Scheda Tecnica LTE-C216R-14 - Emettitore e Rivelatore IR - Pacchetto 1206 - Lunghezza d'Onda 850nm - Corrente 60mA - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-C216R-14 è un componente a montaggio superficiale (SMD) emettitore e rivelatore a infrarossi (IR), progettato per l'integrazione in assemblaggi elettronici moderni. La sua funzione principale è emettere e rilevare luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 850 nanometri, rendendolo adatto a una varietà di applicazioni di sensing, trasmissione dati e rilevamento di prossimità. Il dispositivo è alloggiato in un compatto package 1206, un'impronta standard EIA, che garantisce ampia compatibilità con i processi di produzione automatizzati e i layout PCB esistenti.

I vantaggi principali di questo componente includono la compatibilità con attrezzature di posizionamento automatizzato ad alto volume e la robustezza nei processi standard di riflow saldatura a infrarossi. Ciò lo rende una scelta ideale per la produzione di massa a costi contenuti. Inoltre, è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), classificandolo come prodotto ecologico, aspetto sempre più importante per l'accesso al mercato globale e la conformità ambientale.

Il mercato target per questo dispositivo spazia dall'elettronica di consumo, all'automazione industriale, alle apparecchiature di comunicazione e alle macchine per ufficio. La sua affidabilità e il package standardizzato lo rendono un elemento versatile per i progettisti che richiedono una soluzione IR affidabile.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Far funzionare qualsiasi componente elettronico oltre i suoi valori massimi assoluti può causare danni permanenti. Per il LTE-C216R-14, questi limiti sono definiti a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (P_D):100 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare in sicurezza sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):800 mA. Questa è la massima corrente istantanea ammissibile, tipicamente specificata in condizioni di impulso (300 impulsi al secondo, larghezza impulso 10 μs) per prevenire sovraccarichi termici durante brevi burst.
• Corrente Diretta Continua (I_F):60 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo senza degradare le prestazioni o la durata.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può danneggiare la giunzione del semiconduttore.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambientale.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-55°C a +100°C. Il componente può essere conservato senza degradarsi entro questi limiti.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Resiste a 260°C per 10 secondi. Questo definisce la sua tolleranza per i profili di riflow saldatura senza piombo (Pb-free).

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

I parametri di prestazione chiave sono misurati a T_A=25°C in condizioni di test specificate, fornendo un riferimento per i calcoli di progetto.

• Intensità Radiante (I_E):4 (Min) a 13 (Max) mW/sr, con un valore tipico fornito. Misurata a una corrente diretta (I_F) di 20 mA. Questo parametro quantifica la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante).
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_Peak):850 nm (Tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emettitore fornisce la sua massima potenza ottica. È un parametro critico per l'abbinamento con la sensibilità spettrale dei fotorivelatori.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (Tipico). Questo indica la larghezza di banda della luce emessa, mostrando quanto la lunghezza d'onda si diffonde attorno al picco.
• Tensione Diretta (V_F):1.6 V (Tipico), 2.0 V (Massimo) a I_F= 50 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del dispositivo quando conduce. È essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Massimo) a V_R= 5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Tempo di Salita/Discesa (T_r/T_f):30 ns (Tipico). Questo specifica la velocità con cui l'uscita ottica può accendersi e spegnersi (misurata dal 10% al 90% dell'uscita), determinando la massima velocità di modulazione possibile per la trasmissione dati.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):75 gradi (Tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo più ampio fornisce una copertura spaziale più estesa ma un'intensità inferiore in qualsiasi punto specifico.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettriche e ottiche. Sebbene i grafici specifici non siano riprodotti nel testo, il loro scopo è fornire una comprensione visiva del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

Queste curve includono tipicamente:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione tra corrente diretta e tensione diretta, che è non lineare per i LED. Questo aiuta a determinare la resistenza dinamica e la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente target.
• Intensità Radiante vs. Corrente Diretta:Illustra come la potenza ottica in uscita aumenti con la corrente di pilotaggio. È generalmente lineare entro l'intervallo operativo ma può saturarsi a correnti molto elevate.
• Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura:Dimostra come la lunghezza d'onda emessa si sposti con i cambiamenti della temperatura di giunzione, aspetto cruciale per applicazioni sensibili alla temperatura.
• Diagramma dell'Angolo di Visione:Un grafico polare che mostra la distribuzione spaziale dell'intensità della luce emessa.

