Fiche technique de la diode IR67-21C/TR8 - LED infrarouge SMD - Longueur d'onde 940nm - Angle de vue 120°

1. Vue d'ensemble du produit

La IR67-21C/TR8 est une diode électroluminescente infrarouge à vue de dessus, logée dans un boîtier miniature pour montage en surface (SMD). Le composant est moulé dans un plastique transparent avec une lentille à sommet plat, conçu pour être compatible avec les procédés modernes de brasage par refusion infrarouge ou en phase vapeur. Sa fonction principale est d'émettre une lumière infrarouge à une longueur d'onde de crête adaptée aux photodiodes et phototransistors au silicium, ce qui en fait un composant central dans diverses applications de détection et de commutation.

Les principaux avantages de ce composant incluent sa faible tension directe requise, un large angle de vue de 120 degrés, et sa conformité aux normes environnementales sans plomb et RoHS. Son facteur de forme miniature SMD permet un placement à haute densité sur les cartes de circuits imprimés, ce qui est essentiel pour l'électronique grand public et industrielle compacte.

1.1 Spécifications principales et sélection du composant

Les spécifications fondamentales définissant la IR67-21C/TR8 sont son matériau de puce et ses caractéristiques optiques. La puce émettrice est constituée d'Arséniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs), un matériau semi-conducteur bien adapté à la production de rayonnement infrarouge. Le boîtier est doté d'une lentille transparente, qui ne filtre pas la lumière infrarouge émise, garantissant ainsi une intensité rayonnante de sortie maximale. Cette combinaison de puce GaAlAs et de lentille transparente est spécifiquement conçue pour des performances optimales dans les applications de capteurs où l'intensité du signal détecté est critique.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Cette section fournit une analyse objective détaillée des paramètres électriques, optiques et thermiques spécifiés pour la LED infrarouge IR67-21C/TR8. La compréhension de ces valeurs est cruciale pour une conception de circuit fiable et pour assurer l'intégrité opérationnelle à long terme du dispositif.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les Valeurs Maximales Absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement recommandées, mais plutôt des seuils qui ne doivent en aucun cas être dépassés, y compris lors d'événements transitoires.

• Courant direct continu (I_F): 65 mA. C'est le courant continu maximum qui peut traverser la jonction de la LED indéfiniment à une température ambiante (T_a) de 25°C.
• Courant direct de crête (I_FP): 1,0 A. Ce courant élevé n'est autorisé que dans des conditions de pulsation strictes : largeur d'impulsion ≤ 100 µs et rapport cyclique ≤ 1%. Cette valeur est pertinente pour les applications nécessitant des impulsions brèves et de haute intensité de lumière IR.
• Tension inverse (V_R): 5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse dépassant cette valeur peut provoquer un claquage de la jonction.
• Dissipation de puissance (P_d): 130 mW à 25°C. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur. La puissance réelle admissible diminue à mesure que la température ambiante augmente, comme le montre la courbe de déclassement.
• Résistance thermique, Jonction-Ambiance (R_thj-a): 400 K/W. Ce paramètre quantifie l'efficacité avec laquelle la chaleur se propage de la jonction semi-conductrice vers l'air ambiant. Une valeur plus basse indique une meilleure dissipation thermique. Avec cette valeur, pour chaque watt de puissance dissipée, la température de jonction augmentera de 400°C au-dessus de la température ambiante.
• Température de brasage (T_sol): 260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci définit la tolérance du profil de brasage par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres, mesurés dans une condition de test standard de 25°C, décrivent les performances du dispositif en fonctionnement normal. La colonne 'Typ.' représente les valeurs typiques ou attendues, tandis que 'Min.' et 'Max.' définissent les limites de performance garanties.

