Fiche technique de la LED infrarouge LTL-E7939Q3K - Boîtier traversant - Longueur d'onde 850nm - Intensité rayonnante 20mW/sr - Tension directe 1,6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La LTL-E7939Q3K est une diode électroluminescente (LED) infrarouge (IR) haute performance conçue pour un montage traversant sur des cartes de circuits imprimés (PCB) ou des panneaux. Elle est conçue pour des applications nécessitant une signalisation optique fiable et rapide ou un éclairage dans le spectre du proche infrarouge. Le dispositif utilise un matériau semi-conducteur AlGaAs (Arséniure d'Aluminium et de Gallium), optimisé pour une émission à 850 nanomètres, une longueur d'onde courante pour les systèmes de communication IR, de détection et d'éclairage de vision nocturne.

Ses principaux avantages incluent une combinaison d'intensité rayonnante élevée, d'une compatibilité avec les circuits intégrés grâce à de faibles besoins en courant, et d'un boîtier traversant robuste adapté à divers procédés d'assemblage. Le produit est conforme aux directives RoHS, indiquant qu'il est fabriqué sans l'utilisation de substances dangereuses comme le plomb (Pb). Les marchés cibles principaux incluent l'automatisation industrielle, les systèmes de sécurité (ex. : vision nocturne pour CCTV), les codeurs optiques, les télécommandes et les capteurs de proximité où des sources lumineuses infrarouges fiables sont critiques.

2. Interprétation approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Un fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti et doit être évité dans les conceptions fiables.

• Dissipation de puissance (Pd) :120 mW maximum. C'est la puissance totale (Vf * If) que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur sans dépasser sa température de jonction maximale. Dépasser cette limite risque de provoquer un emballement thermique et une défaillance.
• Courant direct de crête (I_FP) :1 A dans des conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10 μs). Cette valeur est nettement supérieure à la valeur en continu, permettant des impulsions brèves et de haute intensité utiles pour la transmission de données.
• Courant direct continu (I_F) :60 mA en continu. C'est le courant maximal en régime permanent pour un fonctionnement fiable à long terme.
• Tension inverse (V_R) :5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à celle-ci peut provoquer un claquage et une défaillance catastrophique de la jonction PN de la LED.
• Température de fonctionnement et de stockage :-30°C à +85°C et -40°C à +100°C, respectivement. Celles-ci définissent les limites environnementales pour le fonctionnement et le stockage hors tension.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes, mesurée à 2,0 mm du corps de la LED. Ceci guide les procédés de soudure manuelle pour éviter les dommages thermiques à la lentille en époxy et aux liaisons internes de la puce.

2.2 Caractéristiques électriques / optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques et garantis mesurés dans des conditions de test standard (Ta=25°C).

• Intensité rayonnante (I_e) :Minimum 20,0 mW/sr à I_F= 20mA. L'intensité rayonnante mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian). C'est un paramètre clé pour déterminer la portée effective et la force du signal dans les systèmes IR. La fiche technique note qu'une tolérance de ±15% doit être appliquée à la valeur garantie.
• Angle de vision (2θ_1/2) :Typique 30 degrés. C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur de crête (sur l'axe). Un angle de 30° indique un faisceau modérément focalisé, adapté aux applications directionnelles.
• Longueur d'onde de crête (λ_P) :Typique 850 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la LED émet le plus de puissance optique. 850nm est dans la gamme du proche infrarouge, invisible à l'œil humain mais détectable par les photodiodes au silicium et de nombreux capteurs de caméra.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :Typique 40 nm. Ceci spécifie la bande passante de longueur d'onde où l'intensité d'émission est au moins la moitié de l'intensité de crête. Une largeur de 40nm est courante pour les LED IR.
• Tension directe (V_F) :Typique 1,3V, Maximum 1,6V à I_F= 20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit du courant. Elle est cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 10 μA à V_R= 5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse dans sa limite de sécurité.

