Scheda Tecnica LED Infrarosso HIR25-21C/L423/TR8 con Altezza 0.8mm e Lente Piano-Trasparente - Dimensioni 2.0x1.25x0.8mm - Tensione 1.35V - Potenza 100mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR25-21C/L423/TR8 è un diodo emettitore infrarosso (IR) a montaggio superficiale (SMD) di dimensioni ridotte. È contenuto in un package compatto a due terminali con un profilo eccezionalmente basso di 0.8mm, ideale per applicazioni con spazio limitato. Il dispositivo è modellato in plastica trasparente con una lente a superficie piana, che fornisce un diagramma di radiazione specifico. Il suo materiale semiconduttore principale è l'Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs), progettato per un'ottimale corrispondenza spettrale con fotodiodi e fototransistor al silicio, garantendo alta efficienza nei sistemi di rilevamento.

Il prodotto è progettato con una caratteristica di bassa tensione diretta, contribuendo all'efficienza energetica complessiva del sistema. È pienamente conforme agli standard ambientali e di sicurezza moderni, incluso l'essere privo di piombo (Pb-free), conforme al regolamento UE REACH e soddisfacente i requisiti di assenza di alogeni (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). Il dispositivo è fornito su nastro da 8mm montato su bobine da 7 pollici di diametro, facilitando i processi di assemblaggio automatizzato.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti in condizioni di temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questi valori può causare danni permanenti. La tensione inversa (V_R) è specificata a 5V. La corrente diretta (I_F) ha un valore massimo di 100mA. La dissipazione di potenza (P_D) è nominalmente di 100mW. L'intervallo di temperatura di funzionamento è da -40°C a +85°C, mentre l'intervallo di temperatura di stoccaggio si estende da -40°C a +100°C. La temperatura di saldatura deve essere gestita con cura, con un picco di 260°C per 10 secondi secondo il profilo di rifusione senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

I parametri di prestazione chiave sono tipicamente misurati a I_F=20mA e Ta=25°C. La tensione diretta (V_F) è tipicamente di 1.35V. L'intensità radiante (I_e) è specificata con un valore minimo, definendo la potenza ottica in uscita. La lunghezza d'onda di emissione di picco (λ_p) è centrata nello spettro infrarosso, tipicamente attorno a 940nm, in perfetto allineamento con la sensibilità di picco dei comuni ricevitori al silicio. È definita anche la larghezza di banda spettrale (a metà altezza), che indica l'intervallo di lunghezze d'onda emesse. L'angolo di visione è determinato dal design della lente piana, fornendo un diagramma di radiazione specifico adatto per applicazioni mirate.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il codice HIR25-21C/L423/TR8 incorpora una struttura di binning per garantire prestazioni uniformi. Sebbene la scheda tecnica fornisca una guida generale di selezione indicando il materiale del chip GaAlAs e la lente trasparente, i bin specifici per parametri come la lunghezza d'onda di picco (HUE) e l'intensità radiante (CAT) sono gestiti durante la produzione. I clienti ricevono componenti entro intervalli di tolleranza specificati per questi parametri chiave, garantendo che il dispositivo funzioni come richiesto nel loro circuito e applicazione specifici. I codici 'L423' e 'TR8' all'interno del numero di parte si riferiscono, rispettivamente, a specifici bin di prestazione e alle specifiche di imballaggio in nastro/bobina.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche che forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo oltre ai dati tabellari.

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

Questa curva illustra la relazione tra la corrente che attraversa il LED e la tensione ai suoi terminali. Mostra tipicamente una relazione esponenziale, con una definita tensione di "ginocchio". La caratteristica di bassa tensione diretta di questo LED è qui confermata visivamente, mostrando che inizia a condurre significativamente a una tensione inferiore rispetto ad alcune alternative, il che è vantaggioso per progetti di circuiti a bassa tensione.

