Fiche technique de la diode électroluminescente infrarouge Mini-Top HIR67-21C/L11/TR8 - Longueur d'onde de crête 850nm - Angle de vision 120° - Courant direct 65mA - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le HIR67-21C/L11/TR8 est une diode électroluminescente infrarouge (IR) haute performance conçue pour les applications à montage en surface. Elle est logée dans un boîtier CMS miniature à sommet plat moulé en plastique transparent, qui sert de lentille. Le dispositif est conçu pour émettre de la lumière à une longueur d'onde de crête de 850 nm, ce qui le rend spectralement adapté aux photodiodes et phototransistors au silicium courants. Cet alignement est crucial pour maximiser l'efficacité de détection dans les systèmes optoélectroniques.

Ses principaux avantages incluent une faible tension directe, qui contribue à l'efficacité énergétique, et une compatibilité avec les procédés standards de soudage par refusion infrarouge et en phase vapeur. Le composant est également conforme aux principales normes environnementales et de sécurité, étant sans plomb, conforme RoHS, conforme REACH UE et sans halogène, respectant des seuils spécifiques pour la teneur en brome et en chlore.

Le marché cible de cette DEL IR couvre divers secteurs de l'électronique grand public et industrielle où une détection fiable par lumière non visible est requise.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

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

• Courant direct continu (IF) :65 mA. C'est le courant continu maximal qui peut traverser la DEL en continu.
• Tension inverse (VR) :5 V. Dépasser cette tension de polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Température de fonctionnement et de stockage (Topr, Tstg) :-40°C à +100°C. Cette large plage assure la fiabilité dans des environnements sévères.
• Température de soudage (Tsol) :260°C pendant un maximum de 5 secondes, compatible avec les profils de refusion sans plomb.
• Puissance dissipée (Pd) :130 mW à une température ambiante de 25°C ou moins. Une déclassement en puissance est nécessaire à des températures plus élevées.

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

Ces paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement typiques.

• Intensité rayonnante (Ie) :Typiquement 2,0 mW/sr à un courant direct (IF) de 20mA. En fonctionnement pulsé (largeur d'impulsion 100μs, rapport cyclique ≤1%) à 100mA, elle peut atteindre 10 mW/sr.
• Longueur d'onde de crête (λp) :850 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique émise est maximale.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :45 nm (typique). Cela indique la plage de longueurs d'onde émises, centrée autour du pic.
• Tension directe (VF) :Typiquement 1,45V à 20mA, avec un maximum de 1,65V. À 100mA (pulsé), elle varie de 1,80V à 2,40V.
• Courant inverse (IR) :Maximum 10 μA à une tension inverse de 5V.
• Angle de vision (2θ1/2) :120 degrés (typique). C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale, indiquant un faisceau très large.

3. Analyse des courbes de performance

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

3.1 Puissance dissipée en fonction de la température ambiante

Ce graphique montre comment la puissance maximale admissible diminue lorsque la température ambiante augmente. Les concepteurs doivent utiliser cette courbe pour s'assurer que la DEL fonctionne dans sa zone de sécurité opérationnelle, en particulier dans les applications à haute température. Le déclassement est linéaire, partant de 130mW à 25°C et atteignant zéro à la température de jonction maximale.

3.2 Distribution spectrale

La courbe de distribution spectrale trace l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme l'émission de crête à 850nm et la largeur de bande spectrale d'environ 45nm. Cette information est vitale pour sélectionner les photodétecteurs et filtres optiques correspondants.

3.3 Courant direct en fonction de la tension directe (Courbe IV)

Cette relation non linéaire est critique pour concevoir le circuit de limitation de courant. La courbe montre qu'une faible augmentation de tension au-delà de la VF typique peut entraîner une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant, soulignant la nécessité d'une régulation de courant appropriée (par exemple, une résistance série ou un pilote à courant constant).

3.4 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Ce diagramme polaire représente visuellement l'angle de vision de 120 degrés. L'intensité est maximale à 0 degré (perpendiculaire à la surface de la DEL) et diminue symétriquement jusqu'à 50% de son maximum à ±60 degrés du centre.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

La DEL est fournie dans un boîtier CMS compact. Les dimensions clés incluent la taille du corps, l'espacement des broches et la hauteur totale. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1mm sauf indication contraire. La conception de la lentille à sommet plat contribue au large angle de vision.

4.2 Identification de la polarité

La cathode est généralement indiquée par un marquage sur le boîtier, tel qu'une encoche, un point ou une broche coupée. La polarité correcte doit être respectée pendant l'assemblage pour éviter les dommages par polarisation inverse.

4.3 Spécifications de la bande transporteuse et de la bobine

Les composants sont fournis en bande de 8mm sur des bobines de 7 pouces de diamètre, standard pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Chaque bobine contient 2000 pièces. Les dimensions détaillées de la bande transporteuse (taille de la poche, pas, etc.) sont fournies pour assurer la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatisé.

