Scheda Tecnica Emettitore e Rivelatore IR LTE-C9501 - Lunghezza d'Onda 940nm - Corrente Diretta 20mA - Tensione Diretta Tipica 1.2V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-C9501 è un componente discreto a infrarossi progettato per un'ampia gamma di applicazioni che richiedono un'emissione e una rilevazione infrarossa affidabile. Fa parte di una linea di prodotti completa che soddisfa le esigenze dei sistemi elettronici moderni, dove alte prestazioni, packaging compatto e compatibilità con i processi di assemblaggio automatizzato sono critici.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo componente includono la conformità agli standard RoHS e ai prodotti ecologici, garantendo il rispetto dell'ambiente. Viene fornito su nastro portacomponenti da 12 mm su bobine da 7 pollici di diametro, rendendolo completamente compatibile con le attrezzature di posizionamento automatico ad alta velocità utilizzate nelle moderne linee di assemblaggio PCB. Il package è inoltre progettato per essere compatibile con i processi di saldatura a riflusso a infrarossi, che è lo standard del settore per la tecnologia a montaggio superficiale (SMT). Il suo package standard EIA garantisce la compatibilità meccanica con altri componenti e librerie di progettazione. Il dispositivo è rivolto a mercati come l'elettronica di consumo per telecomandi, i sistemi industriali e commerciali per la trasmissione dati wireless IR e i sistemi di sicurezza per funzioni di allarme e rilevamento.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le prestazioni del LTE-C9501 sono definite da una serie di valori massimi assoluti e da caratteristiche elettriche/ottiche dettagliate. Comprendere questi parametri è essenziale per una progettazione del circuito affidabile.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale. I limiti chiave includono una dissipazione di potenza di 100 mW, una corrente diretta di picco di 800 mA in condizioni pulsate (300 pps, impulso di 10 µs) e una corrente diretta continua in DC di 60 mA. Il dispositivo può sopportare una tensione inversa fino a 5V, sebbene non sia progettato per funzionare in inversa. L'intervallo di temperatura di funzionamento è specificato da -40°C a +85°C, con un intervallo di temperatura di conservazione più ampio da -55°C a +100°C. Il componente può resistere alla saldatura a riflusso a infrarossi con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri, misurati a una temperatura ambiente standard di 25°C, definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche. L'intensità radiante (I_E) varia da un minimo di 1,0 mW/sr a un massimo di 6,0 mW/sr quando pilotata con una corrente diretta (I_F) di 20mA. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λ_p) è di 940 nm, che si trova nello spettro del vicino infrarosso ed è invisibile all'occhio umano. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è tipicamente di 50 nm. La tensione diretta (V_F) è tipicamente di 1,2V, con un intervallo da 1,1V a 1,5V a I_F=20mA. La corrente inversa (I_R) è al massimo di 10 µA quando viene applicata una tensione inversa (V_R) di 5V. L'angolo di visione (2θ_1/2) è di 20 gradi, definendo la diffusione angolare della radiazione infrarossa emessa dove l'intensità scende alla metà del valore sull'asse.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire prestazioni uniformi nella produzione, il LTE-C9501 viene suddiviso in diversi bin in base alla sua intensità radiante. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino specifici requisiti di output per la loro applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Radiante

L'elenco dei codici bin categorizza i dispositivi in tre gruppi in base alla loro intensità radiante minima e massima misurata a I_F=20mA. Il Bin A copre dispositivi con intensità da 1,0 a 2,0 mW/sr. Il Bin B copre da 2,0 a 3,0 mW/sr. Il Bin C copre da 3,0 a 6,0 mW/sr. Una tolleranza di +/-15% viene applicata all'intensità all'interno di ciascun bin. Questo sistema di binning è utile in applicazioni dove una forza del segnale costante è cruciale, come nei collegamenti di trasmissione dati o nei sensori di prossimità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono una comprensione più profonda di come si comporta il dispositivo in condizioni variabili, il che è vitale per una progettazione di sistema robusta.

