Scheda Tecnica LED Infrarosso IR17-21C/TR8 - Package 0805 - 1.2V - 940nm - 130mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR17-21C/TR8 è un diodo emettitore a infrarossi (IR) ad alte prestazioni progettato per applicazioni moderne di tecnologia a montaggio superficiale (SMT). Alloggiato in un compatto package 0805, questo dispositivo è progettato per fornire un'emissione infrarossa affidabile, specificamente abbinata a fotorivelatori al silicio. La sua funzione principale è servire come sorgente infrarossa efficiente in vari circuiti di rilevamento e commutazione.

Il vantaggio principale di questo componente risiede nel suo fattore di forma miniaturizzato, che consente progetti PCB ad alta densità, e nell'eccellente corrispondenza spettrale con fotodiodi e fototransistor al silicio, garantendo una sensibilità ottimale del sistema. Il dispositivo è costruito con una lente in plastica trasparente, che fornisce una vista dall'alto piatta e contribuisce al suo ampio angolo di visione di 120 gradi. È conforme a standard ambientali e di sicurezza chiave, tra cui RoHS, REACH UE, ed è prodotto come componente privo di alogeni.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Obiettiva

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Corrente Diretta Continua (I_F): 65 mA. Questa è la massima corrente continua che può scorrere in modo continuo attraverso il LED.
• Tensione Inversa (V_R): 5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può rompere la giunzione PN del LED.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio (T_opr, T_stg): da -40°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Dissipazione di Potenza (P_d): 130 mW a 25°C. Questa è la massima potenza che il package può dissipare sotto forma di calore. È necessario un derating a temperature ambiente più elevate.
• Temperatura di Saldatura (T_sol): 260°C per ≤5 secondi. Questo definisce la tolleranza del profilo di picco per il reflow.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di prova standard di 25°C di temperatura ambiente e una corrente diretta di 20 mA, rappresentando condizioni operative tipiche.

• Intensità Radiante (I_e): 0,2 mW/sr (Min), 0,8 mW/sr (Tip). Misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido. Il valore tipico indica l'output atteso.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p): 940 nm (Tip). La luce infrarossa emessa è centrata su questa lunghezza d'onda, ideale per i rilevatori al silicio che hanno alta sensibilità nella regione del vicino infrarosso.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): 45 nm (Tip). Definisce l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, tipicamente la Larghezza a Mezza Altezza (FWHM).
• Tensione Diretta (V_F): 1,2 V (Tip), 1,5 V (Max) a 20mA. La bassa tensione diretta riduce il consumo energetico e il carico termico.
• Corrente Inversa (I_R): 10 µA (Max) a 5V. Questa è la corrente di dispersione quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 120° (Tip). Definito come l'angolo totale in cui l'intensità scende alla metà del valore sull'asse, fornendo un pattern di emissione molto ampio.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per i progettisti.

• Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente: Questo grafico mostra come la massima corrente diretta ammissibile diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente, a causa del limite di dissipazione di potenza del package. È essenziale per la gestione termica.
• Distribuzione Spettrale: Illustra la potenza radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda, confermando il picco a 940nm e la larghezza di banda spettrale.
• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V): Dimostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La curva aiuta nella selezione della resistenza di limitazione della corrente appropriata per una data tensione di alimentazione.
• Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare: Un grafico polare che mostra il pattern di emissione. L'angolo di visione di 120 gradi è confermato visivamente qui, mostrando una distribuzione lambertiana o quasi-lambertiana comune per LED a superficie piatta.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

L'IR17-21C/TR8 si conforma all'impronta standard 0805 (Imperiale) o 2012 (Metrica). Le dimensioni chiave includono una lunghezza del corpo di circa 2,0 mm, una larghezza di 1,25 mm e un'altezza tipica da 0,8 a 1,0 mm (valore esatto dal disegno). L'anodo e il catodo sono chiaramente marcati sul package. Viene fornito il layout consigliato dei pad per il progetto PCB, con raccomandazioni per adattamenti basati su specifici processi produttivi.

