Scheda Tecnica LED Infrarosso IR19-315C/TR8 0603 SMD - Dimensioni 1.6x0.8x0.6mm - Lunghezza d'onda 940nm - Potenza 130mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR19-315C/TR8 è un diodo a emissione luminosa (LED) infrarosso in miniatura per montaggio superficiale, alloggiato in un package standard 0603. Questo dispositivo è progettato per emettere luce a una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri (nm), ottimamente abbinata alla sensibilità spettrale dei fotodiodi e dei fototransistor al silicio. La sua funzione principale è fungere da sorgente infrarossa efficiente in vari sistemi di rilevamento e comunicazione.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questo componente offre diversi vantaggi chiave per la progettazione elettronica moderna. La sua impronta SMD in miniatura consente layout PCB ad alta densità, essenziali per l'elettronica di consumo compatta e i dispositivi IoT. Il dispositivo è realizzato utilizzando materiale chip in AlGaAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio), che garantisce prestazioni affidabili per l'emissione infrarossa. È incapsulato in una lente epossidica trasparente, garantendo un'assorbimento minimo della luce IR emessa. Il prodotto è pienamente conforme alle normative RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), REACH UE ed è prodotto senza alogeni, soddisfacendo rigorosi standard ambientali e di sicurezza. Le principali applicazioni target includono unità per telecomandi a infrarossi che richiedono un'uscita costante, sensori di prossimità o rilevamento oggetti montati su PCB, scanner di codici a barre e vari altri sistemi basati su infrarossi.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita dei limiti e delle caratteristiche operative del dispositivo è cruciale per una progettazione del circuito affidabile e per garantire prestazioni a lungo termine.

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.

• Corrente Diretta Continua (I_F): 65 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuo al LED.
• Tensione Inversa (V_R): 5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Temperatura di Esercizio (T_opr): da -25°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente per il funzionamento normale.
• Temperatura di Conservazione (T_stg): da -40°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione non operativa.
• Dissipazione di Potenza (P_d): 130 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura dell'aria libera. La massima potenza che il package può dissipare come calore.
• Temperatura di Saldatura (T_sol): 260°C per una durata non superiore a 5 secondi, applicabile per i processi di rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (T_a= 25°C)

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche. Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente di 25°C.

• Intensità Radiante (I_e): Questa è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido, misurata in milliwatt per steradiante (mW/sr). A una corrente diretta (I_F) di 20 mA, il valore tipico è 0,6 mW/sr. In funzionamento impulsato (I_F=100mA, larghezza impulso ≤100μs, duty cycle ≤1%), l'intensità radiante può raggiungere fino a 4,0 mW/sr.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p): 940 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): Circa 45 nm. Questo indica l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, tipicamente misurato a metà dell'intensità massima (Larghezza a Metà Altezza - FWHM).
• Tensione Diretta (V_F): La caduta di tensione ai capi del LED quando scorre corrente. A I_F=20mA, la V_Ftipica è 1,2V, con un massimo di 1,5V. Questo aumenta a 1,4V (tipico) e 1,8V (max) a I_F=100mA in condizioni impulsive.
• Corrente Inversa (I_R): Massimo di 10 μA quando viene applicata una tensione inversa di 5V.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 140 gradi. Questo è l'angolo totale in cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore a 0 gradi (sull'asse). Un ampio angolo di visione è vantaggioso per le applicazioni che richiedono una copertura di area ampia.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'IR19-315C/TR8 utilizza un sistema di binning per classificare i dispositivi in base alla loro intensità radiante in uscita. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfano specifici requisiti di luminosità per la loro applicazione.

3.1 Binning dell'Intensità Radiante

I dispositivi sono suddivisi in bin (E, F, G) in base alla loro intensità radiante misurata in una condizione di test di I_F= 20 mA.

• Bin E: L'intensità radiante varia da un minimo di 0,2 mW/sr a un massimo di 1,0 mW/sr.
• Bin F: L'intensità radiante varia da un minimo di 0,5 mW/sr a un massimo di 1,5 mW/sr.
• Bin G: L'intensità radiante varia da un minimo di 1,0 mW/sr a un massimo di 2,5 mW/sr.

Questa classificazione garantisce coerenza all'interno di un lotto di produzione e consente prestazioni ottiche prevedibili nel prodotto finale.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste sono essenziali per la progettazione avanzata e per comprendere gli effetti non lineari.

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra la derating della massima corrente diretta ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. La capacità di dissipazione di potenza del LED diminuisce con l'aumento della temperatura per prevenire il surriscaldamento. I progettisti devono consultare questo grafico quando si opera il dispositivo in ambienti a temperatura elevata per garantire che la corrente di pilotaggio non superi l'area di funzionamento sicuro.

4.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico della distribuzione spettrale illustra la potenza ottica relativa in uscita su diverse lunghezze d'onda. Conferma il picco a 940nm e la larghezza di banda spettrale di circa 45nm. Questo è fondamentale per garantire la compatibilità con la risposta spettrale del sensore ricevente.

