Scheda Tecnica Emettitore e Rivelatore IR LTE-C9501-E-T - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Angolo di Visione 20 Gradi - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente discreto a infrarossi (IR) progettato per applicazioni a montaggio superficiale (SMD). Il dispositivo combina la funzionalità di emettitore e rivelatore a infrarossi, rivolgendosi a soluzioni che richiedono una trasmissione e ricezione affidabile del segnale IR. I suoi vantaggi principali includono la compatibilità con i processi di assemblaggio automatizzato, la conformità agli standard RoHS e ai prodotti ecologici (green), e l'idoneità per la produzione di grandi volumi tramite saldatura a rifusione a infrarossi. I mercati target principali includono l'elettronica di consumo per sistemi di telecomando, applicazioni industriali per la trasmissione dati wireless e sistemi di sicurezza per funzioni di allarme e rilevamento.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (TA) di 25°C. Superare questi limiti può causare danni permanenti.

• Dissipazione di Potenza (Pd):Massimo 100 mW.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):Massimo 800 mA in condizioni pulsate (300 pps, larghezza impulso 10 μs).
• Corrente Diretta Continua (IF):Massimo 60 mA in corrente continua.
• Tensione Inversa (VR):Massimo 5 V.
• Intervallo di Temperatura Operativa (Topr):Da -40°C a +85°C.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio (Tstg):Da -55°C a +100°C.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Temperatura di picco massima di 260°C per 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Le prestazioni tipiche sono misurate a TA=25°C salvo diversa indicazione.

• Intensità Radiante (I_E):Varia da 1,0 a 6,0 mW/sr a una corrente diretta (I_F) di 20mA. Il valore esatto è determinato dal codice di bin.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):940 nm (tipico). Questa lunghezza d'onda si trova nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano, rendendola ideale per telecomandi e collegamenti dati.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (tipico). Questo parametro definisce la larghezza di banda spettrale della luce IR emessa.
• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1,2V, con un intervallo da 1,1V a 1,5V a I_F=20mA.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA a una tensione inversa (V_R) di 5V.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):20 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante è la metà del valore sull'asse centrale (0°). Un angolo di visione più stretto comporta una radiazione più direzionale.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

I dispositivi sono suddivisi in bin in base alla loro intensità radiante misurata nella condizione di test standard di I_F=20mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con un'uscita ottica coerente per la loro applicazione.

• BIN A:Intensità Radiante da 1,0 mW/sr (Min) a 2,0 mW/sr (Max).
• BIN B:Intensità Radiante da 2,0 mW/sr (Min) a 3,0 mW/sr (Max).
• BIN C:Intensità Radiante da 3,0 mW/sr (Min) a 6,0 mW/sr (Max).

Si applica una tolleranza di +/-15% all'intensità all'interno di ciascun bin. In questa scheda tecnica non è indicato un binning separato per la lunghezza d'onda o la tensione diretta.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici caratteristici essenziali per la progettazione del circuito e la comprensione del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Distribuzione Spettrale

La Figura 1 mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. La curva è centrata a 940 nm con una tipica larghezza a mezza altezza di 50 nm, confermando la purezza spettrale della luce infrarossa emessa.

4.2 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

La Figura 2 illustra la riduzione (derating) della corrente diretta massima ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. La corrente nominale diminuisce linearmente dal suo valore massimo a temperature più basse fino a zero alla massima temperatura di giunzione, garantendo un funzionamento affidabile prevenendo il sovraccarico termico.

4.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La Figura 3 rappresenta la curva caratteristica IV (Corrente-Tensione). Mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo, con la tensione diretta relativamente costante (intorno a 1,2V) su un ampio intervallo di correnti operative.

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'uscita tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura (Figura 4) e aumenta in modo super-lineare con la corrente diretta (Figura 5), evidenziando l'importanza di una corrente di pilotaggio stabile e di una gestione termica per prestazioni costanti.

4.5 Diagramma di Radiazione

La Figura 6 è un diagramma polare di radiazione che mostra la distribuzione spaziale della luce emessa. Il diagramma conferma l'angolo di visione di 20 gradi, con l'intensità che scende al 50% a +/-10 gradi dall'asse centrale.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni di Contorno

Il componente è alloggiato in un package standard EIA. Le dimensioni esatte sono fornite nei disegni della scheda tecnica, con una tolleranza generale di ±0,1mm salvo diversa specifica. Il package presenta una lente in plastica trasparente con configurazione a vista dall'alto (top-view).