4.2 Dimensioni del Nastro Portacomponenti

I componenti sono forniti su bobine di nastro standard da 8mm per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le dimensioni del nastro, incluse la dimensione della tasca, il passo e il diametro della bobina, sono specificate per garantire la compatibilità con gli alimentatori delle apparecchiature SMT.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Sensibilità all'Umidità e Stoccaggio

Il dispositivo è sensibile all'umidità (livello MSL specificato sull'etichetta). Le buste barriera all'umidità non aperte devono essere conservate sotto i 30°C e il 90% di UR. Una volta aperte, i componenti hanno una vita utile di 168 ore (7 giorni) se conservati a ≤60% di UR. Superare questo limite richiede una procedura di baking (es. 96 ore a 60°C) prima del reflow per prevenire danni da \"popcorning\" durante la saldatura.

5.2 Profilo di Saldatura a Riflusso

È raccomandato un profilo di temperatura per riflusso senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono una fase di preriscaldamento, un tempo definito sopra il liquidus (es. 217°C), una temperatura di picco non superiore a 260°C e un tempo totale all'interno della zona di temperatura critica. Il riflusso non dovrebbe essere eseguito più di due volte.

5.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore con temperatura della punta inferiore a 350°C e una potenza nominale inferiore a 25W. Il tempo di contatto per terminale dovrebbe essere limitato a 3 secondi, con un adeguato raffreddamento tra i terminali. Per la rilavorazione, è raccomandato un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali ed evitare stress meccanico sulle giunzioni saldate. L'impatto della rilavorazione sull'affidabilità del dispositivo dovrebbe essere valutato preventivamente.

6. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

6.1 Scenari Applicativi Tipici

• Sensori a Infrarossi Montati su PCB: Utilizzato come emettitore in sensori di prossimità, rilevamento oggetti e interruttori touchless.
• Barriere Luminose Miniaturizzate / Interruttori Ottici: Accoppiato con un fotorivelatore per rilevare oggetti che interrompono un fascio luminoso, utilizzato in encoder, sensori di fessura e sistemi di sicurezza.
• Interruttori Optoelettronici: In sensori riflettenti dove la luce del LED rimbalza su una superficie tornando a un rilevatore.
• Rivelatori di Fumo: Impiegato in alcuni progetti di camere ottiche per rilevare particelle di fumo che disperdono la luce.

6.2 Considerazioni Critiche di Progetto

• La Limitazione di Corrente è Obbligatoria: Deve essere sempre utilizzata una resistenza esterna in serie per impostare la corrente diretta. La bassa tensione diretta del LED significa che anche piccoli aumenti della tensione di alimentazione possono causare un grande e distruttivo aumento della corrente.
• Gestione Termica: Sebbene il package sia piccolo, la dissipazione di potenza deve essere considerata, specialmente in ambienti ad alta temperatura o quando si pilota vicino alla corrente massima. Un'adeguata area di rame sul PCB può aiutare a dissipare il calore.
• Allineamento Ottico: L'ampio angolo di visione di 120 gradi è vantaggioso per una copertura ampia ma riduce l'intensità in qualsiasi punto specifico. Per applicazioni a lungo raggio o focalizzate, potrebbero essere necessarie lenti esterne.
• Immunità al Rumore Elettrico: In ambienti elettricamente rumorosi, considerare la schermatura o la modulazione della corrente di pilotaggio del LED per distinguere il segnale dal rumore IR ambientale (es. da luce solare o altre sorgenti).

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ad altri LED infrarossi, i principali fattori di differenziazione dell'IR17-21C/TR8 sono la combinazione di un'impronta 0805 molto compatta con un'intensità radiante relativamente alta (0,8 mW/sr tipico) e un ampio angolo di visione di 120 gradi. Molti LED IR concorrenti in package simili possono offrire angoli di visione più stretti o output inferiori. La sua bassa tensione diretta di 1,2V è anche un vantaggio per circuiti alimentati a batteria a bassa tensione, migliorando l'efficienza. L'esplicita conformità agli standard Senza Alogeni e REACH lo rende adatto a progetti ambientalmente consapevoli con restrizioni materiali severe.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

8.1 Quale valore di resistenza devo usare per pilotare questo LED a 20mA da un'alimentazione di 5V?

Usando la Legge di Ohm: R = (V_supply- V_F) / I_F. Con V_supply=5V, V_F=1,2V (tipico), e I_F=0,020A, R = (5 - 1,2) / 0,02 = 190 Ohm. Una resistenza standard da 200 Ohm risulterebbe in una corrente di circa (5-1,2)/200 = 19mA, che è accettabile. Calcolare sempre utilizzando la V_Fmassima (1,5V) per garantire che la corrente minima sia sufficiente per la vostra applicazione.

