Scheda Tecnica LED SMD BR15-22C/L586/R/TR8 - Package 3.2x1.6x1.1mm - Tensione 1.3-2.6V - Potenza 100-125mW - Infrarosso 905nm & Rosso 660nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il BR15-22C/L586/R/TR8 è un LED Surface-Mount Device (SMD) a doppio emettitore che integra sia un diodo a emissione di luce infrarossa (IR) che uno rosso all'interno di un unico, miniaturizzato package piatto top-view. Il dispositivo è incapsulato in plastica trasparente, permettendo un'efficiente trasmissione della luce. Una caratteristica chiave del design è la sua emissione spettrale, specificamente abbinata alla sensibilità dei fotodiodi e fototransistor al silicio, rendendolo una sorgente ideale per sistemi di rilevamento e sensori ottici.

I vantaggi principali di questo componente includono una bassa tensione diretta, che contribuisce a una maggiore efficienza energetica nei progetti di circuito. È prodotto senza piombo (Pb-free) e conforme alle principali normative ambientali, tra cui RoHS, EU REACH e standard alogeni-free (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), garantendo la sua idoneità per la moderna produzione elettronica eco-consapevole.

Il mercato e l'applicazione primaria sono i sistemi applicativi a infrarossi, come sensori di prossimità, rilevamento oggetti, encoder e altre interfacce optoelettroniche dove un'emissione luminosa affidabile e abbinata è critica.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

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 (IF): 50 mA per entrambi i chip IR e Rosso.
• Tensione Inversa (VR): 5 V. Superare questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Temperatura di Esercizio (Topr): da -40°C a +85°C. Definisce l'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile.
• Temperatura di Stoccaggio (Tstg): da -40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura (Tsol): 260°C per un massimo di 5 secondi, critico per i processi di assemblaggio a rifusione.
• Dissipazione di Potenza (Pc): 100 mW per l'emettitore IR e 125 mW per l'emettitore Rosso a una temperatura dell'aria libera pari o inferiore a 25°C. Questo parametro è cruciale per la progettazione della gestione termica.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C, che forniscono il comportamento atteso in condizioni operative normali.

• Intensità Radiante (IE): Per l'emettitore IR (BR), il valore tipico è 0,50 mW/sr a IF=20mA. Per l'emettitore Rosso, è 1,50 mW/sr alla stessa corrente. Misura la potenza ottica emessa per angolo solido.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp): L'emettitore IR ha il picco a 905 nm, mentre l'emettitore Rosso ha il picco a 660 nm. Definisce il colore dominante della luce emessa.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): Circa 30 nm per entrambi gli emettitori, indicando la diffusione delle lunghezze d'onda attorno al picco.
• Tensione Diretta (VF): Il chip IR ha una VF tipica di 1,30V (max 1,80V), e il chip Rosso ha una VF tipica di 1,80V (max 2,60V) a IF=20mA. La bassa VF è una caratteristica chiave per l'efficienza energetica.
• Corrente Inversa (IR): Massimo di 10 µA a VR=5V per entrambi i chip, indicando la corrente di dispersione nello stato di spegnimento.
• Angolo di Visione (2θ1/2): 140 gradi. Questo ampio angolo di visione è caratteristico del package top-view senza lente, fornendo un'emissione ampia.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

3.1 Caratteristiche dell'Emettitore Infrarosso (905nm)

I grafici forniti illustrano la relazione tra i parametri chiave per il chip IR. Lacurva Intensità Radiante vs. Corrente Direttamostra un aumento quasi lineare dell'output ottico con la corrente fino al valore massimo nominale. Lacurva Corrente Diretta vs. Tensione Direttadimostra la relazione esponenziale IV del diodo, cruciale per progettare circuiti limitatori di corrente. Ilgrafico della Distribuzione Spettraleconferma il picco a 905nm con la larghezza di banda definita. Lacurva Corrente Diretta vs. Temperatura Ambienteè essenziale per comprendere i requisiti di derating; all'aumentare della temperatura, la corrente continua massima ammissibile diminuisce per prevenire il surriscaldamento.

3.2 Caratteristiche dell'Emettitore Rosso (660nm)

Sono fornite curve simili per l'emettitore rosso. Da notare che l'intensità radiante è maggiore per una data corrente rispetto all'emettitore IR. Il grafico spettrale mostra un picco netto a 660nm nello spettro rosso visibile. Le caratteristiche elettriche (curva IV) seguono la stessa legge del diodo ma con una tensione diretta tipica più alta.

