Fiche technique de la LED infrarouge HIR25-21C/L289/2T en boîtier 1206 avec lentille interne - Dimensions 3,2x1,6x1,1mm - Tension 1,4V - Puissance 130mW - Longueur d'onde 850nm - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le HIR25-21C/L289/2T est une diode émettrice infrarouge (IR) haute performance, logée dans un boîtier CMS miniature de type 1206. Ce composant est spécifiquement conçu pour les applications nécessitant une émission infrarouge fiable, adaptée aux photodétecteurs à base de silicium. Sa fonction principale est de convertir l'énergie électrique en lumière infrarouge à une longueur d'onde de crête de 850 nanomètres (nm).

Le composant est construit avec une puce en matériau GaAlAs (Arséniure de Gallium-Aluminium), réputé pour son efficacité dans le spectre infrarouge. Le boîtier est moulé en plastique transparent et intègre une lentille interne sphérique. Cette conception de lentille est cruciale pour contrôler le diagramme de rayonnement, résultant en un angle de vision typique (2θ1/2) de 60 degrés. L'apparence "water clear" (transparente) indique que le matériau de la lentille ne filtre pas la lumière visible, permettant une transmission maximale du rayonnement infrarouge souhaité.

Un avantage clé de cette LED est son adéquation spectrale avec les photodiodes et phototransistors au silicium. Les détecteurs au silicium ont une sensibilité maximale dans la région du proche infrarouge, et la sortie à 850nm de cette LED correspond bien à cette caractéristique, garantissant une force de signal et une efficacité système optimales dans les applications de détection.

2. Analyse approfondie des paramètres 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. C'est le courant continu maximum qui peut être appliqué en continu à l'anode de la LED.
• Tension inverse (V_R): 5 V. L'application d'une tension inverse supérieure à cette valeur peut entraîner la rupture de la jonction PN de la LED.
• Dissipation de puissance (P_d): 130 mW à une température ambiante de 25°C ou moins. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur. Dépasser cette limite risque une surchauffe.
• Température de fonctionnement & de stockage: -25°C à +85°C (fonctionnement), -40°C à +85°C (stockage).
• Température de soudure (T_sol): 260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci est critique pour les procédés de soudure par refusion sans plomb (Pb-free).

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

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (courant direct 20mA, 25°C) et définissent les performances du composant.

• Intensité rayonnante (I_e): 4,0 mW/sr (Min), 5,0 mW/sr (Typ). Cette mesure indique la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian). C'est un indicateur direct de la luminosité de la LED dans sa direction principale.
• Longueur d'onde de crête (λ_p): 850 nm (Typ). La longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est la plus grande. Elle se situe dans le spectre du proche infrarouge (NIR), invisible à l'œil humain.
• Largeur de bande spectrale (Δλ): 30 nm (Typ). La plage de longueurs d'onde émises, généralement mesurée à la moitié de la puissance de crête (Largeur à mi-hauteur - FWHM). Une largeur de bande de 30nm est standard pour une LED IR.
• Tension directe (V_F): 1,4 V (Typ), 1,7 V (Max) à 20mA. La chute de tension aux bornes de la LED en fonctionnement. Cette faible tension est caractéristique des diodes IR GaAlAs et est importante pour calculer les valeurs de la résistance série et la consommation d'énergie.
• Courant inverse (I_R): 10 μA (Max) à V_R=5V. Le faible courant de fuite qui circule lorsque la diode est polarisée en inverse.
• Angle de vision (2θ_1/2): 60° (Typ). L'angle total où l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale. La lentille sphérique crée ce faisceau modérément large.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour les ingénieurs de conception.

3.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

Ce graphique montre la dégradation du courant direct maximum autorisé lorsque la température ambiante augmente. Lorsque la température augmente, la capacité de la LED à dissiper la chaleur diminue, donc le courant maximum doit être réduit pour rester dans la limite de dissipation de puissance de 130mW. Les concepteurs doivent consulter cette courbe pour un fonctionnement à haute température.

3.2 Distribution spectrale

Ce tracé visualise la sortie lumineuse en fonction de la longueur d'onde, centrée autour du pic de 850nm avec la largeur de bande FWHM de 30nm. Il confirme l'adéquation spectrale avec les détecteurs au silicium, qui ont généralement une haute responsivité autour de 800-900nm.

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

Cette courbe fondamentale montre la relation exponentielle entre le courant et la tension pour une diode. La tension de "genou" est d'environ 1,2-1,3V. La courbe est vitale pour concevoir le circuit de commande, notamment pour calculer la résistance de limitation de courant : R = (V_alim- V_F) / I_F.

