Scheda Tecnica LED Infrarosso 5mm HIR333C/H0 - Package 5.0mm - Lunghezza d'Onda 850nm - Tensione Diretta 1.65V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo emettitore infrarosso (IR) a foro passante da 5.0mm (T-1 3/4). Il dispositivo è progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 850nm, rendendolo adatto a varie applicazioni di rilevamento e trasmissione a infrarossi. È alloggiato in un package plastico trasparente, che consente un'elevata potenza radiante in uscita.

1.1 Vantaggi Principali

I vantaggi principali di questo componente includono l'alta affidabilità e l'alta intensità radiante. Presenta una bassa tensione diretta, che contribuisce all'efficienza energetica nei progetti circuitali. Il dispositivo è realizzato con materiali privi di piombo e rispetta le principali normative ambientali e di sicurezza, tra cui RoHS, REACH UE e standard alogeni-free (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

Questo LED infrarosso è spettralmente abbinato ai comuni fototransistor al silicio, fotodiodi e moduli ricevitori IR. Le sue applicazioni tipiche includono:

• Sistemi di trasmissione in aria libera per comunicazione dati.
• Unità di telecomando a infrarossi che richiedono una potenza di uscita più elevata.
• Sistemi di rilevamento fumo.
• Sistemi applicativi a infrarossi generali per rilevamento e sensing.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le sezioni seguenti forniscono una suddivisione dettagliata delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche del dispositivo.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento continuo.

• Corrente Diretta Continua (IF):100 mA
• Corrente Diretta di Picco (IFP):1.0 A (Larghezza Impulso ≤100μs, Ciclo di Lavoro ≤1%)
• Tensione Inversa (VR):5 V
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40°C a +85°C
• Temperatura di Stoccaggio (Tstg):-40°C a +85°C
• Temperatura di Saldatura (Tsol):260°C per ≤5 secondi
• Dissipazione di Potenza (Pd) a 25°C:150 mW

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo in condizioni specificate.

• Intensità Radiante (Ie):Il valore tipico minimo è 7.8 mW/sr a una corrente diretta (IF) di 20mA. In condizioni impulsive (IF=100mA, Larghezza Impulso ≤100μs, Ciclo ≤1%), l'intensità radiante tipica è 80 mW/sr. Alla corrente di picco di 1A nelle stesse condizioni impulsive, raggiunge 800 mW/sr.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):850 nm (tipico) a IF=20mA.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (tipico) a IF=20mA, indica la larghezza spettrale a metà dell'intensità massima.
• Tensione Diretta (VF):Varia da 1.45V (tipico) a un massimo di 1.65V a IF=20mA. Aumenta con correnti più elevate, raggiungendo un massimo di 2.40V a 100mA e 5.25V a 1A in funzionamento impulsivo.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 10 μA a VR=5V.
• Angolo di Visione (2θ1/2):30 gradi (tipico) a IF=20mA, definisce l'ampiezza angolare in cui l'intensità radiante è almeno la metà del suo valore di picco.

2.3 Caratteristiche Termiche

Le prestazioni del dispositivo dipendono dalla temperatura. La massima dissipazione di potenza è nominalmente 150 mW in aria libera a 25°C. I progettisti devono considerare la derating di questo valore quando si opera a temperature ambiente più elevate per garantire l'affidabilità a lungo termine e prevenire la fuga termica.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto è disponibile in diverse classi di prestazione, o "bin", basate sull'intensità radiante misurata a IF=20mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare un componente che corrisponda esattamente ai requisiti di sensibilità della loro applicazione.

La struttura di binning per l'intensità radiante è la seguente:

• Bin M:7.8 - 12.5 mW/sr
• Bin N:11.0 - 17.6 mW/sr
• Bin P:15.0 - 24.0 mW/sr
• Bin Q:21.0 - 34.0 mW/sr
• Bin R:30.0 - 48.0 mW/sr

La scheda tecnica indica anche che il dispositivo è disponibile con classifiche per la Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e la Tensione Diretta (REF), sebbene i codici bin specifici per questi parametri non siano dettagliati nell'estratto fornito.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra la derating della massima corrente diretta ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Per mantenere l'affidabilità, la corrente di esercizio deve essere ridotta a temperature più elevate.

4.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico illustra la potenza radiante relativa in uscita sullo spettro di lunghezze d'onda, centrato attorno al picco di 850nm. La larghezza di banda di 45nm indica l'intervallo di lunghezze d'onda emesse.

4.3 Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura Ambiente

Questa relazione mostra come la lunghezza d'onda di picco (λp) si sposti con le variazioni della temperatura di giunzione. Tipicamente, la lunghezza d'onda aumenta leggermente con l'aumento della temperatura, fattore critico nelle applicazioni che richiedono un abbinamento spettrale preciso con un rivelatore.

4.4 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV)

Questa curva fondamentale descrive la relazione esponenziale tra la tensione applicata al diodo e la corrente risultante. È essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente (ad es., selezionare una resistenza in serie).