4.1 Distribuzione Spettrale

La curva di distribuzione spettrale (Fig.1) mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma il picco a 940 nm e la semilarghezza spettrale di 50 nm, indicando la larghezza di banda della luce infrarossa emessa. Questa informazione è importante per l'abbinamento con la sensibilità spettrale dei corrispondenti fotorivelatori e per filtrare il rumore della luce ambientale.

4.2 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva (Fig.2) illustra la relazione tra la corrente diretta ammissibile e la temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente diretta massima consentita diminuisce a causa delle limitazioni termiche della giunzione del semiconduttore. Questa curva di derating è fondamentale per garantire che il dispositivo operi all'interno della sua area di funzionamento sicura (SOA) in tutte le condizioni ambientali.

4.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La curva caratteristica IV (Fig.3) mostra la relazione non lineare tra corrente diretta e tensione diretta. Aiuta nella progettazione del circuito di limitazione della corrente per il LED. La forma della curva è tipica per un diodo, con una tensione di soglia intorno a 1V.

4.4 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente e Corrente Diretta

Le Figure 4 e 5 mostrano come la potenza ottica in uscita cambi con la temperatura e la corrente di pilotaggio. L'output generalmente diminuisce con l'aumentare della temperatura (Fig.4) e aumenta con la corrente di pilotaggio (Fig.5), sebbene non necessariamente in modo lineare. Queste curve sono essenziali per compensare l'output in ambienti a temperatura variabile o per progettare circuiti a luminosità costante.

4.5 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare di radiazione (Fig.6) rappresenta visivamente l'angolo di visione. L'intensità è massima lungo l'asse centrale (0 gradi) e diminuisce simmetricamente alla metà del suo valore a +/-10 gradi dall'asse, confermando la specifica dell'angolo di visione totale di 20 gradi. Questo pattern è importante per l'allineamento ottico in sistemi come telecomandi o collegamenti dati.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni di Contorno

La scheda tecnica fornisce disegni meccanici dettagliati del componente. Tutte le dimensioni sono specificate in millimetri, con una tolleranza standard di ±0,1 mm salvo diversa indicazione. Il package è un fattore di forma standard EIA con una lente in plastica trasparente per l'emissione frontale.

5.2 Layout Consigliato dei Pads di Saldatura

Viene fornito un land pattern consigliato (progetto dei pad di saldatura) per il layout PCB. Seguire queste dimensioni garantisce una corretta formazione del giunto di saldatura durante il riflusso, una buona resistenza meccanica e un corretto allineamento del componente.

5.3 Dimensioni del Package a Nastro e Bobina

Disegni dettagliati mostrano le dimensioni del nastro portacomponenti e della bobina da 7 pollici utilizzata per la movimentazione automatizzata. Le tasche del nastro sono progettate per trattenere saldamente il componente e un nastro di copertura superiore le sigilla. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantendo la compatibilità con le attrezzature standard pick-and-place.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Riflusso

È incluso un profilo di riflusso a infrarossi suggerito per processi senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono una zona di pre-riscaldamento di 150-200°C, un tempo di pre-riscaldamento fino a un massimo di 120 secondi, una temperatura di picco non superiore a 260°C e un tempo sopra questo picco di massimo 10 secondi. Il profilo si basa sugli standard JEDEC per garantire una saldatura affidabile senza danneggiare il componente. Si sottolinea che il profilo ottimale può variare in base al design specifico del PCB, alla pasta saldante e al forno utilizzato.

