Scheda Tecnica Componente LED a Infrarossi - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche per un componente diodo emettitore di luce (LED) a infrarossi (IR). L'applicazione principale di tali componenti è in sistemi che richiedono sorgenti luminose non visibili, come telecomandi, sensori di prossimità, illuminazione per visione notturna e trasmissione dati ottica. Il vantaggio principale di questo componente specifico è l'emissione a una lunghezza d'onda di picco di 940nm, ideale per applicazioni in cui si desidera un'emissione di luce visibile minima, essendo largamente invisibile all'occhio umano. Il mercato di riferimento include elettronica di consumo, automazione industriale, sistemi di sicurezza e applicazioni automotive.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Il contenuto fornito specifica un parametro fotometrico chiave: la lunghezza d'onda di picco (λp). Questa è una specifica critica per i LED IR.

2.1 Caratteristiche Fotometriche

Lunghezza d'Onda di Picco (λp):940 nanometri (nm). Questo parametro definisce la lunghezza d'onda alla quale il LED emette la sua massima potenza ottica. Una lunghezza d'onda di 940nm rientra nello spettro del vicino infrarosso. Questa lunghezza d'onda è comunemente utilizzata perché i fotodiodi al silicio, tipici ricevitori nei sistemi IR, hanno un'alta sensibilità attorno a questo intervallo. Inoltre, la luce a 940nm è meno percepibile come un debole bagliore rosso rispetto a lunghezze d'onda IR più corte come 850nm, rendendola preferibile per l'illuminazione discreta.

Analisi:La selezione di 940nm indica che questo componente è ottimizzato per l'efficienza in sistemi di rilevamento che utilizzano sensori al silicio standard e per applicazioni che richiedono basso inquinamento luminoso visibile. L'intensità radiante e l'angolo di visione, specifiche complementari comuni, non sono forniti ma sono cruciali per calcolare la portata effettiva e l'area di copertura in un progetto.

2.2 Parametri Elettrici

Sebbene i valori specifici di tensione diretta (Vf), corrente diretta (If) e tensione inversa (Vr) non siano elencati nell'estratto, questi sono fondamentali per qualsiasi LED. I progettisti devono consultare la scheda tecnica completa per i valori massimi assoluti e le condizioni operative tipiche per garantire un funzionamento affidabile e una lunga durata. Superare la corrente diretta massima è una causa primaria di guasto del LED a causa di un'eccessiva generazione di calore.

2.3 Caratteristiche Termiche

La gestione termica è fondamentale per le prestazioni e la durata del LED. I parametri chiave includono la resistenza termica dalla giunzione all'aria ambiente (RθJA) e la temperatura massima di giunzione (Tj max). È necessario un efficiente dissipazione del calore attraverso il package del LED e il circuito stampato (PCB) per mantenere Tj entro limiti di sicurezza, specialmente quando si opera a correnti elevate o a temperature ambiente elevate.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La produzione di LED comporta variazioni naturali. Un sistema di binning categorizza i componenti in base a parametri chiave per garantire la coerenza all'interno di un lotto di produzione.

3.1 Binning della Lunghezza d'Onda

Per un LED IR, la lunghezza d'onda di picco è il parametro di binning primario. I componenti potrebbero essere suddivisi in bin con una tolleranza stretta attorno al valore nominale di 940nm (es. da 935nm a 945nm). Ciò garantisce che tutti i LED in un sistema abbiano caratteristiche di emissione quasi identiche, il che è fondamentale per le prestazioni dei filtri ottici e della sintonizzazione del sensore nel ricevitore.

3.2 Binning della Tensione Diretta

I LED sono anche classificati per tensione diretta (Vf) a una corrente di test specificata. Raggruppare LED con valori Vf simili aiuta nella progettazione dei circuiti di pilotaggio, in particolare quando più LED sono collegati in serie, per garantire una distribuzione uniforme della corrente e della luminosità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici sono essenziali per comprendere il comportamento del componente in varie condizioni.

