Scheda Tecnica LED Infrarosso IR26-91C/L510/2D - Package SMD 3.0x1.0mm - Lunghezza d'Onda 940nm - Tensione Diretta 1.6V - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR26-91C/L510/2D è un diodo emettitore infrarosso a montaggio superficiale (SMD) di dimensioni ridotte. È alloggiato in un package compatto da 3.0mm x 1.0mm stampato in plastica trasparente con lente a vista dall'alto sferica. La funzione principale di questo componente è emettere luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri (nm), che è spettralmente abbinata alla sensibilità dei comuni fotodiodi e fototransistor al silicio. Ciò lo rende una sorgente ideale per sistemi di rilevamento e comunicazione a infrarossi dove è richiesto un accoppiamento ottico preciso.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il dispositivo offre diversi vantaggi tecnici e di conformità chiave. La sua principale caratteristica ottica è la lunghezza d'onda di picco di 940nm, scelta per prestazioni ottimali con rivelatori al silicio offrendo al contempo una buona trasmissione atmosferica. Dal punto di vista elettrico, vanta una bassa tensione diretta tipica di 1.3V a 20mA, contribuendo a un funzionamento energeticamente efficiente. Il componente è prodotto senza piombo (Pb-free) e rispetta la direttiva europea sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS) e il regolamento REACH (Registrazione, Valutazione, Autorizzazione e Restrizione delle sostanze chimiche). È inoltre classificato come privo di alogeni, con contenuto di bromo (Br) e cloro (Cl) ciascuno inferiore a 900 parti per milione (ppm) e il loro totale combinato inferiore a 1500 ppm.

1.2 Applicazioni Target

Questo LED infrarosso è progettato per l'uso in vari sistemi applicativi a infrarossi. Le applicazioni tipiche includono sensori di prossimità, rilevamento oggetti, interruttori touchless, encoder ottici e collegamenti per trasmissione dati a corto raggio. Il suo fattore di forma ridotto e il design SMD lo rendono adatto per processi di assemblaggio automatizzato nell'elettronica di consumo, nell'automazione industriale e nei moduli di sensing per interni automotive.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici specificati nella scheda tecnica. Comprendere questi valori nominali è fondamentale per un design del circuito affidabile e per garantire le prestazioni a lungo termine del dispositivo.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori non sono per il funzionamento continuo. La corrente diretta continua (I_F) è nominale a 65 mA. È ammessa una corrente diretta di picco (I_FP) significativamente più alta di 700 mA, ma solo in condizioni di impulso strette: larghezza dell'impulso ≤ 70 microsecondi (μs) e ciclo di lavoro ≤ 0.7%. La tensione inversa massima (V_R) è di 5V, indicando che il LED ha una tolleranza molto bassa alla polarizzazione inversa. Il dispositivo può operare a temperature ambiente (T_opr) da -40°C a +85°C e essere conservato (T_stg) da -40°C a +100°C. La temperatura massima di saldatura (T_sol) durante il reflow è di 260°C per una durata non superiore a 5 secondi. La dissipazione di potenza (P_d) a o al di sotto di 25°C di temperatura dell'aria libera è di 100 mW. Dispone inoltre di protezione contro le scariche elettrostatiche (ESD), con una classificazione Human Body Model (HBM) minima di 2000V e una classificazione Machine Model (MM) minima di 200V.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

La tabella delle Caratteristiche Elettro-Ottiche fornisce valori tipici e massimi/minimi in condizioni di test specificate (Ta=25°C). L'intensità radiante (I_e), una misura della potenza ottica per angolo solido, è tipicamente di 8.0 milliwatt per steradiante (mW/sr) a una corrente diretta di 20mA. La lunghezza d'onda di picco (λ_p) è centrata a 940nm. La larghezza di banda spettrale (Δλ), che rappresenta l'intervallo di lunghezze d'onda emesse a metà dell'intensità di picco, è tipicamente di 45nm. La tensione diretta (V_F) varia da un tipico 1.3V a un massimo di 1.6V a 20mA. La corrente inversa (I_R) ha un valore massimo di 10 microampere (μA) quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V. L'angolo di visione, definito come l'angolo totale in cui l'intensità scende alla metà del suo valore di picco, è asimmetrico: circa 130 gradi sull'asse X e 20 gradi sull'asse Y. Ciò crea un diagramma di radiazione altamente ellittico, che è una considerazione di progettazione critica per la modellazione del fascio e l'allineamento del sensore.