5.2 Layout Consigliato dei Piazzole di Saldatura

Viene fornito un modello di piazzola (land pattern) suggerito per il design del PCB, con dimensioni di 1,0mm x 1,8mm per le piazzole. Questo layout è ottimizzato per una saldatura affidabile e stabilità meccanica durante il processo di rifusione.

5.3 Identificazione della Polarità

Si applicano le marcature di polarità standard del diodo. Il catodo è tipicamente indicato sul package. I progettisti devono consultare il disegno di contorno dettagliato per lo schema di marcatura esatto per garantire il corretto orientamento durante l'assemblaggio.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione (Reflow)

È incluso un profilo di rifusione a infrarossi suggerito per processi senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono:

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

Il profilo si basa sugli standard JEDEC per garantire l'affidabilità del componente. La scheda tecnica sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno, quindi si consiglia una caratterizzazione a livello di scheda.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a una temperatura massima di 300°C per non più di 3 secondi per giunto. Evitare di applicare stress meccanici eccessivi al componente.

6.3 Condizioni di Stoccaggio

Uno stoccaggio corretto è fondamentale per la saldabilità:

• Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% UR. Utilizzare entro un anno dall'apertura della busta barriera all'umidità.
• Confezione Aperta:Conservare a ≤30°C e ≤60% UR. I componenti dovrebbero essere rifusi entro una settimana. Per stoccaggi più lunghi, utilizzare un contenitore sigillato con essiccante o in atmosfera di azoto. I componenti conservati fuori dalla busta originale per più di una settimana richiedono una cottura (baking) a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura.

6.4 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, utilizzare solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico. Evitare l'uso di detergenti aggressivi o acquosi che potrebbero danneggiare il package in plastica o la lente.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il componente è fornito su nastro portacomponenti da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro, compatibili con le attrezzature standard di pick-and-place automatico. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. L'imballaggio è conforme agli standard ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7.2 Spiegazione del Numero di Modello

Il numero di parte LTE-C9501-E-T identifica questa variante specifica. I suffissi "E" e "T" indicano probabilmente un binning specifico, l'imballaggio (Tape & Reel) o altre variazioni di prodotto secondo il sistema di codifica interno del produttore.

8. Raccomandazioni Applicative

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

L'emettitore IR è tipicamente pilotato da un transistor o da un circuito integrato driver dedicato per fornire la necessaria corrente pulsata (ad es., per codici di telecomando). Una resistenza limitatrice di corrente in serie è obbligatoria per impostare la corrente diretta (I_F) al valore desiderato, calcolata utilizzando (Tensione di Alimentazione - V_F) / I_F. Il lato rivelatore, se è integrato un fotodiodo o un fototransistor, sarebbe collegato in configurazione polarizzata inversamente con una resistenza di carico per convertire la fotocorrente in una tensione misurabile.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Pilotaggio della Corrente:Operare entro i Valori Massimi Assoluti. Per funzionamento continuo, non superare i 60mA in DC. Per funzionamento pulsato (come nei telecomandi), sono ammesse correnti di picco più elevate fino a 800mA, che aumentano significativamente l'uscita radiante istantanea e la portata di trasmissione.
• Gestione Termica:Il valore nominale di dissipazione di potenza di 100mW deve essere rispettato. Su un PCB, assicurare un'adeguata area di rame attorno alle piazzole per fungere da dissipatore di calore, specialmente quando si opera vicino ai valori massimi.
• Percorso Ottico:L'angolo di visione di 20 gradi è relativamente stretto. Allineare con precisione emettitore e rivelatore. Evitare ostruzioni e considerare l'uso di lenti o light pipe se è richiesto un fascio con pattern diverso.
• Reiezione della Luce Ambiente:Per applicazioni con rivelatore, la sensibilità di picco a 940nm aiuta a respingere il rumore della luce visibile. Per ambienti con forti sorgenti IR (come luce solare o lampadine a incandescenza), potrebbero essere necessarie tecniche aggiuntive di filtraggio ottico o di rilevamento del segnale modulato (accoppiato in AC) per migliorare il rapporto segnale/rumore.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED IR generici, questo componente offre vantaggi specifici: la sua compatibilità con il posizionamento automatico e la saldatura a rifusione IR semplifica la produzione di grandi volumi. La disponibilità in bin di intensità (A, B, C) consente una coerenza di progettazione. La lunghezza d'onda di 940nm è uno standard comune per i telecomandi consumer, garantendo compatibilità con un'ampia gamma di ricevitori. L'inclusione di profili di saldatura dettagliati e linee guida per lo stoccaggio dimostra un focus sulla progettazione per la producibilità (design-for-manufacturability).