Gli ingegneri utilizzano queste curve per ottimizzare il loro progetto, garantendo che il dispositivo operi nella sua regione più efficiente e affidabile, e per prevedere le prestazioni in condizioni non standard.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il componente utilizza un'impronta standard del package 1206. La scheda tecnica fornisce disegni meccanici dettagliati con tutte le dimensioni critiche in millimetri. Le dimensioni chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessiva del corpo del componente, nonché la posizione e la dimensione dei terminali di saldatura sul dispositivo stesso. La tolleranza per queste dimensioni è tipicamente ±0.10 mm salvo diversa specifica. Il rispetto di queste dimensioni è vitale per il successo del progetto del land pattern PCB e dell'assemblaggio automatizzato.

4.2 Layout Consigliato dei Piazzole di Saldatura

Viene fornita un'impronta consigliata per le piazzole di saldatura sul PCB. Questo layout è progettato per garantire la formazione di un giunto di saldatura affidabile durante il riflow, minimizzando problemi come il tombstoning (componente che si solleva) o la saldatura insufficiente. Seguire queste dimensioni consigliate per le piazzole, che sono solitamente leggermente più grandi dei terminali del componente per consentire la corretta formazione del filetto di saldatura, è una best practice per la producibilità e l'affidabilità a lungo termine.

4.3 Confezionamento in Nastro e Bobina

Per l'assemblaggio automatizzato, i componenti sono forniti in nastro da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le specifiche del nastro e della bobina sono conformi agli standard ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantendo la compatibilità con le macchine pick-and-place standard. Le note specificano che le tasche vuote del componente sono sigillate con nastro coprente e che è consentito un massimo di due componenti mancanti consecutivi ("lampade") per bobina, che sono garanzie di qualità standard per il confezionamento in nastro e bobina.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Profilo di Riflow Saldatura

Il dispositivo è qualificato per i processi di riflow saldatura a infrarossi (IR), in particolare quelli che utilizzano saldatura senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di riflow suggerito, con parametri chiave che includono una fase di pre-riscaldamento (150-200°C), una temperatura di picco massima di 260°C e un tempo sopra il liquidus (tipicamente circa 217°C per la saldatura senza piombo) non superiore a 10 secondi. La scheda tecnica sottolinea che il profilo ottimale dipende dal design specifico del PCB, dai componenti, dalla pasta saldante e dal forno, e raccomanda di utilizzare i profili standard JEDEC come base, rispettando le specifiche del produttore della pasta saldante.

5.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, deve essere eseguita con una punta del saldatore a una temperatura non superiore a 300°C e il tempo di contatto deve essere limitato a un massimo di 3 secondi. Questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta per prevenire danni termici al package plastico e al die semiconduttore interno.

5.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, devono essere utilizzati solo agenti detergenti specificati. La scheda tecnica avverte esplicitamente contro l'uso di liquidi chimici non specificati, che potrebbero danneggiare il materiale del package. I metodi di pulizia raccomandati includono l'immersione del LED in alcol etilico o isopropilico a temperatura normale per meno di un minuto.

5.4 Conservazione e Manipolazione

La sensibilità all'umidità è un fattore critico per i dispositivi a montaggio superficiale. I LED sono spediti in una busta barriera anti-umidità con essiccante. Mentre sono sigillati, dovrebbero essere conservati a ≤30°C e ≤90% di umidità relativa (UR) e utilizzati entro un anno. Una volta aperta la busta originale, l'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C e il 60% di UR. I componenti rimossi dalla busta sigillata dovrebbero idealmente essere sottoposti a riflow saldatura entro una settimana. Per una conservazione più lunga al di fuori della confezione originale, devono essere conservati in un contenitore sigillato con essiccante o in atmosfera di azoto. I componenti conservati per più di una settimana al di fuori della busta asciutta richiedono una procedura di baking (circa 60°C per almeno 20 ore) per rimuovere l'umidità assorbita prima della saldatura, per prevenire danni da "popcorning" durante il riflow.