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 relazioni non lineari e progettare per diversi ambienti operativi.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva di derating mostra come la massima corrente diretta continua ammissibile diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente. A 25°C, è disponibile l'intero valore nominale di 65mA. All'aumentare della temperatura, la corrente deve essere ridotta per evitare di superare la massima temperatura di giunzione e i limiti di dissipazione di potenza, garantendo l'affidabilità a lungo termine.

3.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico della distribuzione spettrale rappresenta graficamente l'output luminoso in funzione della lunghezza d'onda. Conferma il picco a 940nm e l'ampiezza di banda spettrale di circa 45nm (Larghezza a Metà Altezza - FWHM). La curva mostra che viene emessa pochissima luce visibile (sotto ~700nm), il che è desiderabile per un funzionamento discreto nei sistemi IR.

3.3 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra la relazione tra la corrente di pilotaggio e la potenza ottica in uscita. È generalmente lineare a correnti più basse ma può mostrare saturazione o efficienza ridotta a correnti molto elevate a causa degli effetti termici. I progettisti la utilizzano per determinare la corrente di pilotaggio necessaria per ottenere un livello di segnale specifico al rivelatore.

3.4 Diagrammi di Radiazione Angolare

Grafici separati per l'asse X e l'asse Y mostrano l'intensità radiante relativa in funzione dello spostamento angolare dal centro ottico (0°). Il diagramma dell'asse X è molto ampio (~130° semiangolo), mentre quello dell'asse Y è molto più stretto (~20° semiangolo). Questo pattern ellittico deve essere preso in considerazione quando si allinea il LED con un sensore o si progettano elementi ottici come lenti o diaframmi.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni e Tolleranze del Package

Il dispositivo ha una dimensione nominale del package di 3.0mm in lunghezza, 1.0mm in larghezza e un'altezza specificata. Viene fornito un disegno dimensionale dettagliato, inclusi la posizione dei pad, la forma della lente e l'indicatore di polarità (tipicamente una tacca o un punto sul lato del catodo). Tutte le dimensioni non specificate hanno una tolleranza di ±0.1mm. Viene inoltre illustrato un pattern di pad di saldatura consigliato per il montaggio laterale per garantire una corretta stabilità meccanica e la formazione del giunto di saldatura durante il reflow.

4.2 Confezionamento in Nastro Portacomponenti e Bobina

Per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place, i LED sono forniti in nastro portacomponenti goffrato avvolto su bobine. La scheda tecnica fornisce le dimensioni precise delle tasche del nastro portacomponenti, il passo e le specifiche della bobina. Una bobina standard contiene 2000 pezzi. Questa informazione è vitale per configurare correttamente gli alimentatori delle apparecchiature di assemblaggio.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione e una saldatura corrette sono cruciali per prevenire danni al LED e garantire l'affidabilità del giunto di saldatura.

5.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il componente è adatto per processi di saldatura a rifusione senza piombo (Pb-free). Viene fornito un profilo di temperatura consigliato, che include tipicamente le fasi di preriscaldamento, stabilizzazione, rifusione (temperatura di picco ≤ 260°C per ≤ 5 secondi) e raffreddamento. Il numero di cicli di rifusione non deve superare tre per minimizzare lo stress termico sul package plastico e sui bond interni.

5.2 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione. La temperatura della punta del saldatore dovrebbe essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto per terminale dovrebbe essere limitato a 3 secondi o meno. Si consiglia un saldatore a bassa potenza (≤25W). Per la rilavorazione, si suggerisce un saldatore a doppia testa per riscaldare contemporaneamente entrambi i terminali ed evitare stress meccanici sui giunti di saldatura. La fattibilità e l'impatto della rilavorazione dovrebbero essere valutati preventivamente.

