Scheda Tecnica Componente LED a Infrarossi - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Documentazione Tecnica 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 questo dispositivo è in sistemi che richiedono sorgenti luminose non visibili, come telecomandi, sensori di prossimità e illuminazione per visione notturna. Il vantaggio principale di questo componente risiede nella sua specifica lunghezza d'onda di picco, ottimizzata per la compatibilità con i fotodiodi al silicio e che offre una bassa visibilità all'occhio umano. Il mercato di riferimento include elettronica di consumo, automazione industriale, sistemi di sicurezza e applicazioni automobilistiche dove è richiesta una segnalazione o rilevamento infrarosso affidabile.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

I dati forniti specificano un parametro fotometrico chiave per questo LED IR.

2.1 Caratteristiche Fotometriche

Il parametro più critico definito è la lunghezza d'onda di picco (λp).

• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):940 nanometri (nm). Questo valore indica il punto specifico nello spettro elettromagnetico in cui il LED emette la sua massima potenza ottica. Una lunghezza d'onda di 940nm si trova saldamente nell'intervallo del vicino infrarosso (NIR). Questa lunghezza d'onda è particolarmente vantaggiosa perché si allinea bene con la sensibilità di picco dei comuni fotodiodi e fototransistor al silicio, garantendo una trasmissione e ricezione del segnale efficiente. Inoltre, la luce a 940nm è meno visibile come una debole luminescenza rossa rispetto a lunghezze d'onda IR più corte come 850nm, rendendola più adatta per applicazioni discrete.

Altri parametri fotometrici tipici per un LED IR, come l'intensità radiante (in milliwatt per steradiante, mW/sr), l'angolo di visione (in gradi) e la tensione diretta a una corrente specifica, non sono esplicitamente forniti nell'estratto ma sono essenziali per un progetto di circuito completo.

2.2 Parametri Elettrici

Sebbene valori specifici non siano elencati nel testo fornito, il comportamento elettrico di un LED IR è definito da diversi parametri chiave che un progettista deve considerare.

• Tensione Diretta (Vf):La caduta di tensione ai capi del LED quando è percorso da corrente. Per i tipici LED IR basati su GaAs, questo valore di solito varia da 1,2V a 1,6V alla loro corrente diretta nominale.
• Corrente Diretta (If):La corrente operativa continua raccomandata. Superare la corrente diretta massima nominale può portare a un rapido degrado o a un guasto catastrofico.
• Tensione Inversa (Vr):La massima tensione che il LED può sopportare quando polarizzato in direzione non conduttrice. I LED IR hanno tipicamente un valore nominale di tensione inversa molto basso (spesso intorno a 5V) e sono suscettibili a danni da picchi di tensione inversa.
• Dissipazione di Potenza:La potenza elettrica totale convertita in calore e luce (Vf * If). Una corretta gestione termica è necessaria per prevenire il surriscaldamento.

2.3 Caratteristiche Termiche

La gestione termica è cruciale per la longevità e le prestazioni stabili del LED.

• Temperatura di Giunzione (Tj):La temperatura nella regione attiva del chip semiconduttore. La Tj massima ammissibile è un limite critico.
• Resistenza Termica (Rθj-a):Questo parametro, misurato in gradi Celsius per watt (°C/W), indica quanto efficacemente il calore si trasferisce dalla giunzione del LED all'aria ambiente. Un valore più basso significa una migliore capacità di dissipazione del calore. Il design del package influenza fortemente questo valore.
• Curva di Derating:Un grafico che mostra come la corrente diretta massima ammissibile diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente o della temperatura di giunzione. Operare entro questi limiti è essenziale per l'affidabilità.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La produzione di LED su larga scala genera variazioni nei parametri chiave. Il binning è il processo di smistamento dei componenti in gruppi (bin) in base alle prestazioni misurate per garantire coerenza per l'utente finale.

3.1 Binning della Lunghezza d'Onda

Per questo LED IR a 940nm, i componenti verrebbero testati e suddivisi in bin in base alla loro effettiva lunghezza d'onda di picco. Ad esempio, i bin potrebbero essere definiti come 935-940nm, 940-945nm, ecc. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con tolleranze di lunghezza d'onda più strette se la loro applicazione richiede un matching spettrale preciso.

3.2 Binning dell'Intensità Radiante / Potenza Ottica

I LED sono anche classificati in bin in base alla loro emissione radiante. Questo è cruciale per applicazioni che richiedono una luminosità uniforme o una specifica intensità del segnale. I bin sono definiti da valori minimi e massimi di intensità radiante (es. 20-25 mW/sr, 25-30 mW/sr) a una corrente di test standardizzata.

