Scheda Tecnica LTE-S9511T-E - Emettitore e Rivelatore IR - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Angolo di Visione 25° - Dissipazione 100mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-S9511T-E è un componente discreto a infrarossi progettato per un'ampia gamma di applicazioni optoelettroniche. Appartiene a una famiglia di dispositivi ingegnerizzati per fornire soluzioni che richiedono alta potenza, alta velocità e caratteristiche ottiche specifiche. Il componente è realizzato utilizzando la tecnologia GaAs, standard per gli emettitori infrarossi, per raggiungere le sue metriche di prestazione target.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il dispositivo incorpora diverse caratteristiche chiave che lo rendono adatto agli standard moderni di assemblaggio elettronico e ambientale. È conforme alle direttive RoHS, classificandolo come Prodotto Verde. Il packaging è progettato per la compatibilità con la produzione di massa, fornito in nastro da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro, compatibile con le attrezzature di posizionamento automatico. Inoltre, il componente può resistere ai processi di saldatura a rifusione a infrarossi, un requisito critico per le linee di assemblaggio a montaggio superficiale (SMT). Il package stesso è conforme agli standard EIA, garantendo la compatibilità meccanica.

1.2 Applicazioni Target e Mercato

L'applicazione primaria per questo componente è come emettitore infrarosso. Le sue caratteristiche lo rendono particolarmente adatto per l'integrazione in sistemi come telecomandi per l'elettronica di consumo, collegamenti di trasmissione dati wireless basati su IR, allarmi di sicurezza e altre applicazioni di sensing. È destinato a configurazioni montate su PCB, fornendo una sorgente di luce infrarossa compatta e affidabile.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Oggettiva

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri elettrici, ottici e termici del dispositivo come definiti nella scheda tecnica.

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.

• Dissipazione di Potenza (Pd):100 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare come calore senza superare i suoi limiti termici.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):1 A. Questa è la massima corrente ammissibile in condizioni impulsive (300 impulsi al secondo, larghezza impulso 10 μs). È significativamente più alta del valore in DC, evidenziando la capacità del dispositivo per il funzionamento impulsivo comune nella trasmissione dati e nei telecomandi.
• Corrente Diretta Continua (I_F):50 mA. La massima corrente diretta continua che il dispositivo può gestire.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Applicare una tensione inversa superiore a questa può danneggiare la giunzione del semiconduttore.
• Intervallo di Temperatura Operativa (T_op):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è specificato per funzionare correttamente.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio (T_stg):-55°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Resiste a 260°C per un massimo di 10 secondi. Questo definisce la tolleranza del profilo di saldatura a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C in condizioni di test specificate.

• Intensità Radiante (I_E):6.0 mW/sr (Tipico) a I_F= 20mA. Misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante). È un parametro chiave per determinare la portata effettiva e la forza del segnale in un'applicazione.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):940 nm (Tipico). La lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima. Questo è nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma rilevabile da fotodiodi e fototransistor al silicio.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (Tipico). Indica la larghezza di banda spettrale, ovvero l'intervallo di lunghezze d'onda emesse. Un valore di 50 nm è comune per gli IRED GaAs standard.
• Tensione Diretta (V_F):1.2 V (Tipico), 1.5 V (Max) a I_F= 20mA. La caduta di tensione ai capi del dispositivo quando conduce corrente. Questo è cruciale per progettare il circuito di pilotaggio e calcolare il consumo energetico.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Max) a V_R= 5V. La piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):25 gradi (Tipico). Definito come l'angolo totale al quale l'intensità radiante scende alla metà del suo valore sull'asse centrale. Un angolo di 25 gradi indica un fascio relativamente focalizzato, il che può essere vantaggioso per comunicazioni o sensing direzionali.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diversi grafici che illustrano la relazione tra i parametri chiave. Queste curve sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard.

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 circa 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. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva (Fig.3) è fondamentale per qualsiasi dispositivo a semiconduttore. Mostra la relazione non lineare tra la corrente attraverso l'IRED e la tensione ai suoi capi. La curva si sposta con la temperatura, il che è critico per la gestione termica nel progetto.

3.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le Figure 2 e 4 mostrano come le prestazioni del dispositivo cambiano con la temperatura ambiente. Tipicamente, la tensione diretta di un diodo ha un coefficiente di temperatura negativo (diminuisce all'aumentare della temperatura), mentre la potenza ottica in uscita generalmente diminuisce con l'aumento della temperatura. Questi grafici consentono ai progettisti di deratare le prestazioni per ambienti ad alta temperatura.

3.4 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta

La Figura 5 mostra come l'uscita luminosa scala con la corrente di pilotaggio. È tipicamente sub-lineare; raddoppiare la corrente non raddoppia l'uscita ottica. Questa relazione è importante per impostare il punto di lavoro per ottenere la luminosità o la forza del segnale desiderata in modo efficiente.