• Intensité rayonnante (I_e): C'est la puissance optique émise par unité d'angle solide (mesurée en milliwatts par stéradian, mW/sr). Avec un courant d'alimentation standard de 20mA, l'intensité rayonnante typique est de 1,5 mW/sr, avec un minimum garanti de 1,0 mW/sr. Dans des conditions de courant élevé pulsé (100mA, ≤100µs, ≤1% de rapport cyclique), l'intensité peut atteindre une valeur typique de 20 mW/sr.
• Longueur d'onde de crête (λ_p): 940 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la LED émet le plus de puissance optique. Elle est adaptée spectralement au pic de sensibilité des photodétecteurs au silicium courants.
• Largeur de bande spectrale (Δλ): 45 nm (typique). Ceci définit la plage de longueurs d'onde émises, généralement mesurée à la moitié de l'intensité maximale (Largeur à Mi-Hauteur, FWHM). Une largeur de bande de 45nm centrée sur 940nm signifie qu'une émission significative se produit d'environ 917,5nm à 962,5nm.
• Tension directe (V_F): À 20mA, la tension directe typique est de 1,2V, avec un maximum de 1,5V. Dans la condition pulsée à 100mA, V_Faugmente à une valeur typique de 1,4V (max 1,8V). Cette faible V_Fest bénéfique pour les applications à basse tension et alimentées par batterie.
• Angle de vue (2θ_1/2): 120 degrés. C'est l'angle total où l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur de crête (mesurée sur l'axe). Un large angle de 120° fournit un éclairage large et diffus, idéal pour la détection de proximité ou de présence où la position de la cible peut varier.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent comment les paramètres clés varient avec les conditions de fonctionnement. Ces graphiques sont essentiels pour la conception de systèmes dynamiques.

3.1 Dissipation de puissance vs Température ambiante

Cette courbe de déclassement montre que la dissipation de puissance maximale admissible (P_d) diminue linéairement de 130 mW à 25°C à 0 mW vers environ 150°C. Les concepteurs doivent utiliser ce graphique pour calculer le courant de fonctionnement sûr pour leur température ambiante maximale spécifique. Par exemple, si la température ambiante maximale est de 85°C, le graphique indique que la dissipation de puissance admissible est considérablement réduite, ce qui limite à son tour le courant direct maximal autorisé.

3.2 Distribution spectrale

La courbe de distribution spectrale trace l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme visuellement la longueur d'onde de crête de 940nm et la largeur de bande spectrale d'environ 45nm. La courbe a typiquement une forme gaussienne, centrée sur la longueur d'onde de crête.

3.3 Longueur d'onde d'émission de crête vs Température ambiante

Cette courbe démontre la dépendance à la température de la longueur d'onde de crête. Typiquement, la longueur d'onde de crête d'une LED se décale vers des longueurs d'onde plus longues (un "décalage vers le rouge") à mesure que la température de jonction augmente. Le graphique quantifie ce décalage, ce qui est important pour les applications nécessitant un appariement spectral précis, car la sensibilité du détecteur peut également dépendre de la température.

3.4 Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V)

La courbe I-V est non linéaire, comme une diode standard. Elle montre la relation entre le courant traversant la LED et la tension à ses bornes. Le "coude" de cette courbe se situe autour de la tension directe typique. La courbe aide à concevoir le circuit de limitation de courant, en particulier pour piloter la LED avec une source de tension.

3.5 Intensité rayonnante relative vs Déplacement angulaire

Ce diagramme polaire illustre le modèle d'émission spatiale. Il confirme l'angle de vue de 120°, montrant comment l'intensité est distribuée. Le modèle pour une LED à sommet plat dans un boîtier transparent est typiquement proche d'une distribution lambertienne, où l'intensité est proportionnelle au cosinus de l'angle par rapport à la normale (centre).

4. Informations mécaniques et d'emballage

4.1 Dimensions du boîtier

La IR67-21C/TR8 est logée dans un boîtier SMD miniature. Le dessin dimensionnel fournit toutes les mesures critiques pour la conception de l'empreinte PCB, y compris la longueur, la largeur, la hauteur du corps, l'espacement des broches et les dimensions des pastilles. Les dimensions clés incluent la taille globale (par exemple, environ 3,2mm x 2,8mm, bien que les valeurs exactes doivent être prises sur le dessin), la distance entre les pastilles de soudure, et le motif de pastilles recommandé pour un brasage fiable. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1mm sauf indication contraire.

4.2 Identification de la polarité

Le boîtier inclut des marquages ou des caractéristiques (tels qu'une encoche, un coin biseauté ou une marque de cathode) pour identifier les bornes anode et cathode. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage, car l'application d'une polarisation inverse peut endommager le dispositif.

4.3 Spécifications de la bande porteuse et de la bobine

Pour l'assemblage automatisé, les composants sont fournis sur une bande porteuse gaufrée enroulée sur des bobines. La fiche technique fournit les dimensions de la bande porteuse, y compris la taille des alvéoles, le pas et la largeur de la bande. La bobine contient typiquement 2000 pièces. Ces dimensions sont critiques pour la programmation des machines de placement.

5. Directives de brasage et d'assemblage

Une manipulation et un brasage appropriés sont essentiels pour éviter d'endommager la LED et assurer une fiabilité à long terme.

