Scheda Tecnica LED Infrarosso 5mm HIR323C - Diametro 5mm - Tensione Diretta 1.45V - Lunghezza d'Onda 850nm - Dissipazione 150mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR323C è un diodo emettitore infrarosso ad alta intensità, alloggiato in un package standard T-1 (5mm) con lente in plastica trasparente. Questo dispositivo è progettato per garantire prestazioni affidabili in sistemi di rilevamento e comunicazione a infrarossi. La sua emissione spettrale è specificamente tarata per essere compatibile con i comuni fototransistor al silicio, fotodiodi e moduli ricevitori IR, assicurando l'efficienza ottimale del sistema. Il principale campo di applicazione di questo componente è nei sistemi a infrarossi, che possono includere telecomandi, rilevamento di oggetti, sensori di prossimità e interruttori ottici.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave di questo LED infrarosso derivano dal suo design e dalla selezione dei materiali. Utilizza un chip in GaAlAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio), noto per l'emissione infrarossa efficiente. Il package offre un'alta intensità radiante, consentendo una trasmissione del segnale potente. Una caratteristica significativa è la sua bassa tensione diretta, che contribuisce a un minore consumo energetico nell'applicazione finale. Il prodotto è progettato per conformarsi agli standard ambientali e di sicurezza moderni, essendo privo di piombo, conforme RoHS, conforme al regolamento UE REACH e privo di alogeni. Ciò lo rende adatto al mercato globale, in particolare nell'elettronica di consumo, nell'automazione industriale e nei sistemi di sicurezza dove sono richieste sorgenti infrarosse affidabili e di lunga durata.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri tecnici elencati nella scheda, spiegandone il significato per i progettisti.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Corrente Diretta Continua (IF):100 mA. Questa è la massima corrente continua che può attraversare il LED indefinitamente in condizioni specificate.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):1.0 A. Questa elevata corrente è ammessa solo in condizioni pulsate (larghezza dell'impulso ≤ 100μs, ciclo di lavoro ≤ 1%). È utile per applicazioni che richiedono impulsi brevissimi e ad alta intensità.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:Intervallo da -40°C a +85°C (funzionamento) e da -40°C a +100°C (stoccaggio). Questo ampio intervallo garantisce affidabilità in ambienti ostili.
• Dissipazione di Potenza (Pd):150 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura ambiente. Questa è la massima potenza che il package può dissipare come calore. La corrente diretta effettivamente ammissibile si ridurrà a temperature ambientali più elevate.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (Ta=25°C) e definiscono le prestazioni del dispositivo.

• Intensità Radiante (Ie):Questa è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido, misurata in mW/sr. Il valore tipico è 30 mW/sr a IF=20mA. In funzionamento pulsato a 100mA, può raggiungere 130 mW/sr. Un'intensità radiante più elevata si traduce in una maggiore portata operativa o in un miglior rapporto segnale/rumore.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):850 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima. 850nm è nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma rilevato efficientemente dai sensori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (tipico). Questo definisce l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco. Una larghezza di banda più stretta può essere vantaggiosa per filtrare il rumore della luce ambientale.
• Tensione Diretta (VF):1.45V (tipico) a 20mA, con un massimo di 1.65V. A 100mA (pulsata), il massimo è 2.40V. La bassa VF è un parametro chiave di efficienza.
• Angolo di Visione (2θ1/2):15 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale al quale l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo di visione stretto produce un fascio più focalizzato.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'HIR323C utilizza un sistema di binning per classificare i dispositivi in base alla loro intensità radiante misurata alla corrente di test standard di 20mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare i componenti che soddisfano specifici requisiti minimi di output per la loro applicazione.

• Bin P:Intervallo di Intensità Radiante da 15.0 mW/sr (min) a 24.0 mW/sr (max).
• Bin Q:Intervallo di Intensità Radiante da 21.0 mW/sr (min) a 34.0 mW/sr (max).
• Bin R:Intervallo di Intensità Radiante da 30.0 mW/sr (min) a 48.0 mW/sr (max).