5. Recommandations de soudage et d'assemblage

5.1 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les DEL sont sensibles à l'humidité (MSL). Les précautions incluent :

• Ne pas ouvrir le sac anti-humidité avant d'être prêt à l'emploi.
• Stocker les sacs non ouverts à ≤30°C et ≤90% HR. Utiliser dans un délai d'un an.
• Après ouverture, utiliser les composants dans les 168 heures (7 jours) lorsqu'ils sont stockés à ≤30°C et ≤70% HR.
• Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessicant indique de l'humidité, cuire à 60±5°C pendant 24 heures avant utilisation.

5.2 Soudage par refusion

Un profil de température de refusion sans plomb recommandé est fourni. Points clés :

• La température de pic ne doit pas dépasser 260°C.
• Le temps au-dessus du liquidus (par exemple, 217°C) doit être contrôlé.
• La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois.
• Éviter les contraintes mécaniques sur le boîtier pendant le chauffage et le refroidissement.

5.3 Soudage manuel et réparation

Si un soudage manuel est nécessaire :

• Utiliser un fer à souder avec une température de panne de<350°C.
• Limiter le temps de contact à ≤3 secondes par borne.
• Utiliser un fer d'une puissance nominale ≤25W.
• Laisser un intervalle de refroidissement de ≥2 secondes entre le soudage de chaque borne.
• Éviter de réparer les DEL déjà soudées. Si c'est inévitable, utiliser un fer à souder double tête pour chauffer simultanément les deux bornes et minimiser la contrainte thermique. Vérifier la fonctionnalité du dispositif après toute tentative de réparation.

6. Suggestions d'application

6.1 Scénarios d'application typiques

La fiche technique liste plusieurs applications, notamment :

• Lecteurs de disquettes & magnétoscopes :Pour la détection de position et la détection de fin de bande.
• Interrupteurs optoélectroniques :Utilisés dans la détection d'objets, le comptage et la détection de position en associant la DEL IR avec un phototransistor ou une photodiode.
• Appareils photo :Souvent utilisés dans les systèmes de mise au point automatique ou pour l'éclairage infrarouge en vision nocturne.
• Détecteurs de fumée :Employés dans les détecteurs par obscuration où les particules de fumée interrompent un faisceau IR entre une DEL et un capteur.

6.2 Considérations de conception

Limitation de courant :C'est l'aspect de conception le plus critique. Une résistance série externe est obligatoire pour fixer le courant de fonctionnement et protéger la DEL des surintensités causées par de légères fluctuations de tension. La valeur de la résistance (R) peut être calculée avec la loi d'Ohm : R = (Valim - VF) / IF, où VF est la tension directe de la fiche technique au courant IF souhaité.
Gestion thermique :Pour un fonctionnement continu proche du courant nominal maximal ou dans des ambiances à haute température, considérer la conception du PCB pour la dissipation thermique. S'assurer que la puissance dissipée (Pd = VF * IF) ne dépasse pas le maximum déclassé de la courbe Puissance dissipée vs Température.
Conception optique :Le faisceau large de 120° convient aux applications nécessitant une large couverture. Pour des faisceaux plus focalisés, des lentilles ou réflecteurs externes peuvent être nécessaires. S'assurer que le matériau du boîtier est transparent à la lumière IR de 850nm.

7. Comparaison et différenciation technique

Bien que la fiche technique ne compare pas de composants concurrents spécifiques, le HIR67-21C/L11/TR8 offre une combinaison de caractéristiques qui le positionne bien sur le marché :

• Large angle de vision (120°) :Offre une couverture plus large que de nombreuses DEL IR standard, qui ont souvent des angles de vision autour de 20-60 degrés.
• Faible tension directe :Contribue à une consommation d'énergie plus faible et à une génération de chaleur réduite par rapport aux DEL avec une VF plus élevée.
• Conformité environnementale :Son statut sans plomb, conforme RoHS, REACH et sans halogène répond aux exigences réglementaires mondiales strictes, ce qui est un facteur différenciant clé pour la fabrication électronique moderne.
• Sortie pulsée élevée :La capacité à délivrer 10 mW/sr en fonctionnement pulsé (100mA) le rend adapté aux applications nécessitant une force de signal instantanée élevée, comme certains protocoles de détection ou de communication.

8. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q : Pourquoi une résistance de limitation de courant est-elle absolument nécessaire ?
R : La courbe IV montre la relation exponentielle courant-tension de la DEL. Une faible augmentation de la tension d'alimentation au-delà de la VF nominale provoque une augmentation très importante, potentiellement destructrice, du courant. Une résistance série fournit une chute de tension linéaire, stabilisant le courant et protégeant la DEL.

Q : Puis-je piloter cette DEL directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?
R : Non. Les broches de microcontrôleur ont une capacité de source/puits de courant limitée (souvent 20-40mA) et ne sont pas conçues pour piloter directement des DEL de puissance. De plus, vous avez toujours besoin d'une résistance série. Utilisez la broche du microcontrôleur pour commander un transistor ou un MOSFET qui commute le courant plus élevé requis par la DEL.

