Fiche technique de composant LED infrarouge - Longueur d'onde pic 940nm - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques d'un composant diode électroluminescente infrarouge (LED IR). L'application principale de ce dispositif concerne les systèmes nécessitant des sources lumineuses non visibles, tels que les télécommandes, les capteurs de proximité et l'éclairage de vision nocturne. L'avantage fondamental de ce composant réside dans sa longueur d'onde pic spécifique, optimisée pour la compatibilité avec les photodétecteurs au silicium et offrant une faible visibilité pour l'œil humain. Le marché cible inclut l'électronique grand public, l'automatisation industrielle, les systèmes de sécurité et les applications automobiles où une signalisation ou une détection infrarouge fiable est requise.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les données fournies spécifient un paramètre photométrique clé pour cette LED IR.

2.1 Caractéristiques photométriques

Le paramètre le plus critique défini est la longueur d'onde pic (λp).

• Longueur d'onde pic (λp) :940 nanomètres (nm). Cette valeur indique le point spécifique du spectre électromagnétique où la LED émet sa puissance optique maximale. Une longueur d'onde de 940nm se situe fermement dans la gamme du proche infrarouge (NIR). Cette longueur d'onde est particulièrement avantageuse car elle correspond bien à la sensibilité pic des photodiodes et phototransistors au silicium courants, assurant une transmission et une réception de signal efficaces. De plus, la lumière à 940nm est moins visible sous forme d'une faible lueur rouge comparée aux longueurs d'onde IR plus courtes comme 850nm, la rendant plus adaptée aux applications discrètes.

D'autres paramètres photométriques typiques pour une LED IR, tels que l'intensité rayonnante (en milliwatts par stéradian, mW/sr), l'angle de vision (en degrés) et la tension directe à un courant spécifique, ne sont pas explicitement fournis dans l'extrait mais sont essentiels pour une conception de circuit complète.

2.2 Paramètres électriques

Bien que des valeurs spécifiques ne soient pas listées dans le texte fourni, le comportement électrique d'une LED IR est défini par plusieurs paramètres clés qu'un concepteur doit prendre en compte.

• Tension directe (Vf) :La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit du courant. Pour les LED IR typiques à base de GaAs, celle-ci varie généralement de 1,2V à 1,6V à leur courant direct nominal.
• Courant direct (If) :Le courant de fonctionnement continu recommandé. Dépasser le courant direct maximal nominal peut entraîner une dégradation rapide ou une défaillance catastrophique.
• Tension inverse (Vr) :La tension maximale que la LED peut supporter lorsqu'elle est polarisée dans le sens non conducteur. Les LED IR ont généralement une tension inverse nominale très faible (souvent autour de 5V) et sont sensibles aux dommages causés par des pointes de tension inverse.
• Dissipation de puissance :La puissance électrique totale convertie en chaleur et en lumière (Vf * If). Une gestion thermique appropriée est nécessaire pour éviter la surchauffe.

2.3 Caractéristiques thermiques

La gestion thermique est cruciale pour la longévité et les performances stables des LED.

• Température de jonction (Tj) :La température au niveau de la région active de la puce semi-conductrice. La Tj maximale admissible est une limite critique.
• Résistance thermique (Rθj-a) :Ce paramètre, mesuré en degrés Celsius par watt (°C/W), indique l'efficacité avec laquelle la chaleur se propage de la jonction de la LED vers l'air ambiant. Une valeur plus basse signifie une meilleure capacité de dissipation thermique. La conception du boîtier influence fortement cette valeur.
• Courbe de déclassement :Un graphique montrant comment le courant direct maximal admissible diminue à mesure que la température ambiante ou la température de jonction augmente. Fonctionner dans ces limites est essentiel pour la fiabilité.

3. Explication du système de binning

La fabrication de LED en grande volume produit des variations dans les paramètres clés. Le binning est le processus de tri des composants en groupes (bins) basé sur les performances mesurées pour assurer une cohérence pour l'utilisateur final.

3.1 Binning par longueur d'onde

Pour cette LED IR 940nm, les composants seraient testés et triés en bins selon leur longueur d'onde pic réelle. Par exemple, les bins pourraient être définis comme 935-940nm, 940-945nm, etc. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec des tolérances de longueur d'onde plus serrées si leur application nécessite un appariement spectral précis.

3.2 Binning par intensité rayonnante / puissance optique

Les LED sont également triées selon leur puissance de sortie rayonnante. Ceci est crucial pour les applications nécessitant une luminosité uniforme ou une intensité de signal spécifique. Les bins sont définis par des valeurs minimales et maximales d'intensité rayonnante (par exemple, 20-25 mW/sr, 25-30 mW/sr) à un courant de test standardisé.

