Scheda Tecnica LED Infrarosso Subminiaturizzato Rotondo 1.6mm HIR26-21C/L289/TR8 - Dimensione 1.6mm - Lunghezza d'Onda 850nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR26-21C/L289/TR8 è un diodo emettitore infrarosso subminiaturizzato a montaggio superficiale (SMD). È progettato per applicazioni che richiedono una sorgente infrarossa compatta e affidabile, compatibile con i moderni processi di assemblaggio automatizzato. Il dispositivo presenta un package rotondo da 1.6mm con un incapsulamento plastico trasparente e una lente superiore sferica, che ne ottimizza l'output ottico.

Il suo vantaggio principale risiede nella corrispondenza spettrale con i fotorivelatori al silicio (fotodiodi e fototransistor), rendendolo altamente efficiente per i sistemi di sensing. Il dispositivo è realizzato utilizzando materiale chip GaAlAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio), standard per gli emettitori infrarossi ad alte prestazioni in questo intervallo di lunghezze d'onda.

Il mercato target include progettisti e produttori di elettronica di consumo, sensori industriali e apparecchiature di automazione dove lo spazio è limitato ed è richiesta una segnalazione o rilevamento infrarosso affidabile.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliato operare al di fuori di questi limiti.

• Corrente Diretta Continua (I_F): 65 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP): 1.0 A. Questa elevata corrente è ammessa solo in condizioni impulsive con una larghezza di impulso ≤100μs e un ciclo di lavoro ≤1%. Ciò è tipico per applicazioni di telecomando dove vengono utilizzati brevi impulsi ad alta potenza.
• Tensione Inversa (V_R): 5 V. Superare questa tensione di polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Temperatura di Esercizio (T_opr): da -40°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Temperatura di Conservazione (T_stg): da -40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol): 260°C per una durata non superiore a 5 secondi, compatibile con i processi di rifusione senza piombo.
• Dissipazione di Potenza (P_d): 130 mW a una temperatura dell'aria libera pari o inferiore a 25°C. Questo valore considera sia la conversione di potenza elettrica che la capacità del dispositivo di dissipare calore.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a T_a=25°C e definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche.

• Intensità Radiante (I_e): La potenza ottica emessa per angolo solido (steradiante). A una corrente diretta di 20mA, il valore tipico è 17 mW/sr (minimo 10 mW/sr). In condizioni impulsive (100mA, ≤100μs, duty ≤1%), l'intensità radiante tipica aumenta significativamente a 85 mW/sr, evidenziando il vantaggio dell'operazione in impulso per l'output di picco.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p): 850 nm (tipico). Questo è nello spettro del vicino infrarosso, ideale per i rivelatori al silicio ed è meno visibile all'occhio umano rispetto a lunghezze d'onda più corte come i 940nm, offrendo comunque una buona trasmissione atmosferica.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): 30 nm (tipico). Questo definisce l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta (V_F): A 20mA, la tensione diretta tipica è 1.40V (intervallo 1.20V - 1.70V). Alla corrente impulsiva di 100mA, V_Faumenta a un valore tipico di 1.60V (intervallo 1.40V - 2.20V). Questa informazione è fondamentale per la progettazione del circuito di pilotaggio e la selezione dell'alimentazione.
• Corrente Inversa (I_R): Massimo 10 μA a una tensione inversa di 5V, indicando una buona qualità della giunzione.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 25 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo di 25° fornisce un fascio relativamente focalizzato, adatto per sensing o segnalazione direzionale.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici chiave per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra la riduzione (derating) della massima corrente diretta continua ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Per prevenire il surriscaldamento, la corrente deve essere ridotta linearmente man mano che la temperatura si avvicina al limite massimo operativo di 85°C. I progettisti devono utilizzare questo grafico per garantire un funzionamento affidabile nell'ambiente termico della loro applicazione.

3.2 Distribuzione Spettrale

Questo grafico traccia l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda, confermando visivamente il picco a 850nm e la larghezza di banda spettrale di circa 30nm. Mostra che il dispositivo emette una luce infrarossa relativamente pura centrata alla lunghezza d'onda specificata.

3.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva caratteristica fondamentale mostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione per un diodo. È essenziale per determinare il punto di lavoro e per progettare il circuito di limitazione della corrente. La curva si sposta con la temperatura.