3.4 Intensité rayonnante en fonction du courant direct

Ce graphique démontre la relation linéaire entre le courant de commande et la puissance optique de sortie (intensité rayonnante) dans la plage de fonctionnement. Il montre qu'augmenter le courant augmente proportionnellement la sortie lumineuse, jusqu'aux limites thermiques du composant.

3.5 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Ce diagramme polaire illustre le diagramme de rayonnement ou le profil du faisceau. Il confirme visuellement l'angle de vision de 60°, montrant comment l'intensité diminue lorsque l'angle par rapport à l'axe central (0°) augmente. Ceci est critique pour concevoir des systèmes optiques, assurant que le récepteur se trouve dans le faisceau efficace de la LED.

4. Informations mécaniques et d'emballage

4.1 Dimensions du composant

Le composant suit l'empreinte standard CMS 1206 : environ 3,2mm de longueur, 1,6mm de largeur et 1,1mm de hauteur. Des dessins dimensionnels détaillés dans la fiche technique spécifient toutes les mesures critiques, y compris l'espacement des pastilles (2,0mm typique), la hauteur du composant et la courbure de la lentille avec des tolérances de ±0,1mm sauf indication contraire.

4.2 Identification de la polarité

La cathode est généralement marquée, souvent par une encoche, une bande verte, ou une taille/forme de pastille différente sur l'emballage en bande et bobine. Le dessin de la fiche technique indique le côté cathode. Une polarité correcte est essentielle pendant l'assemblage pour éviter les dommages par polarisation inverse.

4.3 Spécifications d'emballage

Les LED sont fournies sur une bande porteuse gaufrée de 8mm de large enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre. Chaque bobine contient 2000 pièces. Les dimensions de la bande porteuse (taille de poche, pas, etc.) sont fournies pour la programmation des machines de placement automatique.

5. Recommandations de soudure, d'assemblage et de manipulation

5.1 Précautions critiques

• La limitation de courant est obligatoire: Une résistance série externe doit toujours être utilisée. La faible tension directe de la LED et sa courbe I-V abrupte signifient qu'une petite augmentation de la tension d'alimentation peut provoquer une augmentation importante et destructrice du courant.
• Sensibilité à l'humidité: Le boîtier plastique est sensible à l'humidité. Les composants doivent être stockés dans leur sac d'origine étanche à l'humidité dans des conditions contrôlées (10-30°C, ≤60% HR). Une fois ouvert, la "durée de vie au sol" est de 168 heures (7 jours) dans les mêmes conditions. Dépasser cette durée nécessite un séchage (par exemple, 96 heures à 60°C) avant la soudure par refusion pour éviter l'effet "pop-corn" ou la fissuration du boîtier.

5.2 Procédé de soudure

• Soudure par refusion: Un profil de température sans plomb (Pb-free) est recommandé, avec une température de pic de 260°C pendant un maximum de 5 secondes. La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois.
• Soudure manuelle: Si nécessaire, utilisez un fer à souder avec une température de pointe inférieure à 350°C et une puissance nominale inférieure à 25W. Le temps de contact par borne doit être inférieur à 3 secondes, avec des intervalles entre la soudure de chaque borne. Un fer à souder double pointe est suggéré pour tout travail de réparation afin de minimiser la contrainte thermique.
• Éviter les contraintes: N'appliquez pas de contrainte mécanique sur la LED pendant le chauffage et ne pliez pas le PCB après soudure, car cela peut endommager les connexions internes ou le boîtier.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Scénarios d'application typiques

• Capteurs infrarouges montés sur PCB: Utilisé comme émetteur dans les capteurs de proximité, la détection d'objets et les robots suiveurs de ligne.
• Unités de télécommande infrarouge: Adapté aux télécommandes nécessitant une puissance élevée, offrant une portée plus longue ou une pénétration de signal plus forte.
• Scanners: Scanners de codes-barres, scanners de documents et autres systèmes de balayage optique.
• Systèmes infrarouges généraux: Systèmes de sécurité (éclairage IR pour caméras), transmission de données (IrDA) et automatisation industrielle.

6.2 Considérations de conception

• Circuit de commande: Incluez toujours une résistance de limitation de courant. Calculez la valeur de la résistance et sa puissance nominale en fonction de la tension d'alimentation et du courant direct souhaité (par exemple, 20mA pour les spécifications typiques). Pour un fonctionnement pulsé (comme les télécommandes), des courants de crête plus élevés peuvent être possibles si le cycle de service est faible, mais la puissance moyenne ne doit pas dépasser les valeurs nominales.
• Conception optique: Prenez en compte l'angle de vision de 60° lors de l'alignement de l'émetteur avec un photodétecteur. Pour une portée plus longue, des lentilles externes ou des réflecteurs peuvent être utilisés pour collimater le faisceau. Pour une couverture plus large, l'angle natif peut être suffisant.
• Gestion thermique: Assurez-vous d'une surface de cuivre sur le PCB ou de vias thermiques suffisants pour dissiper la chaleur, surtout lors d'un fonctionnement proche du courant maximum ou à des températures ambiantes élevées.
• Bruit électrique: Dans les applications de détection analogique sensibles, envisagez de moduler le signal IR et d'utiliser une détection synchrone pour rejeter la lumière ambiante et le bruit électrique.

7. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux LED CMS à lumière visible standard ou aux anciennes LED IR traversantes, le HIR25-21C/L289/2T offre plusieurs avantages :

• Taille & Montage: Le boîtier CMS 1206 permet un assemblage PCB automatisé à haute densité, économisant de l'espace et des coûts par rapport aux composants traversants.
• Performance optique: La lentille sphérique intégrée fournit un diagramme de rayonnement contrôlé et cohérent (60°), ce qui est plus fiable que les LED sans lentille ou avec une fenêtre plate.
• Précision spectrale: La longueur d'onde de crête de 850nm est une norme optimisée pour les détecteurs au silicium, offrant un bon équilibre entre la responsivité du détecteur et le rejet de la lumière ambiante (la lumière du soleil a moins d'IR à 850nm par rapport à 940nm).
• Conformité: Le produit est sans plomb, conforme aux normes RoHS, REACH et sans halogène (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), répondant aux réglementations environnementales modernes.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

8.1 À quoi sert la lentille "water clear" (transparente) s'il s'agit d'une LED IR ?

Le plastique "water clear" est hautement transparent sur un large spectre, y compris la lumière visible et le proche infrarouge. Sa fonction principale est de protéger la puce semi-conductrice et d'être moulé en une forme spécifique (lentille sphérique) qui contrôle le diagramme de rayonnement. Il ne filtre pas la lumière IR ; en fait, il permet une transmission maximale de la longueur d'onde de 850nm.

8.2 Puis-je alimenter cette LED à son courant maximum de 65mA en continu ?

Vous ne pouvez l'alimenter à 65mA que si vous pouvez garantir que la température ambiante est suffisamment basse et que la conception thermique est suffisante pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres, en veillant à ne pas dépasser la dissipation de puissance de 130mW. À des températures ambiantes plus élevées, le courant maximum autorisé se dégrade significativement. Pour un fonctionnement fiable à long terme, il est recommandé de l'alimenter dans la condition typique de 20mA.

8.3 Comment identifier l'anode et la cathode ?

Le dessin du boîtier dans la fiche technique indique la cathode. Sur la bande et la bobine physiques, le côté cathode de la poche est souvent marqué. Sur le composant lui-même, recherchez une marque subtile comme une encoche, un point ou une bande verte. En cas de doute, reportez-vous à l'étiquette d'emballage du fabricant ou à la fiche technique.

8.4 Pourquoi le stockage et la manipulation sont-ils si stricts concernant l'humidité ?

Le composé de moulage plastique peut absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudure par refusion à haute température, cette humidité absorbée se transforme rapidement en vapeur, créant une pression interne élevée. Cela peut provoquer un délaminage à l'intérieur du boîtier, des fissures dans le plastique ou l'effet "pop-corn", entraînant une défaillance immédiate ou une fiabilité à long terme réduite. Les précautions MSL (Niveau de Sensibilité à l'Humidité) empêchent cela.

9. Principe de fonctionnement

Ce dispositif est une diode électroluminescente (LED). Lorsqu'une tension directe dépassant sa tension de bande interdite (environ 1,4V) est appliquée entre l'anode et la cathode, des électrons et des trous sont injectés dans la région active de la puce semi-conductrice GaAlAs. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie sous forme de photons (particules de lumière). La composition spécifique du matériau GaAlAs détermine l'énergie de ces photons, ce qui correspond à la longueur d'onde infrarouge de 850nm. La lentille sphérique façonne et dirige ensuite cette lumière émise en un faisceau de 60 degrés.

10. Tendances de l'industrie

Les LED infrarouges continuent d'évoluer, poussées par plusieurs tendances clés. Il existe une demande croissante pour une intensité rayonnante et une efficacité plus élevées dans des boîtiers plus petits pour permettre des capteurs plus compacts et plus puissants. L'intégration est une autre tendance significative, les émetteurs IR étant combinés avec des pilotes, des photodétecteurs et même des microcontrôleurs en modules uniques ou en solutions système-en-puce (SiP). De plus, l'expansion des applications dans l'automobile (surveillance de l'habitacle, LiDAR), l'électronique grand public (reconnaissance faciale, contrôle gestuel) et l'IoT industriel pousse à des dispositifs avec une fiabilité améliorée, des plages de température de fonctionnement plus larges et une résistance accrue aux environnements difficiles. La conformité aux réglementations environnementales et de sécurité strictes reste une exigence fondamentale pour tous les composants électroniques.