Q : Que signifie "spectralement adapté à une photodiode au silicium" ?
R : Les photodétecteurs au silicium ont une sensibilité de crête dans la région du proche infrarouge, autour de 800-900nm. La longueur d'onde de crête de 850nm de cette DEL se situe dans cette zone de haute sensibilité, assurant une conversion maximale de la lumière émise en courant électrique par le détecteur, conduisant à un rapport signal/bruit optimal du système.

Q : Comment interpréter la condition "Largeur d'impulsion ≦100μs , Rapport cyclique≦1%" pour le test à 100mA ?
R : Cela signifie que les valeurs d'intensité rayonnante et de tension directe plus élevées à 100mA ne sont valables que lorsque la DEL est pulsée, et non alimentée en continu. L'impulsion doit être de 100 microsecondes ou moins, et le temps entre les impulsions doit être suffisamment long pour que le rapport cyclique moyen soit de 1% ou moins (par exemple, une impulsion de 100μs toutes les 10ms). Cela évite un échauffement excessif.

9. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un capteur simple de détection d'objet.
Objectif :Détecter lorsqu'un objet passe entre une DEL IR et un phototransistor.
Composants :DEL IR HIR67-21C/L11/TR8, phototransistor au silicium correspondant, résistances, comparateur/ampli-op, ou microcontrôleur.
Étapes :

1. Circuit de pilotage de la DEL :Alimenter la DEL à partir d'une source 5V. Choisir un courant de fonctionnement, par exemple 20mA pour une bonne intensité et longévité. Calculer la résistance série : R = (5V - 1,45V) / 0,020A = 177,5Ω. Utiliser une résistance standard de 180Ω. Vérifier que la puissance dissipée dans la résistance et la DEL est acceptable.
2. Circuit détecteur :Placer le phototransistor en face de la DEL, aligné. Lorsque le faisceau IR n'est pas interrompu, le phototransistor conduit, créant une chute de tension aux bornes d'une résistance de charge. Lorsqu'un objet bloque le faisceau, le phototransistor cesse de conduire et la tension change.
3. Conditionnement du signal :Ce changement de tension peut être envoyé à un comparateur pour créer un signal numérique propre, ou directement sur une broche de convertisseur analogique-numérique (CAN) d'un microcontrôleur pour un traitement plus sophistiqué.
4. Considérations :Protéger le montage de la lumière ambiante (qui contient de l'IR) pour éviter les déclenchements intempestifs. Le faisceau de 120° de la DEL aide à la tolérance d'alignement mais peut nécessiter un tube ou une barrière pour définir plus précisément le chemin de détection.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Les diodes électroluminescentes infrarouges (DEL IR) fonctionnent sur le même principe fondamental que les DEL visibles : l'électroluminescence dans un matériau semi-conducteur. Lorsqu'une tension directe est appliquée à la jonction p-n, les électrons de la région n se recombinent avec les trous de la région p. Cet événement de recombinaison libère de l'énergie. Dans une DEL IR, le matériau semi-conducteur (dans ce cas, l'arséniure de gallium-aluminium - GaAlAs) est choisi de sorte que la largeur de bande interdite corresponde à l'émission de photons dans le spectre infrarouge (longueurs d'onde supérieures à la lumière rouge visible, typiquement 700nm à 1mm). La longueur d'onde de 850nm se situe dans la région du "proche infrarouge" (NIR), invisible à l'œil humain mais facilement détectable par les capteurs à base de silicium. Le boîtier en époxy transparent à sommet plat sert à la fois de joint d'étanchéité environnemental et de lentille pour façonner le diagramme de rayonnement de la lumière émise.

11. Tendances d'évolution

Le domaine de l'optoélectronique infrarouge continue d'évoluer. Les tendances clés pertinentes pour des composants comme le HIR67-21C/L11/TR8 incluent :

• Efficacité accrue :La recherche en science des matériaux vise à développer des structures semi-conductrices avec un rendement quantique interne plus élevé (plus de photons par électron) et une meilleure extraction de lumière du boîtier, conduisant à une intensité rayonnante plus élevée pour la même puissance d'entrée.
• Miniaturisation :La tendance vers une électronique plus petite et plus dense pousse vers des boîtiers CMS encore plus compacts tout en maintenant ou en améliorant les performances optiques et les caractéristiques thermiques.
• Options de longueur d'onde améliorées :Bien que 850nm et 940nm soient courants, il y a un développement dans d'autres longueurs d'onde NIR pour des applications spécifiques, comme 810nm pour les dispositifs médicaux ou des bandes spécifiques pour la détection de gaz.
• Intégration :Les tendances incluent l'intégration de la DEL IR avec un circuit de pilotage ou même avec le photodétecteur dans un seul boîtier pour créer des modules de capteurs complets et calibrés, simplifiant la conception du système pour les utilisateurs finaux.
• Conformité plus stricte :Les réglementations environnementales et sur les matériaux (RoHS, REACH, sans halogène) continueront de devenir plus strictes, stimulant le développement de nouveaux matériaux de conditionnement et procédés de fabrication répondant à ces exigences sans compromettre les performances ou la fiabilité.