3.3 Binning della Tensione Diretta

Per semplificare la progettazione del circuito limitatore di corrente e garantire un comportamento coerente in array paralleli, i LED sono classificati in bin per tensione diretta (Vf). Bin comuni potrebbero raggruppare LED con Vf tra 1,2V-1,3V, 1,3V-1,4V, e così via.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in diverse condizioni operative.

4.1 Curva Caratteristica Corrente-Tensione (I-V)

Questa curva traccia la corrente diretta (If) in funzione della tensione diretta (Vf). Mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La curva è utilizzata per determinare il punto di lavoro e per progettare un appropriato resistore limitatore di corrente o circuito di pilotaggio. La tensione di "ginocchio", dove la corrente inizia ad aumentare rapidamente, è una caratteristica chiave.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Diverse curve illustrano gli effetti della temperatura.

• Tensione Diretta vs. Temperatura:Tipicamente mostra che Vf diminuisce linearmente all'aumentare della temperatura di giunzione (circa -2mV/°C per i LED IR). Questo è importante per i driver a corrente costante.
• Intensità Radiante vs. Temperatura:Mostra come l'output ottico diminuisca all'aumentare della temperatura. Questo derating è critico per applicazioni che operano ad alte temperature ambientali.
• Distribuzione Spettrale Relativa vs. Temperatura:Dimostra come la lunghezza d'onda di picco possa spostarsi leggermente (solitamente verso lunghezze d'onda maggiori) all'aumentare della temperatura.

4.3 Distribuzione Spettrale

Questo grafico traccia la potenza radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Mostra il picco a 940nm e la larghezza di banda spettrale (tipicamente la Larghezza a Mezza Altezza, o FWHM, spesso intorno a 40-50nm per i LED IR). Una larghezza di banda più stretta indica una luce più monocromatica.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

L'estratto fornito contiene dettagli specifici sul confezionamento.

5.1 Gerarchia di Confezionamento

Il componente è protetto da un sistema di confezionamento multistrato:

• Busta Protettiva ESD (Scarica Elettrostatica):Il contenitore primario per i singoli componenti LED o i nastri. Questa busta è realizzata in materiale dissipativo statico per prevenire danni da scariche elettrostatiche durante la manipolazione e lo stoccaggio.
• Cartone Interno:Una scatola o vassoio più piccolo che contiene più buste ESD o nastri, fornendo struttura fisica e protezione aggiuntiva.
• Cartone Esterno:Il contenitore di spedizione principale che contiene più cartoni interni. È progettato per la robustezza durante il trasporto e lo stoccaggio.

5.2 Quantità per Confezione

Il documento elenca esplicitamente "Quantità per Confezione" come parametro chiave. Questo si riferisce al numero di singoli componenti LED contenuti in un'unità di spedizione standard (es. per nastro, per tubo o per busta all'interno del cartone interno). Quantità comuni sono 1000, 2000 o 5000 pezzi per nastro per dispositivi a montaggio superficiale.

5.3 Dimensioni Fisiche e Polarità

Sebbene le dimensioni esatte non siano fornite, un tipico package per LED IR (come un LED a foro passante da 3mm o 5mm, o un package a montaggio superficiale come 0805 o 1206) avrebbe un disegno meccanico dettagliato. Questo disegno specifica la lunghezza, larghezza, altezza del corpo, la spaziatura dei terminali (passo) e le dimensioni dei terminali. Fondamentalmente, include l'identificazione della polarità, solitamente indicante il catodo (lato negativo) tramite un bordo piatto sulla lente, un terminale più corto, un punto sul package o una specifica marcatura sul footprint.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Un montaggio corretto è vitale per l'affidabilità.

6.1 Profilo di Rifusione

Per i LED IR a montaggio superficiale, deve essere seguito un profilo di rifusione raccomandato. Questo include:

• Riscaldamento Preliminare / Velocità di Rampa:Tipicamente 1-3°C al secondo per evitare shock termici.
• Zona di Soak (Stabilizzazione):Un periodo a una temperatura inferiore al punto di fusione della lega per attivare il flussante e uniformare la temperatura della scheda.
• Zona di Rifusione (Liquidus):La temperatura di picco, che deve essere sufficientemente alta per fondere la lega (es. 240-250°C per SAC305) ma abbastanza bassa e breve da non danneggiare il LED (la temperatura massima del corpo del package è spesso 260°C per 10 secondi).
• Velocità di Raffreddamento:Un raffreddamento controllato per solidificare correttamente le giunzioni saldate.

6.2 Precauzioni Chiave

• Protezione ESD:Maneggiare sempre i componenti in un ambiente sicuro ESD utilizzando braccialetti e tappetini conduttivi collegati a terra.
• Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL):Se applicabile, il package avrà una classificazione MSL (es. MSL 3). I componenti che superano la loro "floor life" devono essere essiccati prima della rifusione per prevenire danni da "popcorning".
• Pulizia:Utilizzare solo solventi di pulizia compatibili che non danneggino la lente del LED o l'epossidica.
• Stress Meccanico:Evitare di applicare pressione diretta sulla lente del LED durante il posizionamento o il test.