5.1 Procédé de brasage par refusion

Le dispositif est compatible avec les procédés de refusion infrarouge et en phase vapeur. Un profil de température de soudure sans plomb recommandé est fourni, spécifiant la préchauffe, le trempage, la température de crête de refusion (ne devant pas dépasser 260°C) et les vitesses de refroidissement. Le brasage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois. Aucune contrainte ne doit être appliquée sur le corps de la LED pendant le chauffage, et le PCB ne doit pas être déformé après le brasage.

5.2 Brasage manuel

Si un brasage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise. 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. Un intervalle de refroidissement d'au moins 2 secondes doit être observé entre le brasage de chaque borne. La fiche technique déconseille fortement le brasage manuel, car il entraîne souvent des dommages.

5.3 Retouche et réparation

La réparation après que la LED a été soudée n'est pas recommandée. Si cela est inévitable, un fer à souder à double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes, minimisant ainsi la contrainte thermique. Le risque d'endommager les caractéristiques de la LED pendant la retouche doit être évalué au préalable.

6. Stockage et sensibilité à l'humidité

La IR67-21C/TR8 est sensible à l'humidité. Des précautions doivent être prises pour éviter l'effet "pop-corn" (fissuration du boîtier due à l'expansion rapide de la vapeur) pendant la refusion.

• Le sac étanche à l'humidité ne doit pas être ouvert avant que les composants ne soient prêts à être utilisés.
• Avant ouverture, stocker à ≤30°C et ≤90% d'Humidité Relative (HR). La durée de conservation est d'un an.
• Après ouverture, stocker à ≤30°C et ≤70% HR. La "durée de vie hors sac" (temps autorisé hors du sac) est de 168 heures (7 jours).
• Si le dessiccant en gel de silice a changé de couleur (indiquant une saturation) ou si le temps de stockage est dépassé, un séchage à 60 ±5°C pendant 24 heures est requis avant la refusion.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

La IR67-21C/TR8 est conçue pour une large gamme d'applications optoélectroniques où la lumière infrarouge invisible est utilisée pour la détection ou la signalisation.

• Capteurs: Utilisée comme source lumineuse dans les capteurs de proximité, la détection d'objets et les robots suiveurs de ligne.
• Commutateurs optoélectroniques: Constitue la moitié d'un interrupteur optique à fente, où un objet interrompt le faisceau entre la LED et un photodétecteur.
• Électronique grand public: Émetteurs pour télécommandes de téléviseurs, magnétoscopes et autres équipements audio/vidéo (bien que des LED de plus haute puissance soient souvent utilisées pour une portée plus longue).
• Imagerie: Éclairage infrarouge pour caméras de sécurité, en particulier en mode faible luminosité ou vision nocturne.
• Dispositifs de sécurité: Peut être utilisé comme composant dans certains types de détecteurs de fumée utilisant des principes de diffusion optique.

7.2 Considérations de conception critiques

• Limitation de courant: Une résistance de limitation de courant externe est absolument obligatoire. La LED présente une caractéristique I-V abrupte, ce qui signifie qu'une faible augmentation de la tension provoque une forte augmentation du courant, conduisant à une destruction immédiate si elle n'est pas correctement contrôlée. La valeur de la résistance est calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F.
• Gestion thermique: Bien que le boîtier SMD dissipe la chaleur à travers les pastilles du PCB, une attention particulière doit être portée à la courbe de déclassement de la dissipation de puissance, en particulier dans les environnements à température ambiante élevée. Une surface de cuivre PCB adéquate (pastilles de décharge thermique) peut aider à abaisser la température de jonction.
• Appariement spectral: Assurez-vous que le photodétecteur sélectionné (photodiode, phototransistor) a un pic de sensibilité autour de 940nm pour un rapport signal/bruit optimal du système.
• Conception optique: L'angle de vue de 120° offre une large couverture. Pour des faisceaux à plus longue portée ou plus directionnels, des optiques secondaires (lentilles) peuvent être nécessaires.

8. Informations sur l'emballage et la commande

8.1 Procédure d'emballage

Les LED sont emballées dans des sacs en aluminium étanches à l'humidité contenant un dessiccant et des cartes indicateurs d'humidité. Les sacs sont étiquetés avec des informations critiques pour la traçabilité et l'application correcte.

8.2 Spécification de l'étiquette

L'étiquette comprend plusieurs champs : Numéro de pièce client (CPN), Numéro de pièce fabricant (P/N), Quantité emballée (QTY), Numéro de lot (LOT NO), et des informations de classement optique telles que Catégorie (CAT, probablement pour l'intensité rayonnante) et Teinte (HUE, pour la longueur d'onde de crête). Un code de référence (REF) peut également être présent.