3.3 Binning par tension directe

Pour simplifier la conception du circuit de limitation de courant et assurer un comportement cohérent dans les réseaux parallèles, les LED sont triées par tension directe (Vf). Les bins courants pourraient regrouper les LED avec une Vf entre 1,2V-1,3V, 1,3V-1,4V, et ainsi de suite.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans différentes conditions de fonctionnement.

4.1 Courbe caractéristique courant-tension (I-V)

Cette courbe trace le courant direct (If) en fonction de la tension directe (Vf). Elle montre la relation exponentielle typique d'une diode. La courbe est utilisée pour déterminer le point de fonctionnement et pour concevoir une résistance de limitation de courant ou un circuit de pilotage approprié. La tension de "coude", où le courant commence à augmenter rapidement, est une caractéristique clé.

4.2 Dépendance à la température

Plusieurs courbes illustrent les effets de la température.

• Tension directe vs. Température :Montre typiquement que Vf diminue linéairement lorsque la température de jonction augmente (environ -2mV/°C pour les LED IR). Ceci est important pour les pilotes à courant constant.
• Intensité rayonnante vs. Température :Montre comment la puissance optique de sortie diminue lorsque la température augmente. Ce déclassement est critique pour les applications fonctionnant à des températures ambiantes élevées.
• Distribution spectrale relative vs. Température :Démontre comment la longueur d'onde pic peut se décaler légèrement (généralement vers des longueurs d'onde plus longues) lorsque la température augmente.

4.3 Distribution spectrale

Ce graphique trace la puissance rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Il montre le pic à 940nm et la largeur de bande spectrale (généralement la Largeur à Mi-Hauteur, ou FWHM, souvent autour de 40-50nm pour les LED IR). Une largeur de bande plus étroite indique une lumière plus monochromatique.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

L'extrait fourni contient des détails spécifiques de conditionnement.

5.1 Hiérarchie de conditionnement

Le composant est protégé par un système de conditionnement multicouche :

• Sac de protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Le conteneur principal pour les composants LED individuels ou les bobines. Ce sac est fabriqué en matériau dissipateur statique pour prévenir les dommages dus aux décharges électrostatiques pendant la manipulation et le stockage.
• Carton intérieur :Une boîte ou un plateau plus petit contenant plusieurs sacs ESD ou bobines, fournissant une structure physique et une protection supplémentaire.
• Carton extérieur :Le conteneur d'expédition principal contenant plusieurs cartons intérieurs. Il est conçu pour la robustesse pendant le transport et le stockage.

5.2 Quantité par emballage

Le document liste explicitement "Quantité par emballage" comme un paramètre clé. Cela fait référence au nombre de composants LED individuels contenus dans une unité d'expédition standard (par exemple, par bobine, par tube, ou par sac dans le carton intérieur). Les quantités courantes sont 1000, 2000 ou 5000 pièces par bobine pour les dispositifs montés en surface.

5.3 Dimensions physiques et polarité

Bien que les dimensions exactes ne soient pas fournies, un boîtier de LED IR typique (comme une LED traversante 3mm ou 5mm, ou un boîtier monté en surface comme 0805 ou 1206) aurait un dessin mécanique détaillé. Ce dessin spécifie la longueur, la largeur, la hauteur du corps, l'espacement des broches (pas), et les dimensions des broches. De manière cruciale, il inclut l'identification de la polarité, indiquant généralement la cathode (côté négatif) via un bord plat sur la lentille, une broche plus courte, un point sur le boîtier, ou un marquage spécifique sur l'empreinte.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Un assemblage correct est vital pour la fiabilité.

6.1 Profil de soudure par refusion

Pour les LED IR montées en surface, un profil de refusion recommandé doit être suivi. Celui-ci inclut :

• Taux de préchauffage/montée en température :Typiquement 1-3°C par seconde pour éviter le choc thermique.
• Zone de maintien :Une période à une température inférieure au liquidus de la soudure pour activer la flux et égaliser la température de la carte.
• Zone de refusion (Liquidus) :La température de pic, qui doit être suffisamment élevée pour fondre la soudure (par exemple, 240-250°C pour le SAC305) mais suffisamment basse et brève pour ne pas endommager la LED (la température maximale du corps du boîtier est souvent de 260°C pendant 10 secondes).
• Taux de refroidissement :Un refroidissement contrôlé pour solidifier correctement les joints de soudure.

6.2 Précautions clés

• Protection ESD :Manipulez toujours les composants dans un environnement protégé contre les ESD en utilisant des bracelets de mise à la terre et des tapis conducteurs.
• Niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) :Le cas échéant, le boîtier aura une classification MSL (par exemple, MSL 3). Les composants ayant dépassé leur durée de vie au sol doivent être séchés avant la refusion pour éviter les dommages de type "pop-corn".
• Nettoyage :Utilisez uniquement des solvants de nettoyage compatibles qui n'endommageront pas la lentille de la LED ou l'époxy.
• Contrainte mécanique :Évitez d'appliquer une pression directe sur la lentille de la LED pendant le placement ou les tests.