5.3 Sensibilità all'Umidità e Conservazione

Il package SMD è sensibile all'umidità. Il dispositivo deve essere conservato nella sua busta originale a tenuta d'umidità con essiccante a ≤30°C e ≤90% di umidità relativa (UR). La durata di conservazione prima dell'apertura della busta è di un anno. Dopo l'apertura, i componenti dovrebbero essere conservati a ≤30°C e ≤70% UR e utilizzati entro 168 ore (7 giorni). Se queste condizioni vengono superate o l'essiccante indica saturazione, è necessario un trattamento di baking a 60 ±5°C per almeno 24 ore prima dell'uso per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto \"popcorn\" durante il reflow.

6. Considerazioni di Progettazione per l'Applicazione

6.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

Una nota di progettazione critica è la necessità di limitare la corrente. Il LED deve essere pilotato con una sorgente di corrente o, più comunemente, una sorgente di tensione in serie con una resistenza limitatrice di corrente. La scheda tecnica avverte esplicitamente che un leggero spostamento di tensione può causare un grande cambiamento di corrente, potenzialmente portando al burnout. Il valore della resistenza (R_limit) può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F, dove V_Fè la tensione diretta del LED alla corrente desiderata I_F. Utilizzando il V_Fmassimo (1.6V) per questo calcolo si garantisce che la corrente non superi il target in tutte le condizioni.

6.2 Progettazione e Allineamento Ottico

A causa del pattern del fascio altamente ellittico (130° x 20°), è necessaria un'attenta progettazione ottica. Per applicazioni che richiedono un punto circolare o un profilo di illuminazione specifico, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie come lenti o riflettori. L'allineamento tra il LED e il fotorivelatore accoppiato è anche più critico lungo lo stretto asse Y. I progettisti dovrebbero consultare i grafici dello spostamento angolare per comprendere il decadimento dell'intensità.

6.3 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia relativamente bassa (100mW max), una gestione termica efficace è comunque importante, specialmente in ambienti ad alta temperatura o quando si pilota a correnti elevate. La curva di derating deve essere seguita. Garantire un'adeguata area di rame sul PCB sotto e intorno ai pad del LED aiuta a dissipare il calore e mantenere temperature di giunzione più basse, preservando l'efficienza luminosa e la longevità.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

L'IR26-91C/L510/2D si differenzia sul mercato attraverso una combinazione specifica di parametri. La sua lunghezza d'onda di 940nm è uno standard comune, offrendo un buon equilibrio tra la sensibilità del rivelatore al silicio e una minore interferenza della luce ambientale rispetto ai LED a 850nm. La tensione diretta molto bassa (1.3V tipico) è un vantaggio chiave per circuiti alimentati a batteria o a bassa tensione logica, poiché riduce il margine di tensione richiesto per il driver. L'ingombro compatto di 3.0x1.0mm consente layout PCB ad alta densità. La conformità agli standard RoHS, REACH e privi di alogeni lo rende adatto per i mercati globali con normative ambientali severe. L'angolo di visione asimmetrico può essere un vantaggio o un vincolo, a seconda dei requisiti ottici dell'applicazione.

8. Domande Frequenti (FAQ)

8.1 Perché una resistenza limitatrice è obbligatoria?

Un LED è un diodo con una caratteristica corrente-tensione (I-V) non lineare. Oltre la sua tensione di soglia, un piccolo aumento di tensione provoca un aumento molto grande della corrente. Il funzionamento diretto da una sorgente di tensione senza una resistenza in serie permetterebbe alla corrente di aumentare in modo incontrollabile, superando rapidamente il Valore Massimo Assoluto e distruggendo il dispositivo. La resistenza fornisce una relazione lineare e prevedibile tra tensione di alimentazione e corrente del LED.