4.2 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra l'uscita ottica (intensità radiante) in funzione della corrente di pilotaggio. Dimostra tipicamente una relazione lineare entro l'intervallo di corrente operativa consigliato, confermando che l'emissione luminosa è direttamente proporzionale alla corrente. Questa linearità è cruciale per applicazioni che richiedono segnali modulati, come nella trasmissione dati a infrarossi.

4.3 Intensità Radiante vs. Temperatura Ambiente

Questa curva descrive come la potenza ottica in uscita diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente. Come tutti i LED, l'efficienza di questo emettitore IR cala con l'aumentare della temperatura. Comprendere questa derating è fondamentale per progettare sistemi che funzionino in modo affidabile su tutto l'intervallo di temperatura, specialmente in ambienti ad alta temperatura. Una gestione termica adeguata può essere necessaria in applicazioni ad alta potenza o alta temperatura per mantenere un'uscita costante.

4.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico di distribuzione spettrale mostra la potenza radiante relativa emessa attraverso diverse lunghezze d'onda. Mostrerà un picco netto alla lunghezza d'onda nominale (es. 940nm) con una forma caratteristica e una certa larghezza a metà altezza. Questa visualizzazione conferma la buona corrispondenza spettrale con i fotorivelatori al silicio, la cui curva di responsività ha il picco nella stessa regione del vicino infrarosso.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Package

Il LED ha un ingombro molto compatto. Le dimensioni del package sono 2.0mm di lunghezza, 1.25mm di larghezza e 0.8mm di altezza (valori nominali). Disegni meccanici dettagliati forniscono tutte le dimensioni critiche, inclusa la spaziatura dei terminali, la posizione dei pad e la geometria della lente. Le tolleranze per la maggior parte delle dimensioni sono ±0.1mm salvo diversa specifica. L'anodo e il catodo sono chiaramente marcati sul package per una corretta identificazione della polarità durante l'assemblaggio.

5.2 Layout Consigliato dei Pad

Viene fornito un land pattern (impronta) suggerito per il design del PCB. Questo include le dimensioni e la spaziatura consigliate per i pad per garantire una saldatura affidabile e stabilità meccanica. La scheda tecnica nota esplicitamente che questo è solo a titolo di riferimento e che i progettisti dovrebbero modificare le dimensioni dei pad in base alle specifiche capacità di produzione del PCB e ai requisiti dell'applicazione, come considerazioni termiche o di stress meccanico.

5.3 Dimensioni del Nastro Portacomponenti

Il dispositivo è fornito in nastro portacomponenti a tasche per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. La larghezza del nastro è di 8mm. Sono fornite le dimensioni dettagliate per la cavità che contiene il LED, la spaziatura tra le tasche (passo) e il posizionamento dei fori di trascinamento. Ogni bobina contiene 2000 pezzi (PCS).

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

I LED sono confezionati in una busta anti-umidità con essiccante. La busta non deve essere aperta finché i componenti non sono pronti per l'uso. Dopo l'apertura, i LED devono essere conservati a 30°C o meno e con un'umidità relativa del 60% o meno. Devono essere utilizzati entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura della busta. Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante indica assorbimento di umidità, è necessario un trattamento di essiccamento a 60 ± 5°C per 24 ore prima dell'uso per prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la saldatura a rifusione.

6.2 Profilo di Rifusione (Reflow)

È raccomandato un profilo di temperatura per saldatura a rifusione senza piombo. I parametri chiave includono una fase di preriscaldamento, un riscaldamento graduale, una temperatura di picco non superiore a 260°C e un tempo sopra il liquido (tipicamente 217°C) di 30-60 secondi. La temperatura di picco deve essere mantenuta per un massimo di 10 secondi. La saldatura a rifusione non deve essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo per evitare danni termici al package plastico e al die semiconduttore.