3. Explication du système de classement (binning)

La fiche technique indique l'utilisation d'un système de classification ou de binning pour l'Intensité Rayonnante (I_e). La note indique : \"Le code de classification Ie est marqué sur chaque sachet d'emballage.\" Cela implique que les LED fabriquées sont testées et triées (classées) en fonction de leur intensité rayonnante mesurée. La référence LTL-E7939Q3K spécifie une intensité rayonnante minimale (18~21,5 mW/sr Min, comme indiqué dans le tableau de décomposition de la référence), mais les unités individuelles dans un lot peuvent appartenir à des sous-gammes spécifiques (bins). Les concepteurs doivent être conscients que l'intensité réelle d'une LED spécifique peut varier entre le minimum garanti et la plage du bin. La fiche technique ne détaille pas de bins explicites pour la longueur d'onde (λ_P) ou la tension directe (V_F), ne listant que les valeurs typiques et maximales/minimales.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à plusieurs courbes caractéristiques typiques, qui fournissent un aperçu plus approfondi du comportement du dispositif dans différentes conditions.

• Courbe spectrale :Illustre la puissance rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde, centrée autour du pic de 850nm avec la demi-largeur définie de 40nm.
• Tension directe vs. Courant direct (Courbe I-V) :Montre la relation non linéaire entre la tension et le courant. La courbe présente une tension de seuil (environ 1,1-1,2V pour l'AlGaAs) après laquelle le courant augmente rapidement avec de petites augmentations de tension, soulignant pourquoi le contrôle du courant (et non de la tension) est essentiel.
• Puissance rayonnante relative vs. Courant direct continu :Démontre comment la puissance optique de sortie augmente avec le courant d'attaque, généralement selon une relation quasi-linéaire dans la plage de fonctionnement avant que l'efficacité ne baisse à des courants très élevés en raison des effets thermiques.
• Puissance rayonnante relative vs. Courant de crête (Pulsé) :Similaire à la courbe en continu mais pour un fonctionnement pulsé, montrant la puissance de crête atteignable avec des courants allant jusqu'au maximum de 1A.
• Puissance rayonnante relative vs. Température :Une courbe critique montrant la diminution de la puissance optique lorsque la température de jonction augmente. Ce facteur de déclassement thermique doit être pris en compte dans les conceptions où la température ambiante est élevée ou la gestion thermique est médiocre.
• Diagramme de directivité :Un diagramme polaire montrant la distribution angulaire de la lumière émise, définissant visuellement l'angle de vision de 30°.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions du boîtier

La LED est logée dans un boîtier rond traversant standard T-1 3/4 (5mm). Les dimensions clés du dessin incluent :

• Diamètre de la lentille : Environ 5,0 mm.
• Hauteur du boîtier : Environ 8,7 mm du bas des broches au sommet de la lentille.
• Diamètre des broches : 0,56 mm nominal.
• Espacement des broches : 2,54 mm (0,1\") standard, mesuré là où les broches sortent du corps du boîtier.
• Collerette/Base : Une collerette facilite le montage sur panneau et sert de butée mécanique lors de l'insertion. La résine en saillie sous la collerette est au maximum de 1,0 mm.

5.2 Identification de la polarité

La cathode est identifiée dans le dessin de dimension. Pour une LED standard, la cathode est généralement la broche la plus courte et/ou la broche adjacente à un méplat sur la collerette du boîtier. Le dessin fourni doit être consulté pour l'identification exacte.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation correcte est cruciale pour éviter les dommages.