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

Q : Quel est l'intérêt de la valeur de Courant direct de crête de 1,0A si le Courant continu n'est que de 65mA ?
R : La valeur de courant de crête permet de piloter la LED avec des impulsions très courtes et de haute puissance. Ceci est utile dans des applications comme la mesure de distance (temps de vol) ou la transmission de données où une brève salve intense de lumière IR est nécessaire pour surmonter le bruit ambiant ou parcourir une plus longue distance, sans générer une chaleur moyenne excessive.

Q : Comment déterminer le courant de fonctionnement sûr pour mon application si la température ambiante est de 50°C ?
R : Vous devez utiliser la courbe de déclassement Dissipation de puissance vs Température ambiante. Trouvez le point sur la courbe correspondant à 50°C pour déterminer la dissipation de puissance maximale admissible (P_d(max)) à cette température. Ensuite, en utilisant la tension directe typique (V_F) à votre courant souhaité, calculez le courant maximal sûr : I_F(max)= P_d(max)/ V_F. Incluez toujours une marge de sécurité.

Q : Puis-je utiliser cette LED pour une télécommande de télévision ?
R : Bien qu'elle émette à la bonne longueur d'onde (940nm est standard pour les télécommandes), son intensité rayonnante à 20mA (1,5 mW/sr typique) peut être inférieure à celle des LED dédiées aux télécommandes, qui sont souvent pilotées plus fortement ou ont des optiques différentes pour une portée plus longue. Elle pourrait fonctionner pour des télécommandes à courte portée, mais pour les distances typiques d'un salon, un composant spécifiquement caractérisé pour une sortie plus élevée pourrait être plus adapté.

Q : Pourquoi la procédure de stockage et de séchage est-elle si spécifique ?
R : Le boîtier plastique SMD peut absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de brasage par refusion à haute température, cette humidité absorbée peut se transformer rapidement en vapeur, créant une pression interne qui peut délaminer le boîtier ou fissurer la puce (effet "pop-corn"). Les procédures de stockage et de séchage contrôlées sont des normes industrielles (basées sur les classements JEDEC MSL) pour éliminer cette humidité en toute sécurité avant le brasage.

10. Principes de fonctionnement et contexte technologique

10.1 Principe de fonctionnement de base

Une Diode Électroluminescente Infrarouge (LED IR) fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, des électrons du matériau de type n et des trous du matériau de type p sont injectés dans la région de la jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie. Dans un semi-conducteur GaAlAs, cette énergie est libérée principalement sous forme de photons dans le spectre infrarouge (autour de 940nm). La longueur d'onde spécifique est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur, qui est ajustée en modifiant le rapport aluminium/gallium dans le cristal.

10.2 Rôle dans les systèmes optoélectroniques

Dans un système de détection typique, la IR67-21C/TR8 agit comme la source de signal active. Sa lumière est soit directement reçue par un détecteur (pour la détection par transmission), réfléchie par une cible (pour la détection de proximité/réflexion), soit interrompue par un objet (pour la détection par interruption de faisceau). Le détecteur convertit la lumière IR modulée ou interrompue en un signal électrique pour traitement. La longueur d'onde de 940nm est idéale car elle est invisible à l'œil humain, évite les interférences de la plupart des lumières visibles ambiantes, et correspond à la région de haute sensibilité des détecteurs au silicium peu coûteux tout en étant moins sensible à l'absorption par l'air et les matériaux courants par rapport aux longueurs d'onde IR plus longues.

10.3 Tendances et contexte de l'industrie

Le développement de LED infrarouges SMD comme la IR67-21C/TR8 est motivé par la miniaturisation et l'automatisation de l'assemblage électronique. La tendance est vers des empreintes de boîtier plus petites, une intensité rayonnante plus élevée par unité de surface, des performances thermiques améliorées et un classement plus serré pour des performances constantes. Il y a également des recherches en cours sur de nouveaux matériaux semi-conducteurs (comme l'InGaN sur silicium pour différentes bandes IR) et des solutions intégrées combinant le pilote LED, le capteur et le traitement du signal dans un seul module (par exemple, modules de capteur de proximité). La demande de composants IR fiables et à faible coût continue de croître avec l'expansion de l'Internet des Objets (IoT), de la détection automobile (par exemple, surveillance dans l'habitacle) et de l'automatisation industrielle.