Fiche technique de la LED infrarouge subminiature ronde 1,6mm IR26-21C/L447/CT - Dimensions 1,6mm de diamètre - Tension 1,3V - Puissance 130mW - Lentille transparente - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'IR26-21C/L447/CT est une diode électroluminescente infrarouge subminiature pour montage en surface (CMS). Elle est logée dans un boîtier compact à deux extrémités moulé en plastique transparent avec une lentille sphérique en vue de dessus. La fonction principale de ce composant est d'émettre une lumière infrarouge à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres, qui est spectralement adaptée aux photodétecteurs et phototransistors à base de silicium, ce qui la rend idéale pour les applications de détection.

Cette LED est fabriquée à partir d'un matériau de puce GaAlAs (Arséniure de Gallium Aluminium). Ses principaux avantages incluent une tension directe très faible, un facteur de forme réduit adapté aux conceptions à espace limité et une bonne fiabilité. Le dispositif est conforme aux principales réglementations environnementales, notamment sans plomb, conforme RoHS, conforme REACH UE et sans halogène, répondant à des seuils spécifiques pour la teneur en brome et en chlore.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Le dispositif est conçu pour fonctionner dans des limites strictes afin d'assurer longévité et fiabilité. Dépasser ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Courant direct continu (I_F): 65 mA. C'est le courant continu maximal pouvant circuler en continu à travers la LED.
• Tension inverse (V_R): 5 V. L'application d'une tension inverse supérieure à cette valeur peut provoquer la rupture de la jonction semi-conductrice de la LED.
• Température de fonctionnement (T_opr): -25°C à +85°C. La plage de température ambiante pour un fonctionnement normal.
• Température de stockage (T_stg): -40°C à +85°C. La plage de température pour stocker le dispositif lorsqu'il n'est pas utilisé.
• Température de soudure (T_sol): 260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci définit la contrainte du profil de soudure par refusion.
• Dissipation de puissance (P_d): 130 mW à une température d'air libre de 25°C ou moins. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard à une température ambiante de 25°C et un courant direct de 20 mA, ce qui est un point de fonctionnement typique.

• Intensité rayonnante (I_e): 11 mW/sr (Min), 18 mW/sr (Typ). Cela mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian). La valeur typique indique la sortie attendue.
• Longueur d'onde pic (λ_p): 940 nm (Typ). La longueur d'onde à laquelle la LED émet le plus de puissance optique. Celle-ci se situe dans le spectre proche infrarouge, invisible à l'œil humain mais optimale pour les capteurs au silicium.
• Largeur de bande spectrale (Δλ): 55 nm (Typ). La plage de longueurs d'onde émises, généralement mesurée à la moitié de l'intensité pic (Largeur à mi-hauteur - FWHM).
• Tension directe (V_F): 1,3 V (Typ), 1,5 V (Max). La chute de tension aux bornes de la LED lors d'un fonctionnement à 20mA. La faible tension est un avantage en termes d'efficacité.
• Courant inverse (I_R): 10 µA (Max) sous une polarisation inverse de 5V. Une mesure de la fuite de la jonction à l'état bloqué.
• Angle de vision (2θ_1/2): 25° (Typ). L'étalement angulaire où l'intensité rayonnante est au moins la moitié de sa valeur pic. Ceci définit le diagramme de rayonnement.

3. Analyse des courbes de performance

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

3.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

Cette courbe 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. La courbe montre généralement une diminution linéaire, soulignant l'importance de la gestion thermique dans les environnements à haute température.

3.2 Distribution spectrale

Ce graphique trace l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Il confirme visuellement le pic à 940nm et la largeur de bande spectrale d'environ 55nm. La forme est caractéristique des LED infrarouges GaAlAs.

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

Cette courbe fondamentale illustre la relation exponentielle entre le courant et la tension pour une diode. Elle aide à concevoir le circuit de pilotage de limitation de courant. La courbe montre une montée rapide autour de la V_Ftypique de 1,3V.

3.4 Intensité relative en fonction du courant direct

Cette courbe démontre la linéarité (ou une éventuelle non-linéarité à des courants très élevés) de la sortie lumineuse par rapport au courant de pilotage. Pour la plupart des LED, la relation est assez linéaire dans la plage de fonctionnement recommandée, permettant un contrôle simple de la luminosité via la modulation du courant.

3.5 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Ce diagramme polaire définit le diagramme de rayonnement spatial. Pour cette LED avec une lentille sphérique, le diagramme devrait être approximativement Lambertien (distribution cosinus) ou légèrement plus étroit, centré sur l'axe perpendiculaire à la surface émettrice. L'angle de vision de 25 degrés est dérivé de cette courbe.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est un boîtier CMS subminiature rond d'un diamètre de corps de 1,6mm. Des dessins mécaniques détaillés dans la fiche technique fournissent toutes les dimensions critiques, y compris la hauteur totale, l'espacement des broches et la géométrie de la lentille. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1mm sauf indication contraire.