3.4 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra l'output ottico in funzione della corrente di pilotaggio. Tipicamente mostra una relazione sub-lineare, dove l'efficienza (intensità radiante per mA) può diminuire a correnti molto elevate a causa di effetti termici e altri. Il grafico aiuta a ottimizzare la corrente di pilotaggio per il livello di output ottico desiderato.

3.5 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare rappresenta visivamente l'angolo di visione e il diagramma di radiazione del LED. Mostra come l'intensità diminuisce man mano che l'angolo di osservazione si allontana dall'asse centrale (0°), scendendo al 50% a circa ±12.5° (confermando l'angolo di visione totale di 25°). Ciò è cruciale per la progettazione del sistema ottico, l'allineamento e la comprensione dell'area di copertura della luce emessa.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è un package SMD a due terminali con un diametro del corpo di 1.6mm. Disegni meccanici dettagliati nella scheda tecnica forniscono tutte le dimensioni critiche, inclusa l'altezza totale, la distanza tra i terminali e la geometria della lente. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa indicazione.

4.2 Progetto dei Pad e Raccomandazioni per lo Stencil

Per garantire una saldatura affidabile ed evitare problemi come la formazione di palline di stagno, vengono forniti un layout di pad suggerito e un progetto per lo stencil. Le raccomandazioni chiave includono:

• Pasta Saldante: Sn/Ag3.0/Cu0.5 (una comune lega senza piombo).
• Spessore Stencil: 0.10mm.
• Il disegno dell'apertura dello stencil mostra un pattern progettato per controllare il volume di pasta per i piccoli pad.

Nota Importante: Le dimensioni dei pad suggerite sono solo di riferimento. Il land pattern finale sul PCB dovrebbe essere modificato in base ai processi di produzione specifici, ai requisiti termici e alle esigenze di progettazione individuali.

4.3 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente indicato da un marcatore visivo sul package, come una tacca, un bordo piatto o una marcatura verde sulla base. Il disegno nella scheda tecnica identifica chiaramente il lato del catodo, essenziale per il corretto orientamento sul PCB.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

Il dispositivo è sensibile all'umidità. Devono essere prese precauzioni per prevenire il "popcorning" (crepe del package dovute alla rapida espansione del vapore durante la rifusione).

• Non aprire la busta anti-umidità fino al momento dell'uso.
• Dopo l'apertura, conservare a ≤30°C e ≤60% di Umidità Relativa (UR).
• Utilizzare entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura della busta.
• Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante indica l'ingresso di umidità, pre-essiccare i componenti a 60 ±5°C per 24 ore prima dell'uso.

5.2 Processo di Rifusione (Reflow)

Il dispositivo è compatibile con processi di rifusione a infrarossi e a fase di vapore. Nella scheda tecnica è suggerito un profilo di temperatura per rifusione senza piombo. I parametri chiave includono pre-riscaldamento, stabilizzazione, temperatura di picco di rifusione (non superiore a 260°C per ≤5 secondi) e velocità di raffreddamento. La rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte per minimizzare lo stress termico sul componente.

5.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, è richiesta estrema cautela:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta <350°C.
• Limitare il tempo di contatto a ≤3 secondi per terminale.Utilizzare un saldatore con potenza di 25W o inferiore.
• Lasciare un intervallo di ≥2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per prevenire l'accumulo di calore.
• La riparazione dopo la saldatura iniziale è sconsigliata. Se inevitabile, utilizzare un saldatore a doppia punta per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali durante la rimozione per prevenire stress meccanico sulle giunzioni saldate e sul LED stesso. Verificare sempre la funzionalità del dispositivo dopo qualsiasi rilavorazione.

5.4 Manipolazione del Circuito Stampato

Evitare di sottoporre il LED a stress meccanici durante il riscaldamento (saldatura) e non deformare il circuito stampato dopo la saldatura, poiché ciò può crepare il componente o le sue giunzioni saldate.

6. Informazioni su Confezionamento e Ordini

6.1 Specifiche del Nastro Portacomponenti (Tape and Reel)

Il dispositivo è fornito su bobine da 7 pollici di diametro con nastro portacomponenti goffrato standard del settore. Viene fornito un disegno dettagliato delle dimensioni del nastro portacomponenti (dimensione della tasca, passo, ecc.). Ogni bobina contiene 1500 pezzi.

