LED IR SMD 0603 - 1.6x0.8x0.8mm - Lunghezza d'Onda di Picco 870nm - 65mA - 110mW - Scheda Tecnica

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo emettitore a infrarossi (IR) ad alte prestazioni e di dimensioni ridotte per montaggio superficiale. Il dispositivo è alloggiato in un compatto package 0603, rendendolo adatto per applicazioni con vincoli di spazio che richiedono un'emissione infrarossa affidabile. La sua funzione principale è emettere luce nello spettro del vicino infrarosso, con una tipica lunghezza d'onda di picco di 870 nanometri (nm), ottimamente abbinata alla sensibilità spettrale dei fotodiodi e fototransistor al silicio. Il materiale di base è AlGaAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio), noto per la sua efficiente generazione di luce infrarossa.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il dispositivo offre diversi vantaggi chiave per la progettazione elettronica moderna. Il suo package SMD a doppia estremità e di dimensioni ridotte consente un montaggio ad alta densità su PCB ed è compatibile con i processi di assemblaggio automatizzati pick-and-place. È progettato per essere compatibile sia con la saldatura a rifusione a infrarossi che a fase di vapore, facilitando i flussi di lavoro produttivi moderni. Il prodotto è conforme alle principali normative ambientali e di sicurezza, tra cui RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), regolamenti UE REACH ed è privo di alogeni (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Questa combinazione di dimensioni ridotte, prestazioni e conformità lo rende ideale per l'elettronica di consumo, i sensori industriali e i dispositivi di comunicazione.

Le Applicazioni Principali Includono:

• Sensori di prossimità e presenza a infrarossi montati su PCB.
• Unità di telecomando a infrarossi dove è richiesta un'intensità radiante più elevata.
• Scanner di codici a barre e encoder ottici.
• Vari sistemi di trasmissione dati e rilevamento basati su infrarossi.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita dei parametri elettrici e ottici è cruciale per una progettazione del circuito affidabile e per garantire che il LED operi all'interno della sua area di funzionamento sicura (SOA).

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Corrente Diretta Continua (I_F):65 mA. Superare questa corrente, anche momentaneamente, può causare un guasto catastrofico a causa del surriscaldamento della giunzione del semiconduttore.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Il LED ha una bassa tensione di breakdown inversa. I progetti del circuito devono garantire che il LED non sia sottoposto a una polarizzazione inversa superiore a questo valore, richiedendo spesso protezione in ambienti AC o con segnali bidirezionali.
• Dissipazione di Potenza (P_c):110 mW a 25°C. Questa è la massima potenza che il package può dissipare sotto forma di calore. La potenza effettivamente ammissibile diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (T_a). È necessario un derating per le applicazioni ad alta temperatura.
• Intervalli di Temperatura:Funzionamento: -25°C a +85°C; Conservazione: -40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per un massimo di 5 secondi. Questo definisce i vincoli del profilo di saldatura a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (T_a=25°C)

Questi sono i parametri di prestazione tipici nelle condizioni di test specificate. I progettisti dovrebbero utilizzare i valori tipici o massimi/minimi appropriati per i loro margini di progetto.

• Intensità Radiante (I_E):1.3 mW/sr (tipico) a I_F=20mA. L'intensità radiante misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante). È un parametro chiave per determinare la forza del segnale al ricevitore. Il valore minimo specificato è 1.0 mW/sr.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):870 nm (tipico), con un intervallo da 860 nm a 900 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale lo spettro di emissione è più forte. Abbinarla alla sensibilità di picco del ricevitore (ad es., un fotorivelatore al silicio a ~850-950nm) massimizza l'efficienza del sistema.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (tipico). Questa è la larghezza a metà altezza (FWHM) dello spettro di emissione, che indica l'intervallo di lunghezze d'onda emesse.
• Tensione Diretta (V_F):1.35 V (tipico) a I_F=20mA, con un intervallo da 1.20 V a 1.70 V. Questo parametro è essenziale per calcolare il valore della resistenza di limitazione della corrente: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. La variazione deve essere considerata nei progetti robusti.
• Corrente Inversa (I_R):10 µA (massimo) a V_R=5V.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):140 gradi. Questo è l'angolo totale in cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore di picco (sull'asse). Un ampio angolo di visione è vantaggioso per applicazioni che richiedono un'ampia copertura, come i sensori di prossimità.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve caratteristiche fornite offrono preziose informazioni sul comportamento del dispositivo in condizioni variabili, il che è fondamentale per la progettazione di applicazioni nel mondo reale.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva illustra la relazione tra la massima corrente diretta continua ammissibile e la temperatura ambiente. Dimostra il necessario derating della corrente diretta all'aumentare della temperatura per rimanere entro il limite di dissipazione di potenza. A temperature prossime alla massima temperatura di funzionamento (+85°C), la corrente continua ammissibile è significativamente inferiore al valore massimo assoluto di 65mA a 25°C.

