Scheda Tecnica LTE-R38381L-S - Emettitore e Rivelatore IR - Lunghezza d'Onda 940nm - Corrente Diretta 1A - Potenza 1.8W - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un componente discreto emettitore infrarosso. Il dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono una sorgente di luce infrarossa ad alta potenza e affidabile. Utilizza un chip in Arseniuro di Gallio (GaAs) per emettere luce a una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri, che si trova nello spettro del vicino infrarosso ed è invisibile all'occhio umano. La funzione principale di questo componente è servire come emettitore infrarosso controllato in vari sistemi elettronici.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il componente offre diversi vantaggi chiave per le applicazioni a infrarossi. Presenta un'elevata intensità radiante, che consente una trasmissione del segnale potente. È progettato per una corrente di pilotaggio elevata, che contribuisce alla sua potenza di uscita. Il dispositivo è inoltre caratterizzato da una lunga durata operativa e un'elevata affidabilità delle prestazioni. È conforme a normative ambientali come la RoHS, classificandolo come prodotto ecologico. Le applicazioni target per questo emettitore infrarosso sono varie, concentrandosi principalmente su aree come emettitori infrarossi per sistemi di telecomando e sensori infrarossi montati su PCB per rilevamento di prossimità, sensing di oggetti o trasmissione dati.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Le sezioni seguenti forniscono un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri tecnici chiave del dispositivo come definiti nei suoi limiti di specifica.

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 o oltre non è garantito e dovrebbe essere evitato in un progetto affidabile.

• Dissipazione di Potenza (Pd):1.8 Watt. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare come calore a una temperatura ambiente (TA) di 25°C. Superare questo valore causerà un eccessivo aumento della temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):5 Ampere. Questa è la massima corrente ammissibile in condizioni impulsive (300 impulsi al secondo, larghezza dell'impulso di 10 microsecondi). È significativamente superiore al valore in DC, sfruttando l'inerzia termica del dispositivo.
• Corrente Diretta in DC (IF):1 Ampere. Questa è la massima corrente diretta continua che il dispositivo può gestire.
• Tensione Inversa (VR):5 Volt. Applicare una tensione inversa superiore a questa può portare al breakdown della giunzione semiconduttrice.
• Resistenza Termica (RθJ):10 K/W. Questo parametro indica quanto efficacemente il calore viaggia dalla giunzione semiconduttrice all'ambiente. Un valore più basso significa una migliore dissipazione del calore.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-55°C a +100°C.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici e garantiti misurati in condizioni di test specificate (TA=25°C, salvo diversa indicazione).

• Intensità Radiante (I_E):160 mW/sr (Min). Misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante) lungo l'asse. Definisce la forza del fascio in una direzione specifica.
• Flusso Radiante Totale (Φ_e):590 mW (Tip). Questa è la potenza ottica totale emessa dal dispositivo in tutte le direzioni (4π steradianti).
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):940 nm (Tip). La lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (Tip). Questa è la larghezza di banda spettrale in cui l'intensità radiante è almeno la metà del suo valore di picco. Descrive la purezza del colore (lunghezza d'onda) emesso.
• Tensione Diretta (V_F):1.8V (Tip), 2.3V (Max) a I_F=1A. La caduta di tensione ai capi del dispositivo quando conduce la corrente diretta specificata.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Max) a V_R=5V. La piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Tempo di Salita/Discesa (t_r/t_f):30 ns (Tip). Il tempo necessario affinché l'uscita ottica salga dal 10% al 90% (o scenda dal 90% al 10%) del suo valore finale in risposta a una corrente a gradino. Questo determina la velocità di modulazione massima.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):90 gradi (Tip). L'angolo totale al quale l'intensità radiante è la metà del valore al centro (0°). Un angolo di 90° indica un pattern del fascio ampio.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diversi grafici che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste curve sono essenziali per comprendere le non linearità e le dipendenze dalla temperatura.

3.1 Distribuzione Spettrale

Un grafico (Fig.1) mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. La curva è centrata attorno a 940 nm con una tipica larghezza a mezza altezza di 50 nm. Questo conferma che il dispositivo emette nella regione del vicino infrarosso, ottimale per molti sensori e telecomandi che filtrano la luce visibile.

3.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

La curva I-V (Fig.3) dimostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. Alla corrente nominale di 1A, la tensione diretta è tipicamente 1.8V. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire questa tensione alla corrente richiesta.

