Scheda Tecnica LED Infrarosso 5mm IR323/H0-A - Pacchetto 5mm - Tensione Diretta 1.2V - Lunghezza d'Onda 940nm - Dissipazione 150mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR323/H0-A è un diodo emettitore infrarosso ad alta intensità, alloggiato in un pacchetto plastico blu da 5.0mm. È progettato per applicazioni che richiedono un'emissione infrarossa affidabile nello spettro dei 940nm. Il dispositivo è spettralmente abbinato ai comuni fototransistor al silicio, fotodiodi e moduli ricevitori IR, rendendolo un componente versatile per vari sistemi optoelettronici.

I vantaggi principali includono alta affidabilità, eccellente intensità radiante e una bassa tensione diretta, che contribuisce a un funzionamento energeticamente efficiente. Il prodotto è conforme alle principali normative ambientali, tra cui RoHS, REACH UE e standard alogeni-free, garantendo la sua idoneità per la moderna produzione elettronica.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è progettato per operare entro limiti rigorosi per garantire longevità e affidabilità. La corrente diretta continua (IF) è nominale a 100 mA. Per il funzionamento in impulso, è consentita una corrente diretta di picco (IFP) di 1.0 A in condizioni specifiche (larghezza impulso ≤100μs, ciclo di lavoro ≤1%). La tensione inversa massima (VR) è di 5 V. L'intervallo di temperatura operativa (Topr) va da -40°C a +85°C, mentre lo stoccaggio può avvenire tra -40°C e +100°C. La massima dissipazione di potenza (Pd) a temperatura ambiente pari o inferiore a 25°C è di 150 mW. La temperatura di saldatura non deve superare i 260°C per una durata di 5 secondi o meno.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Tutte le caratteristiche sono specificate a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. L'intensità radiante (Ie) è una metrica di prestazione primaria. Con una corrente diretta (IF) di 20mA, l'intensità radiante tipica è di 3.5 mW/sr, con un minimo di 2.0 mW/sr. In condizioni di impulso (IF=100mA, larghezza impulso ≤100μs, duty ≤1%), l'intensità tipica raggiunge i 15 mW/sr. Alla corrente di picco di 1A nelle stesse condizioni impulsive, l'intensità tipica è di 150 mW/sr.

La lunghezza d'onda di emissione di picco (λp) è tipicamente 940nm, con una larghezza di banda spettrale (Δλ) di 45nm. La tensione diretta (VF) è bassa, tipicamente 1.2V a 20mA, con un massimo di 1.5V. A 100mA (impulso), VF è tipicamente 1.3V (max 1.6V). A 1A (impulso), VF sale a un tipico 2.6V (max 4.0V). La corrente inversa (IR) è un massimo di 10 μA a VR=5V. L'angolo di visione (2θ1/2) è tipicamente di 60 gradi, definendo il cono di emissione.

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 loro requisiti di sensibilità.

• Bin H:Intervallo di Intensità Radiante da 2.0 mW/sr (Min) a 3.2 mW/sr (Max).
• Bin J:Intervallo di Intensità Radiante da 2.8 mW/sr (Min) a 4.5 mW/sr (Max).
• Bin K:Intervallo di Intensità Radiante da 4.0 mW/sr (Min) a 6.4 mW/sr (Max).

Sono indicate le incertezze di misura: ±0.1V per la tensione diretta, ±10% per l'intensità luminosa e ±1.0nm per la lunghezza d'onda dominante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

La curva di derating mostra come la massima corrente diretta ammissibile diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Questo grafico è fondamentale per la gestione termica e per garantire che il LED operi nella sua area di funzionamento sicura (SOA) in tutte le condizioni ambientali.

4.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico dell'output spettrale conferma l'emissione a banda stretta centrata attorno ai 940nm. Questa lunghezza d'onda è ideale per la compatibilità con i rivelatori al silicio, che hanno una sensibilità di picco nella regione del vicino infrarosso, ed è meno visibile all'occhio umano rispetto alle lunghezze d'onda IR più corte.

3.3 Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura Ambiente

Questa curva illustra il leggero spostamento della lunghezza d'onda di picco con i cambiamenti della temperatura di giunzione. Comprendere questo spostamento è importante per le applicazioni in cui è richiesto un abbinamento spettrale preciso su un ampio intervallo di temperature.

4.4 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La curva caratteristica IV è non lineare, tipica dei diodi. Mostra la relazione tra la tensione diretta applicata e la corrente risultante. La curva è essenziale per progettare il circuito di pilotaggio, sia che si utilizzino sorgenti di corrente costante o di tensione limitata da resistore.

