Scheda tecnica LED infrarosso 850nm 3.0x3.0x2.1mm 1.7V 1.7W pacchetto EMC

1. Panoramica del prodotto

Questo LED infrarosso è progettato in un pacchetto EMC con elevata affidabilità, adatto per sistemi di sorveglianza, illuminazione a infrarossi per fotocamere e sistemi di visione artificiale. Le dimensioni del pacchetto sono 3,00 mm x 3,00 mm x 2,10 mm. Presenta una lunghezza d'onda di picco di 850nm, bassa tensione diretta e conformità RoHS. Il livello di sensibilità all'umidità è di Livello 3.

1.1 Descrizione generale

Questo prodotto utilizza una struttura a pacchetto EMC (Epoxy Molding Compound), che offre eccellente affidabilità e resistenza meccanica. È ampiamente applicato in vari sistemi di sorveglianza e prodotti elettronici con sensori. L'impronta compatta quadrata di 3,0 mm consente progetti di array densi.

1.2 Caratteristiche

• Bassa tensione diretta (tipica 1,7V a 1000mA)
• Lunghezza d'onda di picco λp=850nm
• Applicazione di saldatura a rifusione senza piombo
• Livello di sensibilità all'umidità: Livello 3 (168 ore di vita a terra)
• Conforme alla direttiva RoHS

1.3 Applicazioni

• Sistemi di sorveglianza
• Illuminazione a infrarossi per fotocamere
• Sistemi di visione artificiale

2. Analisi dei parametri tecnici

2.1 Caratteristiche ottiche ed elettriche

La seguente tabella riassume i parametri ottici ed elettrici principali misurati a Ts=25°C con una corrente diretta di 1000mA (salvo diversa indicazione):

La tensione diretta varia da 1,4V a 2,0V a 1000mA, con un valore tipico di 1,7V. Questa bassa tensione diretta riduce la dissipazione di potenza e migliora l'efficienza del sistema. La lunghezza d'onda di picco è centrata a 850nm, ideale per i sensori delle fotocamere al silicio che hanno la massima sensibilità intorno a questa lunghezza d'onda. La larghezza spettrale a metà altezza di 37nm offre un buon equilibrio tra efficienza e compatibilità con i filtri. Il flusso radiante totale varia da 450mW a 1120mW, consentendo un'elevata emissione ottica per l'illuminazione a lunga distanza. L'angolo di visione di 90° fornisce un fascio ampio adatto per l'illuminazione di aree. La resistenza termica dal giunto al punto di saldatura è di 16°C/W, indicando buone prestazioni termiche.

2.2 Valori massimi assoluti

Per garantire un funzionamento sicuro, il LED non deve superare i seguenti valori massimi assoluti:

Notare che la corrente diretta di 1000mA è per funzionamento pulsato (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0,1 ms). Per il funzionamento continuo, la dissipazione del calore deve essere gestita attentamente per mantenere la temperatura del giunto al di sotto di 115°C. La protezione ESD durante la manipolazione è essenziale.

3. Sistema di binning

I LED sono selezionati e raggruppati in base al flusso radiante totale (Φe) e alla lunghezza d'onda di picco (WLP) durante la produzione. Il codice bin è stampato sull'etichetta insieme ai valori specifici di Φe e WLP. Ciò consente prestazioni ottiche coerenti in applicazioni che richiedono array di LED accoppiati, come pannelli di illuminazione per fotocamere.

4. Analisi delle curve di prestazione

4.1 Tensione diretta vs. Corrente diretta

La Figura 1-6 mostra la tensione diretta tipica in funzione della corrente diretta. A 1000mA, VF è circa 1,7V. La curva segue il tipico comportamento esponenziale del diodo. I progettisti devono tenere conto di questa variazione quando progettano driver a corrente costante.

4.2 Corrente diretta vs. Intensità relativa

La Figura 1-7 mostra che l'intensità radiante relativa aumenta quasi linearmente con la corrente diretta fino a 1000mA, indicando una buona efficienza. A correnti inferiori, l'emissione è proporzionalmente più bassa, ma la linearità suggerisce prestazioni costanti in un ampio intervallo operativo.