• Formage des broches :Doit être effectué avant la soudure à température ambiante. Les pliages doivent être faits à au moins 3 mm de la base de la lentille de la LED. La base du cadre de broches ne doit pas être utilisée comme point d'appui.
• Assemblage sur PCB :Utiliser une force de clinch minimale pour éviter les contraintes mécaniques sur les broches.
• Soudure :
  • Maintenir un espace libre minimum de 2 mm entre la base de la lentille et le point de soudure.
  • Éviter d'immerger la lentille dans la soudure.
  • Ne pas exercer de contrainte sur les broches pendant la soudure lorsque la LED est chaude.
  • Soudure manuelle :Température du fer ≤ 350°C, temps ≤ 3 secondes (une seule fois).
  • Soudure à la vague :Préchauffage ≤ 100°C pendant ≤ 60 sec, vague de soudure ≤ 260°C, temps de contact ≤ 5 sec.
  • Le soudage par refusion IR n'est PAS adapté à ce boîtier traversant.
• Nettoyage :Utiliser des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique si nécessaire.
• Stockage :Hors de l'emballage d'origine, utiliser dans les 3 mois. Pour un stockage plus long, utiliser un contenant scellé avec un dessiccant ou une atmosphère d'azote. Le stockage ne doit pas dépasser 30°C et 70% d'humidité relative.

7. Informations sur l'emballage et la commande

• Emballage unitaire :1000 pièces par sachet anti-statique.
• Carton intérieur :6 sachets d'emballage (6 000 pièces au total).
• Carton extérieur :8 cartons intérieurs (48 000 pièces au total).
• Numéro de référence :LTL-E7939Q3K. La décomposition suggère : LTL (Lampe), E79 (série/code), 39 (probablement lié à l'angle de vision ou au bin d'intensité), Q3K (code de variante spécifique). La couleur de la lentille est \"Water Clear\" (transparente).

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Éclairage infrarouge :Pour caméras de vidéosurveillance dans des applications de sécurité en faible luminosité ou nocturnes.
• Commutation et codage optique :Dans les capteurs optiques à fente ou réflexifs pour la détection de position, le contrôle de vitesse de moteur et les codeurs rotatifs.
• Transmission de données :Dans les appareils conformes à l'infrared data association (IrDA) ou les liaisons de données série simples à courte portée, en tirant parti de sa capacité haute vitesse.
• Détection de proximité et d'objet :En conjonction avec un photodétecteur pour détecter la présence ou l'absence d'un objet.

8.2 Considérations de conception

• Circuit d'attaque :Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Pour assurer une luminosité uniforme, surtout lors de la connexion de plusieurs LED en parallèle, une résistance de limitation de courant doit être placée en série avec CHAQUE LED (Modèle de circuit A). L'attaque de plusieurs LED en parallèle directement depuis une source de tension avec une seule résistance (Modèle de circuit B) est déconseillée en raison des variations de tension directe (Vf) de chaque LED, ce qui provoque une distribution de courant et une luminosité inégales.
• Gestion thermique :Bien que le boîtier traversant dissipe la chaleur par ses broches, une attention doit être portée à la conception du PCB et aux conditions ambiantes pour empêcher la température de jonction de dépasser les limites, ce qui réduit la puissance de sortie et la durée de vie.
• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :La LED est sensible aux décharges électrostatiques. Les procédures de manipulation doivent inclure l'utilisation de bracelets de mise à la terre, de tapis anti-statiques et d'ioniseurs. Les dommages ESD peuvent se manifester par une fuite inverse élevée, une tension directe basse ou une absence d'émission de lumière à faible courant.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux LED visibles standard ou aux LED IR de faible puissance, la LTL-E7939Q3K offre une combinaison équilibrée dehaute intensité rayonnante (20 mW/sr min)et d'unangle de vision modéré et focalisé (30°). Cela la rend plus adaptée aux applications à plus longue portée ou à plus grande force de signal que les dispositifs grand angle et faible puissance. Sa construction en AlGaAs est typique pour une émission à 850nm, offrant une bonne efficacité. Le principal facteur de différenciation dans sa catégorie est la spécification explicite pour un fonctionnement à haute vitesse, en faisant un candidat pour les applications pulsées au-delà du simple éclairage.

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

Q : Puis-je attaquer cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?

R : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant en série. Par exemple, avec une alimentation de 5V, Vf=1,3V, et un I_F=20mA souhaité, la valeur de la résistance serait R = (5V - 1,3V) / 0,02A = 185Ω. Une résistance de 180Ω ou 220Ω serait appropriée. L'attaquer directement détruirait probablement la LED en raison d'un courant excessif.

