquement modulé à une fréquence porteuse (par ex., 38kHz) pour permettre au récepteur de filtrer le bruit.

12. Principe de fonctionnement

L'IR19-315C/TR8 est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant son énergie de bande interdite est appliquée, les électrons du matériau AlGaAs de type n se recombinent avec les trous du matériau de type p dans la région active. Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique du semi-conducteur AlGaAs détermine l'énergie de la bande interdite, qui à son tour dicte la longueur d'onde des photons émis—dans ce cas, environ 940nm, qui se situe dans le spectre du proche infrarouge.

13. Tendances technologiques

La technologie des LED infrarouges continue d'évoluer parallèlement à la technologie des LED visibles. Les tendances incluent le développement de dispositifs avec une efficacité énergétique plus élevée (plus de lumière émise par watt électrique entrant), ce qui réduit la consommation d'énergie et la génération de chaleur. Des travaux sont également en cours pour améliorer les performances à haute température et la fiabilité des boîtiers SMD. De plus, l'intégration des LED IR avec des pilotes et des capteurs dans des modules compacts est une tendance croissante, simplifiant la conception des systèmes pour des applications comme la reconnaissance de gestes et la détection 3D (par ex., temps de vol). La longueur d'onde de 940nm reste une norme dominante en raison de sa correspondance optimale avec les détecteurs au silicium et de sa faible visibilité.