4.1 Curva Corrente-Tensione (I-V)

La curva I-V mostra la relazione tra la tensione diretta e la corrente attraverso il LED. È non lineare. La tensione di "ginocchio" è il punto approssimativo in cui il LED inizia a condurre significativamente ed emettere luce. La pendenza della curva nella regione operativa aiuta a determinare la resistenza dinamica del LED.

4.2 Caratteristiche in Funzione della Temperatura

Le prestazioni del LED dipendono dalla temperatura. Tipicamente, la tensione diretta (Vf) diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Al contrario, l'intensità luminosa o la potenza radiante diminuiscono anche con l'aumento della temperatura. I grafici che mostrano l'intensità relativa rispetto alla temperatura di giunzione e la tensione diretta rispetto alla temperatura sono fondamentali per progettare circuiti che compensano gli effetti termici.

3.3 Distribuzione Spettrale

Un grafico di distribuzione spettrale traccia la potenza radiante rispetto alla lunghezza d'onda. Per un LED a 940nm, questo grafico mostrerebbe un picco dominante a o vicino a 940nm con una certa larghezza di banda spettrale (es. Larghezza a Mezza Altezza - FWHM). Un FWHM più stretto indica una sorgente luminosa più monocromatica, il che può essere importante per applicazioni che utilizzano filtri ottici.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

L'estratto menziona tipi di confezionamento ma non il package specifico del LED (es. 5mm, 3mm, dispositivo a montaggio superficiale come 0805 o 1206). Una scheda tecnica completa includerebbe un disegno meccanico dettagliato.

5.1 Disegno Dimensionale

È richiesto un diagramma dimensionato, che mostri lunghezza, larghezza, altezza, spaziatura dei terminali (per foro passante) o dimensioni dei pad (per SMD). Devono essere specificate le tolleranze per tutte le dimensioni.

5.2 Layout dei Pad di Saldatura (per SMD)

Per i package a montaggio superficiale, viene fornito un land pattern (impronta) PCB consigliato. Questo include dimensioni, forma e spaziatura dei pad di rame per garantire una corretta saldatura e stabilità meccanica.

5.3 Identificazione della Polarità

Il metodo per identificare l'anodo e il catodo deve essere chiaramente indicato. Per i LED a foro passante, il catodo è tipicamente il terminale più corto o quello accanto a un punto piatto sulla lente. Per i LED SMD, una marcatura come un punto, una tacca o un angolo ombreggiato sul package denota il catodo.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di Rifusione

Per i componenti SMD, è necessario un profilo di rifusione dettagliato. Questo include temperatura e tempo di preriscaldamento, tempo di stabilizzazione, temperatura di picco, tempo sopra il liquido (TAL) e velocità di raffreddamento. Il rispetto di questo profilo previene lo shock termico e garantisce giunti di saldatura affidabili.

6.2 Precauzioni

Le precauzioni generali includono: evitare stress meccanici sulla lente del LED, utilizzare protezione ESD durante la manipolazione (poiché i LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche) e assicurarsi che non vi sia contaminazione sulla superficie ottica. Per i componenti a foro passante, la piegatura dei terminali deve essere effettuata a una distanza sufficiente dal corpo del package.

6.3 Condizioni di Conservazione

I LED devono essere conservati in un ambiente fresco e asciutto, tipicamente entro un intervallo specificato di temperatura e umidità. Sono spesso forniti in confezioni sensibili all'umidità con un essiccante e potrebbero richiedere un'essiccazione prima dell'uso se la confezione è stata aperta per un periodo prolungato.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordini

L'estratto PDF elenca esplicitamente gli elementi di confezionamento, che è una parte chiave del contenuto fornito.