8.2 Posso pilotare questo LED con un pin di microcontrollore a 3.3V o 5V?

Sì, ma è sempre necessaria una resistenza in serie. Ad esempio, per pilotare a I_F=20mA da un'alimentazione di 3.3V, assumendo V_F=1.5V: R = (3.3V - 1.5V) / 0.020A = 90 Ohm. Una resistenza standard da 91 Ohm sarebbe adatta. Il pin del microcontrollore deve anche essere in grado di erogare o assorbire la corrente richiesta di 20mA.

8.3 Qual è lo scopo della lunghezza d'onda di 940nm?

La luce infrarossa a 940nm è invisibile all'occhio umano, consentendo un funzionamento discreto. È fortemente assorbita dal silicio, il materiale utilizzato nella maggior parte dei fotodiodi e fototransistor, rendendo il rilevamento efficiente. Subisce anche meno interferenze dalle comuni sorgenti di luce ambientale (che hanno meno contenuto IR a 940nm rispetto a 850nm) ed è meno suscettibile al rumore nei sensori di imaging.

8.4 Come identifico l'anodo e il catodo?

Il package include un marcatore di polarità. Consultare il disegno dimensionale del package nella scheda tecnica. È comune che il catodo sia contrassegnato da un punto verde, una tacca nel package o un angolo smussato. Una connessione di polarità errata impedirà al LED di emettere luce e, se viene applicata una tensione inversa superiore a 5V, potrebbe danneggiare il dispositivo.

9. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Si consideri la progettazione di un semplice sensore di rilevamento oggetti utilizzando questo LED e un fototransistor al silicio. Il LED è pilotato da un'alimentazione di 5V attraverso una resistenza da 180 Ohm (limitando la corrente a ~20mA, assumendo V_F=1.5V). Il fototransistor è posizionato a pochi centimetri di distanza, allineato sullo stesso asse ottico. Quando non è presente alcun oggetto, la luce IR del LED non raggiunge il fototransistor e la sua uscita è bassa. Quando un oggetto passa tra di loro, riflette parte della luce IR sul fototransistor, causando un aumento della sua corrente di uscita. Questo segnale può essere amplificato e inviato a un comparatore o all'ADC di un microcontrollore per rilevare la presenza dell'oggetto. Il pattern del fascio ellittico del LED significa che la zona di rilevamento effettiva del sensore sarà più ampia orizzontalmente che verticalmente, il che deve essere considerato quando si definisce il campo visivo del sensore.

10. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) opera sul principio dell'elettroluminescenza in un materiale semiconduttore. L'IR26-91C/L510/2D utilizza un chip in Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs). Quando viene applicata una tensione diretta che supera la tensione di banda del diodo, gli elettroni dalla regione di tipo n vengono iniettati attraverso la giunzione p-n nella regione di tipo p, e le lacune vengono iniettate nella direzione opposta. Questi portatori di carica (elettroni e lacune) si ricombinano nella regione attiva della giunzione. L'energia rilasciata durante questa ricombinazione viene emessa come fotoni (particelle di luce). La composizione specifica del semiconduttore GaAlAs determina l'energia di banda, che determina direttamente la lunghezza d'onda dei fotoni emessi—in questo caso, centrata intorno a 940nm nello spettro infrarosso.

11. Tendenze del Settore

Il mercato dei LED infrarossi continua a evolversi. Le tendenze chiave includono la spinta verso un'intensità radiante e un'efficienza più elevate da package più piccoli per abilitare un sensing più potente in dispositivi compatti. C'è una crescente integrazione dei LED IR con driver e sensori in moduli completi o sistemi in package (SiP). La domanda di lunghezze d'onda specifiche si sta diversificando; mentre i 940nm rimangono standard, lunghezze d'onda come 850nm (per la sorveglianza) e 1050nm/1300nm (per specifiche applicazioni di sensing) stanno guadagnando terreno. Inoltre, la spinta verso un consumo energetico inferiore e un'affidabilità migliorata nelle applicazioni automotive (es. monitoraggio interno), consumer (es. riconoscimento facciale) e IoT industriale sta spingendo i progressi nella tecnologia dei chip, nel packaging e nella gestione termica per gli emettitori IR.