6.3 Conditions de stockage

Les composants doivent être stockés dans leurs sacs ESD d'origine, non ouverts, dans un environnement contrôlé. Les conditions recommandées sont typiquement une température entre 5°C et 30°C et une humidité relative inférieure à 60%. Évitez l'exposition à la lumière directe du soleil, aux gaz corrosifs ou à une poussière excessive.

7. Informations de conditionnement et de commande

Les données de cycle de vie du document indiquent une "Révision : 5" et une "Période d'expiration : Permanente", suggérant qu'il s'agit d'un document stable, non soumis à une gestion d'obsolescence, publié le 27/05/2013. La spécification de conditionnement est clairement définie dans la section 5.1. Le code de commande ou le numéro de modèle suivrait typiquement une convention de dénomination qui encode des attributs clés comme le type de boîtier, le bin de longueur d'onde, le bin d'intensité et la quantité par emballage (par exemple, "IR940-SMD1206-B2-2K" pourrait indiquer une LED IR 940nm dans un boîtier 1206, bin d'intensité B2, fournie sur une bobine de 2000 pièces).

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Télécommandes infrarouges :Pour les téléviseurs, les systèmes audio et les décodeurs. La longueur d'onde 940nm est la norme de l'industrie.
• Capteurs de proximité et de présence :Utilisés dans les smartphones pour désactiver les écrans tactiles pendant les appels, dans les robinets automatiques et dans les interrupteurs de sécurité.
• Comptage et détection d'objets :Dans les distributeurs automatiques, les chaînes d'assemblage industrielles et les équipements d'impression.
• Éclairage de vision nocturne :Couplé avec une caméra sensible à l'IR pour la surveillance dans des conditions de faible luminosité.
• Transmission de données optiques :Pour la communication série courte portée et bas débit (IrDA) ou les liaisons de données industrielles.

8.2 Considérations de conception

• Circuit de pilotage :Utilisez toujours une résistance de limitation de courant en série ou un pilote à courant constant. Ne connectez jamais une LED directement à une source de tension.
• Dissipateur thermique :Pour un fonctionnement à courant élevé ou à températures ambiantes élevées, assurez une surface de cuivre sur le PCB ou un dissipateur thermique externe adéquat pour gérer la résistance thermique de la LED.
• Conception optique :Prenez en compte l'angle de vision de la LED. Utilisez des lentilles ou des réflecteurs pour collimater ou diffuser le faisceau selon les besoins de l'application.
• Appariement du photodétecteur :Assurez-vous que le photodétecteur sélectionné (photodiode, phototransistor) a une sensibilité élevée à 940nm. Utilisez un filtre IR pour bloquer la lumière visible si l'environnement est bruyant.
• Immunité au bruit électrique :Dans les applications de capteurs, modulez le signal IR (par exemple, avec une porteuse à 38kHz) et utilisez un récepteur accordé pour rejeter les interférences de la lumière ambiante provenant du soleil ou des lampes fluorescentes.

9. Comparaison technique

Comparé à d'autres sources IR, cette LED 940nm offre des avantages spécifiques.

• vs. LED IR 850nm :La lumière à 940nm est beaucoup moins visible sous forme d'une faible lueur rouge, la rendant supérieure pour la surveillance discrète. Cependant, les photodétecteurs au silicium sont légèrement moins sensibles à 940nm qu'à 850nm, et l'absorption atmosphérique est marginalement plus élevée.
• vs. Lampes IR à incandescence :Les LED sont bien plus efficaces, ont un temps de réponse plus rapide (permettant une modulation à haute vitesse), sont plus robustes mécaniquement et ont une durée de vie opérationnelle beaucoup plus longue (des dizaines de milliers d'heures).
• vs. Diodes laser :Les LED ont une sortie spectrale plus large et une zone d'émission beaucoup plus grande, produisant un faisceau diffus plus facile à utiliser pour l'éclairage général et la détection. Elles sont également nettement moins chères et ne nécessitent pas le circuit de pilotage et de sécurité complexe des diodes laser.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Quel est l'intérêt de la longueur d'onde pic de 940nm ?
R1 : La longueur d'onde de 940nm est optimale car elle correspond bien à la sensibilité des photodétecteurs au silicium tout en étant quasi invisible à l'œil humain, la rendant idéale pour les applications de détection discrète et de télécommande.

Q2 : Comment déterminer la valeur correcte de la résistance de limitation de courant ?
R2 : Utilisez la loi d'Ohm : R = (Valim - Vf) / If. Vous devez connaître votre tension d'alimentation (Valim), la tension directe de la LED (Vf) issue de sa fiche technique ou de son bin, et le courant direct souhaité (If). Assurez-vous toujours que la puissance nominale de la résistance (P = (Valim - Vf) * If) est suffisante.

