Fiche technique de la diode IR26-91C/L510/2D - Boîtier CMS 3.0x1.0mm - Longueur d'onde 940nm - Tension directe 1.6V - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La IR26-91C/L510/2D est une diode électroluminescente infrarouge miniature à montage en surface (CMS). Elle est logée dans un boîtier compact de 3,0 mm x 1,0 mm moulé en plastique transparent avec une lentille sphérique en vue de dessus. La fonction principale de ce composant est d'émettre une lumière infrarouge avec une longueur d'onde pic de 940 nanomètres (nm), qui est spectralement adaptée à la sensibilité des photodiodes et phototransistors au silicium courants. Cela en fait une source idéale pour les systèmes de détection et de communication infrarouge où un couplage optique précis est requis.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

Le dispositif offre plusieurs avantages techniques et de conformité clés. Sa principale caractéristique optique est la longueur d'onde pic de 940nm, choisie pour des performances optimales avec les détecteurs à base de silicium tout en offrant une bonne transmission atmosphérique. Électriquement, il présente une faible tension directe typique de 1,3V à 20mA, contribuant à un fonctionnement économe en énergie. Le composant est fabriqué sans plomb et est conforme à la directive européenne sur la restriction des substances dangereuses (RoHS) et au règlement REACH (Enregistrement, Évaluation, Autorisation et Restriction des produits Chimiques). Il est également classé sans halogène, avec une teneur en brome (Br) et en chlore (Cl) inférieure à 900 parties par million (ppm) chacun et leur total combiné inférieur à 1500 ppm.

1.2 Applications cibles

Cette LED infrarouge est conçue pour être utilisée dans divers systèmes à application infrarouge. Les applications typiques incluent les capteurs de proximité, la détection d'objets, les interrupteurs sans contact, les codeurs optiques et les liaisons de transmission de données à courte portée. Son facteur de forme réduit et sa conception CMS la rendent adaptée aux processus d'assemblage automatisé dans l'électronique grand public, l'automatisation industrielle et les modules de détection intérieure automobile.

2. Analyse des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation objective et détaillée des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces valeurs est essentiel pour une conception de circuit fiable et pour garantir les performances à long terme du dispositif.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les Valeurs Maximales Absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Ces valeurs ne sont pas pour un fonctionnement continu. Le courant direct continu (I_F) est évalué à 65 mA. Un courant direct de crête (I_FP) significativement plus élevé de 700 mA est autorisé, mais uniquement dans des conditions de pulsation strictes : largeur d'impulsion ≤ 70 microsecondes (μs) et rapport cyclique ≤ 0,7 %. La tension inverse maximale (V_R) est de 5V, indiquant que la LED a une très faible tolérance à la polarisation inverse. Le dispositif peut fonctionner dans des températures ambiantes (T_opr) de -40°C à +85°C et être stocké (T_stg) de -40°C à +100°C. La température maximale de soudure (T_sol) pendant le refusion est de 260°C pour une durée ne dépassant pas 5 secondes. La dissipation de puissance (P_d) à une température d'air libre de 25°C ou moins est de 100 mW. Il dispose également d'une protection contre les décharges électrostatiques (ESD), avec une cote Modèle du Corps Humain (HBM) d'au moins 2000V et une cote Modèle Machine (MM) d'au moins 200V.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Le tableau des Caractéristiques Électro-Optiques fournit les valeurs typiques et maximales/minimales dans des conditions de test spécifiées (Ta=25°C). L'intensité rayonnante (I_e), une mesure de la puissance optique par angle solide, est typiquement de 8,0 milliwatts par stéradian (mW/sr) à un courant direct de 20mA. La longueur d'onde pic (λ_p) est centrée sur 940nm. La largeur de bande spectrale (Δλ), représentant la plage de longueurs d'onde émises à la moitié de l'intensité pic, est typiquement de 45nm. La tension directe (V_F) varie d'une valeur typique de 1,3V à un maximum de 1,6V à 20mA. Le courant inverse (I_R) a une valeur maximale de 10 microampères (μA) lorsqu'une polarisation inverse de 5V est appliquée. L'angle de vision, défini comme l'angle total où l'intensité tombe à la moitié de sa valeur pic, est asymétrique : environ 130 degrés sur l'axe X et 20 degrés sur l'axe Y. Cela crée un diagramme de rayonnement très elliptique, ce qui est une considération de conception cruciale pour la mise en forme du faisceau et l'alignement du capteur.