La selezione di un bin più alto (es. R) garantisce un output minimo più elevato, il che può essere fondamentale per assicurare prestazioni di sistema consistenti, specialmente in presenza di variazioni di temperatura e nel corso della vita del prodotto.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diversi grafici che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Comprenderli è cruciale per un robusto design del circuito.

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra la riduzione della massima corrente diretta continua ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Con l'aumento della temperatura, la capacità del package di dissipare calore diminuisce, quindi la corrente deve essere ridotta per rimanere nell'area di funzionamento sicuro (SOA) definita dalla massima dissipazione di potenza. I progettisti devono utilizzare questo grafico per selezionare resistori limitatori di corrente o driver appropriati per l'ambiente operativo previsto.

4.2 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico descrive la relazione tra la corrente di pilotaggio (IF) e l'output ottico (Ie). È generalmente non lineare. L'output aumenta con la corrente ma può saturarsi a correnti molto elevate a causa di effetti termici e di efficienza. La curva aiuta a determinare la corrente di pilotaggio necessaria per raggiungere un livello di output desiderato.

4.3 Distribuzione Spettrale

Questo grafico mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma la lunghezza d'onda di picco (λp ~850nm) e la larghezza di banda spettrale (Δλ). La forma di questa curva è importante per garantire la compatibilità con la curva di sensibilità spettrale del sensore ricevente (fototransistor/fotodiodo).

4.4 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo grafico polare illustra il modello di emissione del LED. L'intensità è massima lungo l'asse centrale (0°) e diminuisce all'aumentare dell'angolo. L'angolo di visione di 15 gradi è definito dove l'intensità scende al 50% del suo picco. Questa informazione è vitale per il design ottico, determinando l'ampiezza del fascio e le tolleranze di allineamento in un sistema.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Disegno Dimensionale del Package

Il dispositivo è conforme al contorno standard del package LED rotondo T-1 (5mm). Le dimensioni chiave includono il diametro complessivo (5.0mm tipico), l'altezza della lente e la distanza tra i terminali (2.54mm o 0.1 pollici, che è una spaziatura standard per fori PCB). Il disegno specifica i terminali anodo e catodo, con il terminale più lungo tipicamente anodo. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0.25mm. Gli ingegneri devono fare riferimento a questo disegno per il design dell'impronta PCB e i controlli di ingombro meccanico.

5.2 Identificazione della Polarità

Il componente utilizza la convenzione di polarità standard del LED: il terminale più lungo è l'Anodo (+), e il terminale più corto è il Catodo (-). Il package può anche avere un lato piatto sul bordo vicino al terminale catodico. La polarità corretta è essenziale per il funzionamento; una polarizzazione inversa superiore a 5V può danneggiare il dispositivo.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta è fondamentale per mantenere l'affidabilità e le prestazioni del dispositivo.

6.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve avvenire ad almeno 3mm dalla base del bulbo in epossidico per evitare stress sul die interno e sui fili di collegamento.
• La formatura deve sempre essere eseguita prima del processo di saldatura.
• Lo stress meccanico sul package durante la formatura deve essere minimizzato per prevenire crepe o danni interni.
• L'allineamento dei fori PCB deve essere preciso per evitare stress di montaggio.

6.2 Condizioni di Stoccaggio

L'ambiente di stoccaggio consigliato è a o al di sotto di 30°C e 70% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione in queste condizioni è di 3 mesi dalla spedizione. Per uno stoccaggio più lungo (fino a un anno), i dispositivi dovrebbero essere conservati in un contenitore sigillato con atmosfera di azoto e essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità, che può influire sulla saldabilità e l'affidabilità.

6.3 Parametri di Saldatura

Deve essere mantenuta una distanza minima di 3mm tra il giunto di saldatura e il bulbo in epossidico per prevenire danni termici.

• Saldatura Manuale:Temperatura massima della punta del saldatore 300°C (per un saldatore da 30W), tempo di saldatura massimo 3 secondi per terminale.
• Saldatura a Onda/Per Immersione:Temperatura di preriscaldamento massima 100°C per un massimo di 60 secondi. Temperatura massima del bagno di saldatura 260°C, con tempo di immersione non superiore a 5 secondi.