4.3 Temperatura vs. Intensità relativa

La Figura 1-8 rivela che l'intensità relativa diminuisce all'aumentare della temperatura del punto di saldatura (Ts). A 85°C, l'intensità si riduce a circa l'80% del valore a 25°C. Questo effetto termico deve essere considerato in ambienti ad alta temperatura o quando si pilota il LED vicino alla sua corrente massima.

4.4 Distribuzione spettrale

La Figura 1-9 mostra lo spettro di emissione centrato a 850nm con una larghezza a metà altezza di 37nm. Lo spettro è tipico per i LED a infrarossi basati su materiale GaAs. Questa emissione stretta corrisponde bene ai comuni fotorilevatori al silicio.

4.5 Diagramma di radiazione

La Figura 1-10 illustra il pattern di radiazione con un semi-angolo di 45° (larghezza totale a metà altezza 90°). Il pattern è approssimativamente Lambertiano, fornendo illuminazione uniforme su un'area ampia.

4.6 Temperatura vs. Corrente diretta

La Figura 1-11 mostra la massima corrente diretta consentita in funzione della temperatura del punto di saldatura. A Ts=25°C, la corrente massima è 1000mA; a Ts=85°C, scende a circa 500mA. Questa curva di derating è cruciale per la gestione termica.

5. Informazioni meccaniche e di confezionamento

5.1 Dimensioni del pacchetto

Il pacchetto LED ha dimensioni di 3,00 mm x 3,00 mm x 2,10 mm (LxPxA). Il corpo del pacchetto è nero con una lente trasparente agli infrarossi. I pad anodico e catodico sono identificati nella vista dal basso. Il pad catodico ha un'area più grande per la dissipazione del calore. Il pattern di pad di saldatura consigliato è fornito nella Figura 1-5 con dimensioni specifiche (0,69 mm, 1,45 mm, 0,46 mm, ecc.) per garantire un corretto attacco meccanico e termico.

5.2 Identificazione della polarità

La polarità è contrassegnata sul pacchetto: anodo (positivo) e catodo (negativo) sono indicati. La vista dal basso mostra le posizioni dei pad.

5.3 Dimensioni del nastro trasportatore e della bobina

I LED sono confezionati in nastro trasportatore con dimensioni come mostrato nella Figura 2-1. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le dimensioni della bobina sono: A=12,7±0,3mm, B=330,2±2mm, C=79,5±1mm, D=14,3±0,2mm. Il nastro ha un segno di polarità per indicare l'orientamento.

5.4 Informazioni dell'etichetta

L'etichetta include il numero di parte, il numero di specifica, il numero di lotto, il codice bin (inclusi flusso radiante totale e bin della lunghezza d'onda di picco), il bin della tensione diretta, la quantità e la data. L'etichetta contiene anche un codice a barre per la tracciabilità.

6. Guida alla saldatura e all'assemblaggio

6.1 Profilo di saldatura a rifusione SMT

Il profilo di saldatura a rifusione consigliato è mostrato nella Figura 3-1. Parametri chiave: preriscaldamento da 150°C a 200°C per 60-120s; tempo sopra 217°C: max 60s; temperatura di picco: 260°C per max 10s; velocità di raffreddamento: max 6°C/s. Il tempo totale da 25°C al picco deve essere inferiore a 8 minuti. La saldatura a rifusione non deve essere eseguita più di due volte. Se passano più di 24 ore tra le due rifusioni, i LED potrebbero essere danneggiati a causa dell'assorbimento di umidità.

6.2 Saldatura a mano

Se è necessaria la saldatura a mano, la temperatura del saldatore deve essere inferiore a 300°C e il tempo di contatto inferiore a 3 secondi. È consentita una sola operazione di saldatura a mano.

6.3 Riparazione

Non è consigliata la riparazione dopo la saldatura. Se inevitabile, utilizzare un saldatore a doppia punta e verificare che le caratteristiche del LED non siano compromesse.

6.4 Precauzioni

L'incapsulante è silicone, che è morbido. Non applicare pressione eccessiva sulla superficie superiore. Evitare di montare LED su PCB deformati e non piegare la scheda dopo la saldatura. Non applicare forza meccanica o vibrazioni durante il raffreddamento. Un raffreddamento rapido deve essere evitato.