6. Suggerimenti Applicativi

6.1 Scenari Applicativi Tipici

Il LTE-C216R-14 è destinato a normali apparecchiature elettroniche. Le applicazioni comuni includono:

• Sensori di Prossimità:Rilevare la presenza o l'assenza di un oggetto riflettendo la sua luce IR.
• Interruttori Ottici:Interrompere un fascio IR per rilevare movimento o posizione.
• Trasmissione Dati:Semplici collegamenti dati a infrarossi (es. telecomandi, comunicazione seriale a corto raggio) modulando la corrente di pilotaggio.
• Conteggio Oggetti:Nelle linee di automazione dove gli oggetti interrompono un fascio.
• Integrazione in apparecchiature per ufficio, dispositivi di comunicazione ed elettrodomestici.

La scheda tecnica include un'avvertenza cruciale: Per applicazioni in cui un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (aviazione, dispositivi medici, sistemi di sicurezza), è richiesta la consultazione con il produttore prima dell'integrazione.

6.2 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

Viene evidenziato un principio fondamentale per l'uso dei LED: sono dispositivi pilotati in corrente. Per garantire una luminosità uniforme quando si pilotano più LED in parallelo, la scheda tecnica raccomanda vivamente di utilizzare una resistenza di limitazione della corrente individuale in serie con ciascun LED (Modello Circuitale A). Questo compensa le lievi variazioni nella caratteristica della tensione diretta (V_F) da dispositivo a dispositivo. Collegare i LED direttamente in parallelo senza resistenze individuali (Modello Circuitale B) è sconsigliato, poiché il LED con la V_F leggermente inferiore assorbirà una quantità di corrente sproporzionatamente maggiore, portando a luminosità non uniforme e potenziale sovraccarico di quel dispositivo.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene un confronto diretto fianco a fianco con altri numeri di parte non sia fornito in questa scheda tecnica autonoma, le caratteristiche chiave di differenziazione del LTE-C216R-14 possono essere dedotte:

• Impronta Standardizzata (1206/EIA):Offre una facile sostituzione diretta e familiarità di progettazione rispetto ai package proprietari.
• Senza Piombo e Conforme RoHS:Soddisfa le moderne normative ambientali, cosa che potrebbe non essere vera per componenti più vecchi o di nicchia.
• Adatto all'Automazione:Il suo confezionamento in nastro e bobina e la compatibilità con i processi pick-and-place e riflow lo rendono altamente adatto per la produzione ad alto volume e a costi contenuti.
• Prestazioni Bilanciate:Con un angolo di visione di 75 gradi, una lunghezza d'onda di 850nm e una velocità di 30ns, fornisce un insieme completo di caratteristiche per applicazioni IR generiche.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo LED IR direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?
R: No. La tensione diretta tipica è di 1.6V a 50mA. Collegarlo direttamente a un pin a 5V tenterebbe di forzare una corrente molto alta e distruttiva attraverso di esso. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie. Ad esempio, per ottenere 20mA da un'alimentazione a 5V: R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω (utilizzare una resistenza standard da 180Ω o 150Ω).

D2: Qual è la velocità dati massima possibile con questo emettitore?
R: Il tempo di salita/discesa di 30 ns suggerisce una larghezza di banda di modulazione massima teorica nell'ordine delle decine di MHz. Tuttavia, le velocità dati pratiche per una comunicazione affidabile sono inferiori, spesso nell'ordine delle centinaia di kbps fino a pochi Mbps, a seconda del circuito di pilotaggio, del rivelatore e del rumore ambientale.