4.5 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra che l'intensità radiante aumenta in modo super-lineare con la corrente diretta. Tuttavia, il funzionamento a correnti molto elevate (soprattutto in DC) porta a una maggiore generazione di calore e a una potenziale perdita di efficienza, rendendo preferibile il funzionamento impulsivo per requisiti di alta intensità.

4.6 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo grafico polare rappresenta visivamente l'angolo di visione (2θ1/2 = 30°). Mostra come l'intensità diminuisca man mano che l'angolo di osservazione si allontana dall'asse centrale (0°), aspetto cruciale per progettare sistemi ottici e allineare emettitori con rivelatori.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è conforme al package radiale standard T-1 3/4 (5mm) a foro passante. Le dimensioni chiave includono un diametro totale di circa 5.0mm e una spaziatura standard dei terminali di 2.54mm (0.1 pollici), compatibile con le basette forate standard. Il disegno dimensionale specifica tolleranze di ±0.25mm salvo diversa indicazione. La forma esatta della cupola della lente e la lunghezza dei terminali sono definite nel disegno dettagliato del package.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente identificato da un punto piatto sul bordo della lente plastica o dal terminale più corto. La polarità corretta deve essere osservata durante il montaggio del circuito per prevenire danni da polarizzazione inversa.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta è fondamentale per prevenire danni meccanici e termici.

6.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve avvenire ad almeno 3mm dalla base del bulbo in epossidico.
• Formare i terminali prima della saldatura.
• Evitare di applicare stress al package durante la piegatura.
• Tagliare i terminali a temperatura ambiente.
• Assicurarsi che i fori del PCB siano perfettamente allineati con i terminali del LED per evitare stress di montaggio.

6.2 Condizioni di Stoccaggio

• Conservare a ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR).
• La durata massima di stoccaggio nell'imballo originale è di 3 mesi.
• Per stoccaggi più lunghi (fino a 1 anno), utilizzare un contenitore sigillato con atmosfera di azoto e essiccante.
• Evitare rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti umidi per prevenire la condensa.

6.3 Parametri di Saldatura

Saldatura Manuale:Temperatura punta saldatore ≤300°C (per saldatore max 30W), tempo di saldatura ≤3 secondi per terminale. Mantenere una distanza minima di 3mm tra il punto di saldatura e il bulbo in epossidico.

Saldatura a Onda/Immersione:Temperatura di preriscaldamento ≤100°C per ≤60 secondi. Temperatura bagno di saldatura ≤260°C per ≤5 secondi. Rispettare la regola della distanza di 3mm.

Regole Generali:Non applicare stress ai terminali ad alta temperatura. Evitare di saldare lo stesso dispositivo più di una volta. Proteggere il dispositivo da urti/vibrazioni durante il raffreddamento a temperatura ambiente. Non utilizzare processi di raffreddamento rapido. Seguire il profilo di saldatura consigliato per la saldatura a onda.

6.4 Pulizia

La scheda tecnica menziona che la pulizia dovrebbe essere eseguita solo quando necessario, sebbene raccomandazioni specifiche per agenti pulenti o parametri per la pulizia a ultrasuoni non siano dettagliate nell'estratto fornito. La pratica standard è utilizzare detergenti delicati e non aggressivi compatibili con la resina epossidica.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

Il dispositivo è confezionato in sacchetti anti-statici per la protezione ESD. Il flusso di imballaggio standard è:

1. 500 pezzi per sacchetto anti-statico.

2. 5 sacchetti (2.500 pezzi) per scatola interna.

3. 10 scatole interne (25.000 pezzi) per scatola esterna master.

7.2 Specifiche del Modulo Etichetta

Le etichette del prodotto includono informazioni chiave per la tracciabilità e l'identificazione:

- CPN (Numero di Parte del Cliente)

- P/N (Numero di Parte del Produttore: HIR333C/H0)

- QTY (Quantità di Imballaggio)

- CAT (Classe di Intensità Luminosa/Radiante, es. M, N, P, Q, R)

- HUE (Classe di Lunghezza d'Onda Dominante)

- REF (Classe di Tensione Diretta)

- LOT No. (Numero di Lotto per tracciabilità)

- Codice Data

8. Considerazioni per la Progettazione Applicativa

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il circuito di pilotaggio più comune è una semplice resistenza in serie per limitare la corrente diretta. Il valore della resistenza (R) si calcola con la Legge di Ohm: R = (Vcc - Vf) / If, dove Vcc è la tensione di alimentazione, Vf è la tensione diretta del LED (usare il valore max per affidabilità) e If è la corrente diretta desiderata. Per il funzionamento impulsivo (es. telecomandi), si usa tipicamente un transistor come interruttore per fornire alte correnti di picco (fino a 1A) mantenendo un basso ciclo di lavoro per tenere la potenza media entro i limiti.

8.2 Note di Progettazione Ottica

L'angolo di visione di 30 gradi offre un buon equilibrio tra concentrazione del fascio e copertura. Per applicazioni a più lunga distanza o con fascio più stretto, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti). La lente trasparente è ottimale per la trasmissione a 850nm. Assicurarsi che il ricevitore (fototransistor, fotodiodo o IC) sia spettralmente sensibile nella regione degli 850nm per massimizzare l'efficienza del sistema.

