Fiche technique de la diode infrarouge MIDLED HIR89-01C/1R - 3.0x2.8x1.9mm - 1.55V - 850nm - 100mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le HIR89-01C/1R est une diode émettrice infrarouge (IR) miniature pour montage en surface, utilisant le boîtier MIDLED. Sa fonction principale est d'émettre de la lumière infrarouge à une longueur d'onde de crête de 850 nanomètres (nm), optimisée spectralement pour une compatibilité avec les photodiodes et phototransistors au silicium. Cela en fait un composant fondamental dans divers systèmes de détection et de communication utilisant une lumière non visible.

Le composant est fabriqué avec un matériau de puce GaAlAs (Arséniure de Gallium-Aluminium), logé dans un boîtier à lentille transparente. Les principaux avantages de conception incluent une faible tension directe, qui contribue à l'efficacité énergétique, et un angle de vision relativement étroit de 30 degrés, permettant une émission IR directionnelle. Le produit respecte les normes environnementales et de sécurité modernes, étant sans plomb, conforme au règlement REACH de l'UE et classé comme sans halogène.

1.1 Caractéristiques principales et conformité

• Efficacité électrique :Caractéristiques de faible tension directe.
• Performance optique :Angle de vision typique de 30° pour une émission directionnelle.
• Conformité environnementale :Construction sans plomb.
• Conformité RoHS :Le produit est conforme à la directive sur la restriction des substances dangereuses.
• Conformité REACH :Satisfait aux exigences du règlement européen sur l'enregistrement, l'évaluation, l'autorisation et les restrictions des substances chimiques.
• Sans halogène :Contient des niveaux très faibles de brome (Br) et de chlore (Cl), spécifiquement Br <900 ppm, Cl <900 ppm, et Br+Cl < 1500 ppm.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

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

• Courant direct continu (I_F) :65 mA
• Courant direct de crête (I_FP) :200 mA (Largeur d'impulsion ≤500μs, Rapport cyclique ≤5%)
• Tension inverse (V_R) :5 V
• Température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +100°C
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C
• Température de soudure (T_sol) :260°C (pendant ≤5 secondes)
• Dissipation de puissance (P_d) :100 mW (à une température ambiante de 25°C ou inférieure)

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante standard de 25°C et définissent les performances du composant dans des conditions de fonctionnement typiques.

• Intensité rayonnante (I_e) :40 à 125 mW/sr (mesurée à I_F=70mA, impulsion de 20ms). Le composant est classé en catégories (C : 40-80 mW/sr, D : 63-125 mW/sr).
• Longueur d'onde de crête (λ_p) :850 nm (typique, à I_F=100mA).
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :30 nm (typique, à I_F=100mA).
• Tension directe (V_F) :
  • 1,40V à 1,70V (à I_F=20mA)
  • 1,55V à 1,90V (à I_F=70mA, impulsion de 20ms)
• Courant inverse (I_R) :10 μA maximum (à V_R=5V).
• Angle de vision (2θ_1/2) :30° (typique, à I_F=20mA).

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour la conception de circuits et la gestion thermique.

3.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

Ce graphique illustre la dégradation du courant direct continu maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Le courant nominal diminue linéairement de 65mA à 25°C à des valeurs plus basses lorsque la température approche la limite de fonctionnement maximale de 100°C. Les concepteurs doivent utiliser cette courbe pour s'assurer que la LED n'est pas suralimentée dans des environnements à haute température.

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

La courbe I-V montre la relation exponentielle typique des diodes. Elle est cruciale pour sélectionner la résistance de limitation de courant appropriée. Une petite augmentation de la tension au-delà de la V_Ftypique peut entraîner une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant, soulignant la nécessité d'une résistance en série.

3.3 Intensité rayonnante en fonction du courant direct

Cette courbe démontre que la puissance optique (intensité rayonnante) augmente avec le courant direct, mais la relation n'est pas parfaitement linéaire, surtout à des courants élevés. Elle aide les concepteurs à choisir un point de fonctionnement qui équilibre la luminosité avec l'efficacité et la longévité du composant.

3.4 Distribution spectrale

Le tracé spectral confirme que l'émission est centrée à 850nm avec une largeur à mi-hauteur (FWHM) typique de 30nm. Cette bande passante étroite assure une bonne correspondance avec la sensibilité de crête des détecteurs au silicium.

3.5 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Ce diagramme polaire définit visuellement l'angle de vision de 30°, montrant comment l'intensité chute à la moitié de sa valeur de crête à ±15° de l'axe central. Cette information est vitale pour la conception des systèmes optiques, déterminant la divergence du faisceau et les exigences d'alignement.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le HIR89-01C/1R utilise un boîtier miniature MIDLED pour montage en surface. Les dimensions clés (en millimètres) sont :

• Longueur totale : 3,0 mm
• Largeur totale : 2,8 mm
• Hauteur totale : 1,9 mm
• Espacement des broches : 2,0 mm

Les tolérances pour les dimensions non spécifiées sont de ±0,1mm. Un dessin coté détaillé est fourni dans la fiche technique pour la conception de l'empreinte sur le circuit imprimé.