6.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, è indispensabile prestare estrema attenzione. La temperatura della punta del saldatore dovrebbe essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto per terminale dovrebbe essere limitato a 3 secondi o meno. Si raccomanda un saldatore a bassa potenza (25W o meno). Dovrebbe essere consentito un intervallo di raffreddamento di almeno 2 secondi tra la saldatura dei due terminali. La riparazione dopo la saldatura è fortemente sconsigliata. Se inevitabile, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a doppia testa specializzato per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, prevenendo lo stress termico che solleverebbe un pad mentre l'altro è ancora saldato. Il potenziale di danno durante la rilavorazione è alto e dovrebbe essere valutato preventivamente.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

L'imballaggio standard è di 2000 pezzi per bobina da 7 pollici su nastro portacomponenti largo 8mm. Il numero di parte HIR25-21C/L423/TR8 racchiude la serie del prodotto, specifici bin di prestazione e il tipo di imballaggio. Le etichette sulla bobina includeranno il Numero di Parte (P/N), il Numero di Lotto (LOT No), la Quantità (QTY), la Lunghezza d'Onda di Picco (HUE), il Rango (CAT) e il Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL-X).

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Sensore Infrarosso Montato su PCB:Il LED è utilizzato come sorgente luminosa in sensori di prossimità, rilevamento oggetti e robot inseguitori di linea. È spesso accoppiato con un fototransistor o un fotodiodo. Una resistenza di limitazione della corrente è assolutamente obbligatoria in serie con il LED per prevenire danni da sovracorrente, poiché la tensione diretta del LED ha un coefficiente di temperatura negativo e non è un limitatore di corrente affidabile.

Telecomando a Infrarossi:Per telecomandi che richiedono alta potenza, questo LED può fornire un'intensità radiante sufficiente per una portata maggiore o attraverso ostacoli. È tipicamente pilotato con correnti pulsate superiori alla valutazione DC continua (es. impulsi da 100mA) per ottenere lampi di luce intensi per la trasmissione dati.

Scanner e Sistemi ad Applicazione Infrarossa:Utilizzato in scanner per codici a barre, sistemi di riconoscimento gestuale e encoder ottici.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Pilotaggio della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante. Il valore della resistenza è calcolato come R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.

Gestione Termica:Sebbene il package sia piccolo, il funzionamento continuo ad alte correnti in ambienti ad alta temperatura può portare a surriscaldamento e riduzione della durata di vita. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o l'uso di via termiche se necessario.

Allineamento Ottico:La lente piana fornisce un diagramma del fascio specifico. Per un accoppiamento ottimale con un ricevitore, considerare il posizionamento relativo e eventuali lenti o aperture necessarie.

Protezione da ESD:Sebbene non sia esplicitamente dichiarato sensibile in questa scheda tecnica, è buona pratica maneggiare tutti i dispositivi semiconduttori con precauzioni ESD.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione dell'HIR25-21C/L423/TR8 sono il suoprofilo ultra-basso di 0.8mm, che è più sottile di molti LED SMD standard, e la sualente piana trasparente. Rispetto alle lenti a cupola, la superficie piana può offrire un diagramma di radiazione più focalizzato o di forma diversa, il che può essere vantaggioso in specifiche applicazioni di sensing dove la luce deve essere diretta in un modo particolare. La bassa tensione diretta contribuisce all'efficienza energetica. L'uso del materiale GaAlAs e un binning preciso garantiscono un'ottima e uniforme corrispondenza con i rivelatori al silicio, che può migliorare il rapporto segnale/rumore nei sistemi sensoriali rispetto a LED con spettri più ampi o non corrispondenti.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Perché una resistenza in serie è obbligatoria?

R: La curva I-V di un LED è esponenziale. Un piccolo aumento della tensione oltre il punto di ginocchio provoca un aumento molto grande, potenzialmente distruttivo, della corrente. Una resistenza fornisce una relazione lineare tra tensione di alimentazione e corrente, stabilizzando il punto di lavoro.

