Scheda Tecnica LED Infrarossi HIR89-01C/1R - 3.0x2.8x1.9mm - 1.55V - 850nm - 100mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR89-01C/1R è un diodo emettitore infrarosso (IR) in miniatura per montaggio superficiale che utilizza il package MIDLED. La sua funzione principale è emettere luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 850 nanometri (nm), ottimizzata spettralmente per la compatibilità con fotodiodi e fototransistor al silicio. Ciò lo rende un componente fondamentale in vari sistemi di rilevamento e comunicazione a luce non visibile.

Il dispositivo è realizzato con un materiale chip GaAlAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio), racchiuso in un package con lente trasparente. I vantaggi chiave del design includono una bassa tensione diretta, che contribuisce all'efficienza energetica, e un angolo di visione relativamente stretto di 30 gradi, che consente un'emissione IR direzionale. Il prodotto aderisce agli standard ambientali e di sicurezza moderni, essendo privo di piombo (Pb-free), conforme alle normative UE REACH e classificato come privo di alogeni.

1.1 Caratteristiche Principali e Conformità

• Efficienza Elettrica:Caratteristiche di bassa tensione diretta.
• Prestazioni Ottiche:Angolo di visione tipico di 30° per emissione direzionale.
• Conformità Ambientale:Costruzione priva di piombo (Pb-free).
• Conformità RoHS:Il prodotto è conforme alla direttiva sulla restrizione delle sostanze pericolose.
• Conformità REACH:Soddisfa i requisiti del regolamento UE sulla registrazione, valutazione, autorizzazione e restrizione delle sostanze chimiche.
• Privo di Alogeni:Contiene livelli molto bassi di bromo (Br) e cloro (Cl), specificamente Br <900 ppm, Cl <900 ppm e Br+Cl < 1500 ppm.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Corrente Diretta Continua (I_F):65 mA
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):200 mA (Larghezza di Impulso ≤500μs, Ciclo di Lavoro ≤5%)
• Tensione Inversa (V_R):5 V
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +100°C
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C (per ≤5 secondi)
• Dissipazione di Potenza (P_d):100 mW (a temperatura ambiente ≤ 25°C)

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente standard di 25°C e definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche.

• Intensità Radiante (I_e):40 a 125 mW/sr (misurata a I_F=70mA, impulso 20ms). Il dispositivo è classificato in categorie (C: 40-80 mW/sr, D: 63-125 mW/sr).
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):850 nm (tipico, a I_F=100mA).
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):30 nm (tipico, a I_F=100mA).
• Tensione Diretta (V_F):
  • 1.40V a 1.70V (a I_F=20mA)
  • 1.55V a 1.90V (a I_F=70mA, impulso 20ms)
• Corrente Inversa (I_R):10 μA massimo (a V_R=5V).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):30° (tipico, a I_F=20mA).

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche essenziali per la progettazione del circuito e la gestione termica.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questo grafico illustra la riduzione della massima corrente diretta continua consentita all'aumentare della temperatura ambiente. La corrente nominale diminuisce linearmente da 65mA a 25°C a valori inferiori man mano che la temperatura si avvicina al limite operativo massimo di 100°C. I progettisti devono utilizzare questa curva per assicurarsi che il LED non sia sovraccaricato in ambienti ad alta temperatura.

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

La curva I-V mostra la relazione esponenziale tipica dei diodi. È cruciale per selezionare la resistenza di limitazione della corrente appropriata. Un piccolo aumento della tensione oltre il tipico V_Fpuò portare a un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente, evidenziando la necessità di una resistenza in serie.

3.3 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra che l'uscita ottica (intensità radiante) aumenta con la corrente diretta, ma la relazione non è perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate. Aiuta i progettisti a scegliere un punto di lavoro che bilanci luminosità, efficienza e longevità del dispositivo.

3.4 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale conferma che l'emissione è centrata a 850nm con una tipica larghezza a metà altezza (FWHM) di 30nm. Questa banda stretta garantisce una buona corrispondenza con la sensibilità di picco dei rivelatori al silicio.

3.5 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare definisce visivamente l'angolo di visione di 30°, mostrando come l'intensità scende alla metà del suo valore di picco a ±15° dall'asse centrale. Questa informazione è vitale per la progettazione del sistema ottico, determinando la diffusione del fascio e i requisiti di allineamento.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

L'HIR89-01C/1R utilizza un compatto package SMD MIDLED. Le dimensioni chiave (in millimetri) sono:

• Lunghezza Totale: 3.0 mm
• Larghezza Totale: 2.8 mm
• Altezza Totale: 1.9 mm
• Distanza tra i Terminali: 2.0 mm

Le tolleranze per le dimensioni non specificate sono ±0.1mm. Un disegno dimensionale dettagliato è fornito nella scheda tecnica per la progettazione dell'impronta PCB.