3.3 Caratteristiche Angolari

Viene fatto riferimento a un grafico intitolatoCorrente Luminosa Relativa vs. Spostamento Angolare. Questa curva è vitale per la progettazione dell'applicazione, mostrando come l'intensità percepita da un rilevatore cambi con l'angolo tra il LED e il rilevatore. L'angolo di visione di 140 gradi è definito come l'angolo in cui l'intensità scende alla metà del suo valore sull'asse.

4. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è fornito in un compatto package SMD. Le dimensioni chiave (in mm) includono una lunghezza del corpo di circa 3,2, una larghezza di 1,6 e un'altezza di 1,1. I disegni dettagliati specificano il layout dei pad, il contorno del componente e le tolleranze (tipicamente ±0,1mm salvo diversa indicazione), critici per la progettazione dell'impronta PCB.

4.2 Identificazione della Polarità

Il package include segni o un design specifico del pad (spesso un angolo smussato o un punto) per indicare il catodo. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio per prevenire danni da polarizzazione inversa.

4.3 Specifiche del Nastro Portante e della Bobina

Il prodotto è fornito su nastro e bobina per l'assemblaggio automatizzato. Sono specificate le dimensioni del nastro portante, con una bobina standard contenente 2000 pezzi. Questa informazione è necessaria per impostare le macchine pick-and-place.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Stoccaggio e Manipolazione

I LED sono sensibili all'umidità. Le precauzioni includono: mantenere la busta ermetica anti-umidità sigillata fino all'uso; conservare le buste non aperte a ≤30°C/90%UR e utilizzarle entro un anno; dopo l'apertura, conservare a ≤30°C/60%UR e utilizzare entro 168 ore (7 giorni). Se il tempo di stoccaggio viene superato, è necessario un trattamento di essiccamento a 60±5°C per almeno 24 ore.

5.2 Saldatura a Rifusione

È consigliato un profilo di temperatura per saldatura senza piombo. La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte per evitare stress termico. Durante il riscaldamento, non dovrebbe essere applicato alcuno stress meccanico al corpo del LED. Il PCB non dovrebbe deformarsi dopo la saldatura.

5.3 Saldatura Manuale

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 capacità di 25W o inferiore. Lasciare un intervallo di raffreddamento di più di 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale.

5.4 Rilavorazione e Riparazione

Si sconsiglia la riparazione dopo la saldatura. Se inevitabile, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, minimizzando lo stress termico sul package. La potenziale compromissione delle caratteristiche del LED deve essere valutata preventivamente.

6. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

6.1 Circuiti Applicativi Tipici

La regola di progettazione più critica è laprotezione da sovracorrente. Un resistore limitatore di corrente esterno è obbligatorio. A causa della caratteristica IV esponenziale del diodo, un piccolo aumento di tensione può causare un grande e distruttivo aumento di corrente. Il valore del resistore deve essere calcolato in base alla tensione di alimentazione (Vs), alla corrente diretta desiderata (If) e alla tensione diretta del LED (Vf) utilizzando la formula: R = (Vs - Vf) / If. Sono necessari resistori separati se gli emettitori IR e rosso devono essere pilotati indipendentemente.

6.2 Gestione Termica

Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, un layout PCB adeguato può favorire la dissipazione del calore. Assicurare un'adeguata area di rame collegata ai pad termici (se presenti) o ai terminali del dispositivo. Rispettare le linee guida di derating della potenza implicite nei valori massimi nominali: operare ad alte temperature ambiente richiede di ridurre la corrente diretta.

6.3 Progettazione Ottica

Utilizzare l'ampio angolo di visione di 140 gradi per applicazioni che richiedono una copertura ampia. Per sensori a più lunga portata o più direzionali, potrebbero essere necessarie lenti o riflettori esterni. La lente trasparente è adatta per applicazioni in cui è desiderato l'esatto pattern di emissione del chip senza filtraggio colore.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

La principale differenziazione del BR15-22C/L586/R/TR8 risiede nella suacapacità a doppia lunghezza d'ondaall'interno di un unico, compatto package SMD. Ciò risparmia spazio sulla scheda rispetto all'uso di due LED separati. Il suoabbinamento spettrale ai rilevatori al silicioè ottimizzato, potenzialmente migliorando il rapporto segnale-rumore nelle applicazioni di sensori. Labassa tensione diretta, specialmente per l'emettitore IR, offre un vantaggio in termini di efficienza. La conformità a severi standard ambientali (RoHS, REACH, Halogen-Free) lo rende adatto a un'ampia gamma di mercati globali.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare i LED IR e Rosso simultaneamente alla loro corrente massima di 50mA ciascuno?