3.3 Dipendenza dalla Temperatura

Grafici chiave illustrano l'impatto della temperatura:

• Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente (Fig.2):Mostra come la massima corrente diretta ammissibile si riduca all'aumentare della temperatura ambiente, a causa del limite fisso di dissipazione di potenza.
• Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4):Indica che la potenza ottica in uscita diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo è un fattore critico per mantenere prestazioni consistenti.
• Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta (Fig.5):Mostra la relazione sub-lineare tra corrente di pilotaggio e emissione luminosa, specialmente a correnti più elevate dove l'efficienza può diminuire e il riscaldamento aumentare.

3.4 Diagramma di Radiazione

Il diagramma di radiazione (Fig.6) è un grafico polare che mostra la distribuzione angolare della luce emessa. L'angolo di visione di 90° è confermato visivamente, mostrando l'intensità che si riduce alla metà a ±45° dall'asse centrale. Questo pattern è importante per allineare l'emettitore con un rivelatore o garantire una copertura adeguata in un'applicazione di sensing.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni di Contorno

Il dispositivo ha un fattore di forma a package forato standard. Il disegno dimensionale specifica le dimensioni del corpo, la spaziatura dei terminali e il loro diametro. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con una tolleranza tipica di ±0.1 mm salvo diversa indicazione. Il catodo è identificato sul package, il che è cruciale per il corretto orientamento durante il montaggio su PCB.

4.2 Dimensioni Consigliate per le Piazzole di Saldatura

Un diagramma fornisce le dimensioni consigliate per il land pattern (impronta) nel design del PCB. Seguire queste raccomandazioni aiuta a garantire un giunto di saldatura affidabile e una corretta stabilità meccanica dopo la saldatura a onda o a rifusione.

5. Guida alla Saldatura e al Montaggio

5.1 Condizioni di Saldatura

La scheda tecnica fornisce chiare linee guida per due metodi di saldatura:

• Saldatura a Rifusione:Consigliata per il montaggio superficiale. Il profilo deve avere una fase di pre-riscaldamento (150-200°C), una temperatura di picco non superiore a 260°C e un tempo sopra i 260°C limitato a un massimo di 10 secondi. Il dispositivo può sopportare questo profilo al massimo due volte.
• Saldatura Manuale (a Stagno):La temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di contatto deve essere limitato a 3 secondi per terminale. Questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta.

Viene fornito un riferimento a un profilo di temperatura di rifusione conforme JEDEC come obiettivo generico, sottolineando la necessità di aderire sia ai limiti JEDEC che alle specifiche del produttore della pasta saldante.

5.2 Conservazione e Manipolazione

• Conservazione (Busta Sigillata):I dispositivi devono essere conservati a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione nella busta anti-umidità con essiccante è di un anno.
• Conservazione (Busta Aperta):Dopo l'apertura, l'ambiente non deve superare i 30°C / 60% UR. I componenti devono essere utilizzati entro una settimana. Per una conservazione più lunga al di fuori della busta originale, devono essere tenuti in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto.
• Essiccamento (Baking):Se i dispositivi sono esposti all'aria ambiente per più di una settimana, si raccomanda un essiccamento a 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

5.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, devono essere utilizzati solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico per evitare di danneggiare il package o il materiale della lente.

5.4 Metodo di Pilotaggio

Una nota critica di progetto sottolinea che un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Per garantire una luminosità uniforme quando si pilotano più LED in parallelo, una resistenza di limitazione della corrente individuale deve essere posta in serie con ciascun LED. Questo compensa le piccole variazioni nella tensione diretta (V_F) dei singoli dispositivi, prevenendo l'"accaparramento" di corrente e un'illuminazione o potenza di uscita non uniforme.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

6.1 Dimensioni del Package a Nastro e Bobina

Disegni meccanici dettagliati specificano le dimensioni del nastro portacomponenti, della tasca che contiene il componente e della bobina complessiva (viene menzionato un diametro di 7 pollici). Il nastro è sigillato con un nastro di copertura per proteggere i componenti durante la spedizione e il montaggio automatizzato.