4.5 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra la relazione super-lineare tra corrente di pilotaggio e output ottico. L'intensità radiante aumenta significativamente con la corrente, specialmente nella regione di impulso ad alta corrente, evidenziando la capacità del dispositivo per applicazioni pulsate ad alta luminosità.

4.6 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Il grafico polare visualizza l'angolo di visione, mostrando come l'intensità emessa diminuisca all'aumentare dell'angolo dall'asse centrale (0°). Il tipico angolo di visione di 60 gradi (dove l'intensità scende alla metà) è confermato da questa curva, vitale per progettare l'allineamento ottico e la copertura.

5. Informazioni Meccaniche e sul Pacchetto

5.1 Disegno Dimensionale del Pacchetto

Il disegno meccanico specifica le dimensioni fisiche del LED. Le misure chiave includono il diametro totale di 5.0mm, la distanza tra i terminali di 2.54mm (standard per componenti through-hole) e la distanza dalla base a vari punti sulla lente. Il disegno include una vista dall'alto e laterale con tolleranze critiche indicate (tipicamente ±0.25mm salvo diversa specifica). Il terminale dell'anodo (positivo) è tipicamente identificato come il terminale più lungo.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Formatura dei Terminali

I terminali devono essere piegati in un punto ad almeno 3mm dalla base del bulbo in epossidico. La formatura deve essere eseguita prima della saldatura e a temperatura ambiente per evitare sollecitazioni al pacchetto o danni ai bond interni. I fori del PCB devono allinearsi precisamente con i terminali del LED per prevenire stress di montaggio.

6.2 Stoccaggio

I LED devono essere stoccati a 30°C o meno e con un'umidità relativa del 70% o meno. La vita di stoccaggio consigliata dopo la spedizione è di 3 mesi. Per stoccaggi più lunghi (fino a un anno), utilizzare un contenitore sigillato con atmosfera di azoto e essiccante. Dopo l'apertura della busta sensibile all'umidità, i componenti devono essere utilizzati entro 24 ore.

6.3 Processo di Saldatura

La saldatura deve essere eseguita con la giunzione saldata ad almeno 3mm di distanza dal bulbo in epossidico. Le condizioni consigliate sono:

• Saldatura Manuale:Temperatura punta ferro max 300°C (30W max), tempo di saldatura max 3 secondi.
• Saldatura a Onda/Per Immersione:Temperatura di pre-riscaldo max 100°C (60 sec max), temperatura bagno di saldatura max 260°C per max 5 secondi.

Viene fornito un grafico del profilo di saldatura consigliato, che mostra una rampa graduale, un tempo definito sopra il liquidus e un raffreddamento controllato. Evitare cicli termici rapidi. La saldatura per immersione o manuale non deve essere eseguita più di una volta. Proteggere il LED da urti meccanici mentre è caldo.

6.4 Pulizia

Se la pulizia è necessaria, utilizzare alcol isopropilico a temperatura ambiente per non più di un minuto, seguito da asciugatura all'aria. La pulizia a ultrasuoni non è raccomandata a causa del rischio di danneggiare la struttura interna.

7. Imballaggio e Informazioni d'Ordine

7.1 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta sull'imballaggio contiene informazioni chiave: Numero Prodotto Cliente (CPN), Numero Prodotto (P/N), Quantità Imballo (QTY), Classe Intensità Luminosa (CAT), Classe Lunghezza d'Onda Dominante (HUE), Classe Tensione Diretta (REF), Numero di Lotto (LOT No) e un codice mese (X).

7.2 Specifiche d'Imballaggio

I LED sono imballati in buste antistatiche. Il flusso di imballaggio standard è: 200-500 pezzi per busta, 5 buste per cartone interno e 10 cartoni interni per cartone master (esterno).

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Sistemi di Trasmissione in Aria Libera:Per collegamenti dati wireless a corto raggio, telecomandi o sensori di prossimità.
• Interruttori Optoelettronici & Rilevamento Oggetti:Utilizzato insieme a un fotorivelatore per rilevare la presenza, la posizione o il movimento di un oggetto.
• Unità Floppy Disk:Storicamente utilizzato per rilevare la presenza del disco o la posizione della traccia.
• Rilevatori di Fumo:Impiegato in rilevatori a oscuramento dove le particelle di fumo disperdono o bloccano un fascio IR.
• Sistemi Infrarossi Generali:Qualsiasi applicazione che richieda una sorgente affidabile di luce infrarossa a 940nm.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:Utilizzare una sorgente di corrente costante o un resistore limitatore di corrente in serie per impostare la corrente diretta desiderata (IF). Considerare la caduta di tensione diretta (VF) nel calcolo dei requisiti dell'alimentazione.
• Gestione Termica:Rispettare la curva di derating. Per il funzionamento continuo ad alte correnti o a temperature ambiente elevate, considerare l'uso di dissipatori o raffreddamento forzato ad aria per mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 60 gradi definisce l'ampiezza del fascio. Utilizzare lenti o diaframmi se è richiesto un pattern di fascio diverso. Garantire il corretto allineamento con il sensore ricevente.
• Protezione Elettrica:Incorpora protezione contro picchi di tensione inversa e scariche elettrostatiche (ESD), poiché la tensione inversa massima è di soli 5V.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