7.1 Specifiche di Confezionamento

La gerarchia di confezionamento è definita come:

• Busta Antistatica:Il contenitore primario, progettato per proteggere i componenti dalle scariche elettrostatiche (ESD) e dall'umidità.
• Cartone Interno:Una scatola o un vassoio che contiene più buste ESD o bobine di componenti.
• Cartone Esterno:Il cartone di spedizione principale contenente più cartoni interni.

7.2 Quantità per Confezione

La quantità specifica di componenti LED per busta ESD, per cartone interno e per cartone esterno deve essere specificata. Le quantità comuni sono multipli di 1000, 2000 o 5000 pezzi per parti SMD su bobine, o conteggi specifici per confezionamento sfuso.

7.3 Informazioni di Etichettatura

Ogni livello di confezionamento dovrebbe avere un'etichetta che indica il numero di parte, la quantità, il codice data, il numero di lotto e il livello di sensibilità ESD/umidità (MSL).

7.4 Regole di Denominazione del Numero di Modello

Il numero di parte completo tipicamente codifica attributi chiave. Ad esempio, un numero di modello potrebbe indicare la dimensione del package, la lunghezza d'onda di picco, l'angolo di visione e il bin del flusso. Un codice come "IR940-45D" potrebbe implicare un LED IR, 940nm, angolo di visione di 45 gradi e un bin specifico di intensità radiante 'D'.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED IR a 940nm è adatto per:

• Telecomandi a Infrarossi:Per TV, sistemi audio e decoder.
• Sensori di Prossimità e Presenza:In smartphone, elettrodomestici e rubinetti automatici.
• Illuminazione per Visione Notturna:Abbinato a telecamere sensibili agli IR in sistemi di sicurezza e sorveglianza.
• Interruttori e Encoder Ottici:Per rilevare posizione o rotazione.
• Trasmissione Dati:In dispositivi conformi a IrDA per comunicazione wireless a corto raggio.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Circuito di Pilotaggio:Si raccomanda una sorgente di corrente costante rispetto a una sorgente di tensione con una resistenza in serie per un'uscita stabile, specialmente con variazioni di temperatura. Il driver deve essere dimensionato per la corrente diretta del LED.
Progettazione Ottica:Il materiale della lente o del coperchio tra il LED e il bersaglio deve essere trasparente alla luce a 940nm. Molte plastiche sono adatte, ma alcuni tipi di vetro o materiali colorati possono attenuare il segnale.
Dissipazione del Calore:Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o un dissipatore esterno se si opera a correnti continue elevate.
Abbinamento con il Ricevitore:Il fotodetettore (es. fototransistor, fotodiodo) dovrebbe avere una sensibilità di picco attorno a 940nm. Un filtro ottico abbinato allo spettro del LED può migliorare il rapporto segnale-rumore bloccando la luce ambientale.

9. Confronto Tecnico

Rispetto ad altri LED IR, un componente a 940nm offre vantaggi e compromessi specifici.

vs. LED IR a 850nm:I LED a 850nm spesso forniscono un'uscita radiante leggermente superiore per lo stesso ingresso elettrico grazie a una migliore efficienza del materiale a quella lunghezza d'onda. Tuttavia, 850nm emette un debole bagliore rosso che può essere visibile in condizioni di oscurità, il che può essere indesiderabile per applicazioni discrete. 940nm è praticamente invisibile, rendendolo superiore per l'illuminazione discreta.

vs. LED Visibili:Il differenziatore principale è la lunghezza d'onda. I LED IR abilitano funzionalità invisibili agli utenti, consentendo caratteristiche come il funzionamento automatico (sensori) o il controllo (telecomandi) senza emettere luce di disturbo.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Perché è importante la lunghezza d'onda di picco di 940nm?
R: Si abbina all'intervallo di alta sensibilità dei comuni fotodetettori al silicio minimizzando l'emissione di luce visibile, rendendolo ideale per applicazioni di sensori e illuminazione discreta.