Q3 : Puis-je utiliser cette LED en extérieur ?
R3 : Oui, mais avec précautions. La lentille en époxy peut se dégrader sous une exposition prolongée aux UV. Plus critique, la lumière du soleil contient de fortes composantes IR qui peuvent saturer les récepteurs. L'utilisation de filtres optiques et de signaux modulés est essentielle pour un fonctionnement extérieur fiable.

Q4 : Pourquoi la protection ESD est-elle si importante pour les LED ?
R4 : La jonction semi-conductrice dans une LED est extrêmement sensible aux décharges électrostatiques à haute tension. Un événement ESD peut instantanément dégrader la puissance optique de sortie, augmenter le courant de fuite, ou provoquer une défaillance complète sans aucun dommage visible.

Q5 : À quoi fait référence "Quantité par emballage" ?
R5 : Cela spécifie le nombre de composants LED individuels fournis dans une unité de vente standard, comme sur une bobine, dans un tube, ou dans un sac anti-statique. Ceci est crucial pour la planification de production et la gestion des stocks.

11. Exemples pratiques d'utilisation

11.1 Capteur de proximité simple

Un capteur réfléchissant basique peut être construit en plaçant la LED IR 940nm et un phototransistor côte à côte. La LED est pilotée par un courant pulsé. Lorsqu'un objet s'approche, il réfléchit la lumière IR vers le phototransistor, provoquant une augmentation de son courant collecteur. Un circuit comparateur peut alors déclencher un signal de sortie numérique. Cette conception est utilisée dans la détection de papier dans les imprimantes et l'activation des sèche-mains.

11.2 Projecteur IR longue portée pour vidéosurveillance

Pour les caméras de sécurité à vision nocturne, un réseau de plusieurs LED 940nm haute puissance est construit. Les LED sont pilotées par un pilote à courant constant capable de plusieurs centaines de milliampères. Une lentille de Fresnel est placée devant le réseau pour collimater la lumière en un faisceau, étendant la portée d'éclairage effective à plusieurs dizaines de mètres. La gestion thermique via un grand dissipateur thermique en aluminium est critique pour cette conception haute puissance.

12. Principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) est un dispositif à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'elle est polarisée en direct (tension positive appliquée au côté p par rapport au côté n), les électrons de la région n sont injectés à travers la jonction dans la région p, et les trous de la région p sont injectés dans la région n. Ces porteurs minoritaires se recombinent avec les porteurs majoritaires dans les régions opposées. Dans un semi-conducteur à bande interdite directe comme l'Arséniure de Gallium (GaAs), couramment utilisé pour les LED IR, cet événement de recombinaison libère de l'énergie sous forme d'un photon (particule de lumière). La longueur d'onde (couleur) du photon émis est déterminée par l'énergie de la bande interdite (Eg) du matériau semi-conducteur, selon l'équation λ = hc/Eg, où h est la constante de Planck et c est la vitesse de la lumière. En ajustant la composition de l'alliage semi-conducteur (par exemple, en utilisant AlGaAs ou InGaAs), la bande interdite et donc la longueur d'onde émise peuvent être précisément contrôlées, aboutissant à la sortie 940nm spécifiée ici.

13. Tendances technologiques

Le domaine de la technologie des LED IR continue d'évoluer. Les tendances clés incluent :

• Augmentation de la puissance et de l'efficacité :Les améliorations continues en science des matériaux et en conditionnement produisent des LED IR avec un flux rayonnant plus élevé et une efficacité énergétique (conversion puissance électrique-puissance optique) améliorée, permettant des dispositifs plus petits ou une portée plus longue pour la même puissance d'entrée.
• Miniaturisation :La tendance vers des appareils électroniques grand public plus petits pousse les LED IR vers des boîtiers montés en surface toujours plus petits (par exemple, 0402, 0201) et des boîtiers à l'échelle de la puce (CSP).
• Solutions intégrées :Il y a une tendance à combiner la LED IR, le photodétecteur, le circuit de pilotage et le traitement du signal (comme le rejet de la lumière ambiante) dans un module unique ou un système en boîtier (SiP), simplifiant la conception pour les utilisateurs finaux.
• Expansion vers de nouvelles longueurs d'onde :Bien que 850nm et 940nm dominent, il y a un intérêt croissant pour d'autres longueurs d'onde IR pour des applications spécialisées, telles que 1050nm pour le LiDAR sans danger pour les yeux ou des bandes spécifiques pour la détection de gaz.
• Amélioration de la gestion thermique :Les nouvelles conceptions de boîtiers avec une résistance thermique plus faible et des matériaux avec une meilleure conductivité thermique prolongent la durée de vie des LED et permettent des courants de pilotage plus élevés.