6.2 Specifiche di Imballaggio

I dettagli chiave dell'imballaggio includono:

• Dimensione bobina: 7 pollici.
• Quantità: 600 pezzi per bobina.
• Qualità: Il numero massimo di componenti mancanti consecutivi nel nastro è due.
• Standard: L'imballaggio è conforme alle specifiche ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Scenari Applicativi Tipici

In base alle sue specifiche, questo emettitore infrarosso è particolarmente adatto per:

• Telecomandi a Infrarossi:Per TV, sistemi audio e altri dispositivi elettronici di consumo. La lunghezza d'onda di 940nm è standard per la maggior parte dei ricevitori IR.
• Rilevamento di Prossimità e Oggetti:Accoppiato con un fotodiodo o fototransistor per rilevare la presenza, assenza o distanza di un oggetto riflettendo la sua luce IR.
• Interruttori e Encoder Ottici:Interrompendo il fascio tra emettitore e rivelatore per creare un interruttore senza contatto o misurare rotazione/posizione.
• Trasmissione Dati a Corto Raggio:Per applicazioni simili a IrDA o semplici collegamenti dati wireless, modulati grazie al suo rapido tempo di salita/discesa.

7.2 Considerazioni di Progetto

• Gestione Termica:Con una dissipazione di 1.8W e una resistenza termica di 10 K/W, pilotare il dispositivo alla sua massima corrente DC genererà calore significativo. Un'adeguata area di rame sul PCB (thermal relief) o un dissipatore di calore possono essere necessari per il funzionamento continuo, specialmente ad alte temperature ambiente.
• Circuito di Pilotaggio della Corrente:Utilizzare un driver a corrente costante o una sorgente di tensione con una resistenza in serie per impostare la corrente. Evitare di pilotare direttamente da un pin logico o da una sorgente di tensione non regolata.
• Progettazione Ottica:Considerare l'angolo di visione di 90°. Per fasci a lungo raggio o diretti, può essere necessaria una lente per collimare la luce. Per l'illuminazione di aree ampie, l'angolo nativo può essere sufficiente.
• Abbinamento con il Rivelatore:Assicurarsi che il fotorivelatore selezionato (fotodiodo PIN, fototransistor) sia sensibile nella regione dei 940nm. L'uso di un rivelatore con filtro di blocco della luce diurna migliorerà il rapporto segnale/rumore in condizioni di luce ambientale.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene un confronto diretto richieda dati specifici dei concorrenti, le caratteristiche chiave di differenziazione di questo dispositivo, basate sulla sua stessa scheda tecnica, sono:

• Capacità di Alta Potenza:Una corrente diretta DC di 1A e una corrente impulsiva di 5A indicano un design robusto del chip e del package, capace di un'elevata potenza in uscita.
• Ampio Angolo di Visione:L'angolo di 90° fornisce un'ampia copertura, utile per applicazioni di sensing dove l'allineamento non è critico o è necessaria un'illuminazione d'area.
• Velocità di Commutazione Rapida:Un tipico tempo di salita/discesa di 30ns consente una modulazione ad alta frequenza, permettendo velocità di trasmissione dati più elevate nelle applicazioni di comunicazione rispetto a dispositivi più lenti.
• Affidabilità Consolidata:I riferimenti agli standard JEDEC e le linee guida dettagliate sulla sensibilità all'umidità e alla saldatura suggeriscono un componente progettato per processi produttivi robusti.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Posso pilotare questo LED direttamente con un pin di un microcontrollore a 5V?

No, non è raccomandato e potrebbe danneggiare il LED o il microcontrollore.Il LED tipicamente ha una caduta di 1.8V a 1A. Un pin di microcontrollore non può erogare 1A e collegarlo direttamente a 5V senza limitazione di corrente tenterebbe di assorbire una corrente distruttivamente elevata. È necessario utilizzare un circuito di pilotaggio (transistor/MOSFET) con una resistenza in serie per limitare la corrente al valore desiderato.

9.2 Perché l'uscita è inferiore ad alta temperatura?

L'efficienza del materiale semiconduttore nel convertire la corrente elettrica in luce (efficienza quantistica interna) diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa è una proprietà fisica fondamentale. Il grafico in Fig.4 quantifica questa riduzione, che deve essere presa in considerazione nei progetti che operano su un ampio intervallo di temperatura per garantire prestazioni ottiche consistenti.

9.3 Qual è la differenza tra Intensità Radiante e Flusso Radiante Totale?

L'Intensità Radiante (mW/sr)è una misuradirezionale: la potenza emessa in un angolo solido specifico (solitamente lungo l'asse centrale). È fondamentale per applicazioni in cui un rivelatore è posizionato in una posizione specifica.Il Flusso Radiante Totale (mW)è la potenzatotaleintegrata emessa in tutte le direzioni (l'intera sfera). Rappresenta la "luminosità" complessiva dell'emettitore indipendentemente dalla direzione. Un dispositivo può avere un flusso totale elevato ma una bassa intensità assiale se la luce è distribuita molto ampiamente.