4.2 Configuration des pastilles et recommandation de pâte à souder

Un motif de pastilles (configuration des plots) suggéré pour la conception de PCB est fourni à titre de référence. Il est conseillé aux concepteurs de le modifier en fonction de leur processus de fabrication spécifique et de leurs exigences de fiabilité. La fiche technique recommande une composition de pâte à souder Sn/Ag3.0/Cu0.5 et une épaisseur de pochoir de 0,10mm pour une formation optimale des joints de soudure.

4.3 Identification de la polarité

Le boîtier présente une conception à deux extrémités. La polarité est généralement indiquée par un marquage du côté cathode ou par une caractéristique de forme spécifique dans le boîtier ou la bande. Le marquage exact doit être vérifié par rapport au dessin de dimension du boîtier.

4.4 Dimensions du conditionnement en bande porteuse

Les LED sont fournies en bande porteuse embossée sur des bobines de 7 pouces de diamètre pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Les dimensions de la bande (taille de la poche, pas, etc.) sont spécifiées pour assurer la compatibilité avec l'équipement d'assemblage CMS standard. Chaque bobine contient 1500 pièces.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

5.1 Profil de soudure par refusion

Un profil de température de soudure sans plomb est recommandé. Les paramètres clés incluent une phase de préchauffage, une température pic ne dépassant pas 260°C, et un temps au-dessus du liquidus (TAL) contrôlé pour éviter les dommages thermiques. La soudure par refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois sur le même dispositif.

5.2 Précautions pour la soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire, une extrême prudence est de mise. La température de la pointe du fer à souder doit être inférieure à 350°C, et le temps de contact par borne ne doit pas dépasser 3 secondes. Un fer à faible puissance (≤25W) est recommandé, avec un intervalle d'au moins 2 secondes entre la soudure de chaque borne pour permettre le refroidissement.

5.3 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les LED sont conditionnées dans un sac étanche à l'humidité. Ne pas ouvrir le sac avant d'être prêt à l'utilisation. Après ouverture, les dispositifs non utilisés doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% d'Humidité Relative (HR). La "durée de vie au sol" après ouverture est de 168 heures (7 jours). Si ce délai est dépassé ou si l'indicateur d'humidité (gel de silice) montre une saturation, un traitement de séchage à 60±5°C pendant 24 heures est requis avant utilisation pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

5.4 Réparation et retouche

La réparation après soudure est fortement déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder spécialisé à double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes, minimisant ainsi la contrainte thermique sur le boîtier plastique. Le risque d'endommager les caractéristiques de la LED pendant la réparation doit être évalué au préalable.

6. Suggestions d'application

6.1 Circuits d'application typiques

La considération de conception la plus critique est la limitation de courant. Une résistance série externe est obligatoire. En raison de la caractéristique I-V exponentielle de la diode, une petite augmentation de tension peut provoquer une augmentation importante et destructrice du courant. La valeur de la résistance (R) est calculée à l'aide de : R = (V_alim- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5V et un I_Fcible de 20mA avec V_F~1,3V, R ≈ (5 - 1,3) / 0,02 = 185 Ω. Une résistance standard de 180Ω ou 200Ω serait appropriée.

6.2 Considérations de conception

• Dissipation thermique: Bien que petite, la dissipation de puissance (jusqu'à 130mW) doit être prise en compte, en particulier dans des ambiances à haute température ou à des courants de pilotage plus élevés. Une surface de cuivre de PCB adéquate autour des pastilles peut servir de dissipateur thermique simple.
• Alignement optique: L'angle de vision de 25 degrés nécessite un alignement minutieux avec le photodétecteur associé dans les conceptions de capteurs à barrière ou réflexifs pour assurer une force de signal suffisante.
• Bruit électrique: Dans les circuits de détection analogiques sensibles, le pilote de la LED doit être découplé des amplificateurs de détecteur sensibles pour éviter la diaphonie électrique.

6.3 Scénarios d'application courants

• Capteurs infrarouges montés sur PCB: Utilisée comme source lumineuse dans les capteurs de proximité, la détection d'objets et les tachymètres.
• Barrières lumineuses miniatures / Interrupteurs optiques à fente: Associée à un phototransistor pour détecter les objets interrompant un faisceau lumineux, utilisée dans les imprimantes, encodeurs et distributeurs automatiques.
• Lecteur de disquette: Historiquement utilisée pour la détection de piste zéro et la détection de protection en écriture.
• Interrupteurs optoélectroniques: Dans les capteurs réflexifs pour détecter la présence de surface ou le contraste (par exemple, robots suiveurs de ligne).
• Détecteurs de fumée: Employée dans les détecteurs de fumée par obscuration où les particules de fumée diffusent ou bloquent un faisceau infrarouge interne entre une LED et une photodiode.