3.5 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare (Fig.6) fornisce una mappa dettagliata dell'intensità emessa in funzione dell'angolo dall'asse centrale. Questo dispositivo con angolo di visione di 25 gradi mostra un pattern del fascio più forte al centro e che diminuisce verso i bordi, il che è cruciale per il progetto di sistemi ottici, come l'allineamento con il campo visivo di un ricevitore.

4. Informazioni Meccaniche e di Packaging

4.1 Dimensioni di Contorno

La scheda tecnica fornisce disegni meccanici dettagliati del componente. Le dimensioni chiave includono la dimensione del corpo, la spaziatura dei terminali e l'altezza complessiva. Il componente presenta un package in plastica trasparente con lente a vista laterale, che modella il pattern di radiazione della luce emessa. Tutte le dimensioni critiche sono fornite con una tolleranza standard di ±0.15mm salvo diversa specificazione.

4.2 Layout Consigliato dei Pads di Saldatura

È incluso un land pattern (impronta) consigliato per il progetto del PCB. Rispettare queste dimensioni è vitale per garantire una corretta formazione del giunto di saldatura durante la rifusione, ottenere una buona resistenza meccanica e facilitare la dissipazione termica dal dispositivo.

4.3 Identificazione della Polarità

Si applicano le convenzioni standard di polarità per LED. Il catodo è tipicamente indicato da un bordo piatto sul corpo del package, da una tacca o da un terminale più corto. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio per prevenire danni.

5. Linee Guida per Assemblaggio, Manipolazione e Affidabilità

5.1 Guida alla Saldatura e all'Assemblaggio

Il dispositivo è classificato per la saldatura a rifusione a infrarossi. La scheda tecnica specifica i parametri critici del profilo:

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

Per la saldatura manuale con saldatore, la raccomandazione è una temperatura massima di 300°C per non più di 3 secondi per giunto. La scheda tecnica sottolinea che il profilo ottimale dipende dal progetto specifico del PCB, dalla pasta saldante e dal forno, e raccomanda di utilizzare i profili standard JEDEC come punto di partenza.

5.2 Condizioni di Stoccaggio

Il componente ha un Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) di 3. Ciò significa:

• Busta Sigillata:Può essere stoccata fino a un anno a ≤30°C e ≤90% UR.
• Dopo l'Apertura della Busta:Dovrebbe essere stoccata a ≤30°C e ≤60% UR. I componenti dovrebbero essere sottoposti a rifusione entro una settimana (168 ore). Se stoccati più a lungo fuori dalla busta originale, devono essere conservati in un armadio a secco o in un contenitore sigillato con essiccante. Se esposti per più di una settimana, è richiesta una cottura a 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per prevenire la crepa "popcorn" durante la rifusione.

5.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico (IPA). Prodotti chimici aggressivi potrebbero danneggiare il package in plastica o la lente.

6. Packaging e Informazioni per l'Ordine

6.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il componente è fornito in nastro portante goffrato con nastro coprente, avvolto su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Il packaging è conforme agli standard ANSI/EIA-481-1-A-1994. Le specifiche includono le dimensioni delle tasche, la larghezza del nastro e la dimensione del mozzo della bobina per garantire la compatibilità con le macchine pick-and-place automatiche.

7. Considerazioni per il Progetto dell'Applicazione

7.1 Progetto del Circuito di Pilotaggio

Una nota di progetto critica è che un LED è un dispositivo pilotato a corrente. La scheda tecnica sconsiglia vivamente di collegare più LED direttamente in parallelo da una singola sorgente di tensione con una singola resistenza limitatrice di corrente (Modello di Circuito B). A causa delle variazioni naturali nella tensione diretta (V_F) dei singoli dispositivi, la corrente non si dividerà equamente, portando a differenze significative nella luminosità e potenziale sovraccarico di un dispositivo. Il metodo consigliato (Modello di Circuito A) è utilizzare una resistenza limitatrice di corrente separata in serie con ciascun LED. Ciò garantisce una corrente uniforme e, quindi, un'intensità radiante uniforme su tutti i dispositivi nell'array.

7.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza massima assoluta sia di 100mW, l'operazione pratica dovrebbe rimanere ben al di sotto di questo limite, specialmente a temperature ambiente più elevate. È necessario consultare le curve di derating (Fig. 2, Fig. 4). Un'adeguata area di rame sul PCB (usare il layout di pad suggerito aiuta) è necessaria per condurre il calore lontano dalla giunzione del dispositivo per mantenere prestazioni e longevità.