D: Come piloto questo LED?
R: Utilizza un circuito di pilotaggio a corrente costante. Un'implementazione semplice è una sorgente di tensione con una resistenza limitatrice di corrente, calcolata utilizzando la tensione diretta tipica (Vf) del LED e la corrente diretta desiderata (If) dalla scheda tecnica completa: R = (Vsource - Vf) / If.

D: Posso vedere la luce di questo LED?
R: La lunghezza d'onda di 940nm è al di fuori dello spettro visibile per la maggior parte delle persone. Alcuni individui potrebbero percepire un bagliore rosso molto profondo in condizioni estremamente buie, ma è largamente invisibile. Una fotocamera di smartphone, tuttavia, di solito può vederlo chiaramente, poiché i sensori delle fotocamere sono sensibili al vicino infrarosso.

D: Qual è lo scopo della busta antistatica?
R: Protegge il LED dalle scariche elettrostatiche (ESD), che possono danneggiare la giunzione del semiconduttore anche se la scarica non è percepita da una persona.

11. Casi Pratici d'Uso

Caso Studio 1: Erogatore Automatico di Sapone.Un LED IR a 940nm è abbinato a un fototransistor per creare un sensore di prossimità. Il LED emette costantemente un fascio invisibile. Quando una mano interrompe il fascio, la variazione della luce rilevata attiva il motore della pompa. La lunghezza d'onda di 940nm garantisce che l'operazione sia fluida e senza alcuna indicazione di luce visibile.

Caso Studio 2: Telecomando TV a Lunga Distanza.Una matrice di LED a 940nm è utilizzata in un telecomando universale. L'alta intensità radiante (assicurata da un corretto binning e corrente di pilotaggio) consente al segnale di raggiungere il sensore della TV da ampi angoli e distanze maggiori. La mancanza di luce visibile previene distrazioni in un home theater buio.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce a Infrarossi (LED IR) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando polarizzato direttamente, gli elettroni dalla regione n si ricombinano con le lacune dalla regione p nella regione attiva. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica dei fotoni emessi è determinata dall'energia del bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati nella costruzione del LED (tipicamente arseniuro di gallio e alluminio - AlGaAs per 940nm). Un bandgap più ampio risulta in una lunghezza d'onda più corta (luce più blu), e un bandgap più piccolo risulta in una lunghezza d'onda più lunga (luce più rossa o infrarossa). L'uscita a 940nm è il risultato diretto dell'ingegnerizzazione della composizione del semiconduttore per ottenere questa specifica energia di bandgap.

13. Tendenze di Sviluppo

Il campo dei LED IR è guidato dalla domanda di maggiore efficienza, package più piccoli e maggiore integrazione.

Aumento dell'Efficienza:La ricerca si concentra sul miglioramento dell'efficienza quantica interna (la percentuale di ricombinazioni elettrone-lacuna che producono fotoni) e dell'efficienza di estrazione della luce (far uscire i fotoni generati dal materiale semiconduttore). Ciò porta a una maggiore potenza radiante per lo stesso ingresso elettrico, consentendo una maggiore durata della batteria nei dispositivi portatili.

Miniaturizzazione:La tendenza verso elettronica di consumo più piccola guida lo sviluppo di LED IR in package a montaggio superficiale sempre più piccoli (es. dimensioni metriche 0402, 0201) mantenendo o migliorando le prestazioni.

Soluzioni Integrate:C'è una tendenza a combinare il LED IR, il fotodetettore e la logica di controllo in un singolo modulo o chip. Ciò semplifica la progettazione per gli utenti finali, riduce l'ingombro sul PCB e migliora l'affidabilità del sistema garantendo caratteristiche ottiche abbinate.

Nuove Lunghezze d'Onda:Mentre 850nm e 940nm dominano, altre lunghezze d'onda sono in sviluppo per applicazioni specializzate, come spettroscopia, rilevamento di gas e comunicazioni ottiche che utilizzano fibre ottiche plastiche.