Q : Pourquoi le courant de crête pulsé (1A) est-il si supérieur au courant continu (60mA) ?

R : Pendant une impulsion très courte, la chaleur générée dans la jonction semi-conductrice n'a pas le temps de se propager au boîtier et à l'environnement. Par conséquent, la température de jonction n'augmente pas aussi dramatiquement, permettant un courant instantané beaucoup plus élevé sans causer de dommage thermique. Le rapport cyclique (300pps * 10μs = 0,3%) est très faible, maintenant la puissance moyenne bien dans les limites.

Q : La lentille est \"Water Clear\". Pourquoi émet-elle une lumière infrarouge invisible ?

R : La lentille en époxy transparente est transparente aux longueurs d'onde visibles et infrarouges. L'invisibilité de la lumière est une propriété du matériau semi-conducteur (AlGaAs), qui émet des photons à 850nm - une longueur d'onde en dehors de la plage de sensibilité de l'œil humain. La lentille transparente est souvent préférée dans les applications discrètes ou lorsqu'une lueur rouge visible (courante avec les LED 660nm) est indésirable.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un simple compteur d'objets utilisant un capteur à barrière optique.

Deux de ces LED IR peuvent être utilisées avec deux phototransistors correspondants pour créer un capteur à barrière optique à deux canaux pour compter des objets sur un convoyeur. Chaque LED est attaquée par une source de courant constant réglée à 20mA en utilisant un circuit à transistor ou un circuit intégré dédié pour LED afin d'assurer une intensité de sortie stable indépendamment des fluctuations de tension d'alimentation. Les LED sont positionnées d'un côté du convoyeur, et les phototransistors de l'autre côté. Lorsqu'un objet interrompt le faisceau, la sortie du phototransistor change d'état. L'angle de vision de 30° de la LED permet une certaine tolérance au désalignement tout en fournissant un faisceau suffisamment collimaté pour minimiser la diaphonie entre les deux canaux rapprochés. La haute intensité rayonnante assure qu'un signal fort atteint le détecteur, fournissant un bon rapport signal/bruit même dans des environnements avec une certaine lumière IR ambiante.

12. Introduction au principe

Une LED est une diode semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée à sa jonction P-N, les électrons du matériau de type N se recombinent avec les trous du matériau de type P. Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière émise est déterminée par la largeur de bande interdite du matériau semi-conducteur. Pour la LTL-E7939Q3K, l'alliage AlGaAs a une largeur de bande interdite correspondant à des énergies de photons d'environ 1,46 électron-volt, ce qui se traduit par une lumière d'une longueur d'onde proche de 850 nanomètres, dans la région infrarouge. La lentille en époxy sert à protéger la puce semi-conductrice, à façonner le diagramme d'émission et à améliorer l'extraction de la lumière de la puce.

13. Tendances de développement

Le domaine des LED infrarouges continue d'évoluer. Les tendances incluent le développement de dispositifs avec une efficacité énergétique (wall-plug efficiency) plus élevée (plus de lumière par watt électrique), ce qui réduit la consommation d'énergie et la génération de chaleur. Des travaux sont également en cours pour augmenter les vitesses de modulation pour des applications de communication de données plus rapides, comme dans le Li-Fi (Light Fidelity) ou les capteurs optiques avancés. Les innovations en matière de boîtiers visent à fournir une meilleure gestion thermique, permettant des courants d'attaque plus élevés et une puissance optique plus grande à partir de facteurs de forme plus petits. De plus, l'intégration des LED avec des pilotes et des circuits de contrôle dans des modules intelligents est une tendance croissante, simplifiant la conception du système pour les utilisateurs finaux. Le principe fondamental de l'électroluminescence dans les semi-conducteurs reste inchangé, mais la science des matériaux et la technologie des boîtiers conduisent à des améliorations continues des performances.