3.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico della distribuzione spettrale mostra la potenza radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma la lunghezza d'onda di picco (λ_p) di 870nm e la tipica larghezza di banda spettrale (Δλ) di circa 45nm. La forma di questa curva è importante per il filtraggio e per garantire la compatibilità con la risposta spettrale del ricevitore.

3.3 Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra che la lunghezza d'onda di picco ha un coefficiente di temperatura positivo, il che significa che aumenta leggermente con l'aumentare della temperatura di giunzione. Questo spostamento (tipicamente circa 0,1-0,3 nm/°C per i dispositivi AlGaAs) è importante per le applicazioni di rilevamento di precisione dove la stabilità della lunghezza d'onda è critica.

3.4 Tensione Diretta vs. Temperatura Ambiente

La tensione diretta (V_F) ha un coefficiente di temperatura negativo; diminuisce all'aumentare della temperatura. Questa caratteristica deve essere considerata nei circuiti di pilotaggio a corrente costante, poiché un V_Fpiù basso ad alta temperatura potrebbe influenzare leggermente il calcolo della dissipazione di potenza se si utilizza una semplice resistenza in serie.

3.5 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo grafico polare definisce visivamente l'angolo di visione (140° ai punti di metà intensità). Il diagramma di radiazione è tipicamente lambertiano o quasi-lambertiano per questo stile di package, utile per modellare l'irradianza su una superficie bersaglio a vari angoli e distanze.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package (0603)

Il dispositivo è conforme all'impronta standard 0603 (1608 metrico): lunghezza circa 1,6 mm, larghezza 0,8 mm e altezza 0,8 mm. I disegni dimensionali dettagliati specificano il layout dei pad, il contorno del componente e le posizioni dei terminali con una tolleranza standard di ±0,1 mm salvo diversa indicazione. Un corretto disegno del land pattern è essenziale per una saldatura affidabile e una stabilità meccanica.

4.2 Identificazione della Polarità

La scheda tecnica include un diagramma che indica i terminali dell'anodo e del catodo. La polarità corretta è obbligatoria per il funzionamento del dispositivo. Tipicamente, il catodo può essere contrassegnato da una tacca, un indicatore verde o una forma specifica del pad sul nastro e sulla bobina di confezionamento.

4.3 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il prodotto è fornito su nastro portante goffrato da 8 mm di larghezza su bobine da 7 pollici di diametro. Le dimensioni del nastro portante sono specificate per garantire la compatibilità con le attrezzature standard di assemblaggio SMD. Ogni bobina contiene 4000 pezzi.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

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

5.1 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

Il dispositivo è sensibile all'umidità (MSL). Le precauzioni includono:

• Non aprire la busta a barriera anti-umidità fino al momento dell'uso.
• Conservare le buste non aperte a ≤30°C e ≤90% UR.
• Utilizzare entro un anno dalla spedizione.
• Dopo l'apertura, conservare a ≤30°C e ≤60% UR.
• Utilizzare entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura della busta.
• Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante indica l'ingresso di umidità, eseguire un trattamento termico (baking) a 60 ±5°C per almeno 24 ore prima dell'uso.

5.2 Profilo di Saldatura a Rifusione

È consigliato un profilo di saldatura a rifusione senza piombo. I parametri chiave includono una temperatura di picco di 260°C, con il tempo sopra i 240°C che non deve superare il limite raccomandato (implicito dal massimo di 5 secondi a 260°C). La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte per evitare stress termici eccessivi sul package epossidico e sui fili di collegamento.