D3: Perché la condizione di conservazione dopo l'apertura della busta è così rigorosa (≤60% UR)?
R: I package plastici per montaggio superficiale possono assorbire umidità dall'aria. Durante il processo ad alta temperatura del riflow saldatura, questa umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, creando una pressione interna che può crepare il package o delaminare le connessioni interne - un guasto noto come "popcorning". Le rigorose condizioni di conservazione e i requisiti di baking sono misure preventive contro questo fenomeno.

D4: Come interpreto il valore dell'Intensità Radiante (mW/sr)?
R: Misura la densità di potenza ottica. Un valore di 10 mW/sr significa che il dispositivo emette 10 milliwatt di potenza ottica in un cono di spazio di uno steradiante nella direzione in cui punta. Per trovare la potenza totale, si dovrebbe integrare questa intensità su tutto l'angolo di visione (75 gradi, o ~1.84 sr).

9. Caso di Studio di Integrazione

Scenario: Progettazione di un sensore di presenza carta per una stampante.
Obiettivo:Rilevare quando la carta è presente nel vassoio di alimentazione.
Implementazione:Posizionare l'emettitore LTE-C216R-14 su un lato del percorso della carta e un fotorivelatore corrispondente (o utilizzare la parte rivelatrice di un componente simile) direttamente opposto. Quando la carta è assente, il fascio IR raggiunge il rivelatore, generando un segnale (es. logica HIGH). Quando la carta è presente, blocca il fascio, causando la caduta del segnale del rivelatore (logica LOW).
Considerazioni di Progetto:

• Impostazione della Corrente:Pilotare l'emettitore a 20mA utilizzando una resistenza in serie per un'uscita costante e a lunga durata.
• Allineamento:L'angolo di visione di 75 gradi fornisce una certa tolleranza per disallineamenti meccanici.
• Immunità alla Luce Ambiente:Poiché utilizza luce modulata a 850nm, il sistema può essere reso resistente alle interferenze della luce ambiente aggiungendo un semplice circuito di modulazione/demodulazione o utilizzando un rivelatore con filtro per luce diurna.
• Saldatura:Seguire il profilo di riflow consigliato per garantire connessioni affidabili sul PCB senza danneggiare il componente.

10. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce a Infrarossi (IR LED) opera sul principio dell'elettroluminescenza in un materiale semiconduttore. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In un IR LED, il bandgap del semiconduttore è progettato in modo che questa energia rilasciata corrisponda a un fotone nello spettro infrarosso (circa 850nm per questo dispositivo). I fotoni generati sono emessi come luce. La funzione di rivelatore, se applicabile in un componente accoppiato, funziona al contrario: i fotoni infrarossi incidenti con sufficiente energia creano coppie elettrone-lacuna nel semiconduttore di un fotodiodo, generando una fotocorrente misurabile quando polarizzato inversamente.

11. Tendenze Tecnologiche

Il campo dell'optoelettronica continua a evolversi. Le tendenze rilevanti per componenti come il LTE-C216R-14 includono:

• Integrazione Aumentata:Tendenza a combinare emettitore, rivelatore e logica di controllo (come un driver modulato e un condizionatore di segnale) in un unico package per un design di sistema più semplice.
• Efficienza Superiore:Sviluppo di materiali e strutture semiconduttori che convertono più potenza elettrica in uscita ottica, riducendo il consumo energetico e la generazione di calore.
• Miniaturizzazione:Sebbene il package 1206 sia standard, c'è una spinta verso impronte ancora più piccole (es. 0805, 0603) per risparmiare spazio sul PCB in dispositivi sempre più compatti.
• Affidabilità Migliorata:Miglioramenti nei materiali e nei processi di packaging per resistere a temperature di riflow più elevate e condizioni ambientali più severe, estendendo la durata del prodotto.
• Sensing Intelligente:Incorporare intelligenza di base a livello di componente, come la cancellazione della luce ambiente o l'uscita digitale, per semplificare l'interfacciamento con i microcontrollori.

Queste tendenze mirano a fornire ai progettisti elementi costitutivi più capaci, affidabili e facili da usare per la prossima generazione di prodotti elettronici.