La scheda tecnica fornisce un profilo di temperatura di saldatura consigliato, sottolineando l'importanza di un riscaldamento controllato, della temperatura di picco e delle velocità di raffreddamento per prevenire shock termici. La saldatura (a immersione o manuale) non dovrebbe essere eseguita più di una volta. Dopo la saldatura, il dispositivo dovrebbe essere protetto dalle vibrazioni fino a quando non si raffredda a temperatura ambiente.

6.4 Pulizia

Se la pulizia è necessaria, utilizzare solo alcol isopropilico a temperatura ambiente, per una durata non superiore a un minuto. La pulizia a ultrasuoni è fortemente sconsigliata poiché le vibrazioni ad alta frequenza possono danneggiare la struttura interna del LED. Se assolutamente necessaria, il processo deve essere qualificato con attenzione in anticipo.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

I dispositivi sono tipicamente confezionati in sacchetti antistatici per prevenire danni da scariche elettrostatiche (ESD). Una configurazione di imballaggio comune è: 200-500 pezzi per sacchetto, 5 sacchetti posti in una scatola interna e 10 scatole interne poste in una scatola master (esterna).

7.2 Specifiche del Modulo Etichetta

L'etichetta sulla confezione contiene informazioni critiche per la tracciabilità e la corretta applicazione:

• P/N:Numero di Prodotto (HIR323C).
• CAT:Classe di Intensità Luminosa (cioè, il codice bin: P, Q o R).
• LOT No:Numero di Lotto per la tracciabilità della produzione.
• Altri codici possono includere il numero di parte del cliente (CPN), la quantità (QTY) e i codici data.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Telecomandi a Infrarossi:Per TV, impianti audio e altri dispositivi elettronici di consumo.
• Rilevamento di Oggetti/Prossimità:In elettrodomestici, distributori automatici e apparecchiature industriali per rilevare la presenza o l'assenza di un oggetto.
• Interruttori e Encoder Ottici:Dove l'interruzione o la riflessione di un fascio infrarosso indica posizione o movimento.
• Sistemi di Sicurezza:Come parte di fasci di rilevamento intrusioni a infrarossi.
• Trasmissione Dati:Per collegamenti dati seriali simplex a corto raggio (i sistemi compatibili IrDA possono richiedere dispositivi specifici).

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Utilizzare sempre un resistore in serie o un driver a corrente costante per impostare la corrente diretta (IF) al valore desiderato, calcolato dalla tensione di alimentazione (Vcc), dalla tensione diretta del LED (VF) e dalla corrente desiderata: R = (Vcc - VF) / IF.
• Gestione del Calore:Per il funzionamento continuo a correnti più elevate o in temperature ambientali elevate, considerare la curva di derating. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o altri mezzi per condurre il calore lontano dai terminali del LED.
• Allineamento Ottico:Lo stretto angolo di visione di 15 gradi richiede un attento allineamento meccanico tra l'emettitore e il rivelatore per una forza del segnale ottimale.
• Immunità alla Luce Ambientale:Per sistemi operanti in ambienti con luce ambientale variabile (es. luce solare), considerare di modulare il segnale infrarosso a una frequenza specifica e utilizzare un ricevitore sintonizzato su quella frequenza per respingere il rumore di fondo.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene esistano molti LED infrarossi da 5mm, l'HIR323C si differenzia attraverso una combinazione di parametri. La sua alta intensità radiante tipica (30 mW/sr a 20mA) lo colloca nel livello di prestazioni più alto per le sue dimensioni di package. La tensione diretta tipica molto bassa (1.45V) migliora l'efficienza energetica, particolarmente preziosa nelle applicazioni alimentate a batteria. La specifica corrispondenza con i fotorivelatori al silicio e la conformità a severi standard ambientali (Privo di Alogeni, REACH) lo rendono una scelta adatta per design moderni ed eco-consapevoli che richiedono prestazioni affidabili e di lunga durata.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3.3V o 5V?

R: No. Un LED deve avere la sua corrente limitata. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione a bassa impedenza come un pin MCU causerebbe un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente distruggendo sia il LED che l'uscita del MCU. Utilizzare sempre un resistore limitatore di corrente o un circuito driver.