3.3 Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura Ambiente

Questo grafico mostra come la lunghezza d'onda di picco (λ_p) si sposta con i cambiamenti della temperatura di giunzione. Tipicamente, la lunghezza d'onda aumenta leggermente con la temperatura (un coefficiente positivo). Questo spostamento deve essere considerato nelle applicazioni di rilevamento di precisione in cui il filtro o la sensibilità del ricevitore è sintonizzata in modo stretto.

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

La curva I-V è fondamentale per la progettazione del circuito. Mostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione. La tensione di "ginocchio" è intorno a 1,2V. Questa curva viene utilizzata per calcolare il valore necessario della resistenza in serie per limitare la corrente a un livello desiderato quando pilotata da una sorgente di tensione, come sottolineato nelle precauzioni.

4.5 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo grafico polare rappresenta visivamente l'angolo di visione. Mostra come l'intensità diminuisce quando l'angolo di osservazione si allontana dall'asse centrale (0°), scendendo al 50% a ±70° (da qui l'angolo di visione totale di 140°). Questa informazione è vitale per progettare il percorso ottico e l'allineamento in un sistema.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è conforme all'impronta standard del package SMD 0603 (1608 metrico). Le dimensioni chiave includono una lunghezza del corpo di 1,6 mm, una larghezza di 0,8 mm e un'altezza di 0,6 mm. Vengono forniti il land pattern (layout consigliato delle piazzole PCB) e le dimensioni dei terminali per garantire una corretta saldatura e stabilità meccanica. Tutte le tolleranze dimensionali sono tipicamente ±0,1 mm salvo diversa indicazione.

5.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente contrassegnato sul corpo del dispositivo. Il diagramma della scheda tecnica indica il lato del catodo, che deve essere orientato correttamente sul PCB secondo l'impronta consigliata. Una polarità errata impedirà al dispositivo di emettere luce e applicherà una polarizzazione inversa.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione e una saldatura corrette sono fondamentali per mantenere l'affidabilità e le prestazioni del dispositivo.

6.1 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono imballati in una busta a tenuta d'umidità con essiccante. Le precauzioni chiave includono:

• Non aprire la busta fino al momento dell'uso.
• Conservare le buste non aperte a ≤30°C e ≤90% UR.
• Utilizzare entro un anno dalla spedizione.
• Dopo l'apertura, conservare a ≤30°C e ≤60% UR e utilizzare entro 168 ore (7 giorni).
• Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante indica umidità, è necessario un trattamento di baking a 60 ±5°C per almeno 24 ore prima della saldatura.

6.2 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è compatibile con processi di rifusione a infrarossi e a fase di vapore. Si raccomanda un profilo di temperatura per saldatura senza piombo, con una temperatura di picco di 260°C per non più di 5 secondi. La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte. È necessario evitare stress sul corpo del LED durante il riscaldamento e l'imbarcamento del PCB dopo la saldatura.

6.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore con una temperatura della punta inferiore a 350°C, applicare calore a ciascun terminale per non più di 3 secondi e utilizzare un saldatore con una potenza nominale di 25W o inferiore. Lasciare un intervallo di raffreddamento di almeno 2 secondi tra un terminale e l'altro. La rilavorazione è sconsigliata, ma se inevitabile, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a doppia testa per riscaldare contemporaneamente entrambi i terminali per prevenire stress meccanico sulle giunzioni saldate. L'effetto della rilavorazione sulle caratteristiche del dispositivo dovrebbe essere verificato in anticipo.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti su nastro portante goffrato da 8 mm di larghezza avvolto su una bobina standard da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 4000 pezzi (4k pz/bobina). Vengono fornite le dimensioni dettagliate del nastro portante, incluse le dimensioni della tasca, il passo e le specifiche dei fori di trascinamento, per garantire la compatibilità con le attrezzature automatiche pick-and-place.

7.2 Procedura di Imballaggio

Le bobine sono sigillate all'interno di una busta di alluminio a tenuta d'umidità insieme all'essiccante. Le etichette sulla busta forniscono informazioni chiave come il numero di parte (P/N), il numero di parte del cliente (CPN), la quantità (QTY), il grado di bin (CAT), la lunghezza d'onda di picco (HUE), il numero di lotto (LOT No.) e il paese di produzione.

8. Raccomandazioni per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 La Limitazione di Corrente è Obbligatoria

La regola di progettazione più critica è l'uso obbligatorio di una resistenza di limitazione della corrente in serie. La tensione diretta di un LED ha un coefficiente di temperatura negativo e può variare leggermente tra le unità. Un piccolo aumento della tensione può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente. Il valore della resistenza (R) può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove V_Fè la tensione diretta alla corrente desiderata I_F.

8.2 Gestione Termica

Sebbene il package 0603 abbia una massa termica limitata, occorre prestare attenzione alla dissipazione di potenza, specialmente quando si pilota a correnti più elevate o in ambienti ad alta temperatura. La curva di derating deve essere seguita. Garantire un'adeguata area di rame collegata ai pad termici (se presenti) o ai terminali del dispositivo può aiutare a dissipare il calore nel PCB.

