Scheda Tecnica LED Emettitore Infrarossi 940nm - Package EIA - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Tensione Diretta 1.2V - Intensità Radiante 0.8mW/sr - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente discreto emettitore infrarossi. Il dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono un'emissione infrarossa affidabile, come nei sistemi di telecomando, trasmissione dati wireless IR e sistemi di allarme sicurezza. Appartiene a una linea di prodotti che include vari diodi emettitori infrarossi (IRED) e fotorivelatori. Il materiale principale utilizzato è l'Arseniuro di Gallio (GaAs), ottimizzato per l'emissione a una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri. Questa lunghezza d'onda è comunemente utilizzata nell'elettronica di consumo poiché è invisibile all'occhio umano e offre buone prestazioni con ricevitori al silicio.

Il componente è offerto in un package EIA standard, rendendolo compatibile con i processi di assemblaggio automatizzato. Presenta una lente piatta superiore trasparente che fornisce un ampio angolo di visione. Il prodotto è conforme alle direttive RoHS ed è classificato come prodotto ecologico.

1.1 Caratteristiche Principali

• Conforme agli standard RoHS, Prodotto Ecologico.
• Design a vista dall'alto con lente piatta trasparente.
• Confezionato in nastro da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro per il posizionamento automatizzato.
• Compatibile con apparecchiature di posizionamento automatico.
• Adatto per processi di saldatura a rifusione a infrarossi.
• Impronta del package EIA standard.
• Lunghezza d'onda di emissione di picco (λp) di 940nm.
• Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL): Livello 3.

1.2 Applicazioni Target

• Uso primario come sorgente emettitrice infrarossa.
• Integrazione in assiemi di sensori infrarossi montati su PCB.
• Unità di telecomando per elettronica di consumo (TV, impianti audio).
• Collegamenti dati wireless a corto raggio.
• Sensori di prossimità e rilevamento oggetti.
• Interruzioni di fascio per sistemi di sicurezza e allarme.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Le seguenti sezioni forniscono un'analisi dettagliata dei parametri di prestazione chiave del dispositivo come definiti nella scheda tecnica. Comprendere questi parametri è fondamentale per una corretta progettazione del circuito e un funzionamento affidabile.

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 non è garantito e dovrebbe essere evitato per prestazioni affidabili a lungo termine.

• Dissipazione di Potenza (Pd):100 mW. Questa è la potenza totale massima che il dispositivo può dissipare come calore. Superare questo limite rischia il thermal runaway e il guasto.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):500 mA. Questa è la corrente massima ammissibile in condizioni pulsate (300 impulsi al secondo, larghezza impulso 10 μs). È significativamente più alta della valutazione in DC, consentendo impulsi ad alta luminosità nei telecomandi.
• Corrente Diretta Continua (I_F):50 mA. La massima corrente diretta continua. Per un funzionamento più efficiente e affidabile, è consigliata una corrente di pilotaggio inferiore (ad es., 20mA come utilizzato nelle condizioni di test).
• Tensione Inversa (V_R):5 V. La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa. Il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso e superare questo valore può causare breakdown.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:Rispettivamente -40°C a +85°C e -55°C a +100°C. Questi intervalli definiscono le condizioni ambientali per il funzionamento e la non operatività.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Resiste a 260°C per un massimo di 10 secondi. Questo è fondamentale per definire il profilo di saldatura a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C. Definiscono il comportamento del dispositivo in condizioni operative normali.

• Intensità Radiante (I_E):0.8 mW/sr (Tipico) a I_F= 20mA. Misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido. Il minimo è 0.42 mW/sr e la tolleranza di test è ±15%. Questo parametro influisce direttamente sulla portata effettiva del sistema IR.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_Peak):940 nm (Tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima. Deve essere abbinata alla sensibilità di picco del fotodiodo o fototransistor ricevente.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (Tipico). Indica la larghezza di banda spettrale dove l'intensità di emissione è almeno la metà del valore di picco. Una larghezza di banda più stretta può essere vantaggiosa per filtrare il rumore della luce ambientale.
• Tensione Diretta (V_F):1.2 V (Tipico), 1.6 V (Max) a I_F= 20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del diodo quando conduce. È essenziale per calcolare il valore della resistenza in serie: R_series= (V_supply- V_F) / I_F.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Max) a V_R= 5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il diodo è polarizzato inversamente.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):150° (Tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore sull'asse. Un angolo ampio come questo è utile per applicazioni che richiedono un'ampia copertura piuttosto che un fascio focalizzato.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano come i parametri chiave variano con le condizioni operative. Queste sono preziose per l'ottimizzazione del design.

3.1 Distribuzione Spettrale

La curva di distribuzione spettrale (Fig. 1) mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma il picco a 940nm e la larghezza a mezza altezza di circa 50nm, fornendo una rappresentazione visiva della purezza spettrale della luce emessa.

