Fiche technique de la LED infrarouge IR25-21C/TR8 - Boîtier inversé SMD - Puce GaAlAs - Lentille transparente - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La IR25-21C/TR8 est une diode électroluminescente infrarouge miniature à montage en surface (CMS). Elle présente une conception de boîtier inversé moulé dans un plastique transparent avec une lentille supérieure sphérique. La fonction principale de ce composant est d'émettre de la lumière infrarouge, avec une sortie spectrale spécifiquement adaptée aux photodiodes et phototransistors au silicium, ce qui en fait une source idéale pour diverses applications de détection.

Les principaux avantages de cette LED incluent son boîtier compact à deux extrémités, qui facilite le montage sur PCB et l'intégration dans des conceptions à espace limité. Elle fonctionne à une faible tension directe, contribuant à l'efficacité énergétique. Le dispositif est conforme aux principales normes environnementales et de sécurité, notamment RoHS, REACH de l'UE, et est sans halogène, garantissant son adéquation à la fabrication électronique moderne.

1.1 Guide de sélection du composant

La IR25-21C/TR8 appartient à la catégorie des LED infrarouges (IR). Elle utilise un matériau de puce en Arseniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs), connu pour son émission infrarouge efficace. La lentille est transparente, permettant une transmission maximale de la lumière infrarouge sans filtrage de couleur.

2. Spécifications techniques et interprétation objective

2.1 Valeurs maximales absolues

Les limites opérationnelles du dispositif sont définies à température ambiante standard (Ta=25°C). Dépasser ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Courant direct (I_F):100 mA - Le courant continu maximal autorisé à travers la LED.
• Tension inverse (V_R):5 V - La tension maximale pouvant être appliquée en sens inverse.
• Dissipation de puissance (P_d):120 mW - La puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur.
• Température de fonctionnement (T_opr):-40°C à +85°C - La plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable.
• Température de stockage (T_stg):-40°C à +85°C - La plage de température sûre pour stocker le dispositif hors tension.
• Température de soudage (T_s):260°C pendant 5 secondes max - La température de pic et la durée que la LED peut supporter pendant le soudage par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à Ta=25°C et définissent la performance typique de la LED.

• Intensité rayonnante (I_e):40 mW/sr (Min) @ I_F=20 mA - Il s'agit de la puissance optique de sortie par unité d'angle solide, une mesure clé de la luminosité pour les sources directionnelles comme les LED.
• Longueur d'onde de crête (λ_p):940 nm (Typ.) - La longueur d'onde à laquelle la LED émet le plus de puissance optique. Cela correspond bien à la sensibilité de crête des photodétecteurs au silicium courants.
• Largeur de bande spectrale (Δλ):50 nm (Typ.) - La plage de longueurs d'onde émises, mesurée à la moitié de l'intensité de crête (Largeur à mi-hauteur).
• Tension directe (V_F):1.5 V (Typ.) @ I_F=20 mA - La chute de tension aux bornes de la LED lors du fonctionnement au courant spécifié. La faible valeur est bénéfique pour les circuits basse tension.
• Angle de vision (2θ_1/2):±20° (Typ.) - L'étendue angulaire où l'intensité rayonnante est au moins la moitié de l'intensité de crête. Cela définit la largeur du faisceau.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant le comportement du dispositif dans différentes conditions.

3.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

La figure 1 montre la déclassement du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Pour éviter la surchauffe, le courant doit être réduit lors d'un fonctionnement au-dessus de 25°C. Cette courbe est cruciale pour la conception de la gestion thermique.

3.2 Distribution spectrale

La figure 2 trace l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, confirmant le pic à environ 940 nm et la largeur de bande d'environ 50 nm. Cette correspondance avec la réponse des détecteurs au silicium (qui culmine autour de 900-1000 nm) maximise la force du signal dans les systèmes de capteurs.

3.3 Intensité relative en fonction du courant direct

La figure 3 démontre la relation entre la sortie optique et le courant d'attaque. La sortie augmente avec le courant mais peut devenir sous-linéaire à des courants très élevés en raison de l'échauffement et de la baisse d'efficacité. Fonctionner dans la plage recommandée garantit des performances stables.

3.4 Courant direct en fonction de la tension directe

La figure 4 est la courbe caractéristique I-V. Elle montre la relation exponentielle typique d'une diode. La courbe souligne l'importance d'utiliser une résistance de limitation de courant ou un pilote à courant constant, car une petite augmentation de tension au-delà du point de coude provoque une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant.