6.2 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta della bobina include informazioni standard per la tracciabilità e la produzione:

• CPN (Numero di Parte del Cliente)
• P/N (Numero di Parte del Produttore: HIR26-21C/L289/TR8)
• QTY (Quantità)
• CAT (Classificazione/Binning)
• HUE (Lunghezza d'Onda di Picco)
• REF (Riferimento)
• LOT No. (Numero di Lotto)
• MSL-X (Livello di Sensibilità all'Umidità)
• Made In (Paese di Produzione)

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Sensori Infrarossi Montati su PCB: Rilevamento di prossimità, rilevamento oggetti, inseguimento linea nella robotica.
• Unità di Telecomando a Infrarossi: Ideale per applicazioni che richiedono una potenza di uscita superiore rispetto ai LED per telecomando standard, potenzialmente consentendo una portata maggiore o prestazioni migliori in ambienti luminosi.
• Contatori/Misuratori di Gas: Spesso utilizzati nei meccanismi di sensing ottico all'interno dei contatori delle utenze.
• Sistemi Infrarossi Generali: Qualsiasi sistema embedded che richieda una sorgente IR compatta e affidabile per trasmissione dati, codifica o sensing.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• La Limitazione di Corrente è Obbligatoria: Come esplicitamente indicato nelle "Precauzioni", DEVE essere utilizzato un resistore di limitazione di corrente esterno (o un driver a corrente costante) in serie con il LED. La tensione diretta ha un intervallo, e un leggero aumento della tensione di alimentazione può causare un grande e distruttivo aumento della corrente se non adeguatamente limitata.
• Gestione Termica: Considerare la dissipazione di potenza (P_d=V_F*I_F) e la riduzione della corrente massima con la temperatura. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o altri mezzi per dissipare il calore, specialmente in applicazioni con alta temperatura ambiente o impulsi ad alto ciclo di lavoro.
• Progettazione Ottica: L'angolo di visione di 25° fornisce direzionalità. Per una copertura più ampia, possono essere necessarie ottiche secondarie (diffusori). Per una portata maggiore, possono essere utilizzate lenti per collimare il fascio.
• Circuito di Pilotaggio: Per l'operazione in impulso a 1A, è necessario un interruttore a transistor o MOSFET. Assicurarsi che il driver possa gestire la corrente di picco e i tempi di salita/discesa rapidi richiesti.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED infrarossi standard a foro passante da 5mm o 3mm, l'HIR26-21C/L289/TR8 offre vantaggi significativi:

• Dimensione: Il package SMD da 1.6mm consente la miniaturizzazione dei prodotti finali ed è compatibile con l'assemblaggio ad alta velocità pick-and-place.
• Prestazioni: La tipica intensità radiante di 17 mW/sr a 20mA è competitiva, e gli 85 mW/sr in condizioni impulsive sono una caratteristica chiave per esigenze di alta potenza in uscita.
• Affidabilità: La costruzione SMD e la compatibilità con i processi di rifusione standard portano a giunzioni saldate più robuste e consistenti rispetto ai componenti a foro passante saldati manualmente.
• Conformità: Il dispositivo è senza piombo, conforme RoHS, conforme REACH e privo di alogeni (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), soddisfacendo le rigorose normative ambientali per i mercati globali.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3.3V o 5V?

No.La tensione diretta tipica è solo 1.4V-1.6V. Collegarlo direttamente a un'alimentazione di 3.3V o 5V senza un resistore di limitazione di corrente distruggerà quasi certamente il LED a causa della corrente eccessiva. Utilizzare sempre un resistore in serie calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.

9.2 Qual è la differenza tra le specifiche di 20mA in DC e 100mA in impulso?

La specifica di 20mA è per un funzionamentocontinuo. La specifica di 100mA è perimpulsimolto brevi (≤100μs) con un basso ciclo di lavoro (≤1%). Ciò consente di pilotare il LED molto più intensamente per brevi momenti, producendo un lampo molto più luminoso (85 mW/sr vs. 17 mW/sr) senza surriscaldamento, poiché la potenza media rimane bassa. Questo è perfetto per i telecomandi.

9.3 Come interpreto l'"Angolo di Visione" di 25 gradi?

Questo è l'angolototalea cui l'intensità luminosa è la metà del suo valore massimo (sull'asse). Pensatelo come la larghezza del "fascio" principale o lobo di luce. La luce viene emessa anche al di fuori di questo angolo ma con intensità inferiore. Un angolo di 25° è moderatamente focalizzato.