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 relations non linéaires et concevoir pour différents environnements de fonctionnement.

3.1 Courant direct vs Température ambiante

Cette courbe de déclassement montre comment le courant direct continu maximal autorisé diminue à mesure que la température ambiante augmente. À 25°C, la pleine cote de 65mA est disponible. Lorsque la température augmente, le courant doit être réduit pour éviter de dépasser la température de jonction maximale et les limites de dissipation de puissance, garantissant ainsi une fiabilité à long terme.

3.2 Distribution spectrale

Le tracé de distribution spectrale représente graphiquement la sortie lumineuse en fonction de la longueur d'onde. Il confirme le pic à 940nm et la largeur de bande spectrale d'environ 45nm (Largeur à Mi-Hauteur - FWHM). La courbe montre que très peu de lumière visible (en dessous de ~700nm) est émise, ce qui est souhaitable pour un fonctionnement discret dans les systèmes IR.

3.3 Intensité rayonnante vs Courant direct

Cette courbe démontre la relation entre le courant d'attaque et la puissance optique de sortie. Elle est généralement linéaire à faible courant mais peut présenter une saturation ou une efficacité réduite à très fort courant en raison des effets thermiques. Les concepteurs l'utilisent pour déterminer le courant d'attaque requis pour obtenir un niveau de signal spécifique au niveau du détecteur.

3.4 Diagrammes de rayonnement angulaire

Des tracés séparés pour l'axe X et l'axe Y montrent l'intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire par rapport au centre optique (0°). Le diagramme de l'axe X est très large (~130° de demi-angle), tandis que celui de l'axe Y est beaucoup plus étroit (~20° de demi-angle). Ce diagramme elliptique doit être pris en compte lors de l'alignement de la LED avec un capteur ou de la conception d'éléments optiques comme des lentilles ou des ouvertures.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier et tolérances

Le dispositif a une taille de boîtier nominale de 3,0 mm de longueur, 1,0 mm de largeur et une hauteur spécifiée. Un dessin dimensionnel détaillé est fourni, incluant l'emplacement des pastilles, la forme de la lentille et l'indicateur de polarité (généralement une encoche ou un point du côté cathode). Toutes les dimensions non spécifiées ont une tolérance de ±0,1 mm. Un motif de pastille de soudure recommandé pour un montage en vue latérale est également illustré pour assurer une stabilité mécanique correcte et la formation de la soudure pendant le refusion.

4.2 Conditionnement en bande porteuse et bobine

Pour l'assemblage automatisé pick-and-place, les LED sont fournies dans une bande porteuse gaufrée enroulée sur des bobines. La fiche technique fournit les dimensions précises des alvéoles de la bande porteuse, le pas et les spécifications de la bobine. Une bobine standard contient 2000 pièces. Ces informations sont essentielles pour configurer correctement les alimenteurs des équipements d'assemblage.

5. Directives de soudure et d'assemblage

Une manipulation et une soudure appropriées sont cruciales pour éviter d'endommager la LED et assurer la fiabilité des soudures.

5.1 Profil de soudure par refusion

Le composant est adapté aux processus de soudure par refusion sans plomb. Un profil de température recommandé est fourni, incluant généralement les étapes de préchauffage, stabilisation, refusion (température pic ≤ 260°C pendant ≤ 5 secondes) et refroidissement. Le nombre de cycles de refusion ne doit pas dépasser trois pour minimiser la contrainte thermique sur le boîtier plastique et les liaisons internes par fil.