5.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore con una temperatura della punta inferiore a 350°C e applicare calore a ciascun terminale per non più di 3 secondi. Utilizzare un saldatore a bassa potenza (≤25W). Lasciare un intervallo di raffreddamento di più di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale. Per la rilavorazione, è consigliato un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali ed evitare stress meccanici. La fattibilità e l'impatto della rilavorazione sulle caratteristiche del dispositivo dovrebbero essere verificate preventivamente.

6. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

6.1 La Limitazione di Corrente è Obbligatoria

Un LED è un dispositivo pilotato a corrente.È assolutamente necessaria una resistenza di limitazione della corrente in serie.La tensione diretta (V_F) ha un intervallo ristretto, e un piccolo aumento della tensione applicata oltre V_Fcausa un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente diretta (I_F). Il valore della resistenza è calcolato in base alla tensione di alimentazione (V_{alimentazione}), alla corrente diretta desiderata (I_F) e alla tensione diretta (V_F), utilizzando il caso peggiore di V_F(minimo) per garantire che la corrente non superi il massimo di progetto.

6.2 Gestione Termica

Sebbene il package sia piccolo, la dissipazione di potenza (fino a 110mW) genera calore. Per un funzionamento continuo ad alte correnti o in ambienti a temperatura elevata, considerare la resistenza termica del PCB. Fornire un'adeguata area di rame (pad di sfiato termico) attorno ai pad di saldatura aiuta a dissipare il calore e mantenere una temperatura di giunzione più bassa, migliorando l'affidabilità a lungo termine e prevenendo il degrado dell'output luminoso.

6.3 Progettazione Ottica

L'angolo di visione di 140 gradi fornisce un'emissione ampia. Per applicazioni che richiedono un fascio più focalizzato, possono essere utilizzate lenti esterne o riflettori. Al contrario, per una copertura ad area molto ampia, l'angolo nativo può essere sufficiente. La lente trasparente (water-clear) è adatta per applicazioni in cui il punto esatto di emissione non è critico; se è necessario un colore specifico o una diffusione per l'allineamento in assemblaggio, questo deve essere considerato poiché la lente non lo fornisce.

6.4 Protezione del Circuito

In ambienti dove sono possibili transitori di tensione inversa (ad es., carichi induttivi, hot-plugging), considerare l'aggiunta di un diodo di protezione in parallelo al LED (catodo ad anodo) per limitare qualsiasi tensione inversa al di sotto del valore massimo di 5V.

7. Guida al Confronto e alla Selezione

Questo dispositivo fa parte di una famiglia di LED IR. Il criterio di selezione chiave dalla guida fornita è il materiale del chip (AlGaAs) e il colore della lente (Water Clear). Quando si seleziona un LED IR, gli ingegneri devono confrontare i parametri chiave:

• Lunghezza d'Onda (λ_p):Abbinare alla sensibilità di picco del ricevitore (fotodiodo, fototransistor o IC). 870nm è uno standard comune.
• Intensità Radiante (I_E):Un'intensità più elevata fornisce un segnale più forte, consentendo una portata maggiore o una corrente di pilotaggio inferiore.
• Angolo di Visione:Un angolo stretto fornisce una portata maggiore e una luce più focalizzata; un angolo ampio fornisce una copertura più estesa.
• Dimensioni del Package:Il package 0603 offre un'impronta molto piccola per progetti miniaturizzati.
• Tensione Diretta:Un V_Fpiù basso può essere vantaggioso nei circuiti alimentati a batteria a bassa tensione.

Il differenziatore principale di questa parte specifica è la combinazione di un'impronta standard 0603 con un'intensità radiante relativamente alta e un ampio angolo di visione, adatta per il rilevamento e la comunicazione IR generici.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

8.1 A cosa serve la lunghezza d'onda di 870nm?

870nm è nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano. Viene rilevata in modo efficiente da fotorivelatori al silicio economici e comuni, che hanno una sensibilità di picco intorno agli 800-950nm. Questo la rende ideale per applicazioni di rilevamento, telecomando e isolamento ottico.