D2: Qual è la differenza tra i bin P, Q e R?

R: Rappresentano diversi livelli minimi garantiti di output radiante. Il bin R ha l'output minimo più alto (30 mW/sr), seguito da Q (21 mW/sr), e poi P (15 mW/sr). Scegliere in base alla forza del segnale richiesta e al margine di collegamento nella vostra applicazione.

D3: La scheda tecnica mostra una Corrente Diretta di Picco di 1A. Posso usarla per applicazioni pulsate ad alta potenza?

R: Sì, ma solo nelle condizioni rigorose indicate: la larghezza dell'impulso deve essere di 100 microsecondi o meno, e il ciclo di lavoro deve essere dell'1% o meno (es. un impulso di 100μs ogni 10ms). Ciò consente al LED di gestire un'alta potenza istantanea senza surriscaldarsi.

D4: Perché le condizioni di stoccaggio e la durata di conservazione sono importanti?

R: I componenti elettronici in package plastico possono assorbire umidità dall'atmosfera. Durante il processo di saldatura ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può espandersi rapidamente, causando delaminazione interna o \"popcorning\", che incrina il package e distrugge il dispositivo. Rispettare le linee guida di stoccaggio e, se necessario, preriscaldare i componenti è fondamentale per una produzione ad alta resa.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettare un Semplice Sensore di Rilevamento Oggetti.

Un uso comune è un sensore a fascio interrotto. L'HIR323C è posizionato su un lato di un percorso, e un fototransistor (corrispondente a 850nm) è posizionato direttamente di fronte. Un microcontrollore pilota il LED attraverso un resistore da 100Ω da un'alimentazione a 5V, ottenendo una corrente diretta di circa (5V - 1.45V)/100Ω = 35.5mA. Il LED è pulsato a 1kHz con un ciclo di lavoro del 50% per risparmiare energia e consentire il rigetto della luce ambientale tramite rilevamento sincrono nel microcontrollore. L'output del fototransistor viene letto dall'ADC del MCU. Quando un oggetto interrompe il fascio, la lettura ADC cala, innescando un'azione. Lo stretto angolo di visione di 15 gradi dell'HIR323C aiuta a creare una zona di rilevamento ben definita, riducendo i falsi trigger da oggetti che passano vicino ma non attraverso il fascio.

12. Introduzione al Principio

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore che emette luce quando polarizzato direttamente. Quando la corrente elettrica scorre dall'anodo (materiale di tipo p) al catodo (materiale di tipo n), gli elettroni si ricombinano con le lacune nella regione di giunzione, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda della luce emessa è determinata dal bandgap del materiale semiconduttore. Per l'HIR323C, il sistema di materiale GaAlAs ha un bandgap corrispondente a fotoni nella regione del vicino infrarosso attorno a 850 nanometri. La lente in epossidico trasparente è trasparente a questa lunghezza d'onda ed è sagomata per produrre il modello di radiazione desiderato (angolo di visione).

13. Tendenze di Sviluppo

La tendenza nella tecnologia degli emettitori infrarossi continua verso una maggiore efficienza (più potenza ottica in uscita per watt di ingresso elettrico), che consente una maggiore portata, un minor consumo energetico, o entrambi. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione, con i package a montaggio superficiale (SMD) che diventano più diffusi rispetto ai tipi a foro passante come il T-1 per il montaggio automatizzato. L'integrazione è un'altra tendenza, con moduli combinati emettitore-sensore e sensori intelligenti con elaborazione del segnale integrata che diventano comuni. Inoltre, l'adesione e il superamento delle normative ambientali (come i requisiti privi di alogeni) rimangono un focus chiave per i produttori di componenti che servono i mercati globali. Mentre lo standard 850nm rimane popolare grazie alla buona risposta dei sensori al silicio e al basso costo, altre lunghezze d'onda come 940nm stanno guadagnando terreno per applicazioni in cui la visibilità della debole luminescenza rossa (presente in alcuni LED a 850nm) è indesiderata.