Fiche technique d'émetteur infrarouge SMD 930nm - Boîtier 5.0x5.0x1.6mm - Tension directe 2.9V - Intensité rayonnante 480mW/sr - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant discret, émetteur infrarouge haute puissance, conçu pour l'assemblage par technologie de montage en surface (SMT). Cet appareil fait partie d'une large gamme de composants infrarouges destinés aux applications nécessitant des sources de lumière infrarouge fiables et efficaces. Sa fonction principale est d'émettre un rayonnement infrarouge à une longueur d'onde de crête spécifique lorsqu'il est alimenté électriquement.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cet émetteur incluent sa puissance rayonnante élevée, son aptitude à l'assemblage automatisé de cartes PCB grâce à son boîtier SMD, et une sortie spectrale définie centrée dans la région du proche infrarouge. Il est conçu pour répondre aux normes industrielles en matière de conformité environnementale. Les applications cibles se situent principalement dans l'électronique grand public et la détection industrielle, où les signaux infrarouges sont utilisés pour la communication sans fil, la détection de proximité ou l'encodage de données.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les sections suivantes fournissent une interprétation détaillée et objective des paramètres clés définis dans la fiche technique, expliquant leur importance pour les ingénieurs de conception.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents à l'appareil peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement normal.

• Dissipation de puissance (3,8W) :La quantité maximale de puissance que l'appareil peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (Ta) de 25°C. Dépasser cette limite risque de surchauffer la jonction semi-conductrice.
• Courant direct de crête (2A, 300pps, impulsion de 10μs) :Le courant maximal autorisé en fonctionnement impulsionnel. La largeur d'impulsion de 10μs et les 300 impulsions par seconde (pps) définissent un cycle de service spécifique. Cette valeur est généralement supérieure à la valeur en courant continu en raison de l'accumulation thermique réduite pendant les courtes impulsions.
• Courant direct continu (1A) :Le courant continu maximal qui peut traverser l'appareil en régime continu. Fonctionner à ou près de cette limite nécessite une gestion thermique minutieuse.
• Tension inverse (5V) :La tension maximale qui peut être appliquée dans le sens de polarisation inverse. Les émetteurs infrarouges ne sont pas conçus pour un fonctionnement inverse ; dépasser cette tension peut provoquer un claquage.
• Résistance thermique (9 K/W, jonction à pastille de soudure) :Un paramètre critique pour la conception thermique. Il indique de combien la température de jonction augmentera pour chaque watt de puissance dissipée. Une valeur plus basse signifie que la chaleur est plus facilement transférée de la puce semi-conductrice à la carte PCB.
• Plages de température de fonctionnement et de stockage :Définissent respectivement les limites environnementales pour un fonctionnement fiable et un stockage hors service.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test spécifiées (Ta=25°C, IF=500mA sauf indication contraire).

• Intensité rayonnante (I_E) :480 mW/sr (Typique). Cela mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian) le long de l'axe central de l'appareil. C'est une métrique clé pour la "luminosité" de la source IR dans un faisceau directionnel.
• Flux rayonnant total (Φ_e) :700 mW (Typique). C'est la puissance optique totale émise dans toutes les directions. Le rapport entre le Flux et l'Intensité est influencé par l'angle de vision.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_crête) :930 nm (Typique). La longueur d'onde à laquelle la puissance optique émise est maximale. Elle doit être adaptée à la sensibilité spectrale du capteur récepteur (par exemple, une photodiode au silicium est plus sensible autour de 900-1000nm).
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :35 nm (Typique). La largeur de bande du spectre émis mesurée à la moitié de l'intensité de crête. Une largeur plus étroite indique une source plus monochromatique.
• Tension directe (V_F) :2,9 V (Typique) à 500mA. La chute de tension aux bornes de l'appareil en fonctionnement. Ceci est crucial pour concevoir le circuit de commande et calculer la consommation électrique (Puissance = V_F* I_F).
• Courant inverse (I_R) :< 10 μA à V_R=5V. Un faible courant de fuite lorsque l'appareil est polarisé en inverse.
• Temps de montée/descente (T_r/T_f) :30 ns (Typique). Le temps nécessaire pour que la sortie optique passe de 10% à 90% de sa valeur finale (montée) ou de 90% à 10% (descente). Cela détermine la vitesse de modulation maximale pour la transmission de données.
• Angle de vision (2θ_1/2) :70° (Typique). L'angle total auquel l'intensité rayonnante tombe à la moitié de sa valeur sur l'axe. Un angle plus large offre une couverture plus étendue mais une intensité plus faible dans une direction donnée.