8.2 Posso pilotare questo LED in impulsi con correnti superiori a 65mA?

Il Valore Massimo Assoluto per la Corrente Diretta Continua è 65mA. L'impulso con correnti di picco più elevate può essere possibile se il duty cycle è abbastanza basso da mantenere la corrente media e la conseguente temperatura di giunzione entro limiti sicuri. Tuttavia, la scheda tecnica non fornisce valori nominali di corrente impulsiva o curve di derating. L'operazione al di sopra dei valori massimi assoluti non è raccomandata senza dati di caratterizzazione specifici del produttore, poiché può ridurre l'affidabilità e la durata.

8.3 In che modo la temperatura ambiente influisce sull'output?

L'intensità radiante dei LED tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Il grafico \"Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente\" si riferisce indirettamente a questo, poiché temperature più elevate impongono una riduzione della corrente ammissibile per evitare il surriscaldamento. Per una stabilità di output precisa sulla temperatura, può essere necessario un circuito di feedback che utilizza il fotorivelatore accoppiato o una compensazione termica.

9. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettare un Sensore di Rilevamento Carta in una Stampante

Un ingegnere deve rilevare la presenza di carta nel vassoio di ingresso di una piccola stampante. Lo spazio è estremamente limitato. Sceglie l'IR17-21C/TR8 e un fototransistor corrispondente in un package simile. I componenti sono posizionati su lati opposti di un canale stretto attraverso il quale passa la carta. Il LED è pilotato a 15mA (utilizzando una resistenza adeguata dall'alimentazione logica a 3,3V della stampante) per risparmiare energia fornendo comunque un segnale adeguato. L'ampio angolo di visione di 120 gradi del LED garantisce che il fascio riempia sufficientemente il canale anche con un leggero disallineamento meccanico. Quando la carta è presente, blocca la luce infrarossa, causando un cambiamento nell'output del fototransistor, che viene letto da un microcontrollore. Il profilo basso del package 0805 consente al sensore di essere integrato nel meccanismo sottile. Il progettista segue le linee guida del profilo di riflusso e assicura che il layout del PCB includa pad di sbroglio termico per la saldatura.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce a Infrarossi (IR LED) è un diodo a semiconduttore. Quando una tensione diretta viene applicata ai suoi terminali (anodo positivo rispetto al catodo), gli elettroni vengono iniettati attraverso la giunzione PN. Quando questi elettroni si ricombinano con le lacune nella regione attiva del materiale semiconduttore (Arseniuro di Gallio Alluminio - GaAlAs in questo caso), l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (particelle di luce). La composizione specifica del materiale GaAlAs determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi, che per questo dispositivo è nello spettro infrarosso (940nm). Questa lunghezza d'onda è invisibile all'occhio umano ma può essere rilevata efficientemente da fotodiodi e fototransistor al silicio, che generano una corrente quando colpiti da fotoni di sufficiente energia.

11. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza nell'optoelettronica, inclusi i componenti IR, continua verso la miniaturizzazione, una maggiore efficienza e l'integrazione. Package più piccoli dell'0805 (es. 0603, 0402) stanno diventando più comuni per applicazioni con vincoli di spazio. C'è anche una spinta ad aumentare l'intensità radiante e la potenza in uscita da package più piccoli attraverso un miglioramento del design del chip e dei materiali di incapsulamento. L'integrazione è un'altra tendenza chiave, con coppie emettitore-rilevatore combinate in package singoli (accoppiatori ottici, sensori riflettenti) che semplificano l'assemblaggio e migliorano l'allineamento. Inoltre, la domanda di componenti conformi a normative ambientali stringenti (RoHS, REACH, Senza Alogeni) è ora un requisito standard in tutto il settore, guidando innovazioni nella scienza dei materiali per saldature senza piombo e composti di incapsulamento.