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra Intensità Radiante (mW/sr) e Intensità Luminosa (mcd)?

R: L'Intensità Radiante misura la potenza ottica totale emessa per angolo solido, rilevante per i dispositivi IR. L'Intensità Luminosa misura la luminosità percepita dall'occhio umano, ponderata dalla curva di risposta fotopica, ed è utilizzata per i LED visibili. Per questo dispositivo IR, l'Intensità Radiante è la metrica corretta.

D: Posso usarlo per trasmissione dati continua?

R: Sì, ma devi operare entro il limite di corrente diretta continua di 60mA. Per trasmissioni ad alta velocità o a distanza maggiore, il funzionamento pulsato (entro il limite di picco di 800mA) è più efficace, poiché consente una potenza ottica istantanea più elevata.

D: Come seleziono il BIN corretto?

R: Scegli in base alla potenza ottica richiesta per il tuo budget di collegamento (link budget). Il BIN C (3-6 mW/sr) fornisce l'uscita più alta e la portata più lunga. Il BIN A o B può essere sufficiente per applicazioni a corto raggio e può essere più conveniente.

D: È necessaria una lente esterna?

R: Il dispositivo ha una lente integrata a vista dall'alto che fornisce un fascio di 20 gradi. Una lente esterna tipicamente non è necessaria a meno che non sia richiesta la collimazione del fascio (angolo più stretto) o la messa a fuoco.

11. Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettare un semplice trasmettitore a infrarossi per telecomando di un elettrodomestico.

Passaggi di Progettazione:

1. Selezione del Componente:Scegliere questo emettitore IR (ad es., BIN C per una buona portata).

2. Circuito di Pilotaggio:Utilizzare un pin GPIO di un microcontrollore per generare il segnale portante modulato (ad es., 38kHz). Questo segnale pilota un transistor (ad es., NPN) in configurazione di interruttore. Il collettore del transistor è collegato all'anodo dell'emettitore IR e il catodo a massa. Una resistenza in serie con l'emettitore imposta la corrente: R = (Vcc - V_CE(sat)- V_F) / I_F. Assumendo Vcc=3,3V, V_CE(sat)=0,2V, V_F=1,2V e I_F desiderata=100mA (pulsata), R = (3,3 - 0,2 - 1,2) / 0,1 = 19Ω (utilizzare una resistenza standard da 20Ω). Assicurarsi che il transistor possa gestire la corrente di picco.

3. Layout del PCB:Posizionare l'emettitore sul bordo del PCB. Utilizzare le dimensioni consigliate per le piazzole di saldatura. Fornire una piccola zona di rame per la dissipazione del calore.

4. Test:Verificare l'uscita utilizzando un modulo ricevitore IR o una fotocamera digitale (che può vedere la luce a 940nm come un debole bagliore viola).

12. Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio dell'elettroluminescenza per la sezione emettitrice. Quando una corrente diretta viene applicata al chip semiconduttore (probabilmente a base di GaAs per l'emissione a 940nm), elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce) a una lunghezza d'onda corrispondente all'energia del bandgap del materiale (940nm). La sezione rivelatrice, se presente, opera sul principio dell'effetto fotoelettrico. I fotoni infrarossi incidenti con sufficiente energia creano coppie elettrone-lacuna nel semiconduttore, generando una fotocorrente quando viene applicata una tensione di polarizzazione inversa. Questa corrente è proporzionale all'intensità della luce IR in arrivo.

13. Tendenze del Settore

Il mercato dei componenti IR discreti rimane stabile, trainato da applicazioni consolidate come telecomandi, sensori di prossimità e interruttori ottici. Le tendenze includono l'integrazione di emettitori e rivelatori IR in moduli più complessi con driver e logica integrati (ad es., moduli sensori di prossimità con uscita I2C). C'è anche una continua spinta verso una maggiore efficienza (più potenza radiante per mA di corrente di pilotaggio) e dimensioni del package più piccole per adattarsi a dispositivi consumer sempre più compatti. L'enfasi sulla conformità RoHS e sulla produzione ecologica, come si vede in questa scheda tecnica, è uno standard universale del settore.