3.2 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente & Tensione Diretta

La Figura 2 mostra come la massima corrente diretta ammissibile si riduca all'aumentare della temperatura ambiente. Questo è cruciale per la gestione termica. La Figura 3 è la curva I-V (Corrente-Tensione) standard, che mostra la relazione esponenziale tra corrente diretta e tensione. La curva aiuta a comprendere la resistenza dinamica del diodo.

3.3 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura & Corrente

La Figura 4 illustra come la potenza ottica in uscita diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente. La Figura 5 mostra come la potenza in uscita aumenti con la corrente diretta, ma non linearmente. Evidenzia il punto di rendimenti decrescenti e il potenziale calo di efficienza a correnti molto elevate.

3.4 Diagramma di Radiazione

Il diagramma di radiazione polare (Fig. 6) rappresenta graficamente l'angolo di visione. Il pattern quasi circolare con valori di intensità marcati a diversi angoli conferma il pattern di emissione molto ampio, simile a Lambertiano, caratteristico di un package con lente piatta.

4. Informazioni Meccaniche & di Confezionamento

4.1 Dimensioni di Contorno

La scheda tecnica include un disegno meccanico dettagliato del componente. Le dimensioni chiave includono le dimensioni del corpo, la spaziatura dei terminali e l'altezza complessiva. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa specifica. Il package è conforme a un'impronta EIA standard, garantendo compatibilità con layout PCB comuni e macchine pick-and-place.

4.2 Dimensioni Consigliate per i Pad di Saldatura

Viene fornito un land pattern (impronta) consigliato per il design PCB. Rispettare queste dimensioni garantisce una corretta formazione del giunto di saldatura durante la rifusione. La raccomandazione include l'uso di uno stencil metallico per l'applicazione della pasta saldante con uno spessore di 0.1mm (4 mil) o 0.12mm (5 mil).

4.3 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente indicato da un lato piatto, una tacca o un terminale più corto sul corpo del componente e nel disegno di contorno. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio per prevenire danni al dispositivo.

4.4 Dimensioni del Confezionamento in Nastro e Bobina

Il componente è fornito in nastro portante goffrato su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. La scheda tecnica fornisce le dimensioni dettagliate delle tasche del nastro, del nastro di copertura e del mozzo della bobina. Le quantità standard per bobina sono 5000 pezzi. Il confezionamento è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481-1-A-1994.

5. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

5.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR). Viene fornito un profilo suggerito per saldatura senza piombo (Pb-free), con parametri chiave che includono:

• Preriscaldamento:150–200°C.
• Tempo di Preriscaldamento:Massimo 120 secondi.
• Temperatura di Picco:Massimo 260°C.
• Tempo Sopra il Liquido:Massimo 10 secondi (consigliato massimo due cicli di rifusione).

Il profilo si basa sugli standard JEDEC. Si sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico della scheda, dai componenti, dalla pasta saldante e dal forno, quindi è necessaria una caratterizzazione.

5.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore con una temperatura non superiore a 300°C e limitare il tempo di contatto a un massimo di 3 secondi per terminale.

5.3 Condizioni di Stoccaggio

A causa della sua classificazione Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) 3:

• Busta Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR. Utilizzare entro un anno dalla data di sigillatura della busta.
• Dopo l'Apertura della Busta:Conservare a ≤30°C e ≤60% UR. Si raccomanda di completare la rifusione IR entro una settimana (168 ore).
• Stoccaggio Prolungato (Aperto):Conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
• Essiccazione:Se esposto per più di una settimana, essiccare a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il \"popcorning\" durante la rifusione.

5.4 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, utilizzare solventi a base alcolica come l'alcool isopropilico. Evitare detergenti chimici aggressivi o sconosciuti che potrebbero danneggiare la lente epossidica o il package.

6. Suggerimenti Applicativi & Considerazioni di Progettazione

6.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il circuito più comune è una semplice connessione in serie: una sorgente di tensione (V_CC), una resistenza limitatrice di corrente (R_S) e l'IRED. R_S= (V_CC- V_F) / I_F. Per il funzionamento pulsato (ad es., telecomando), tipicamente si utilizza un transistor (BJT o MOSFET) per accendere e spegnere l'IRED alla frequenza e al duty cycle desiderati. La corrente di picco non deve superare la I_FP rating.

6.2 Considerazioni di Progettazione Ottica

• Portata vs. Corrente:La portata effettiva è proporzionale alla radice quadrata dell'intensità radiante. Raddoppiare la corrente di pilotaggio non raddoppia la portata.
• Selezione della Lente:La lente piatta integrata fornisce un'ampia copertura. Per fasci focalizzati o portate maggiori, può essere aggiunta una lente plastica esterna per collimare la luce.
• Abbinamento con il Ricevitore:Accoppiare sempre l'emettitore 940nm con un fotorivelatore (fotodiodo, fototransistor o IC) la cui sensibilità di picco sia anch'essa nella regione dei 940nm. Molti rivelatori al silicio hanno una buona sensibilità intorno a 850-950nm.
• Reiezione della Luce Ambientale:In ambienti con forte IR ambientale (luce solare, lampade a incandescenza), utilizzare un segnale modulato e un ricevitore con demodulatore corrispondente. Un filtro ottico sul ricevitore che blocca la luce visibile e lascia passare i 940nm può migliorare significativamente il rapporto segnale/rumore.