8.3 Gestione Termica

Sebbene il package possa dissipare 150mW a 25°C, un efficace smaltimento del calore attraverso i terminali o un'attenta disposizione del circuito stampato è necessaria per il funzionamento continuo ad alte correnti o a temperature ambiente elevate. L'uso della modalità di pilotaggio impulsivo riduce significativamente la dissipazione di potenza media e lo stress termico.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED visibili standard o ad altri LED IR, i fattori chiave di differenziazione di questo dispositivo sono la combinazione dialta intensità radiante(fino a 48 mW/sr nel Bin R),bassa tensione diretta(tipicamente 1.45V), econformità ambientale completa(RoHS, REACH, Halogen-Free). L'uso del materiale chip GaAlAs è standard per l'emissione efficiente a 850nm. Il package 5mm offre un fattore di forma robusto a foro passante adatto a un'ampia gamma di applicazioni industriali e consumer dove i dispositivi SMD potrebbero non essere ideali.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo LED in continuo a 100mA?

R: Il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua è 100mA. Tuttavia, il funzionamento continuo a questa corrente massima genererà calore significativo (Pd ≈ Vf * If). Per un funzionamento affidabile a lungo termine, è consigliabile applicare la derating della corrente, specialmente se la temperatura ambiente è superiore a 25°C, o utilizzare un dissipatore.

D: Qual è la differenza tra i bin (M, N, P, Q, R)?

R: I bin classificano l'intensità radiante minima e massima del LED quando pilotato a 20mA. Il Bin M ha l'uscita più bassa (7.8-12.5 mW/sr) e il Bin R la più alta (30.0-48.0 mW/sr). Selezionare un bin in base alla forza del segnale richiesta e alla sensibilità del circuito ricevitore.

D: Perché la tensione diretta a 1A è più alta che a 20mA?

R: Ciò è dovuto alla resistenza serie interna del die semiconduttore e dei fili di connessione. All'aumentare della corrente, la caduta di tensione su questa resistenza (V = I*R) aumenta, portando a una tensione diretta totale più elevata.

D: Come posso ottenere l'intensità radiante di 800 mW/sr?

R: Questa intensità è specificata in condizioni impulsive: una corrente diretta di 1A, con una larghezza d'impulso di 100 microsecondi o meno e un ciclo di lavoro dell'1% o meno. Ciò minimizza il riscaldamento consentendo un'uscita ottica istantanea molto elevata.

11. Casi di Studio di Progettazione e Utilizzo

Caso di Studio 1: Telecomando Infrarosso a Lungo Raggio

Un progettista necessita di un telecomando con una portata superiore a 30 metri. Seleziona l'HIR333C/H0 nel Bin R per la massima potenza in uscita. Il circuito utilizza un microcontrollore per generare impulsi di dati modulati. Il LED è pilotato con impulsi da 1A (larghezza 100μs, ciclo di lavoro 1%) tramite un transistor NPN come interruttore. L'alta intensità di picco garantisce un segnale forte al ricevitore distante, mentre il basso ciclo di lavoro mantiene minimi il consumo della batteria e il riscaldamento del dispositivo.

Caso di Studio 2: Sensore di Prossimità in Ambiente Industriale

Una macchina automatizzata richiede un sensore di prossimità robusto. Un LED IR e un fototransistor sono posizionati uno di fronte all'altro attraverso un percorso di trasporto. Il LED è pilotato con una corrente costante di 50mA (derated dal massimo di 100mA per affidabilità). La lunghezza d'onda di 850nm è meno suscettibile alle interferenze della luce ambientale visibile rispetto ai LED rossi visibili. Il fascio di 30 gradi fornisce una copertura sufficiente senza un'eccessiva diffusione. Il sensore rileva quando un oggetto interrompe il fascio.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione n si ricombinano con le lacune della regione p all'interno della regione attiva del chip. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). Il materiale specifico utilizzato nella regione attiva del chip (in questo caso, Arseniuro di Gallio Alluminio - GaAlAs) determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi. Per il GaAlAs, ciò risulta in luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco attorno a 850nm, invisibile all'occhio umano ma facilmente rilevabile dai fotorivelatori al silicio.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza nei LED infrarossi continua verso una maggiore efficienza (più potenza radiante per watt elettrico in ingresso), che consente un consumo energetico inferiore o un'uscita più elevata dallo stesso package. C'è anche una spinta verso capacità di modulazione ad alta velocità per applicazioni di comunicazione dati come IrDA e reti ottiche wireless. Il packaging si sta evolvendo per includere dispositivi a montaggio superficiale (SMD) con prestazioni termiche migliorate per applicazioni ad alta potenza, sebbene i package a foro passante come il 5mm rimangano popolari per la loro robustezza meccanica e facilità di prototipazione. L'integrazione del circuito di pilotaggio e dei fotorivelatori in moduli singoli è un'altra tendenza comune per semplificare la progettazione del sistema.