4.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è identificato sul package. La scheda tecnica include un diagramma che mostra il marcatore del catodo, essenziale per il corretto orientamento durante l'assemblaggio per prevenire connessioni in polarizzazione inversa.

4.3 Dimensioni del Nastro Portacomponenti

Il dispositivo è fornito su nastro portacomponenti goffrato per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Le dimensioni del nastro sono specificate per essere compatibili con le apparecchiature SMT standard. Ogni bobina contiene 2000 pezzi.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Profilo di Rifusione Senza Piombo

Viene fornito un profilo di temperatura di rifusione senza piombo consigliato. I parametri chiave includono:

• Zona di preriscaldamento e stabilizzazione.
• Temperatura di picco non superiore a 260°C.
• Tempo sopra il liquidus (tipicamente 217°C).
• Velocità di raffreddamento.

La rifusione non deve essere eseguita più di due volte.

5.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta < 350°C.
• Limitare il tempo di saldatura per terminale a ≤ 3 secondi.
• Utilizzare un saldatore con potenza nominale ≤ 25W.
• Lasciare un intervallo minimo di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per prevenire shock termici.

5.3 Rilavorazione e Riparazione

La riparazione dopo la saldatura è fortemente sconsigliata. Se inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, minimizzando lo stress sul package del LED. L'effetto sulle caratteristiche del dispositivo deve essere verificato dopo qualsiasi rilavorazione.

6. Precauzioni per Magazzinaggio e Manipolazione

6.1 Sensibilità all'Umidità

Il LED è sensibile all'umidità. Le precauzioni includono:

• Non aprire la busta barriera anti-umidità fino al momento dell'uso.
• Conservare le buste non aperte a ≤ 30°C e ≤ 90% di Umidità Relativa (UR).
• Utilizzare entro un anno dalla spedizione.
• Dopo l'apertura, conservare a ≤ 30°C e ≤ 70% UR.
• Completare la saldatura entro 168 ore (7 giorni) dall'apertura della busta.
• Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante indica l'ingresso di umidità, essiccare i componenti a 60 ±5°C per 24 ore prima dell'uso.

6.2 Protezione dalla Corrente

Critico:Una resistenza di limitazione della corrente esterna è obbligatoria. La caratteristica I-V esponenziale del LED significa che un piccolo aumento di tensione può causare un grande picco di corrente, portando a un'immediata bruciatura. Il valore della resistenza deve essere calcolato in base alla tensione di alimentazione e alla corrente diretta desiderata, considerando il V_F range.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Procedura di Imballaggio

I LED sono imballati in una busta di alluminio anti-umidità contenente essiccante. La busta è etichettata con informazioni critiche.

7.2 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta include campi per:

• CPN (Numero di Parte del Cliente)
• P/N (Numero di Parte del Produttore: HIR89-01C/1R)
• QTY (Quantità)
• CAT (Categorie, es. C o D per intensità radiante)
• HUE (Lunghezza d'Onda di Picco)
• LOT No. (Numero di lotto per tracciabilità)
• Origine di Produzione
• Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL)

7.3 Guida alla Selezione del Dispositivo

L'HIR89-01C/1R è l'unico numero di parte in questa serie, caratterizzato da chip GaAlAs e lente trasparente.

8. Suggerimenti per l'Applicazione e Considerazioni di Progettazione

8.1 Applicazioni Tipiche

• Sistemi di Rilevamento a Infrarossi:Sensori di prossimità, rilevamento oggetti, interruttori touchless.
• Encoder Ottici:Rilevamento di posizione e velocità nei motori.
• Trasmissione Dati:Collegamenti dati IR a corto raggio (es. telecomandi, IrDA).
• Visione Artificiale:Illuminazione per telecamere con filtri IR.
• Sistemi di Sicurezza:Illuminazione attiva per telecamere per visione notturna.

8.2 Note sulla Progettazione del Circuito

1. Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie. Calcolare usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare il V_Fmassimo dalla scheda tecnica per garantire una corrente sicura in tutte le condizioni.
2. Circuito di Pilotaggio:Per funzionamento in impulsi (es. rilevamento, comunicazione), assicurarsi che larghezza dell'impulso e ciclo di lavoro rimangano entro i limiti di I_FPper evitare surriscaldamento.
3. Gestione Termica:Considerare la curva di derating. In alte temperature ambiente o quando montato su un circuito con altri componenti che generano calore, ridurre di conseguenza la corrente operativa.
4. Layout PCB:Seguire il modello di piazzola consigliato dal disegno dimensionale. Assicurare un'adeguata spaziatura dagli altri componenti per evitare interferenze termiche o ottiche.

