Scheda Tecnica LED Infrarosso HIR-S06-P120/L649-P03/TR - 850nm - 3.45V - 1A - 890mW - Pacchetto SMD

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR-S06-P120/L649-P03/TR è un diodo emettitore di luce (LED) infrarosso (IR) ad alta potenza, progettato per applicazioni che richiedono un'illuminazione infrarossa forte ed efficiente. È un dispositivo a montaggio superficiale (SMD) alloggiato in un contenitore compatto a faccia piana con lente in epossidice trasparente. La funzione principale di questo componente è emettere luce infrarossa a una lunghezza d'onda di picco di 850 nanometri (nm), ottimamente abbinata alla sensibilità spettrale dei fotorivelatori al silicio come fotodiodi e fototransistor. I suoi vantaggi principali includono un'elevata potenza radiante in un fattore di forma ridotto, la conformità alle normative ambientali (RoHS, REACH, senza alogeni) e l'idoneità per i processi di assemblaggio automatizzati.

1.1 Caratteristiche Principali e Applicazioni

Il dispositivo è caratterizzato da alta efficienza e dimensioni ridotte del pacchetto. Le caratteristiche principali includono una lunghezza d'onda di picco (λp) di 850 nm, l'idoneità per la saldatura a tecnologia a montaggio superficiale (SMT) e la conformità agli standard senza piombo, REACH UE e senza alogeni (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Offre anche una tensione di tenuta alle scariche elettrostatiche (ESD) di 2kV. I mercati e le applicazioni principali sono i sistemi che richiedono illuminazione invisibile per imaging o rilevamento. L'applicazione più comune è come sorgente di luce infrarossa per telecamere CCD, dove fornisce l'illuminazione necessaria per la visione notturna o l'imaging in condizioni di scarsa luce. È adatto anche per vari altri sistemi a infrarossi, come sistemi di sicurezza, visione artificiale, sensori di prossimità e interruttori ottici.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche del dispositivo, come definito nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori non devono mai essere superati durante il funzionamento. Per l'HIR-S06-P120/L649-P03/TR, i limiti chiave sono:

• Corrente Diretta Continua (IF):1000 mA. Questa è la massima corrente continua che può attraversare continuamente il LED.
• Tensione Inversa (VR):5 V. L'applicazione di una tensione inversa superiore a questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40°C a +100°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è progettato per funzionare.
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg):-40°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo.
• Temperatura di Giunzione (Tj):115°C. La massima temperatura ammissibile alla giunzione del semiconduttore stessa.
• Dissipazione di Potenza (Pd):3 W a IF=700mA. Questo indica la massima potenza che il pacchetto può dissipare come calore in una specifica condizione di test. La scheda tecnica raccomanda esplicitamente di aggiungere un dissipatore di calore a questo dispositivo per gestire efficacemente il carico termico e prevenire il superamento del limite di temperatura di giunzione.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri, misurati a una temperatura ambiente standard di 25°C, definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali. I valori sono tipicamente presentati come Minimo, Tipico e Massimo.

• Potenza Radiante Totale (Po):Questa è la potenza ottica totale emessa dal LED in tutte le direzioni, misurata in milliwatt (mW). Il valore tipico aumenta con la corrente di pilotaggio: 340 mW a 350 mA, 650 mW a 700 mA e 890 mW a 1 A. Ciò dimostra la capacità ad alta potenza del dispositivo.
• Intensità Radiante (Ie):Misurata in mW/sr (milliwatt per steradiante), questa è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido. È una misura della luminosità del LED in una direzione specifica. I valori tipici sono 115 mW/sr (350 mA), 220 mW/sr (700 mA) e 290 mW/sr (1 A).
• 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 una lunghezza d'onda comune per l'illuminazione IR poiché è invisibile all'occhio umano ma ben rilevata dai sensori al silicio e da molti sensori di telecamera.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):25 nm (tipico). Questo definisce l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, tipicamente misurato a metà della potenza massima (Larghezza a Metà Altezza - FWHM). Una larghezza di banda di 25nm indica un'uscita spettrale relativamente stretta centrata attorno a 850nm.
• Tensione Diretta (VF):La caduta di tensione ai capi del LED quando scorre corrente. Aumenta con la corrente: 3,10 V (350 mA), 3,25 V (700 mA), 3,45 V (1 A). Questo è fondamentale per la progettazione del circuito di pilotaggio.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 10 μA a VR=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo.
• Angolo di Visione (2θ1/2):120 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale in cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo di 120 gradi indica un fascio molto ampio, adatto per l'illuminazione di aree estese.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve di prestazione tipiche, essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard.

3.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV)

Questo grafico (Fig.1) mostra la relazione tra la corrente che attraversa il LED (IF) e la tensione ai suoi capi (VF). È non lineare. La curva consente ai progettisti di determinare la tensione di esercizio per una data corrente di pilotaggio, il che è cruciale per selezionare un resistore limitatore di corrente appropriato o progettare un driver a corrente costante. La tensione avrà un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che diminuisce leggermente all'aumentare della temperatura di giunzione.