9.4 Quanto è critica la durata di 1 settimana dopo l'apertura della busta?

È molto importante per una saldatura affidabile. I package in plastica assorbono umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità intrappolata può vaporizzarsi rapidamente, causando delaminazione interna, crepe o il fenomeno del "popcorning" che distrugge il componente. Il limite di 1 settimana e il requisito di essiccamento si basano sul Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) del package per prevenire questi guasti.

10. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettare una Barriera di Rilevamento Oggetti Multi-Emettitore
Un sistema richiede una cortina di luce infrarossa per rilevare oggetti che attraversano un cancello largo 50cm. Verranno utilizzate cinque coppie emettitore-rivelatore.

1. Circuito di Pilotaggio:Ogni emettitore sarà pilotato da un MOSFET a canale N dedicato, controllato da un segnale PWM condiviso del microcontrollore per modulare la luce IR (es. a 38kHz). Una singola resistenza limitatrice di corrente sarà calcolata per ogni ramo LED: R = (V_{alimentazione}- V_{F_LED}) / I_F. Assumendo un'alimentazione di 5V, V_F=1.8V e I_F=500mA (ridotta per affidabilità), R = (5 - 1.8) / 0.5 = 6.4Ω (usare il valore standard 6.2Ω). La potenza nominale della resistenza deve essere almeno I²R = (0.5)²*6.2 ≈ 1.55W, quindi è necessaria una resistenza da 2W o 3W.
2. Gestione Termica:Ogni LED dissipa P = V_F* I_F= 1.8V * 0.5A = 0.9W. Il PCB dovrebbe avere ampie aree di rame collegate alle piazzole del catodo e dell'anodo del LED per fungere da dissipatore di calore, mantenendo la temperatura di giunzione entro limiti sicuri.
3. Allineamento Ottico:L'angolo di visione di 90° semplifica l'allineamento con il corrispondente rivelatore attraverso il varco. Piccoli schermi tubolari possono essere posizionati attorno all'emettitore e al rivelatore per limitare l'interferenza della luce ambientale senza restringere eccessivamente il fascio.
4. Modulazione:Pilotare gli emettitori con un'onda quadra a 38kHz consente di sintonizzare i rivelatori sulla stessa frequenza, filtrando efficacemente la luce IR ambientale costante (come quella solare o delle lampade) e migliorando notevolmente l'affidabilità del rilevamento.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo dispositivo è un Diodo Emettitore di Luce (LED) che opera nello spettro infrarosso. Il suo cuore è un chip semiconduttore in Arseniuro di Gallio (GaAs). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione P-N del chip, gli elettroni del materiale di tipo N si ricombinano con le lacune del materiale di tipo P. Questo processo di ricombinazione rilascia energia. In un diodo al silicio standard, questa energia viene rilasciata principalmente come calore. In materiali come il GaAs, una parte significativa di questa energia viene rilasciata come fotoni (particelle di luce). Il particolare bandgap energetico del materiale GaAs determina la lunghezza d'onda di questi fotoni, che in questo caso è centrata attorno a 940 nm, collocandola nella regione del vicino infrarosso. L'intensità della luce emessa è direttamente proporzionale al tasso di ricombinazione, che è controllato dalla corrente diretta che scorre attraverso il diodo.

12. Tendenze Tecnologiche (Prospettiva Oggettiva)

Il campo degli emettitori infrarossi continua a evolversi insieme alle tendenze più ampie dell'optoelettronica. C'è una spinta costante verso una maggiore densità di potenza ed efficienza, consentendo un'uscita più luminosa da package più piccoli o con un consumo energetico inferiore. Ciò consente design di sensori più compatti e una maggiore durata della batteria nei dispositivi portatili. L'integrazione è un'altra tendenza chiave, con componenti che combinano l'emettitore, il circuito di pilotaggio e talvolta anche un rivelatore di base o un fotodiodo di monitoraggio in un unico modulo o package IC, semplificando il design del sistema. Inoltre, i progressi nei materiali, come lo sviluppo di strutture epitassiali più efficienti o l'uso di nuovi composti semiconduttori, mirano a migliorare parametri di prestazione come l'efficienza wall-plug (luce in uscita per ingresso elettrico) e la stabilità alla temperatura. La domanda di dispositivi che supportino velocità di modulazione più elevate persiste, guidata da applicazioni in comunicazioni dati più veloci e sistemi LiDAR (Light Detection and Ranging). Queste tendenze si concentrano sul miglioramento delle prestazioni, dell'affidabilità e della facilità d'uso per il progettista del sistema.