5.2 Soudure manuelle et retouche

Si une soudure manuelle est nécessaire, une extrême prudence est de mise. La température de la pointe du fer à souder doit être inférieure à 350°C, et le temps de contact par borne doit être limité à 3 secondes ou moins. Un fer à faible puissance (≤25W) est recommandé. Pour la retouche, un fer à double tête est suggéré pour chauffer simultanément les deux bornes et éviter les contraintes mécaniques sur les soudures. La faisabilité et l'impact de la retouche doivent être évalués au préalable.

5.3 Sensibilité à l'humidité et stockage

Le boîtier CMS est sensible à l'humidité. Le dispositif doit être stocké dans son sac d'origine étanche à l'humidité avec un dessiccant à ≤30°C et ≤90% d'humidité relative (HR). La durée de conservation avant ouverture du sac est d'un an. Après ouverture, les composants doivent être stockés à ≤30°C et ≤70% HR et utilisés dans les 168 heures (7 jours). Si ces conditions sont dépassées ou si le dessiccant indique une saturation, un traitement de séchage à 60 ±5°C pendant au moins 24 heures est requis avant utilisation pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet \"pop-corn\" pendant le refusion.

6. Considérations de conception d'application

6.1 Conception du circuit d'attaque

Une note de conception critique est la nécessité d'une limitation de courant. La LED doit être attaquée par une source de courant ou, plus communément, une source de tension en série avec une résistance de limitation de courant. La fiche technique avertit explicitement qu'un léger décalage de tension peut provoquer un changement de courant important, pouvant entraîner une destruction. La valeur de la résistance (R_limit) peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R_limit= (V_supply- V_F) / I_F, où V_Fest la tension directe de la LED au courant désiré I_F. Utiliser la V_Fmaximale (1,6V) pour ce calcul garantit que le courant ne dépasse pas la cible dans toutes les conditions.

6.2 Conception optique et alignement

En raison du diagramme de faisceau très elliptique (130° x 20°), une conception optique minutieuse est nécessaire. Pour les applications nécessitant un spot circulaire ou un profil d'éclairage spécifique, des optiques secondaires telles que des lentilles ou des réflecteurs peuvent être nécessaires. L'alignement entre la LED et le photodétecteur associé est également plus critique le long de l'axe Y étroit. Les concepteurs doivent consulter les graphiques de déplacement angulaire pour comprendre la chute d'intensité.

6.3 Gestion thermique

Bien que la dissipation de puissance soit relativement faible (100mW max), une gestion thermique efficace reste importante, en particulier dans des environnements à haute température ambiante ou lors d'une attaque à fort courant. La courbe de déclassement doit être respectée. Assurer une surface de cuivre adéquate sur le PCB sous et autour des pastilles de la LED aide à dissiper la chaleur et à maintenir des températures de jonction plus basses, ce qui préserve l'efficacité lumineuse et la longévité.

7. Comparaison et différenciation technique

La IR26-91C/L510/2D se différencie sur le marché par une combinaison spécifique de paramètres. Sa longueur d'onde de 940nm est une norme courante, offrant un bon équilibre entre la sensibilité des détecteurs au silicium et une interférence moindre de la lumière ambiante par rapport aux LED 850nm. La très faible tension directe (1,3V typique) est un avantage clé pour les circuits à piles ou à logique basse tension, car elle réduit la marge de tension requise pour le pilote. L'encombrement compact de 3,0x1,0mm permet des dispositions PCB à haute densité. La conformité aux normes RoHS, REACH et sans halogène la rend adaptée aux marchés mondiaux avec des réglementations environnementales strictes. L'angle de vision asymétrique peut être un avantage ou une contrainte, selon les exigences optiques de l'application.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

8.1 Pourquoi une résistance de limitation de courant est-elle obligatoire ?

Une LED est une diode avec une caractéristique courant-tension (I-V) non linéaire. Au-delà de sa tension de seuil, une petite augmentation de tension provoque une très forte augmentation du courant. Fonctionner directement à partir d'une source de tension sans résistance en série permettrait au courant d'augmenter de manière incontrôlable, dépassant rapidement la Valeur Maximale Absolue et détruisant le dispositif. La résistance fournit une relation linéaire et prévisible entre la tension d'alimentation et le courant de la LED.