6.3 Condizioni di Magazzinaggio

I componenti dovrebbero essere conservati nelle loro buste ESD originali, non aperte, in un ambiente controllato. Le condizioni raccomandate sono tipicamente una temperatura tra 5°C e 30°C e un'umidità relativa inferiore al 60%. Evitare l'esposizione alla luce solare diretta, a gas corrosivi o a polveri eccessive.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordini

I dati sul ciclo di vita del documento indicano una "Revisione: 5" e "Periodo di Validità: Per sempre", suggerendo che si tratta di un documento stabile, non controllato per obsolescenza, rilasciato il 27/05/2013. La specifica di confezionamento è chiaramente definita nella sezione 5.1. Il codice d'ordine o il numero di modello seguirebbe tipicamente una convenzione di denominazione che codifica attributi chiave come tipo di package, bin della lunghezza d'onda, bin dell'intensità e quantità per confezione (es. "IR940-SMD1206-B2-2K" potrebbe indicare un LED IR 940nm in package 1206, bin di intensità B2, fornito su nastro da 2000 pezzi).

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Telecomandi a Infrarossi:Per TV, impianti audio e decoder. La lunghezza d'onda di 940nm è lo standard del settore.
• Sensori di Prossimità e Presenza:Utilizzati negli smartphone per disabilitare i touchscreen durante le chiamate, nei rubinetti automatici e negli interruttori per luci di sicurezza.
• Conteggio e Rilevamento Oggetti:Nei distributori automatici, nelle linee di assemblaggio industriali e nelle apparecchiature di stampa.
• Illuminazione per Visione Notturna:Abbinato a una telecamera sensibile agli IR per sorveglianza in condizioni di scarsa illuminazione.
• Trasmissione Dati Ottica:Per comunicazione seriale a corto raggio e bassa velocità (IrDA) o collegamenti dati industriali.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:Utilizzare sempre un resistore limitatore di corrente in serie o un driver a corrente costante. Non collegare mai un LED direttamente a una sorgente di tensione.
• Dissipazione Termica:Per operazioni ad alta corrente o ad alte temperature ambientali, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o un dissipatore esterno per gestire la resistenza termica del LED.
• Progettazione Ottica:Considerare l'angolo di visione del LED. Utilizzare lenti o riflettori per collimare o diffondere il fascio secondo le necessità dell'applicazione.
• Matching con il Fotodetettore:Assicurarsi che il fotodetettore selezionato (fotodiodo, fototransistor) abbia alta sensibilità a 940nm. Utilizzare un filtro IR per bloccare la luce visibile se l'ambiente è rumoroso.
• Immunità al Rumore Elettrico:Nelle applicazioni di sensori, modulare il segnale IR (es. con una portante a 38kHz) e utilizzare un ricevitore sintonizzato per respingere le interferenze della luce ambientale da sole o lampade fluorescenti.

9. Confronto Tecnico

Rispetto ad altre sorgenti IR, questo LED a 940nm offre vantaggi specifici.

• vs. LED IR a 850nm:La luce a 940nm è molto meno visibile come debole bagliore rosso, rendendola superiore per la sorveglianza discreta. Tuttavia, i fotodetettori al silicio sono leggermente meno sensibili a 940nm che a 850nm, e l'assorbimento atmosferico è marginalmente più alto.
• vs. Lampade IR a Incandescenza:I LED sono molto più efficienti, hanno un tempo di risposta più veloce (consentendo modulazione ad alta velocità), sono meccanicamente più robusti e hanno una durata operativa molto più lunga (decine di migliaia di ore).
• vs. Diodi Laser:I LED hanno un'emissione spettrale più ampia e un'area di emissione molto più grande, producendo un fascio diffuso più facile da gestire per l'illuminazione generale e il rilevamento. Sono anche significativamente meno costosi e non richiedono il complesso circuito di pilotaggio e sicurezza dei diodi laser.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Qual è lo scopo della lunghezza d'onda di picco di 940nm?
R1: La lunghezza d'onda di 940nm è ottimale perché si adatta bene alla sensibilità dei fotodetettori al silicio ed è quasi invisibile all'occhio umano, rendendola ideale per applicazioni di rilevamento discreto e telecomandi.

D2: Come determino il valore corretto del resistore limitatore di corrente?
R2: Usa la Legge di Ohm: R = (Valimentazione - Vf) / If. Devi conoscere la tua tensione di alimentazione (Valimentazione), la tensione diretta del LED (Vf) dalla sua scheda tecnica o dal bin, e la corrente diretta desiderata (If). Assicurati sempre che la potenza nominale del resistore (P = (Valimentazione - Vf) * If) sia sufficiente.