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

No.Devi utilizzare una resistenza di limitazione della corrente. Ad esempio, per pilotare a I_F=20mA da un'alimentazione di 3.3V, assumendo un V_Ftipico di 1.35V: R = (3.3V - 1.35V) / 0.020A = 97.5Ω. Usa una resistenza standard da 100Ω. Verifica sempre che la corrente non superi il massimo nel caso peggiore di V_F conditions.

8.3 In che modo la temperatura influisce sulle prestazioni?

All'aumentare della temperatura: l'output radiante tipicamente diminuisce, la tensione diretta diminuisce e la lunghezza d'onda di picco aumenta leggermente. Per un funzionamento stabile, progetta il circuito di pilotaggio tenendo conto di queste variazioni, specialmente se si opera nell'intero intervallo da -25°C a +85°C.

8.4 È necessario un dissipatore di calore?

Per un funzionamento continuo alla corrente massima assoluta (65mA) a temperatura ambiente, la dissipazione di potenza è P = V_F* I_F≈ 1.35V * 0.065A ≈ 88mW, che è al di sotto del valore nominale di 110mW. Tuttavia, ad alte temperature ambiente, è necessario il derating. Una buona progettazione termica del PCB (pad in rame) di solito è sufficiente; un dissipatore separato non è tipico per i package 0603.

9. Esempio Pratico di Applicazione: Sensore di Prossimità IR Semplice

Un caso d'uso comune è un sensore riflettente di oggetti. Il LED IR è posizionato adiacente a un fototransistor. Un microcontrollore invia impulsi al LED (ad es., a 20mA). La luce si riflette su un oggetto vicino e viene rilevata dal fototransistor, la cui uscita viene letta dal microcontrollore. Passaggi di progettazione:

1. Pilotaggio LED:Utilizzare un pin GPIO e un transistor NPN (o un MOSFET) con una resistenza in serie per inviare impulsi al LED alla corrente desiderata. L'invio di impulsi consente una corrente istantanea più alta (per un segnale più forte) mantenendo bassa la potenza media.
2. Circuito Ricevitore:Il fototransistor è collegato in configurazione emettitore comune con una resistenza di pull-up per creare un'uscita di tensione. Il valore della resistenza di collettore determina la sensibilità e la velocità di risposta.
3. Considerazioni Ottiche:Una piccola barriera tra il LED e il fototransistor sul PCB aiuta a ridurre il crosstalk diretto. L'ampio angolo di visione di 140° del LED aiuta a illuminare un'ampia area davanti al sensore.
4. Elaborazione del Segnale:Il microcontrollore può utilizzare il rilevamento sincrono (leggendo il ricevitore solo durante l'impulso del LED) per respingere le interferenze della luce ambientale.

10. Principio di Funzionamento e Tendenze Tecnologiche

10.1 Principio di Funzionamento di Base

Un LED a infrarossi è un diodo a semiconduttore a giunzione p-n. Quando polarizzato direttamente, gli elettroni dalla regione n si ricombinano con le lacune dalla regione p nella regione attiva (realizzata in AlGaAs). Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). L'energia specifica del bandgap del materiale AlGaAs determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi, che in questo caso è nell'intervallo infrarosso di 870nm. Il package epossidico trasparente (water-clear) incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e funge da lente che modella il diagramma di emissione.

10.2 Tendenze del Settore

La tendenza nei LED IR SMD continua verso una maggiore efficienza (più output radiante per unità di input elettrico), dimensioni del package più piccole per una maggiore flessibilità di progettazione e una maggiore integrazione. Ciò include dispositivi con driver integrati, output modulato per una migliore immunità al rumore e package multi-chip che combinano diverse lunghezze d'onda o che combinano un emettitore e un rilevatore in un unico package. C'è anche una forte attenzione al miglioramento delle prestazioni e dell'affidabilità ad alta temperatura per applicazioni automobilistiche e industriali. Il dispositivo qui descritto rappresenta una soluzione matura, affidabile e ampiamente adottata in questo panorama in evoluzione.