7.3 Progetto Ottico

L'angolo di visione di 25 gradi e il package con lente a vista laterale influenzano la direzione dell'energia IR. Per prestazioni ottimali in un collegamento di sensing o comunicazione, il pattern di radiazione dell'emettitore dovrebbe essere allineato con il profilo di sensibilità angolare del ricevitore. Il diagramma di radiazione (Fig.6) è essenziale per questo allineamento. Per applicazioni che richiedono un pattern di fascio diverso, potrebbero essere necessarie lenti esterne o riflettori.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTE-S9511T-E, con la sua lunghezza d'onda di picco di 940nm, è posizionato per applicazioni a infrarossi generiche. I differenziatori chiave includono il suo package a vista laterale, utile per illuminazione laterale o requisiti specifici del percorso ottico, e la sua compatibilità con i processi di assemblaggio automatico. Rispetto a dispositivi con angoli di visione più ampi (es. 60-120 gradi), questo componente offre un'intensità assiale più alta per una data corrente di pilotaggio, il che può tradursi in una portata più lunga o un consumo energetico inferiore per collegamenti direzionali. La sua lunghezza d'onda di 940nm è uno standard comune, garantendo un'ampia compatibilità con ricevitori a infrarossi e filtri progettati per quello spettro.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo IRED direttamente da un pin GPIO di un microcontrollore?

R: Dipende dalla capacità di erogazione di corrente del GPIO. A una tipica corrente di pilotaggio di 20mA, il GPIO deve essere in grado di fornire almeno questa corrente. È sempre necessaria una resistenza in serie per limitare la corrente, calcolata come R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 3.3V e V_Fdi 1.2V a 20mA, R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 Ohm. Una resistenza da 100 Ohm sarebbe una scelta standard.

D2: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco (λ_p) e lunghezza d'onda dominante (λ_d)?

R: La lunghezza d'onda di picco è la lunghezza d'onda al punto massimo della curva di distribuzione della potenza spettrale. La lunghezza d'onda dominante è derivata dalla colorimetria e rappresenta il colore percepito. Per gli emettitori IR monocromatici, sono tipicamente molto vicine, ma λ_pè la specifica tecnica standard per le prestazioni optoelettroniche.

D3: Perché la corrente impulsiva nominale (1A) è così più alta della corrente continua nominale (50mA)?

R: Ciò è dovuto ai limiti termici. Durante un impulso molto breve (10μs), la giunzione del semiconduttore non ha il tempo di riscaldarsi significativamente, consentendo una corrente istantanea molto più alta senza superare la massima temperatura di giunzione. In funzionamento continuo, il calore si accumula continuamente, quindi la corrente deve essere limitata per mantenere la temperatura entro limiti sicuri.

10. Esempi di Applicazione Pratica

Esempio 1: Trasmettitore per Telecomando IR Semplice.Il LTE-S9511T-E può essere utilizzato come emettitore in un telecomando di base. Un microcontrollore genera un segnale digitale modulato (es. portante a 38kHz) corrispondente a un protocollo di comando (es. NEC, RC5). Questo segnale commuta un transistor che pilota l'IRED con corrente impulsiva fino al valore di picco di 1A, creando impulsi di luce infrarossa. Il fascio focalizzato di 25 gradi aiuta a garantire che il segnale sia diretto verso il ricevitore.

Esempio 2: Sensore di Prossimità o Rilevamento Oggetti.Accoppiato con un ricevitore separato a fototransistor o fotodiodo, l'emettitore può essere utilizzato per rilevare la presenza o l'assenza di un oggetto. L'emettitore proietta luce IR attraverso un varco. Quando un oggetto interrompe il fascio, il segnale del ricevitore cala, innescando un evento di rilevamento. Il package a vista laterale può essere vantaggioso nella progettazione di assiemi sensore compatti dove il percorso ottico è parallelo al PCB.

11. Principio Operativo

Il LTE-S9511T-E è un diodo a emissione luminosa (LED) basato su materiale semiconduttore Arseniuro di Gallio (GaAs). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione P-N, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. In un semiconduttore a bandgap diretto come il GaAs, questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). Il bandgap specifico del materiale determina la lunghezza d'onda della luce emessa; per il GaAs, ciò risulta in un'emissione infrarossa attorno ai 940nm. La lente a vista laterale è realizzata in epossidico trasparente che incapsula il chip semiconduttore e modella la luce emessa nel pattern di radiazione specificato.

12. Contesto e Tendenze del Settore

Componenti discreti a infrarossi come il LTE-S9511T-E rimangono elementi costitutivi fondamentali nell'elettronica. Mentre i moduli sensore integrati (che combinano emettitore, rivelatore e logica in un unico package) stanno crescendo per applicazioni specifiche come il rilevamento gestuale, i componenti discreti offrono flessibilità di progetto, economicità per applicazioni di alto volume e la capacità di ottimizzare il percorso ottico in modo indipendente. Le tendenze del settore includono la continua domanda di miniaturizzazione, maggiore efficienza (più potenza ottica per input elettrico) e maggiore compatibilità con i processi di saldatura senza piombo e ad alta temperatura. La conformità RoHS e Prodotto Verde di questo dispositivo si allinea con le normative ambientali globali che guidano l'industria elettronica.