7. Informazioni su confezionamento e ordine

7.1 Quantità di confezionamento

Confezionamento standard: 3000 pezzi per bobina. I LED sono posizionati in nastro trasportatore e avvolti su una bobina secondo EIA-481.

7.2 Imballaggio resistente all'umidità

Ogni bobina è collocata in un sacchetto barriera all'umidità (MBB) con un essiccante e una carta indicatrice di umidità. Il sacchetto viene quindi sigillato per mantenere un ambiente a bassa umidità. L'etichetta include informazioni sul livello di sensibilità all'umidità.

7.3 Scatola di cartone

Più bobine sono imballate in una scatola di cartone con adeguata imbottitura per il trasporto.

7.4 Condizioni di conservazione

Prima di aprire il sacchetto di foglio di alluminio, conservare a ≤30°C e ≤75% UR per un massimo di un anno dalla data di confezionamento. Dopo l'apertura, i LED devono essere utilizzati entro 168 ore (7 giorni) se conservati a ≤30°C e ≤60% UR. Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante è sbiadito, è necessario un baking a 60±5°C per ≥24 ore prima dell'uso.

8. Precauzioni per la manipolazione

8.1 Restrizioni su zolfo e alogeni

L'ambiente operativo e i materiali di accoppiamento non devono contenere elementi di zolfo o composti che superino 100 PPM. Il contenuto di bromo e cloro deve essere ciascuno inferiore a 900 PPM, con il loro totale inferiore a 1500 PPM. Ciò aiuta a prevenire la corrosione e lo scolorimento del LED.

8.2 VOC e compatibilità dei materiali

I composti organici volatili (VOC) dei materiali degli apparecchi possono penetrare nell'incapsulante siliconico e causare scolorimento se esposti a calore e luce. Si consiglia di testare tutti i materiali per la compatibilità nell'ambiente applicativo specifico. Non utilizzare adesivi che emettono vapori organici.

8.3 Manipolazione della superficie siliconica

La superficie della lente in silicone è morbida e attira facilmente la polvere. Maneggiare il componente lateralmente utilizzando pinzette o strumenti appropriati. Evitare di toccare direttamente la superficie della lente. Se è necessaria la pulizia, utilizzare alcol isopropilico. Non è consigliata la pulizia a ultrasuoni in quanto potrebbe danneggiare il LED.

8.4 Considerazioni sulla progettazione del circuito

Progettare il circuito di pilotaggio per limitare la corrente al di sotto del valore massimo assoluto. Utilizzare un resistore limitatore di corrente o un driver a corrente costante. Piccole variazioni di tensione possono causare grandi variazioni di corrente a causa della ripida curva I-V. Non applicare tensione inversa al LED poiché potrebbe causare migrazione e danni.

8.5 Progettazione termica

La gestione termica è critica. La temperatura del giunto non deve superare 115°C in qualsiasi momento. Fornire una adeguata dissipazione del calore attraverso l'area di rame del PCB e i via termici. La resistenza termica dal giunto al punto di saldatura è di 16°C/W, quindi per una dissipazione di potenza di 1,7W, l'aumento di temperatura dal punto di saldatura al giunto è di circa 27°C. Assicurarsi che la temperatura ambiente più l'aumento rimanga al di sotto di 115°C.

8.6 Protezione ESD

Il LED ha una tensione di tenuta ESD di 2000V (HBM). Tuttavia, è necessaria la protezione ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio. Utilizzare postazioni di lavoro con messa a terra, braccialetti antistatici e imballaggi conduttivi.

9. Raccomandazioni applicative

Il LED a infrarossi 850nm è ideale per telecamere di sicurezza, illuminazione per visione notturna e illuminazione per visione artificiale. Per prestazioni ottimali, progettare un driver a corrente costante con capacità di dimmerazione a modulazione di larghezza di impulso (PWM). Utilizzare tecniche di dissipazione del calore come via termici e piani di rame sul PCB. L'angolo di visione di 90° è adatto per l'illuminazione di aree ampie; per un fascio più stretto, è possibile utilizzare ottiche esterne. Assicurarsi che l'emissione spettrale del LED corrisponda al picco di sensibilità del sensore della fotocamera (tipicamente intorno a 850nm per i sensori al silicio).