3.2 Corrente Diretta vs. Intensità Radiante / Potenza Totale

Questi grafici (Fig.2 e Fig.3) tracciano l'uscita ottica (intensità o potenza totale) in funzione della corrente diretta. Tipicamente mostrano una relazione sub-lineare; l'uscita ottica aumenta con la corrente, ma l'efficienza (uscita per watt di ingresso) può diminuire a correnti molto elevate a causa dell'aumento degli effetti termici e del "droop". L'analisi di queste curve aiuta a selezionare un punto di funzionamento ottimale che bilanci la potenza in uscita con l'efficienza e la longevità del dispositivo.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Pacchetto e Disegno

Il dispositivo è fornito in un pacchetto SMD. I disegni dimensionali specificano la lunghezza, larghezza, altezza, spaziatura dei terminali e geometria della lente esatte. Note chiave dalla scheda tecnica: tutte le dimensioni sono in millimetri, con tolleranze standard di ±0,1 mm salvo diversa indicazione. Viene fornito un avviso critico per la manipolazione:Non maneggiare il dispositivo dalla lente.Applicare forza alla lente può causare un guasto meccanico del pacchetto.

4.2 Identificazione della Polarità e Impronta di Montaggio

Il disegno del pacchetto indica chiaramente i terminali catodo e anodo. La polarità corretta deve essere rispettata durante il layout del PCB e l'assemblaggio. Il layout consigliato per le piazzole di saldatura (land pattern) è tipicamente derivato dalle dimensioni del pacchetto per garantire una saldatura affidabile e resistenza meccanica.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Essendo un dispositivo SMT, è destinato a processi di saldatura a rifusione. Sebbene i parametri specifici del profilo di rifusione (preriscaldamento, stabilizzazione, temperatura di picco di rifusione, tempo sopra il liquidus) non siano dettagliati in questo estratto, seguirebbero generalmente profili standard per componenti simili in contenitore plastico, tipicamente con una temperatura di picco non superiore a 260°C. La conformità senza piombo e senza alogeni indica l'idoneità per i moderni processi di produzione ecologici. La raccomandazione di stoccaggio è allineata con l'intervallo di temperatura di esercizio (-40°C a +100°C) e i dispositivi devono essere conservati nella loro confezione resistente all'umidità fino all'uso.

6. Confezionamento e Informazioni d'Ordine

6.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il dispositivo è fornito su nastro portacomponenti all'interno di bobine per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Sono specificate le dimensioni del nastro portacomponenti. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. La direzione di svolgimento è indicata anche sul disegno per garantire una corretta configurazione della macchina.

6.2 Confezionamento Resistente all'Umidità

I componenti sono spediti in sacchetti di alluminio anti-umidità contenenti essiccante per controllare l'umidità. Il sacchetto include un'etichetta con informazioni chiave. Sebbene siano elencati i campi specifici dell'etichetta (come CPN, P/N, QTY, CAT, HUE, REF, LOT No.), la scheda tecnica nota che il numero di parte HIR-S06-P120/L649-P03/TR non sembra utilizzare un sistema di binning dettagliato per intensità, lunghezza d'onda o tensione in questo documento, poiché tutti i valori tipici sono elencati senza codici di rango. Il prodotto è identificato dal suo numero di parte completo.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

L'applicazione principale è l'illuminazione per telecamere CCD/CMOS in condizioni di scarsa luce o assenza di luce, abilitando la funzionalità di visione notturna in telecamere di sicurezza, sistemi automobilistici e dispositivi consumer. Altre applicazioni includono l'illuminazione infrarossa attiva per il rilevamento di prossimità e presenza, encoder ottici, trasmissione dati su brevi distanze (applicazioni simili a IrDA) e conteggio o smistamento di oggetti nell'automazione industriale.

7.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

• Gestione Termica:Questo è fondamentale per un LED ad alta potenza. La scheda tecnica raccomanda esplicitamente l'uso di un dissipatore di calore. Il layout del PCB dovrebbe includere adeguati via termici e area di rame collegata al pad termico del LED (se presente) o ai terminali per condurre il calore lontano dalla giunzione. Superare Tj=115°C ridurrà drasticamente la durata e può causare un guasto immediato.
• Circuito di Pilotaggio:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Un driver a corrente costante è fortemente raccomandato per garantire un'uscita ottica stabile e prevenire la fuga termica. Il driver deve essere in grado di fornire fino a 1A rispettando i requisiti di tensione diretta. Dovrebbe essere considerata la protezione dalla tensione inversa.
• Progettazione Ottica:L'ampio angolo di visione di 120 gradi fornisce una copertura estesa. Per applicazioni che richiedono un fascio più focalizzato, possono essere utilizzate ottiche secondarie (lenti). La lente trasparente è adatta per la lunghezza d'onda di 850nm.
• Protezione ESD:Sebbene classificato per 2kV ESD, durante l'assemblaggio e l'integrazione dovrebbero essere seguite le normali precauzioni di manipolazione ESD.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED IR standard a bassa potenza, il differenziatore chiave dell'HIR-S06-P120/L649-P03/TR è la sua elevata potenza radiante (fino a 890mW) da un pacchetto SMD. Ciò consente un'illuminazione più brillante o la capacità di illuminare aree più grandi o raggiungere distanze maggiori. La lunghezza d'onda di 850nm è uno standard comune, offrendo un buon equilibrio tra risposta del sensore al silicio e relativa invisibilità. Rispetto ai LED a 940nm, i 850nm spesso producono una debole luce rossa a potenza molto elevata ma possono offrire prestazioni superiori con molti sensori al silicio. L'ampio angolo di visione è un vantaggio per l'illuminazione d'area ma uno svantaggio potenziale se è richiesto un fascio stretto, nel qual caso sarebbe migliore un dispositivo con un angolo di visione più stretto o ottiche secondarie.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un'alimentazione a 5V con solo una resistenza?