3.5 Déplacement angulaire

La figure 5 trace l'intensité rayonnante relative en fonction de l'angle par rapport à l'axe central, définissant le modèle d'émission spatial (Lambertien ou autre). Ceci est essentiel pour la conception optique, déterminant comment la lumière est distribuée dans la zone cible.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

La LED a un encombrement CMS compact. Les dimensions clés incluent une taille de corps d'environ 2,0 mm x 1,25 mm, avec une hauteur d'environ 0,8 mm. Des dessins détaillés spécifient la disposition des pastilles, l'espacement des bornes et la géométrie de la lentille. Les tolérances sont généralement de ±0,1 mm sauf indication contraire. Un motif de pastilles (land pattern) suggéré est fourni pour la conception de PCB mais doit être optimisé en fonction des processus de fabrication spécifiques et des exigences thermiques.

4.2 Identification de la polarité

Le composant présente un boîtier inversé. La polarité est indiquée par une marque sur le corps ou par la forme de l'empreinte du boîtier. L'orientation correcte est cruciale pour le fonctionnement du circuit.

4.3 Dimensions du ruban porteur

Le dispositif est fourni sur un ruban porteur gaufré de 8 mm de large enroulé sur une bobine de 7 pouces de diamètre. Le pas du ruban et les dimensions des alvéoles sont spécifiés pour assurer la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatique pick-and-place. Chaque bobine contient 2000 pièces.

5. Recommandations de soudage et d'assemblage

5.1 Stockage et manipulation

Les LED sont sensibles à l'humidité (MSL). Les sachets barrière d'humidité non ouverts doivent être stockés en dessous de 30°C et 90% HR. Une fois ouverts, la "durée de vie hors sac" est de 168 heures (7 jours) lorsqu'ils sont stockés à ≤60% HR. Dépasser cette durée nécessite un séchage (par exemple, 96 heures à 60°C) avant la refusion pour éviter les dommages par "effet pop-corn" pendant le soudage.

5.2 Profil de soudage par refusion

Un profil de température de refusion sans plomb (Pb-free) est recommandé. Les paramètres clés incluent une zone de préchauffage, une montée en température progressive, une température de pic ne dépassant pas 260°C pendant un maximum de 5 secondes, et une phase de refroidissement contrôlée. La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois sur le même dispositif.

5.3 Soudage manuel et retouche

Si un soudage manuel est nécessaire, un fer à souder avec une température de pointe inférieure à 350°C et une puissance inférieure à 25W doit être utilisé. Le temps de contact par borne doit être inférieur à 3 secondes. Pour la retouche, un fer à souder double tête est suggéré pour chauffer simultanément les deux bornes et éviter les contraintes mécaniques. L'impact sur les caractéristiques du dispositif doit être vérifié après toute retouche.

5.4 Précautions critiques

• Protection contre le courant :Une résistance série externe est obligatoire pour limiter le courant direct. La courbe I-V abrupte signifie que des fluctuations de tension mineures peuvent provoquer un surcourant catastrophique.
• Contrainte mécanique :Évitez d'appliquer une force sur le corps de la LED pendant ou après le soudage. Ne pliez pas le PCB à proximité de la LED montée.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Scénarios d'application typiques

• Capteurs infrarouges montés sur PCB :Utilisés comme source lumineuse dans les capteurs de proximité, la détection d'objets et le codage de position.
• Barrières lumineuses miniatures / Interrupteurs optiques :Couplés avec un photodétecteur pour créer un faisceau interruptible pour le comptage, les rideaux de sécurité ou les fin de course.
• Lecteurs de disquettes (anciens) :Historiquement utilisés pour la détection de piste.
• Détecteurs de fumée :Employés dans les détecteurs de type obscuration où les particules de fumée diffusent un faisceau lumineux.

6.2 Considérations de conception

• Circuit d'attaque :Mettez en œuvre une source de courant constant ou une source de tension avec une résistance de limitation de courant précisément calculée (R = (V_alimentation- V_F) / I_F).
• Alignement optique :L'angle de vision de ±20° nécessite un alignement minutieux avec le détecteur récepteur pour un couplage de signal optimal, en particulier dans les applications à faisceau étroit.
• Gestion thermique :Assurez une surface de cuivre de PCB ou des vias thermiques adéquats pour dissiper la chaleur, surtout lors d'un fonctionnement à des courants plus élevés ou à des températures ambiantes élevées.
• Bruit électrique :Dans les circuits de détection analogiques sensibles, envisagez de blinder ou de moduler le signal d'attaque de la LED pour le distinguer de la lumière ambiante et du bruit électrique.

7. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux LED infrarouges standard, le boîtier inversé de la IR25-21C/TR8 offre un profil potentiellement plus bas et un diagramme de rayonnement différent. Son principal différentiateur est l'adaptation spectrale spécifique au silicium, ce qui peut donner des rapports signal/bruit plus élevés dans les systèmes de détection que les LED avec des longueurs d'onde décalées. La conformité aux normes sans halogène et environnementales modernes la rend adaptée aux initiatives d'électronique verte.

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

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

La caractéristique I-V exponentielle de la diode signifie qu'au-delà du coude de tension directe (environ 1,5 V), le courant augmente de façon spectaculaire avec une augmentation minimale de tension. Sans résistance pour définir le point de fonctionnement, des variations mineures de l'alimentation ou des changements de température peuvent pousser le courant au-delà du maximum de 100 mA, détruisant instantanément la LED.

8.2 Que signifie "spectre adapté aux photodétecteurs au silicium" ?

Les photodiodes et phototransistors à base de silicium ont une courbe de réponse spécifique ; ils sont plus sensibles à la lumière autour de 800-1000 nm. L'émission de crête de cette LED à 940 nm se situe directement dans cette région de haute sensibilité, garantissant que le détecteur convertit la quantité maximale de puissance optique de la LED en courant électrique, améliorant ainsi l'efficacité et la portée du système.

8.3 Quelle est l'importance critique de la durée de vie hors sac de 168 heures ?

Elle est très critique pour un assemblage fiable. L'humidité absorbée dans le boîtier plastique peut se vaporiser rapidement pendant le processus de soudage par refusion à haute température, provoquant un délaminage interne, des fissures ou des dommages aux fils de liaison ("effet pop-corn"). Respecter la durée de vie hors sac ou effectuer un séchage approprié prévient ce mode de défaillance.

9. Exemple pratique d'utilisation

Conception d'un compteur de feuilles de papier :Dans une machine de bureau, la IR25-21C/TR8 peut être montée d'un côté d'un chemin de papier, faisant directement face à un phototransistor de l'autre côté. Lorsqu'il n'y a pas de papier, le faisceau infrarouge atteint le détecteur, générant un signal haut. Lorsqu'une feuille de papier passe, elle interrompt le faisceau, provoquant la chute du signal du détecteur. Cet événement est compté par un microcontrôleur. La longueur d'onde de 940 nm est invisible et non affectée par la lumière ambiante de la pièce. La faible tension directe permet au système d'être alimenté par une alimentation logique 3,3 V ou 5 V, avec une simple résistance série (par exemple, (5V - 1,5V)/0,02A = 175Ω) réglant le courant de la LED à une valeur sûre de 20 mA.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'elle est polarisée en direct, les électrons de la région n et les trous de la région p sont injectés dans la région de jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie. Dans un système de matériau GaAlAs, cette énergie est libérée principalement sous forme de photons (particules de lumière) dans le spectre infrarouge (longueurs d'onde supérieures à la lumière rouge visible, typiquement 700 nm à 1 mm). La composition spécifique des couches de Gallium, d'Aluminium et d'Arséniure détermine la longueur d'onde d'émission de crête. Le boîtier en époxy transparent sert de lentille, façonnant la lumière émise en un diagramme de faisceau défini.

11. Tendances et évolutions de l'industrie

La tendance en optoélectronique pour la détection continue vers la miniaturisation, une efficacité plus élevée et l'intégration. Bien que les LED discrètes comme la IR25-21C/TR8 restent essentielles pour la flexibilité et les performances, il existe un marché croissant pour les modules de capteurs intégrés qui combinent l'émetteur, le détecteur et le circuit de conditionnement de signal dans un seul boîtier. Ces modules simplifient la conception mais peuvent offrir moins d'optimisation pour des applications spécifiques. Une autre tendance est la demande de modulation à plus haute vitesse pour les applications de communication de données (comme les télécommandes IR), ce qui nécessite des LED avec des temps de montée/descente rapides. La conformité environnementale (RoHS, REACH, sans halogène) est devenue une exigence standard plutôt qu'un facteur de différenciation. La technologie sous-jacente pour une émission infrarouge efficace continue d'être affinée, avec des recherches sur de nouveaux systèmes de matériaux comme l'InGaN pour différentes plages de longueurs d'onde.