4.2 Identification de la polarité

La cathode est identifiée sur le boîtier. La fiche technique inclut un diagramme montrant le marquage de la cathode, essentiel pour une orientation correcte lors de l'assemblage afin d'éviter une connexion en polarisation inverse.

4.3 Dimensions de la bande porteuse

Le composant est fourni sur une bande porteuse embossée pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Les dimensions de la bande sont spécifiées pour être compatibles avec les équipements CMS standard. Chaque bobine contient 2000 pièces.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

5.1 Profil de soudure par refusion

Un profil de température de soudure par refusion sans plomb recommandé est fourni. Les paramètres clés incluent :

• Zone de préchauffage et de stabilisation.
• Température de crête ne dépassant pas 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus (typiquement 217°C).
• Vitesse de refroidissement.

La soudure par refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois.

5.2 Soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire, une extrême prudence est requise :

• Utiliser un fer à souder avec une température de pointe < 350°C.
• Limiter le temps de soudure par borne à ≤ 3 secondes.
• Utiliser un fer d'une puissance nominale ≤ 25W.
• Laisser un intervalle minimum de 2 secondes entre la soudure de chaque borne pour éviter un choc thermique.

5.3 Réparation et retouche

La réparation après soudure est fortement déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder à double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes, minimisant ainsi les contraintes sur le boîtier de la LED. L'effet sur les caractéristiques du composant doit être vérifié après toute retouche.

6. Précautions de stockage et de manipulation

6.1 Sensibilité à l'humidité

La LED est sensible à l'humidité. Les précautions incluent :

• Ne pas ouvrir le sac barrière anti-humidité avant d'être prêt à l'emploi.
• Stocker les sacs non ouverts à ≤ 30°C et ≤ 90% d'Humidité Relative (HR).
• Utiliser dans l'année suivant l'expédition.
• Après ouverture, stocker à ≤ 30°C et ≤ 70% HR.
• Terminer la soudure dans les 168 heures (7 jours) suivant l'ouverture du sac.
• Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessicant indique une entrée d'humidité, cuire les composants à 60 ±5°C pendant 24 heures avant utilisation.

6.2 Protection contre le courant

Critique :Une résistance de limitation de courant externe est obligatoire. La caractéristique I-V exponentielle de la LED signifie qu'une petite augmentation de tension peut provoquer une forte surintensité, entraînant une destruction immédiate. La valeur de la résistance doit être calculée en fonction de la tension d'alimentation et du courant direct souhaité, en tenant compte de la V_F range.

7. Emballage et informations de commande

7.1 Procédure d'emballage

Les LED sont emballées dans un sac en aluminium étanche à l'humidité contenant un dessicant. Le sac est étiqueté avec des informations critiques.

7.2 Spécification de l'étiquette

L'étiquette comprend des champs pour :

• CPN (Numéro de pièce client)
• P/N (Numéro de pièce fabricant : HIR89-01C/1R)
• QTY (Quantité)
• CAT (Catégories, p. ex. C ou D pour l'intensité rayonnante)
• HUE (Longueur d'onde de crête)
• LOT No. (Numéro de lot de traçabilité)
• Origine de production
• Niveau de sensibilité à l'humidité (MSL)

7.3 Guide de sélection du composant

Le HIR89-01C/1R est le seul numéro de pièce de cette série, comportant une puce GaAlAs et une lentille transparente.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Applications typiques

• Systèmes de détection infrarouge :Capteurs de proximité, détection d'objets, interrupteurs sans contact.
• Codeurs optiques :Détection de position et de vitesse dans les moteurs.
• Transmission de données :Liaisons de données IR courte portée (p. ex., télécommandes, IrDA).
• Vision industrielle :Éclairage pour caméras avec filtres IR.
• Systèmes de sécurité :Éclairage actif pour caméras de vision nocturne.

8.2 Notes sur la conception du circuit

1. Limitation de courant :Toujours utiliser une résistance en série. Calculer avec R = (V_alim- V_F) / I_F. Utiliser la V_Fmaximale de la fiche technique pour garantir un courant sûr dans toutes les conditions.
2. Circuit de commande :Pour un fonctionnement en impulsions (p. ex., détection, communication), s'assurer que la largeur d'impulsion et le rapport cyclique restent dans les limites des valeurs nominales I_FPpour éviter la surchauffe.
3. Gestion thermique :Prendre en compte la courbe de déclassement. Dans des ambiances à haute température ou lorsque montée sur une carte avec d'autres composants générant de la chaleur, réduire le courant de fonctionnement en conséquence.
4. Implantation du circuit imprimé :Suivre le motif de pastilles recommandé du dessin de dimensions. Assurer un espacement adéquat avec les autres composants pour éviter les interférences thermiques ou optiques.