8.3 Considerazioni sulla Progettazione Ottica

L'ampio angolo di visione di 140° rende questo LED adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia, come i sensori di prossimità. Per fasci a più lungo raggio o diretti, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti). La lunghezza d'onda di 940nm è invisibile all'occhio umano, rendendola ideale per un funzionamento discreto, ma è importante notare che alcuni sensori di fotocamere digitali di livello consumer possono rilevarla, che può apparire come un bagliore viola.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

L'IR19-315C/TR8 si differenzia all'interno della categoria dei LED infrarossi 0603 attraverso la sua specifica combinazione di materiale AlGaAs e lunghezza d'onda di picco di 940nm. I LED in AlGaAs generalmente offrono una buona efficienza e affidabilità a questa lunghezza d'onda. Rispetto ai LED basati su GaAs, i dispositivi AlGaAs possono avere caratteristiche di tensione diretta e temperatura leggermente diverse. L'ampio angolo di visione di 140° è una caratteristica notevole rispetto ad alcuni concorrenti che offrono fasci più stretti, rendendolo più versatile per applicazioni di rilevamento di area.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è lo scopo dei codici di binning (E, F, G)?

I codici di binning classificano i LED in base alla loro intensità radiante misurata in uscita. Ciò consente ai progettisti di selezionare un livello di luminosità costante per il loro prodotto. Ad esempio, un'applicazione che richiede un'uscita ottica più elevata specificherebbe componenti del Bin G.

10.2 Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3.3V o 5V?

No, non devi collegarlo direttamente. La bassa tensione diretta del LED (tipicamente 1,2V) significa che collegarlo direttamente a una sorgente di 3,3V o 5V senza una resistenza di limitazione della corrente causerebbe un flusso di corrente eccessivo, distruggendo istantaneamente il dispositivo. È sempre necessaria una resistenza in serie.

10.3 Perché la lunghezza d'onda di 940nm è significativa?

940nm è una lunghezza d'onda molto comune per i sistemi a infrarossi perché rientra in una regione in cui i fotodetettori al silicio (fotodiodi, fototransistor) hanno un'alta sensibilità. È anche meno visibile al rumore della luce ambientale rispetto a lunghezze d'onda IR più corte come 850nm, ed è invisibile all'occhio umano, il che è desiderabile per l'elettronica di consumo.

10.4 Quante volte posso rifondere questo componente?

La scheda tecnica specifica che la saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte. Ogni ciclo di rifusione sottopone il componente a stress termico, che può potenzialmente degradare i collegamenti a filo interni o l'incapsulamento epossidico.

11. Casi di Studio di Progettazione e Utilizzo

11.1 Sensore di Prossimità Semplice

Un'applicazione comune è un sensore di oggetti riflettente di base. L'IR19-315C/TR8 è posizionato adiacente a un fototransistor al silicio su un PCB. Il LED è pilotato con una corrente impulsata (es. 20mA, 1kHz, duty cycle 50%) attraverso una resistenza. Quando un oggetto si avvicina, riflette la luce IR sul fototransistor, che conduce e produce un segnale. Il funzionamento impulsato aiuta a distinguere il segnale dalla luce IR ambientale. L'ampio angolo di visione del LED garantisce una buona copertura dell'area di rilevamento.

11.2 Trasmettitore per Telecomando a Infrarossi

Per telecomandi che richiedono una portata più lunga o un'uscita più elevata, il LED può essere pilotato in modalità impulsata a correnti più elevate, come 100mA con un duty cycle molto basso (es. ≤1%). Ciò sfrutta la maggiore intensità radiante impulsata (fino a 4,0 mW/sr) mantenendo la potenza media e la dissipazione del calore entro i limiti. Il segnale è tipicamente modulato a una frequenza portante (es. 38kHz) per consentire al ricevitore di filtrare il rumore.

12. Principio di Funzionamento

L'IR19-315C/TR8 è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la sua energia di bandgap, gli elettroni del materiale AlGaAs di tipo n si ricombinano con le lacune del materiale di tipo p nella regione attiva. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica del semiconduttore AlGaAs determina l'energia di bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi - in questo caso, circa 940nm, che si trova nello spettro del vicino infrarosso.

13. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED a infrarossi continua a evolversi insieme alla tecnologia dei LED visibili. Le tendenze includono lo sviluppo di dispositivi con una maggiore efficienza wall-plug (più luce in uscita per watt elettrico in ingresso), che riduce il consumo energetico e la generazione di calore. È inoltre in corso un lavoro per migliorare le prestazioni ad alta temperatura e l'affidabilità dei package SMD. Inoltre, l'integrazione di LED IR con driver e sensori in moduli compatti è una tendenza in crescita, che semplifica la progettazione del sistema per applicazioni come il riconoscimento dei gesti e il sensing 3D (es. time-of-flight). La lunghezza d'onda di 940nm rimane uno standard dominante grazie alla sua ottimale corrispondenza con i rilevatori al silicio e alla sua bassa visibilità.