6.2 Condizioni di Conservazione

Per l'imballaggio originale non aperto, a prova di umidità con essiccante, i componenti devono essere conservati a 30°C o meno e al 90% di umidità relativa o meno, con un periodo di utilizzo consigliato entro un anno. Una volta aperta la confezione originale, l'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C o il 60% di umidità relativa. I componenti rimossi dalla confezione originale dovrebbero idealmente essere saldati a riflusso entro una settimana. Per una conservazione più lunga al di fuori della busta originale, dovrebbero essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto. I componenti conservati per più di una settimana al di fuori della confezione originale devono essere "baked" (essiccati in forno) a circa 60°C per almeno 20 ore prima dell'assemblaggio per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il fenomeno del "popcorning" durante il riflusso.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, sono consigliati solventi a base alcolica come l'alcool isopropilico.

6.4 Saldatura Manuale

Se è richiesta la saldatura manuale con saldatore, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di contatto deve essere limitato a un massimo di 3 secondi per ogni giunto di saldatura.

7. Raccomandazioni Applicative

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Il LTE-C9501 è adatto per essere utilizzato come emettitore a infrarossi nelle unità di telecomando per l'elettronica di consumo (TV, impianti audio). È anche applicabile in sistemi di trasmissione dati wireless IR a corto raggio, come in alcuni collegamenti dati legacy o in semplici telemetrie di sensori. Inoltre, può essere utilizzato nei sistemi di allarme di sicurezza come parte di un sensore a barriera infrarossa o in applicazioni di rilevamento di prossimità.

7.2 Considerazioni di Progettazione

Pilotaggio della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza di limitazione della corrente in serie o un driver a corrente costante per impostare la corrente diretta (I_F). Non superare i valori massimi assoluti per la corrente continua o pulsata. Fare riferimento alla curva di derating per il funzionamento ad alta temperatura.
Progettazione Ottica:Considerare l'angolo di visione di 20 gradi quando si progettano lenti o riflettori per collimare o focalizzare il fascio IR. Per la ricezione, assicurarsi che il fotorivelatore abbinato (fotodiodo o fototransistor) abbia un'appropriata sensibilità spettrale intorno ai 940 nm.
Progettazione Elettrica:Sebbene il dispositivo possa tollerare una tensione inversa di 5V, non è progettato per funzionare in polarizzazione inversa. Assicurarsi che i progetti del circuito impediscano l'applicazione di una tensione inversa significativa durante il funzionamento normale o i transitori.
Gestione Termica:Assicurarsi che il layout del PCB fornisca un adeguato rilievo termico, specialmente se si opera vicino ai valori massimi di corrente, per prevenire il surriscaldamento e il degrado prematuro.

7.3 Avvertenze e Affidabilità

Il componente è destinato a equipaggiamenti elettronici standard. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe mettere a rischio vite o salute (es. aviazione, dispositivi medici, sistemi di sicurezza), sono necessarie consultazioni e qualifiche specifiche. Rispettare sempre le condizioni specificate di conservazione, manipolazione e saldatura per mantenere l'affidabilità e le prestazioni del componente.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene la scheda tecnica si concentri su una singola parte, i principali fattori di differenziazione del LTE-C9501 nella sua categoria includono la sua specifica lunghezza d'onda di 940nm, che offre un buon equilibrio tra potenza in uscita e compatibilità con i fotodiodi al silicio, essendo meno visibile delle sorgenti a 850nm. La lente trasparente (al contrario di quelle colorate) massimizza l'output luminoso. Il suo packaging e la compatibilità con i processi SMT automatizzati lo rendono adatto alla produzione di grandi volumi. La disponibilità di bin di intensità radiante consente flessibilità di progettazione e ottimizzazione dei costi in base alla forza del segnale richiesta.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo della lunghezza d'onda di 940nm?
R: La luce infrarossa a 940nm è invisibile all'occhio umano, rendendola ideale per un funzionamento discreto nei telecomandi e nei sistemi di sicurezza. Viene anche rilevata in modo efficiente dai comuni fotodiodi e fototransistori al silicio.

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3,3V o 5V?
R: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie. Calcolare il valore della resistenza utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Ad esempio, con un'alimentazione di 3,3V, V_F=1,2V e I_F=20mA: R = (3,3 - 1,2) / 0,02 = 105 Ohm. Utilizzare il valore standard successivo, come 100 Ohm.