L'IR323/H0-A si differenzia grazie alla combinazione di un pacchetto through-hole standard da 5mm, una lunghezza d'onda precisamente definita di 940nm e un'alta intensità radiante. Rispetto ai LED IR generici, offre bin di prestazione garantiti, una completa conformità ambientale (RoHS, REACH, Halogen-Free) e specifiche dettagliate e affidabili sulla scheda tecnica supportate da curve di prestazione tipiche. La bassa tensione diretta è un vantaggio per le applicazioni alimentate a batteria, riducendo il consumo energetico nel circuito di pilotaggio.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra i Bin H, J e K?

R: I bin rappresentano diversi livelli garantiti di intensità radiante minima e massima a 20mA. Il Bin K offre l'output più alto, seguito da J e poi H. Selezionare in base alla sensibilità richiesta dal circuito ricevitore.

D: Posso pilotare questo LED direttamente con un'alimentazione da 5V?

R: No. La tensione diretta è solo di circa 1.2-1.5V a 20mA. Collegarlo direttamente a 5V causerebbe una corrente eccessiva, distruggendo il LED. È necessario utilizzare un resistore in serie per limitare la corrente. Ad esempio, con un'alimentazione da 5V e IF target=20mA, R = (5V - 1.2V) / 0.02A = 190 Ohm (utilizzare un resistore standard da 200 Ohm).

D: Perché la corrente di picco (1A) è così più alta della corrente continua (100mA)?

R: Ciò è dovuto a limitazioni termiche. Ad alte correnti continue, il calore si accumula nella giunzione del semiconduttore. In modalità impulso (impulsi molto brevi con basso ciclo di lavoro), la giunzione non ha tempo di surriscaldarsi, consentendo correnti istantanee molto più elevate per brevi periodi.

D: Il colore blu del pacchetto è significativo?

R: La plastica blu è una resina epossidica trasparente alla luce infrarossa da 940nm che emette. Il colore è per l'identificazione visiva e ha un effetto di filtraggio minimo sulla lunghezza d'onda di output.

11. Esempio Pratico di Utilizzo

Progettazione di un Semplice Sensore di Rilevamento Oggetti:Abbinare l'IR323/H0-A con un fototransistor. Posizionare il LED e il fototransistor uno di fronte all'altro attraverso un percorso. Quando un oggetto interrompe il fascio infrarosso, il segnale dal fototransistor cala. La lunghezza d'onda di 940nm è invisibile, prevenendo interferenze dalla luce ambientale visibile. L'alta intensità radiante garantisce un segnale forte per un rilevamento affidabile su una distanza da diversi centimetri a un metro, a seconda dell'allineamento e dell'ottica. La bassa tensione diretta consente al sensore di essere alimentato da una scheda microcontrollore a 3.3V con un semplice interruttore a transistor e un resistore limitatore di corrente per il LED.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (LED IR) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). Il materiale semiconduttore specifico utilizzato (Arseniuro di Gallio Alluminio - GaAlAs) determina il bandgap energetico, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda dei fotoni emessi—in questo caso, circa 940nm, che è nello spettro del vicino infrarosso. Il pacchetto plastico incapsula e protegge il chip semiconduttore fungendo anche da lente primaria per modellare il fascio di luce emesso.

13. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi. Le tendenze generali includono l'aumento dell'intensità radiante e dell'efficienza energetica (più output luminoso per watt di input elettrico), consentendo una portata maggiore o un consumo energetico inferiore. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione con pacchetti a montaggio superficiale (SMD) che diventano più diffusi rispetto ai tipi through-hole per l'assemblaggio automatizzato. Inoltre, l'integrazione è una tendenza chiave, con i LED combinati con driver, modulatori o persino sensori in moduli singoli per applicazioni specifiche come il rilevamento gestuale o la misurazione della distanza a tempo di volo (ToF). La scienza dei materiali sottostante si concentra sul miglioramento dell'affidabilità, delle prestazioni termiche e della stabilità della lunghezza d'onda.