6.3 Gestione Termica

Sebbene il dispositivo possa gestire 100mW, operare a una dissipazione di potenza inferiore aumenta l'affidabilità e la longevità. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB intorno ai pad per fungere da dissipatore di calore, specialmente se si pilota vicino alla corrente DC massima. La curva di derating (Fig. 2) deve essere consultata per ambienti ad alta temperatura.

7. Confronto Tecnico & Differenziazione

Questo IRED GaAs 940nm offre un set bilanciato di caratteristiche per applicazioni infrarosse generiche. I differenziatori chiave impliciti nelle sue specifiche includono:

• Lunghezza d'Onda:940nm è preferita rispetto a 850nm in molte applicazioni consumer perché è meno visibile come debole bagliore rosso, garantendo un'operazione più discreta.
• Ampio Angolo di Visione:L'angolo di 150° è eccezionalmente ampio, adatto per applicazioni in cui l'allineamento non è critico o è necessaria un'ampia copertura (ad es., sensori di presenza).
• Package Standard:Il package EIA garantisce un facile approvvigionamento, compatibilità e sostituzione all'interno del settore.
• Robustezza:Le valutazioni per la corrente pulsata (500mA) e la saldatura a rifusione (260°C) indicano un componente progettato per una produzione affidabile e di alto volume.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

Utilizzando il tipico V_Fdi 1.2V: R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190 Ohm. Una resistenza standard da 180 o 200 Ohm sarebbe adatta. Utilizzare sempre il V_Fmassimo (1.6V) per un design conservativo per garantire che la corrente non superi l'obiettivo: R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 Ohm.

8.2 Posso usarlo per un telecomando a lungo raggio?

La sua intensità radiante di 0.8 mW/sr è adatta per telecomandi indoor tipici su distanze di 5-10 metri. Per portate maggiori, sarebbe necessario aumentare la corrente di pilotaggio (entro i limiti pulsati), utilizzare una lente di focalizzazione o selezionare un IRED con una specifica di intensità radiante più alta.

8.3 La scheda tecnica dice \"La condizione di tensione inversa è applicata solo per il test IR. Il dispositivo non è progettato per il funzionamento inverso.\" Cosa significa?

Ciò significa che la valutazione di tensione inversa di 5V è un parametro di test per verificare la corrente di dispersione durante la produzione. Non è una valutazione operativa. Nel tuo circuito, devi assicurarti che l'IRED non sia mai sottoposto a una polarizzazione inversa durante il normale funzionamento, poiché anche una piccola tensione inversa potrebbe danneggiarlo se non limitata in corrente. Includere sempre protezione, come assicurarsi che sia orientato correttamente o aggiungere un diodo in parallelo se la topologia del circuito potrebbe causare tensione inversa.

8.4 Quanto è critica la durata di un'ora dopo l'apertura della busta barriera all'umidità?

Per i componenti MSL 3, è molto importante. Superare questa durata senza un adeguato stoccaggio o essiccazione rischia l'ingresso di umidità nel package plastico. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità può vaporizzarsi rapidamente, causando delaminazione interna, crepe o \"popcorning,\" che porta a guasti immediati o latenti. Rispettare rigorosamente le linee guida di stoccaggio ed essiccazione.

9. Principi Operativi

Un Diodo Emettitore Infrarosso (IRED) funziona sullo stesso principio di un LED a luce visibile standard ma utilizza materiali semiconduttori (come il GaAs) con un bandgap corrispondente alle energie dei fotoni infrarossi. Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni. Per il GaAs, questa energia del fotone corrisponde a una lunghezza d'onda di circa 940nm. La lente epossidica trasparente è trasparente sia alla luce visibile che a quella infrarossa, permettendo alla radiazione IR di passare mentre fornisce anche protezione meccanica e ambientale al chip semiconduttore.

10. Tendenze del Settore

Il mercato dei componenti infrarossi discreti rimane stabile, trainato da applicazioni consolidate come i telecomandi e usi in evoluzione nei sensori IoT, riconoscimento gestuale e visione artificiale. Le tendenze includono l'integrazione di emettitori e rivelatori in package più piccoli e robusti, lo sviluppo di IRED ad alta velocità per la comunicazione dati (successori di IrDA) e una maggiore enfasi sull'efficienza energetica e l'affidabilità per dispositivi alimentati a batteria. Il passaggio a materiali senza piombo (Pb-free) e senza alogeni in conformità con le normative ambientali globali è anche un requisito standard, che questo componente soddisfa.