9. Confronto Tecnico e Posizionamento

L'HIR89-01C/1R si posiziona come un emettitore infrarosso affidabile e generico in un package SMD in miniatura. La sua lunghezza d'onda di 850nm è lo standard del settore per la compatibilità con i rivelatori al silicio. Rispetto ai vecchi LED IR a foro passante, il suo formato SMD consente un assemblaggio PCB più piccolo e automatizzato. L'angolo di visione di 30° offre un buon equilibrio tra concentrazione del fascio e tolleranza di allineamento per molte applicazioni. La fornitura di una classificazione dettagliata (categorie C e D) consente ai progettisti di selezionare i dispositivi in base alla potenza di uscita richiesta, il che può essere fondamentale per ottenere una portata di rilevamento o una forza del segnale consistenti.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Perché una resistenza di limitazione della corrente è assolutamente necessaria?

La caratteristica diodo del LED ha una resistenza dinamica molto bassa una volta superata la tensione diretta. Senza una resistenza, la corrente è limitata solo dalla resistenza interna dell'alimentatore e dal cablaggio, che è tipicamente molto bassa, portando a una sovracorrente catastrofica. La resistenza fornisce un metodo lineare, prevedibile e sicuro per impostare la corrente operativa.

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

No.I pin GPIO dei microcontrollori hanno limiti di erogazione/assorbimento di corrente (spesso 20-40mA) che sono pari o inferiori alla corrente continua nominale di questo LED. Ancora più importante, non possono fornire la necessaria limitazione di corrente. È necessario utilizzare il GPIO per controllare un transistor o un MOSFET, che poi pilota il LED attraverso un'appropriata resistenza di limitazione della corrente collegata al bus di alimentazione principale.

10.3 Qual è la differenza tra le categorie C e D?

Le categorie C e D specificano diversi intervalli di Intensità Radiante (I_e) misurata a 70mA. La categoria C ha un intervallo di uscita inferiore (40-80 mW/sr), mentre la categoria D ha un intervallo di uscita superiore (63-125 mW/sr). Selezionare un dispositivo di categoria D può fornire più potenza ottica per una portata maggiore o un rilevamento del segnale più robusto, ma può comportare un costo leggermente più alto. La categoria specifica ordinata sarà indicata sull'etichetta del package.

10.4 Quanto sono critiche le istruzioni sulla sensibilità all'umidità e sull'essiccazione?

Molto critiche. L'umidità assorbita nel package di plastica può vaporizzarsi durante il processo di rifusione ad alta temperatura, causando delaminazione interna, crepe o "popcorning", che possono danneggiare il die o i bonding dei fili. Seguire i tempi di conservazione ed eseguire la procedura di essiccazione quando richiesto è essenziale per un alto rendimento di assemblaggio e un'affidabilità a lungo termine.

11. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

11.1 Progettare un Semplice Sensore di Prossimità

Obiettivo:Rilevare un oggetto entro 10cm.
Progettazione:Accoppiare l'HIR89-01C/1R con un fototransistor al silicio compatibile. Il LED è pilotato da un'alimentazione a 5V attraverso una resistenza di limitazione della corrente. Utilizzando il tipico V_Fdi 1.55V a 70mA, il valore della resistenza è R = (5V - 1.55V) / 0.07A ≈ 49.3Ω (utilizzare una resistenza standard da 51Ω). Il LED è pilotato a impulsi a una frequenza specifica (es. 38kHz) utilizzando un microcontrollore. L'uscita del fototransistor è collegata a un circuito ricevitore demodulante sintonizzato sulla stessa frequenza. Questo design rifiuta la luce ambientale e la presenza di un oggetto viene rilevata dalla luce IR modulata riflessa. Il fascio di 30° aiuta a definire la zona di rilevamento.

12. Principio Operativo

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva (lo strato di GaAlAs in questo caso). L'energia rilasciata durante la ricombinazione viene emessa come fotoni (luce). La specifica energia del bandgap del materiale semiconduttore GaAlAs determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi, che per questo dispositivo è centrata nello spettro del vicino infrarosso a 850nm. La lente epossidica trasparente modella la luce emessa nell'angolo di visione specificato.

13. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi. Le tendenze includono:

• Maggiore Efficienza:Sviluppo di nuovi materiali e strutture semiconduttori (es. pozzi quantici multipli) per ottenere più potenza ottica in uscita per unità di ingresso elettrico (maggiore efficienza wall-plug).
• Maggiore Densità di Potenza:Dispositivi in grado di gestire correnti di pilotaggio più elevate in package più piccoli per applicazioni come LiDAR e rilevamento a lungo raggio.
• Multi-Lunghezza d'Onda e VCSEL:Emergenza di LED e Laser a Emissione Superficiale a Cavità Verticale (VCSEL) ad altre lunghezze d'onda IR (es. 940nm per una maggiore sicurezza per gli occhi, 1350nm/1550nm per LiDAR a più lungo raggio) per soddisfare esigenze applicative specifiche.
• Soluzioni Integrate:Combinazione dell'emettitore IR, del circuito di pilotaggio e talvolta del rivelatore in un unico modulo per semplificare la progettazione e migliorare le prestazioni.

L'HIR89-01C/1R rappresenta una soluzione matura, conveniente e affidabile per un'ampia gamma di applicazioni IR mainstream.