3. Analyse des courbes de performance

Les graphiques fournis offrent un aperçu visuel du comportement de l'appareil dans différentes conditions.

3.1 Distribution spectrale (Fig. 1)

La courbe montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme le pic à ~930nm et la demi-largeur d'environ 35nm. Cette forme est caractéristique du matériau semi-conducteur (probablement GaAs ou AlGaAs).

3.2 Courant direct vs Température ambiante (Fig. 2)

Cette courbe de déclassement est essentielle pour la gestion thermique. Elle montre que le courant direct maximal autorisé diminue à mesure que la température ambiante augmente. À 85°C, le courant maximal est nettement inférieur qu'à 25°C. Les concepteurs doivent utiliser ce graphique pour s'assurer que la combinaison courant de fonctionnement-température se situe dans la zone de sécurité.

3.3 Courant direct vs Tension directe (Fig. 3)

C'est la courbe caractéristique courant-tension (I-V). Elle est non linéaire, typique d'une diode. La courbe permet aux concepteurs de déterminer la V_Fattendue pour un courant de fonctionnement choisi, ce qui est nécessaire pour sélectionner une résistance série limitant le courant.

3.4 Intensité rayonnante relative vs Température & Courant (Fig. 4 & 5)

La figure 4 montre comment la puissance optique de sortie diminue lorsque la température de jonction augmente (à courant fixe). La figure 5 montre comment la puissance de sortie augmente avec le courant (à température fixe). Les deux démontrent l'efficacité dépendante de la température de l'appareil. La sortie diminue avec une température plus élevée, un phénomène courant pour les LED.

3.5 Diagramme de rayonnement (Fig. 6)

Ce diagramme polaire représente visuellement la distribution spatiale de la lumière émise. Les cercles concentriques représentent l'intensité relative. Le diagramme confirme l'angle de vision de 70° (2θ_1/2), où l'intensité tombe à 0,5 par rapport au centre (1,0). Le motif apparaît approximativement Lambertien (distribution cosinus), courant pour les LED avec une simple lentille en dôme.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions de contour

L'appareil est logé dans un boîtier pour montage en surface avec des dimensions d'environ 5,0 mm de longueur et de largeur, et 1,6 mm de hauteur. Le dessin spécifie l'emplacement de la lentille optique et des pastilles de soudure. Les tolérances sont généralement de ±0,1 mm sauf indication contraire.

4.2 Identification de la polarité

La cathode (borne négative) est clairement indiquée sur le dessin du boîtier. La polarité correcte doit être respectée lors de la conception et de l'assemblage de la carte PCB pour éviter tout dommage.

4.3 Dimensions suggérées des pastilles de soudure

Une recommandation de motif de pastilles est fournie pour assurer des soudures fiables et un bon alignement mécanique pendant le soudage par refusion. Suivre ces dimensions aide à prévenir le phénomène de "tombstoning" et assure une bonne connexion thermique à la carte PCB pour la dissipation de chaleur.

5. Directives de soudage et d'assemblage

5.1 Conditions de stockage

L'appareil est sensible à l'humidité. Les emballages non ouverts doivent être stockés en dessous de 30°C et 90% d'HR. Une fois le sac étanche à l'humidité ouvert, les composants doivent être utilisés dans la semaine ou stockés dans un environnement sec (<30°C, <60% HR). Les composants exposés à l'humidité ambiante pendant plus d'une semaine nécessitent un processus de cuisson (environ 60°C pendant 20 heures) avant la refusion pour éviter les dommages de type "pop-corn" pendant le soudage.

5.2 Profil de soudage par refusion

Un profil de refusion conforme aux normes JEDEC est recommandé. Les paramètres clés incluent : une étape de préchauffage (150-200°C, max 120s), une température de pic ne dépassant pas 260°C, et un temps au-dessus du liquidus (TAL) où la température de pic est maintenue pendant un maximum de 10 secondes. Le profil met l'accent sur le contrôle de la température maximale et du temps d'exposition du composant à une chaleur élevée pour éviter d'endommager le boîtier plastique et la puce semi-conductrice.