D3: Posso usare questo LED all'aperto?
R3: Sì, ma con precauzioni. La lente in epossidica potrebbe degradarsi sotto prolungata esposizione ai raggi UV. Più criticamente, la luce solare intensa contiene forti componenti IR che possono saturare i ricevitori. L'uso di filtri ottici e segnali modulati è essenziale per un funzionamento affidabile all'aperto.

D4: Perché la protezione ESD è così importante per i LED?
R4: La giunzione semiconduttrice in un LED è estremamente sensibile alle scariche elettrostatiche ad alta tensione. Un evento ESD può degradare istantaneamente l'output ottico, aumentare la corrente di dispersione o causare un guasto completo senza alcun danno visibile.

D5: A cosa si riferisce "Quantità per Confezione"?
R5: Specifica il numero di singoli componenti LED forniti in un'unità di vendita standard, come su un nastro, in un tubo o all'interno di una busta antistatica. Questo è cruciale per la pianificazione della produzione e la gestione dell'inventario.

11. Esempi Pratici di Utilizzo

11.1 Sensore di Prossimità Semplice

Un sensore riflettente di base può essere costruito posizionando il LED IR a 940nm e un fototransistor affiancati. Il LED è pilotato con una corrente pulsata. Quando un oggetto si avvicina, riflette la luce IR verso il fototransistor, causando un aumento della sua corrente di collettore. Un circuito comparatore può quindi attivare un segnale di uscita digitale. Questo design è utilizzato nel rilevamento carta nelle stampanti e nell'attivazione degli asciugamani automatici.

11.2 Illuminatore IR a Lungo Raggio per CCTV

Per telecamere di sicurezza con visione notturna, viene costruito un array di più LED ad alta potenza a 940nm. I LED sono pilotati da un driver a corrente costante in grado di erogare diverse centinaia di milliampere. Una lente di Fresnel è posta davanti all'array per collimare la luce in un fascio, estendendo la portata effettiva dell'illuminazione a decine di metri. La gestione termica tramite un grande dissipatore in alluminio è critica per questo design ad alta potenza.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce a Infrarossi (LED IR) è un dispositivo a giunzione p-n semiconduttrice. Quando polarizzato direttamente (tensione positiva applicata al lato p rispetto al lato n), gli elettroni dalla regione n vengono iniettati attraverso la giunzione nella regione p, e le lacune dalla regione p vengono iniettate nella regione n. Questi portatori minoritari si ricombinano con i portatori maggioritari nelle regioni opposte. In un semiconduttore a bandgap diretto come l'Arseniuro di Gallio (GaAs), comunemente usato per i LED IR, questo evento di ricombinazione rilascia energia sotto forma di un fotone (particella di luce). La lunghezza d'onda (colore) del fotone emesso è determinata dall'energia del bandgap (Eg) del materiale semiconduttore, secondo l'equazione λ = hc/Eg, dove h è la costante di Planck e c è la velocità della luce. Regolando la composizione della lega semiconduttrice (es. utilizzando AlGaAs o InGaAs), il bandgap e quindi la lunghezza d'onda emessa possono essere controllati con precisione, ottenendo l'output di 940nm specificato qui.

13. Tendenze Tecnologiche

Il campo della tecnologia dei LED IR continua a evolversi. Le tendenze chiave includono:

• Aumento della Potenza e dell'Efficienza:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nel packaging stanno producendo LED IR con un flusso radiante più elevato e un'efficienza wall-plug (conversione potenza elettrica-ottica) migliore, consentendo dispositivi più piccoli o una portata maggiore a parità di potenza in ingresso.
• Miniaturizzazione:La spinta verso elettronica di consumo più piccola sta spingendo i LED IR in package a montaggio superficiale sempre più piccoli (es. 0402, 0201) e in package di tipo chip-scale (CSP).
• Soluzioni Integrate:C'è una tendenza verso la combinazione del LED IR, del fotodetettore, del circuito di pilotaggio e dell'elaborazione del segnale (come il rifiuto della luce ambientale) in un singolo modulo o sistema-in-package (SiP), semplificando il progetto per gli utenti finali.
• Espansione in Nuove Lunghezze d'Onda:Mentre 850nm e 940nm dominano, c'è un crescente interesse per altre lunghezze d'onda IR per applicazioni specializzate, come 1050nm per LiDAR eye-safe o bande specifiche per il rilevamento di gas.
• Gestione Termica Migliorata:Nuovi design di package con resistenza termica più bassa e materiali con migliore conduttività termica stanno estendendo la durata dei LED e consentendo correnti di pilotaggio più elevate.