7. Comparaison et différenciation technique

L'IR26-21C/L447/CT occupe une niche spécifique sur le marché des LED infrarouges. Ses principaux points de différenciation sont son boîtier rond extrêmement petit de 1,6mm et sa faible tension directe. Comparée aux LED infrarouges traversantes plus grandes de 3mm ou 5mm, elle permet la miniaturisation des produits finis. Comparée à d'autres LED infrarouges CMS, sa lentille transparente (par opposition à teintée ou diffusante) et sa longueur d'onde spécifique de 940nm avec une bonne adaptation au Si la rendent optimisée pour un transfert d'énergie maximal vers un récepteur au silicium, améliorant le rapport signal/bruit et la portée du système dans les applications de détection. La conformité sans halogène et RoHS garantit qu'elle répond aux normes environnementales modernes pour la fabrication électronique mondiale.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

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

Une LED est un dispositif à commande de courant, et non à commande de tension. Sa tension directe reste relativement constante sur une large plage de courant. Sans résistance série, la connecter directement à une source de tension tenterait de tirer un courant limité uniquement par la résistance interne de la source et la résistance dynamique de la LED, qui est très faible. Cela dépasserait presque certainement le courant direct maximal (65mA) et détruirait instantanément la LED.

8.2 Puis-je piloter cette LED avec un signal PWM pour contrôler la luminosité ?

Oui, la modulation de largeur d'impulsion (PWM) est une excellente méthode pour contrôler l'intensité rayonnante moyenne. Vous pilotez la LED à son courant nominal (par exemple, 20mA) pendant les impulsions "on". La fréquence doit être suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible dans le système de détection (typiquement >100Hz). Le circuit de pilotage (transistor/MOSFET) doit être capable de gérer le courant de crête.

8.3 Quelle est la différence entre l'intensité rayonnante (mW/sr) et l'intensité lumineuse (mcd) ?

L'intensité lumineuse (mesurée en candela) est pondérée par la sensibilité de l'œil humain (réponse photopique). Comme il s'agit d'une LED infrarouge émettant à 940nm, où l'œil humain a une sensibilité nulle, son intensité lumineuse est effectivement nulle. L'intensité rayonnante mesure la puissance optique réelle émise par angle solide, ce qui est la métrique pertinente pour les capteurs machines.

8.4 Comment interpréter l'"angle de vision" de 25 degrés ?

L'angle de vision (2θ_1/2= 25°) signifie l'étalement angulaire total où l'intensité est au moins la moitié de la valeur pic. Le demi-angle (θ_1/2) est de 12,5 degrés par rapport à l'axe central. Cela définit un faisceau relativement étroit, concentrant l'énergie infrarouge pour une portée plus longue ou une détection plus dirigée par rapport aux LED avec des angles plus larges (par exemple, 60° ou 120°).

9. Principe de fonctionnement

Une LED infrarouge est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel interne de la jonction est appliquée, les électrons de la région n et les trous de la région p sont injectés à travers la jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent dans la région active du semi-conducteur (en GaAlAs), de l'énergie est libérée. Dans cette composition matérielle spécifique, l'énergie correspond à des photons dans le spectre infrarouge avec une longueur d'onde pic de 940nm. Le boîtier en époxy transparent sert à la fois d'enceinte protectrice et de lentille pour façonner le diagramme de rayonnement de la lumière émise.

10. Tendances et contexte industriel

La demande de composants infrarouges miniaturisés et à haute fiabilité continue de croître, stimulée par la prolifération de l'Internet des Objets (IoT), des capteurs pour la maison connectée, de l'automatisation industrielle et des dispositifs portables. Les tendances clés influençant les composants comme l'IR26-21C/L447/CT incluent :

• Intégration accrue: Mouvement vers des modules combinant la LED IR, le photodétecteur et le circuit de conditionnement de signal dans un seul boîtier.
• Efficacité supérieure: Développement continu des matériaux semi-conducteurs et des conceptions de puces pour obtenir une sortie rayonnante plus élevée pour un courant d'entrée donné, améliorant l'autonomie des batteries dans les appareils portables.
• Fiabilité améliorée: Concentration sur des boîtiers robustes pour résister à des températures de refusion plus élevées et à des conditions environnementales plus sévères requises par les applications automobiles et industrielles.
• Standardisation: L'adhésion aux normes environnementales mondiales (RoHS, REACH, Sans Halogène) et de fabrication (MSL, bande et bobine) est désormais une exigence de base pour l'accès au marché mondial.

Les composants tels que cette LED infrarouge subminiature sont des éléments fondamentaux permettant la détection sans contact, une technologie critique dans tous ces secteurs en évolution.