9.4 Perché la sensibilità all'umidità e la pre-essiccazione (baking) sono importanti?

I package SMD in plastica possono assorbire umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità si trasforma rapidamente in vapore, creando una pressione interna che può crepare il package o delaminarlo dal chip ("popcorning"). Seguire le linee guida di conservazione e pre-essiccazione previene questa modalità di guasto.

10. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Faro Infrarosso a Lunga Portata

Un progettista necessita di un faro compatto, alimentato a batteria, che possa essere rilevato da un sensore a 20 metri di distanza in un ambiente interno con un certo rumore IR ambientale.

1. Selezione del Metodo di Pilotaggio: Per massimizzare la portata di rilevamento, il progettista sceglie l'operazione in impulso per sfruttare l'alta intensità radiante impulsiva di 85 mW/sr.
2. Progettazione del Circuito: Un pin GPIO di un microcontrollore controlla un MOSFET a canale N. Il LED è collegato in serie con un resistore di limitazione di corrente tra l'alimentazione (es. 3.3V) e il drain del MOSFET. Il valore del resistore è calcolato per 100mA: R = (3.3V - 1.6V) / 0.1A = 17Ω (utilizzare il valore standard di 18Ω). Il microcontrollore genera impulsi di larghezza 100μs con un ciclo di lavoro dell'1% (es. 100μs acceso, 9900μs spento).
3. Layout del PCB: Il layout dei pad suggerito viene utilizzato come punto di partenza. Vengono aggiunti ulteriori rilievi termici e zone di rame attorno ai pad per favorire la dissipazione del calore durante gli impulsi ad alta corrente.
4. Assemblaggio: I componenti vengono posizionati sul PCB. La bobina dei LED viene conservata correttamente e la scheda assemblata subisce un singolo passaggio di rifusione utilizzando il profilo senza piombo raccomandato.
5. Ottica (Opzionale): Per estendere ulteriormente la portata, una semplice lente di collimazione in plastica potrebbe essere posizionata sopra il LED per restringere il fascio, concentrando la potenza in uscita in un'area più piccola alla distanza del bersaglio.

Questo caso dimostra come i parametri chiave della scheda tecnica - intensità radiante impulsiva, tensione diretta, specifiche di corrente e dimensioni del package - informino direttamente una progettazione pratica.

11. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dal materiale di tipo n e le lacune dal materiale di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In un diodo GaAlAs come questo, il bandgap del materiale semiconduttore è progettato in modo che questa energia rilasciata corrisponda a un fotone nello spettro infrarosso, specificamente attorno a 850 nanometri. L'incapsulamento epossidico trasparente funge da lente, modellando la luce emessa nel diagramma di radiazione specificato (angolo di visione di 25°).

12. Tendenze e Sviluppi del Settore

Il mercato dei LED infrarossi subminiaturizzati continua a evolversi. Le tendenze chiave rilevanti per dispositivi come l'HIR26-21C/L289/TR8 includono:

• Integrazione Aumentata: Tendenze verso la combinazione dell'emettitore IR con un circuito integrato di pilotaggio o addirittura con un fotorivelatore in un unico package per moduli sensore più semplici.
• Maggiore Efficienza: La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita / potenza elettrica in ingresso) degli IR LED, portando a un consumo energetico inferiore o a un'uscita maggiore a parità di dimensioni del package.
• Nuove Lunghezze d'Onda: Mentre 850nm e 940nm dominano, c'è un crescente interesse per altre lunghezze d'onda IR per applicazioni specifiche come il rilevamento di gas o una maggiore sicurezza per gli occhi.
• Confezionamento Avanzato: Sviluppo del confezionamento a livello di chip (CSP) e del confezionamento a livello di wafer per ridurre ulteriormente dimensioni e costi migliorando le prestazioni termiche.
• Espansione delle Applicazioni:
  • Biometria e Sicurezza: Riconoscimento facciale, scansione dell'iride.
  • Automotive: Rilevamento occupazione abitacolo, sistemi di monitoraggio del conducente.
  • Elettronica di Consumo: Rilevamento di prossimità per telefoni/tablet, riconoscimento gestuale.
  • IoT Industriale: Visione artificiale, monitoraggio delle condizioni.

Dispositivi come l'HIR26-21C/L289/TR8, con il loro fattore di forma ridotto, prestazioni affidabili e conformità agli standard ambientali, sono ben posizionati per servire questi mercati in espansione dove sorgenti infrarosse compatte ed efficienti sono un requisito fondamentale.