10. Test di affidabilità

10.1 Elementi e condizioni di test

Il prodotto ha superato test di affidabilità secondo gli standard JEDEC, inclusi: Rifusione (260°C, 10s, 3 volte), Ciclo termico (-40°C a 100°C, 100 cicli), Shock termico (-40°C a 100°C, 300 cicli), Stoccaggio ad alta temperatura (100°C, 1000 ore), Stoccaggio a bassa temperatura (-40°C, 1000 ore), Test di vita (25°C, 1000mA, 1000 ore) e Test di vita ad alta temperatura e alta umidità (85°C/85%UR, 1000mA, 1000 ore). Tutti i test sono stati superati con criteri di accettazione di 0 guasti su 10 campioni.

10.2 Criteri di guasto

Il guasto è definito come: Tensione diretta supera il limite superiore di specifica (U.S.L) x 1,1; Corrente inversa supera U.S.L x 2,0; Flusso radiante totale scende al di sotto del limite inferiore di specifica (L.S.L) x 0,7.

11. Principio di funzionamento

Questo LED a infrarossi si basa su una giunzione p-n a semiconduttore realizzata in arseniuro di gallio (GaAs) o composti III-V correlati. Quando polarizzato direttamente, gli elettroni si ricombinano con le lacune nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni. L'energia del bandgap determina la lunghezza d'onda del fotone; per 850nm, il materiale è tipicamente GaAs con un certo contenuto di alluminio. Il pacchetto EMC incapsula il chip e fornisce dissipazione del calore e protezione.

12. Tendenze di sviluppo

La domanda di LED a infrarossi continua a crescere con l'espansione dei sistemi di sorveglianza, dei veicoli autonomi (LiDAR) e dell'automazione industriale. Le tendenze future includono densità di potenza più elevate, pacchetti più piccoli ed efficienza migliorata. L'integrazione dei LED IR con driver avanzati e sistemi di controllo intelligenti consentirà l'illuminazione adattiva. Inoltre, lo spostamento verso lunghezze d'onda più lunghe (940nm) per l'illuminazione dissimulata è in aumento, ma 850nm rimane dominante per le fotocamere standard grazie alla migliore sensibilità del sensore.

13. Domande frequenti

D: Qual è la massima corrente diretta continua? R: Il massimo assoluto è 1000mA, ma solo per funzionamento pulsato (ciclo 1/10). Per il funzionamento continuo in DC, la corrente deve essere ridotta in base alla temperatura. A 25°C ambiente con buona dissipazione, la corrente continua tipica è di circa 500mA per mantenere la temperatura del giunto sicura.

D: Come gestire componenti MSL Livello 3? R: Conservare in sacchetto barriera all'umidità sigillato. Dopo l'apertura, utilizzare entro 168 ore o cuocere a 60°C per 24 ore prima della rifusione.

D: Posso utilizzare questo LED in telecamere esterne? R: Sì, ma assicurarsi che l'intervallo di temperatura operativa sia compreso tra -40°C e +85°C e che l'involucro fornisca una gestione termica adeguata.

D: Qual è il driver LED consigliato? R: Un driver a corrente costante con una corrente nominale basata sulla progettazione termica. Ad esempio, se si pilota a 700mA, un driver da 1,5W potrebbe essere sufficiente.

14. Casi applicativi pratici

Caso 1: Visione notturna con telecamera bullet - Un array 3x3 di questi LED viene utilizzato in una telecamera bullet, fornendo illuminazione efficace fino a 30 metri. L'angolo del fascio di 90° copre il campo visivo della telecamera. Il progetto termico utilizza un PCB con nucleo in alluminio per dissipare il calore.

Caso 2: Ispezione con visione artificiale - In una fabbrica, una telecamera a scansione lineare utilizza un array LED IR ad alta potenza (12 LED) per illuminare parti in movimento. Il funzionamento pulsato a 500mA, ciclo di lavoro del 50%, garantisce un'illuminazione costante senza surriscaldamento.