5.3 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, la température du fer à souder ne doit pas dépasser 300°C, et le temps de contact doit être limité à 3 secondes par pastille. Cela minimise les contraintes thermiques.

5.4 Nettoyage

L'alcool isopropylique ou des solvants similaires à base d'alcool sont recommandés pour le nettoyage après soudure. Les produits chimiques agressifs ou inconnus doivent être évités car ils pourraient endommager le boîtier ou la lentille.

6. Conditionnement et manutention

6.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les composants sont fournis sur des bobines standard de 13 pouces, avec 2400 pièces par bobine. Les dimensions de la bande et de la bobine sont conformes aux spécifications ANSI/EIA-481-1-A-1994, garantissant la compatibilité avec les machines de placement automatique. L'orientation de la cathode est standardisée dans les alvéoles de la bande.

7. Notes d'application et considérations de conception

7.1 Conception du circuit de commande

L'appareil est un composant commandé en courant. Pour des performances et une longévité constantes, il doit être commandé par une source de courant ou via une source de tension avec une résistance série limitant le courant. La fiche technique recommande fortement d'utiliser une résistance série individuelle pour chaque LED lorsque plusieurs unités sont connectées en parallèle (Modèle de circuit A). L'utilisation d'une seule résistance pour un réseau parallèle (Modèle de circuit B) est déconseillée en raison des variations de la tension directe (V_F) entre les LED individuelles, ce qui peut entraîner un déséquilibre de courant important et une luminosité inégale ou une défaillance prématurée de l'appareil avec la V_F.

la plus basse.

7.2 Gestion thermique

Compte tenu de la dissipation de puissance (jusqu'à 3,8W max) et de la résistance thermique (9 K/W), un dissipateur thermique efficace est essentiel pour un fonctionnement à des courants élevés ou à des températures ambiantes élevées. Le chemin principal de la chaleur passe par les pastilles de soudure vers la carte PCB. L'utilisation de la disposition de pastilles recommandée avec une surface de cuivre adéquate (pastilles de décharge thermique) sur la carte PCB est essentielle. Pour les applications haute puissance, des vias thermiques supplémentaires connectés aux plans de masse internes ou à des dissipateurs thermiques dédiés peuvent être nécessaires pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres, comme défini par la courbe de déclassement.

7.3 Considérations de conception optique

L'angle de vision de 70 degrés définit l'ouverture du faisceau. Pour les applications nécessitant un faisceau plus étroit, des optiques secondaires (lentilles) peuvent être ajoutées. La longueur d'onde de crête de 930nm doit être associée à un récepteur (photodiode, phototransistor) ayant une sensibilité élevée dans cette région spectrale. De nombreux capteurs à base de silicium ont une sensibilité de crête autour de 850-950nm, ce qui en fait un bon choix. Pour les applications de télécommande, cette longueur d'onde est couramment utilisée car elle est moins visible à l'œil humain que 850nm mais toujours efficacement détectée par le silicium.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux LED infrarouges standard de faible puissance, cet appareil offre une intensité rayonnante nettement plus élevée (480 mW/sr typique), permettant une portée plus longue ou un fonctionnement dans des environnements optiques plus bruyants. Son boîtier pour montage en surface le différencie des variantes à trou traversant, permettant des assemblages de cartes PCB plus petits et plus automatisés. Le temps de montée/descente rapide (30ns) le rend adapté à la transmission de données à vitesse moyenne, et pas seulement à la signalisation simple marche/arrêt. Les caractéristiques spectrales et l'angle de vision définis offrent des performances cohérentes et prévisibles pour la conception de systèmes optiques.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?_{R : Non. Vous devez utiliser une résistance série limitant le courant. La valeur de la résistance est calculée comme R = (V}alimentation_F- V_F) / I_F. Par exemple, avec une alimentation de 5V, V_F=2,9V, et un I²souhaité de 100mA, R = (5 - 2,9) / 0,1 = 21 Ohms. La puissance nominale de la résistance doit également être prise en compte (P = I

² * R).