R: Possibilmente, ma è necessario un calcolo attento. A 1A e Vf=3,45V, una resistenza in serie sarebbe (5V - 3,45V)/1A = 1,55 ohm, dissipando 1,55W. Questo è inefficiente e genera calore significativo nella resistenza. Un driver a corrente costante è fortemente preferibile per prestazioni e affidabilità.

D: Perché è raccomandato un dissipatore anche se la temperatura di esercizio arriva fino a 100°C?

R: La classificazione di 100°C è per la temperatura dell'aria ambiente (Ta). Il limite critico è la temperatura di giunzione (Tj) di 115°C. La potenza dissipata (fino a ~3,45W a 1A) riscalda la giunzione al di sopra della temperatura ambiente. Un dissipatore riduce la resistenza termica tra la giunzione e l'aria ambiente, mantenendo Tj entro i limiti ad alta potenza e/o alta Ta.

D: Questo LED è adatto per un funzionamento continuo 24/7?

R: Sì, a condizione che i Valori Massimi Assoluti non vengano superati e venga implementata una corretta gestione termica. Operare a o al di sotto della condizione tipica di 700mA con un buon dissipatore sarebbe un punto di progetto conservativo e affidabile per il funzionamento continuo.

D: Qual è la durata tipica di questo dispositivo?

R: La durata (spesso definita come il punto in cui l'uscita luminosa si degrada al 70% dell'iniziale) dipende fortemente dalle condizioni operative, principalmente dalla temperatura di giunzione. Quando operato entro le specifiche con un adeguato raffreddamento, per tali LED sono tipiche durate di decine di migliaia di ore.

10. Esempio Pratico di Caso d'Uso

Caso di Progettazione: Modulo Telecamera di Sicurezza Visione Notturna

Un progettista sta creando un modulo telecamera di sicurezza compatto per uso esterno. Il modulo include un sensore CCD e richiede illuminazione IR per il funzionamento notturno. L'HIR-S06-P120/L649-P03/TR è selezionato per la sua elevata potenza in uscita e il pacchetto SMD. Quattro LED sono disposti simmetricamente attorno all'obiettivo della telecamera sul PCB. Un driver IC dedicato a corrente costante fornisce 700mA a ciascun LED. Il PCB è progettato con ampie aree di rame collegate ai pad dei LED tramite più via termici, e l'intero alloggiamento della telecamera funge da dissipatore di calore. L'ampio fascio di 120 gradi di ciascun LED si sovrappone per creare un campo di illuminazione uniforme e ad ampia area adatto al campo visivo della telecamera. La lunghezza d'onda di 850nm garantisce una buona risposta del sensore rimanendo in gran parte invisibile.

11. Principio Operativo

Un LED infrarosso è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dal materiale di tipo n e le lacune dal materiale di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata. In un LED standard, questa energia viene rilasciata come fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. L'HIR-S06-P120/L649-P03/TR utilizza un chip di Arseniuro di Gallio Alluminio (GaAlAs), che ha un bandgap corrispondente alla luce infrarossa a circa 850nm. La lente in epossidice trasparente incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e modella la luce emessa nell'angolo di visione specificato.

12. Tendenze Tecnologiche e Contesto

I LED infrarossi ad alta potenza sono una tecnologia matura ma in evoluzione. Le tendenze includono l'aumento dell'efficienza wall-plug (più luce in uscita per watt elettrico), che riduce il carico termico. C'è anche una spinta verso densità di potenza più elevate in pacchetti più piccoli, ponendo un'enfasi ancora maggiore su soluzioni avanzate di gestione termica come heat slug integrati o design flip-chip. La domanda è trainata dalla crescita in mercati come l'automotive (LiDAR, monitoraggio del conducente), sicurezza e visione artificiale. Mentre 850nm rimane una lunghezza d'onda dominante per la compatibilità con i sensori, c'è anche un uso significativo di 940nm per applicazioni che richiedono completa invisibilità (nessuna luce rossa). L'integrazione di LED IR con driver e sensori in moduli completi è un'altra tendenza in corso, che semplifica la progettazione per gli utenti finali.