D: Posso pilotare questo LED con impulsi superiori a 100mA?

R: Possibilmente, ma solo in specifiche condizioni pulsate (basso duty cycle, breve larghezza d'impulso) come definito dalle curve di derating, che non sono fornite in questo estratto. Superare il valore massimo assoluto in qualsiasi condizione rischia di danneggiare immediatamente il dispositivo.

D: Cosa significa "corrispondenza spettrale con rivelatore al silicio"?

R: Significa che la lunghezza d'onda di picco e la larghezza spettrale della luce emessa dal LED si allineano strettamente con la regione di sensibilità di picco di un fotodiodo o fototransistor al silicio standard. Ciò massimizza il segnale elettrico generato dal rivelatore per una data potenza ottica, migliorando l'efficienza e la portata del sistema.

D: Quanto è critica la "vita a banco" di 7 giorni dopo l'apertura della busta?

R: Molto critica se i dispositivi devono subire una saldatura a rifusione. L'umidità assorbita può vaporizzarsi durante il processo di rifusione ad alta temperatura, causando delaminazione interna o crepe ("popcorning"). Se la vita a banco viene superata, è richiesta l'essiccazione.

11. Esempi Pratici di Utilizzo

Caso 1: Interruttore a Rilevamento Oggetto Senza Contatto.Il LED è montato su un lato di un varco e un fototransistor è montato di fronte. Un oggetto che passa attraverso il varco interrompe il fascio infrarosso, causando una variazione nell'uscita del fototransistor. Il profilo basso consente a questo sensore di essere integrato in dispositivi molto sottili. La lunghezza d'onda costante garantisce un'attivazione affidabile attraverso le variazioni di temperatura.

Caso 2: Telecomando TV Potenziato.Un progettista ha bisogno di un telecomando che funzioni da angoli più ampi o attraverso leggeri ostacoli. Utilizzando questo LED con un pilotaggio a corrente pulsata più alta può fornire una maggiore intensità radiante rispetto a un LED IR standard, migliorando le prestazioni. La lente piana può anche aiutare a disperdere la luce in modo leggermente diverso per una copertura più ampia.

Caso 3: Encoder Ottico Miniaturizzato.In un piccolo encoder rotativo, il LED e il rivelatore sono posizionati su entrambi i lati di un disco codificato. Il package sottile di 0.8mm è cruciale per adattarsi all'assemblaggio meccanico stretto dell'encoder. La buona corrispondenza spettrale garantisce un segnale digitale pulito dal rivelatore mentre il disco ruota.

12. Introduzione al 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 di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, viene rilasciata energia. Nel materiale GaAlAs utilizzato qui, questa energia corrisponde a un fotone nello spettro infrarosso (tipicamente attorno alla lunghezza d'onda di 940nm). La composizione specifica degli atomi di Gallio, Alluminio e Arseniuro determina l'energia del bandgap e quindi la lunghezza d'onda della luce emessa. Il package in resina epossidica trasparente incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e la superficie piana superiore funge da lente primaria per modellare il diagramma di radiazione della luce emessa.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

La tendenza nei LED infrarossi SMD continua versomaggiore efficienza(più potenza radiante per watt elettrico in ingresso),dimensioni del package più piccoleper dispositivi sempre più compatti, eaffidabilità aumentatain condizioni ambientali severe. C'è anche sviluppo nella creazione di LED con uscite spettrali specifiche e strette per applicazioni di sensing avanzate e nell'integrazione di più emettitori (es. diverse lunghezze d'onda) in un unico package. La spinta verso un consumo energetico inferiore nei dispositivi IoT alimentati a batteria spinge verso una tensione diretta più bassa e una maggiore efficienza. Inoltre, i progressi nei materiali di incapsulamento mirano a migliorare le prestazioni termiche e la resistenza all'umidità, potenzialmente rilassando alcuni dei severi requisiti di gestione.