8.2 Puis-je attaquer cette LED avec une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?

Oui, mais une résistance en série est toujours requise. Par exemple, pour attaquer à I_F=20mA à partir d'une alimentation 3,3V, en supposant V_F=1,5V : R = (3,3V - 1,5V) / 0,020A = 90 Ohms. Une résistance standard de 91 Ohm serait appropriée. La broche du microcontrôleur doit également être capable de fournir ou d'absorber le courant requis de 20mA.

8.3 Quel est l'intérêt de la longueur d'onde 940nm ?

La lumière infrarouge à 940nm est invisible à l'œil humain, permettant un fonctionnement discret. Elle est fortement absorbée par le silicium, le matériau utilisé dans la plupart des photodiodes et phototransistors, rendant la détection efficace. Elle subit également moins d'interférences des sources de lumière ambiante courantes (qui ont moins de contenu IR à 940nm par rapport à 850nm) et est moins sensible au bruit dans les capteurs d'image.

8.4 Comment identifier l'anode et la cathode ?

Le boîtier inclut un marqueur de polarité. Consultez le dessin dimensionnel du boîtier dans la fiche technique. Il est courant que la cathode soit marquée par un point vert, une encoche dans le boîtier ou un coin chanfreiné. Une connexion de polarité incorrecte empêchera la LED d'émettre de la lumière et, si une tension inverse dépassant 5V est appliquée, peut endommager le dispositif.

9. Étude de cas de conception pratique

Considérons la conception d'un capteur de détection d'objet simple utilisant cette LED et un phototransistor au silicium. La LED est attaquée par une alimentation 5V via une résistance de 180 Ohm (limitant le courant à ~20mA, en supposant V_F=1,5V). Le phototransistor est placé à quelques centimètres, aligné sur le même axe optique. Lorsqu'aucun objet n'est présent, la lumière IR de la LED n'atteint pas le phototransistor, et sa sortie est basse. Lorsqu'un objet passe entre eux, il réfléchit une partie de la lumière IR sur le phototransistor, provoquant une augmentation de son courant de sortie. Ce signal peut être amplifié et envoyé vers un comparateur ou l'ADC d'un microcontrôleur pour détecter la présence de l'objet. Le diagramme de faisceau elliptique de la LED signifie que la zone de détection effective du capteur sera plus large horizontalement que verticalement, ce qui doit être pris en compte lors de la définition du champ de vision du capteur.

10. Principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans un matériau semi-conducteur. La IR26-91C/L510/2D utilise une puce en Arseniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs). Lorsqu'une tension directe dépassant la tension de bande interdite de la diode est appliquée, les électrons de la région de type n sont injectés à travers la jonction p-n dans la région de type p, et les trous sont injectés dans la direction opposée. Ces porteurs de charge (électrons et trous) se recombinent dans la région active de la jonction. L'énergie libérée lors de cette recombinaison est émise sous forme de photons (particules de lumière). La composition spécifique du semi-conducteur GaAlAs détermine l'énergie de la bande interdite, qui dicte directement la longueur d'onde des photons émis — dans ce cas, centrée autour de 940nm dans le spectre infrarouge.

11. Tendances de l'industrie

Le marché des LED infrarouges continue d'évoluer. Les tendances clés incluent la recherche d'une intensité rayonnante et d'une efficacité plus élevées à partir de boîtiers plus petits pour permettre une détection plus puissante dans des appareils compacts. L'intégration croissante des LED IR avec des pilotes et des capteurs en modules complets ou en systèmes en boîtier (SiP) se développe. La demande pour des longueurs d'onde spécifiques se diversifie ; tandis que 940nm reste la norme, des longueurs d'onde comme 850nm (pour la surveillance) et 1050nm/1300nm (pour des applications de détection spécifiques) gagnent du terrain. De plus, la recherche d'une consommation d'énergie plus faible et d'une fiabilité améliorée dans les applications automobiles (ex : surveillance intérieure), grand public (ex : identification faciale) et IoT industrielles pousse les avancées dans la technologie des puces, le conditionnement et la gestion thermique des émetteurs IR.