D: Qual è la differenza tra intensità radiante (mW/sr) e intensità luminosa?
R: L'intensità radiante misura la potenza ottica (in watt) per angolo solido, rilevante per tutte le lunghezze d'onda. L'intensità luminosa è ponderata dalla sensibilità dell'occhio umano ed è utilizzata per la luce visibile. Poiché questo è un dispositivo IR, l'intensità radiante è la metrica corretta.

D: Perché la sensibilità all'umidità in conservazione è importante?
R: I componenti SMD incapsulati in plastica possono assorbire umidità dall'aria. Durante l'alto calore della saldatura a riflusso, questa umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, causando delaminazione interna o crepe ("popcorning"), che possono distruggere il dispositivo. Una corretta conservazione e l'essiccazione preventiva lo prevengono.

10. Esempi Pratici di Progettazione e Utilizzo

Esempio 1: Trasmettitore IR Semplice per Telecomando:Abbinare il LTE-C9501 con un IC di modulazione a 38kHz (o un microcontrollore che genera un segnale PWM a 38kHz) e un interruttore a transistor. La resistenza di limitazione della corrente imposta I_Fa 20-40mA per una buona portata. Il fascio di 20 gradi fornisce un'area di copertura ragionevole per puntare un telecomando verso un dispositivo.

Esempio 2: Sensore di Prossimità IR:Posizionare un emettitore LTE-C9501 e un fototransistor abbinato fianco a fianco, rivolti nella stessa direzione. Un oggetto che passa davanti rifletterà la luce IR verso il rivelatore. Utilizzare un funzionamento pulsato dell'emettitore e un rilevamento sincrono nel circuito ricevitore per respingere la luce ambientale. Il sistema di binning consente di selezionare un emettitore con output sufficiente per la distanza di rilevamento richiesta.

Esempio 3: Collegamento Dati:Per una semplice trasmissione dati seriale su brevi distanze, pilotare il LED con il segnale dati attraverso un circuito di amplificazione di corrente. La capacità ad alta velocità del materiale semiconduttore sottostante (implicita nella descrizione della linea di prodotti) supporta la modulazione per i dati. Un fotodiodo abbinato con un amplificatore di transimpedenza verrebbe utilizzato sul lato ricevitore.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il LTE-C9501, come emettitore a infrarossi, è un diodo a emissione luminosa (LED). Il suo nucleo è un chip semiconduttore, tipicamente realizzato in Arseniuro di Gallio (GaAs) per l'emissione a 940nm. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione P-N, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione del materiale (bandgap) del semiconduttore determina la lunghezza d'onda della luce emessa, che in questo caso è di 940nm, nella regione dell'infrarosso. Il package in epossidico trasparente incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e incorpora una lente che modella la luce emessa nel pattern specificato dell'angolo di visione di 20 gradi.

12. Tendenze e Contesto Tecnologico

Componenti discreti a infrarossi come il LTE-C9501 rimangono elementi costitutivi fondamentali nell'elettronica. Le tendenze chiave che influenzano questo campo includono la continua domanda di miniaturizzazione e maggiore integrazione, portando a package combinati che potrebbero includere sia emettitore che rivelatore in un unico alloggiamento. C'è anche una spinta verso una maggiore efficienza (più output ottico per input elettrico) e una maggiore velocità per una trasmissione dati più rapida. L'adozione di processi di produzione senza piombo (Pb-free) e conformi al RoHS, come visto in questo componente, è ormai uno standard universale. Inoltre, la compatibilità con le attrezzature pick-and-place automatizzate e la saldatura a riflusso è essenziale per una produzione di massa economicamente vantaggiosa. Mentre i circuiti integrati specifici per applicazione (ASIC) e i moduli stanno diventando più comuni, i componenti discreti offrono flessibilità di progettazione, vantaggi di costo su larga scala e sono spesso la soluzione preferita per progetti ottici personalizzati o ottimizzati.