Q : Quelle est la différence entre l'Intensité rayonnante et le Flux rayonnant total ?

R : L'Intensité rayonnante (mW/sr) mesure la puissance dans une direction spécifique (comme la luminosité d'un faisceau de lampe torche). Le Flux rayonnant total (mW) mesure la somme de la puissance émise dans toutes les directions (comme la lumière totale émise par une ampoule). Pour une source directionnelle, l'Intensité est souvent la métrique la plus pertinente.

Q : Comment déterminer le courant de fonctionnement maximal sûr pour mon application ?

R : Vous devez considérer à la fois le Courant continu maximal absolu (1A) et le déclassement thermique. Utilisez la Figure 2. Trouvez votre température ambiante maximale attendue sur l'axe des x. Tracez une ligne jusqu'à la courbe, puis vers la gauche jusqu'à l'axe des y pour trouver le courant maximal autorisé. Votre courant de fonctionnement choisi doit être inférieur à cette valeur et au maximum absolu de 1A.

Q : Pourquoi la longueur d'onde de crête est-elle spécifiée à 930nm, mais la description du composant mentionne 940nm ?

R : La description du composant fait référence à la gamme de produits générale qui inclut des appareils à 940nm. Ce numéro de pièce spécifique (LTE-R38385S-OE8) a une longueur d'onde de crête typique de 930nm selon ses spécifications détaillées. Reportez-vous toujours à la fiche technique spécifique pour les paramètres exacts du composant commandé.

10. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

10.1 Exemple 1 : Émetteur infrarouge longue portéeScénario :

Conception d'un émetteur IR étanche pour extérieur pour la communication de données sur 15 mètres en conditions de lumière du jour.Approche de conception :

Utilisez la haute intensité rayonnante (480mW/sr) pour surmonter le bruit de la lumière ambiante. Alimentez la LED à ou près de son courant continu maximal (1A) pour une sortie maximale, mais mettez en œuvre une stratégie de gestion thermique robuste. Utilisez une grande zone de cuivre sur la carte PCB connectée aux pastilles thermiques de la LED, avec plusieurs vias thermiques vers les couches internes. Envisagez d'ajouter une simple lentille de collimation en plastique pour réduire le faisceau de 70° à ~15°, augmentant ainsi l'intensité sur l'axe pour la portée requise. Le circuit de commande utiliserait un transistor (par exemple, MOSFET) commandé par un microcontrôleur, avec la résistance série calculée pour régler le courant à 1A.

10.2 Exemple 2 : Réseau de capteurs de proximité multi-élémentsScénario :

Création d'un anneau de capteur de proximité avec 8 émetteurs IR placés autour d'un récepteur central.Approche de conception :_FL'éclairage uniforme est essentiel. Utilisez le Modèle de circuit A recommandé : chacune des 8 LED a sa propre résistance limitant le courant identique connectée à une même ligne d'alimentation. Cela compense les petites variations de V

entre les LED. Faites fonctionner les LED à un courant modéré (par exemple, 200mA) pour équilibrer la sortie et la charge thermique. Pulser le réseau de manière synchrone avec l'échantillonnage du récepteur pour améliorer le rapport signal/bruit, en profitant du temps de montée/descente rapide de 30ns pour des impulsions propres. L'angle de vision de 70° de chaque LED créera un champ de détection large et se chevauchant.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Cet émetteur infrarouge est une diode semi-conductrice. Son cœur est une puce fabriquée à partir de matériaux comme l'Arséniure de Gallium (GaAs) ou l'Arséniure d'Aluminium Gallium (AlGaAs). Lorsqu'une tension directe est appliquée, des électrons sont injectés à travers la jonction p-n. Lorsque ces électrons se recombinent avec des trous dans la région active, de l'énergie est libérée sous forme de photons (particules de lumière). L'énergie de bande interdite spécifique du matériau semi-conducteur détermine la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise. Pour le GaAs/AlGaAs, cette bande interdite correspond à des photons dans le spectre infrarouge (typiquement 850-940nm). Le boîtier plastique encapsule la puce, fournit une structure mécanique et inclut une lentille moulée qui façonne le diagramme de rayonnement de la lumière émise.

12. Tendances technologiques et contexte