R: No. Il Valore Massimo Assoluto per la Corrente Diretta Continua è 50mA per chip. Pilotarli entrambi a 50mA simultaneamente probabilmente supererebbe i limiti di dissipazione di potenza totale del package (Pc) e causerebbe surriscaldamento. Le correnti di pilotaggio devono essere derate in base alla potenza totale e alle condizioni termiche.

D: Perché un resistore limitatore di corrente è assolutamente necessario?

R: Un LED è un dispositivo operato a corrente. La sua tensione diretta cambia leggermente con corrente e temperatura. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione (anche una regolata) farà aumentare la corrente in modo incontrollabile fino al guasto del dispositivo, poiché non c'è resistenza interna a limitarla. Il resistore fornisce una corrente stabile e prevedibile.

D: Cosa significa "abbinato spettralmente al fotorivelatore al silicio"?

R: I fotodiodi e fototransistor al silicio hanno una specifica curva di risposta spettrale; sono più sensibili a determinate lunghezze d'onda (tipicamente nella regione del vicino infrarosso e del rosso). Le lunghezze d'onda di picco di questo LED (905nm IR e 660nm Rosso) sono scelte per rientrare nelle zone ad alta sensibilità di questi rilevatori, massimizzando il segnale elettrico generato per una data potenza ottica.

D: Come interpreto l'"Angolo di Visione" di 140 gradi?

R: Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà (50%) del suo valore quando misurata direttamente sull'asse (0 gradi). Quindi, l'emissione è effettivamente utilizzabile all'interno di un cono molto ampio di ±70 gradi dal centro.

9. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Sensore di Prossimità per un Dispositivo Mobile

Il BR15-22C/L586/R/TR8 può essere utilizzato in un sensore di prossimità per rilevare quando un oggetto (come l'orecchio di un utente durante una chiamata) è vicino al telefono. L'emettitore IR (905nm) viene pilotato a impulsi. Un fotodiodo al silicio nelle vicinanze rileva la luce IR riflessa. L'emettitore rosso non è utilizzato in questa modalità specifica ma potrebbe essere utilizzato per altre funzioni come indicatore di stato. I passi di progettazione includono: 1) Calcolare il resistore limitatore di corrente per il LED IR in base alla tensione di uscita del driver IC e alla corrente di impulso desiderata (es. 20mA per una buona intensità). 2) Posizionare il LED e il fotodiodo sul PCB con una barriera ottica tra di loro per prevenire il crosstalk diretto. 3) Seguire precisamente il profilo di saldatura a rifusione per evitare di danneggiare il package sensibile all'umidità. 4) Implementare firmware che pilota il LED a impulsi e legge il segnale del fotodiodo, utilizzando una soglia per determinare lo stato "vicino" o "lontano".

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune della regione di tipo p. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia della banda proibita del materiale semiconduttore utilizzato. L'emettitore IR utilizza Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs), che ha una banda proibita corrispondente alla luce infrarossa a 905nm. L'emettitore rosso utilizza Fosfuro di Alluminio Gallio Indio (AlGaInP), che produce luce rossa a 660nm. La lente epossidica trasparente incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e modella il pattern di emissione della luce.

11. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Lo sviluppo di LED SMD come il BR15-22C/L586/R/TR8 è guidato dalle tendenze di miniaturizzazione, automazione e multifunzionalità nell'elettronica. Il passaggio alla produzione senza piombo e alogeni riflette la spinta globale verso componenti ambientalmente sostenibili. Nelle applicazioni di sensori, c'è una continua richiesta di maggiore efficienza (più output luminoso per watt elettrico) e di un abbinamento spettrale più stretto per migliorare le prestazioni del sistema e ridurre il consumo energetico. L'integrazione di più lunghezze d'onda o funzioni in package singoli è un passo logico per risparmiare spazio e costi in dispositivi sempre più complessi. Inoltre, i miglioramenti nei materiali e nel design del package mirano a migliorare l'affidabilità sotto stress termico ed esposizione all'umidità, critici per applicazioni automotive, industriali e consumer.