9. Comparaison et positionnement technique

Le HIR89-01C/1R se positionne comme un émetteur infrarouge fiable et polyvalent dans un boîtier CMS miniature. Sa longueur d'onde de 850nm est la norme de l'industrie pour la compatibilité avec les détecteurs au silicium. Comparé aux anciennes LED IR traversantes, son format CMS permet un assemblage sur circuit imprimé plus petit et automatisé. L'angle de vision de 30° offre un bon équilibre entre concentration du faisceau et tolérance d'alignement pour de nombreuses applications. La fourniture d'un classement détaillé (catégories C et D) permet aux concepteurs de sélectionner les composants en fonction de la puissance de sortie requise, ce qui peut être crucial pour obtenir une portée de détection ou une intensité de signal constante.

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

10.1 Pourquoi une résistance de limitation de courant est-elle absolument nécessaire ?

La caractéristique diode de la LED a une résistance dynamique très faible une fois la tension directe dépassée. Sans résistance, le courant est uniquement limité par la résistance interne de l'alimentation et le câblage, qui est typiquement très faible, conduisant à un surcourant catastrophique. La résistance fournit une méthode linéaire, prévisible et sûre pour définir le courant de fonctionnement.

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

No.Les broches GPIO des microcontrôleurs ont des limites de courant source/puits (souvent 20-40mA) qui sont égales ou inférieures au courant continu nominal de cette LED. Plus important encore, elles ne peuvent pas fournir la limitation de courant nécessaire. Vous devez utiliser la GPIO pour commander un transistor ou un MOSFET, qui pilote ensuite la LED via une résistance de limitation de courant appropriée connectée à la ligne d'alimentation principale.

10.3 Quelle est la différence entre les catégories de classement C et D ?

Les catégories C et D spécifient différentes plages d'Intensité Rayonnante (I_e) mesurée à 70mA. La catégorie C a une plage de sortie plus faible (40-80 mW/sr), tandis que la catégorie D a une plage de sortie plus élevée (63-125 mW/sr). Sélectionner un composant de catégorie D peut fournir plus de puissance optique pour une portée plus longue ou une détection de signal plus robuste, mais peut entraîner un coût légèrement plus élevé. La catégorie spécifique commandée sera indiquée sur l'étiquette de l'emballage.

10.4 Quelle est l'importance des instructions de sensibilité à l'humidité et de cuisson ?

Très critique. L'humidité absorbée dans le boîtier plastique peut se vaporiser pendant le processus de soudure par refusion à haute température, provoquant un délaminage interne, des fissures ou un effet "pop-corn", ce qui peut endommager la puce ou les fils de liaison. Suivre les temps de stockage et effectuer la procédure de cuisson lorsque cela est requis est essentiel pour un bon rendement d'assemblage et une fiabilité à long terme.

11. Étude de cas de conception et d'utilisation

11.1 Conception d'un capteur de proximité simple

Objectif :Détecter un objet à moins de 10cm.
Conception :Associer le HIR89-01C/1R avec un phototransistor au silicium adapté. La LED est pilotée par une alimentation 5V via une résistance de limitation de courant. En utilisant la V_Ftypique de 1,55V à 70mA, la valeur de la résistance est R = (5V - 1,55V) / 0,07A ≈ 49,3Ω (utiliser une résistance standard de 51Ω). La LED est pulsée à une fréquence spécifique (p. ex., 38kHz) à l'aide d'un microcontrôleur. La sortie du phototransistor est connectée à un circuit récepteur de démodulation accordé sur la même fréquence. Cette conception rejette la lumière ambiante, et la présence d'un objet est détectée par la lumière IR modulée réfléchie. Le faisceau de 30° aide à définir la zone de détection.

12. Principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés à travers la jonction. Ces porteurs de charge se recombinent dans la région active (la couche GaAlAs dans ce cas). L'énergie libérée pendant la recombinaison est émise sous forme de photons (lumière). L'énergie de bande interdite spécifique du matériau semi-conducteur GaAlAs détermine la longueur d'onde des photons émis, qui pour ce composant est centrée dans le spectre du proche infrarouge à 850nm. La lentille en époxy transparente façonne la lumière émise selon l'angle de vision spécifié.

13. Tendances technologiques

La technologie des LED infrarouges continue d'évoluer. Les tendances incluent :

• Efficacité accrue :Développement de nouveaux matériaux et structures semi-conducteurs (p. ex., puits quantiques multiples) pour obtenir plus de puissance optique par unité d'entrée électrique (efficacité "wall-plug" plus élevée).
• Densité de puissance accrue :Composants capables de supporter des courants de commande plus élevés dans des boîtiers plus petits pour des applications comme le LiDAR et la détection longue portée.
• Multi-longueurs d'onde et VCSEL :Émergence de LED et de lasers à émission par la surface à cavité verticale (VCSEL) à d'autres longueurs d'onde IR (p. ex., 940nm pour une meilleure sécurité oculaire, 1350nm/1550nm pour le LiDAR longue portée) pour répondre à des besoins applicatifs spécifiques.
• Solutions intégrées :Combinaison de l'émetteur IR, du circuit de commande et parfois du détecteur en un seul module pour simplifier la conception et améliorer les performances.

Le HIR89-01C/1R représente une solution mature, économique et fiable pour un large éventail d'applications IR grand public.