Scheda Tecnica LED IR HIR26-21C/L423/TR8 - Pacchetto Rotondo 1.6mm - Tensione Diretta 1.45V - Lunghezza d'Onda 850nm - Intensità Radiante 16mW/sr - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR26-21C/L423/TR8 è un diodo emettitore a infrarossi (IR) ad alte prestazioni progettato per applicazioni a tecnologia di montaggio superficiale (SMT). Questo dispositivo appartiene alla categoria dei LED chip in pacchetto reverse subminiature, caratterizzato da un fattore di forma rotondo compatto di 1.6mm. La sua funzione principale è emettere luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 850 nanometri, ottimamente abbinata alla sensibilità spettrale dei fotodiodi e fototransistor al silicio. Ciò lo rende una sorgente ideale per un'ampia gamma di applicazioni di rilevamento e segnalazione che richiedono trasmissione di luce invisibile.

Il LED è realizzato in materiale Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs), incapsulato in una resina plastica trasparente con lente sferica. Questo design garantisce un'efficiente estrazione della luce e un diagramma di radiazione uniforme. Un vantaggio chiave di questo componente è la sua bassa tensione diretta, che contribuisce a un funzionamento energeticamente efficiente. Inoltre, il prodotto è conforme agli standard ambientali senza piombo e RoHS, allineandosi con i requisiti moderni di produzione per la riduzione di sostanze pericolose.

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
• Tensione Inversa (V_R): 5 V
• Dissipazione di Potenza (P_d) a T_a≤ 25°C: 110 mW
• Temperatura di Esercizio (T_opr): -40°C a +85°C
• Temperatura di Conservazione (T_stg): -40°C a +85°C
• Temperatura di Saldatura (T_sol): 260°C (per un massimo di 10 secondi durante la rifusione)

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (T_a= 25°C)

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche, misurate a una corrente diretta di 20mA salvo diversa specificazione.

• Intensità Radiante (I_e): 14.0 mW/sr (Min), 16.0 mW/sr (Tip). Misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido, indicando la luminosità del fascio IR.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p): 850 nm (Tip). La lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima, perfettamente adatta per ricevitori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): 42 nm (Tip). L'intervallo di lunghezze d'onda emesse, centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta (V_F): 1.45 V (Tip), 1.70 V (Max). La caduta di tensione ai capi del LED quando opera alla corrente specificata. Il basso valore tipico è un significativo vantaggio in termini di efficienza.
• Corrente Inversa (I_R): 10 μA (Max) a V_R=5V. La piccola corrente di dispersione quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Tempo di Salita/Discesa Ottico (t_r/t_f): 25/15 ns (Tip), 35/35 ns (Max) a I_F=50mA. Questi rapidi tempi di commutazione consentono un funzionamento impulsato ad alta velocità per la trasmissione dati.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 20 gradi (Tip). L'angolo totale al quale l'intensità radiante è la metà dell'intensità massima (sull'asse). Questo definisce l'ampiezza del fascio.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per i progettisti.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra la derating della corrente diretta massima ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Per prevenire danni termici, la corrente diretta deve essere ridotta quando si opera sopra i 25°C. Il limite di dissipazione di potenza di 110mW governa questa relazione.

3.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico illustra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda, confermando il picco a 850nm e la larghezza di banda di circa 42nm. Questo è fondamentale per garantire la compatibilità con la risposta spettrale del ricevitore.

3.3 Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura

La lunghezza d'onda di picco ha un leggero coefficiente di temperatura, tipicamente spostandosi di circa 0.1 a 0.3 nm/°C. Questa curva consente ai progettisti di prevedere lo spostamento della lunghezza d'onda operativa nell'intervallo di temperatura previsto per la loro applicazione.

3.4 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

Questa curva caratteristica IV è essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente. Mostra la relazione non lineare tra corrente e tensione, evidenziando l'importanza di utilizzare un resistore in serie o un driver a corrente costante per impostare il punto di lavoro.

3.5 Intensità Radiante vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare definisce visivamente l'angolo di visione di 20 gradi. Il diagramma di radiazione è approssimativamente lambertiano all'interno di questo cono, il che è importante per calcolare l'irradianza su un bersaglio a una data distanza e angolo.

3.6 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra che l'uscita ottica è quasi lineare con la corrente di pilotaggio nel tipico intervallo operativo. Aiuta a determinare la corrente di pilotaggio necessaria per raggiungere un livello specifico di intensità radiante.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Pacchetto

Il dispositivo ha un pacchetto reverse subminiature rotondo. Le dimensioni chiave includono un diametro del corpo di 1.6mm. Disegni meccanici dettagliati nella scheda tecnica specificano tutte le dimensioni critiche, compresa la spaziatura dei terminali, l'altezza complessiva e la geometria della lente, con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa indicazione. I progettisti devono fare riferimento a questi disegni per una progettazione accurata dell'impronta sul PCB.

4.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente identificato da una marcatura sul pacchetto o da una configurazione specifica dei terminali come mostrato nel disegno dimensionale. L'orientamento corretto della polarità durante l'assemblaggio è obbligatorio per prevenire il guasto del dispositivo.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta è fondamentale per i componenti SMD per garantire l'affidabilità.

5.1 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in sacchetti impermeabili all'umidità. La vita utile dopo l'apertura del sacchetto è di 1 anno in condizioni di 30°C o meno e umidità relativa del 60% o meno. Se il tempo di conservazione viene superato o l'indicatore di umidità cambia, è necessario un trattamento di essiccamento a 60 ±5°C per 24 ore prima della saldatura a rifusione per prevenire danni da "popcorning".

5.2 Profilo di Saldatura a Rifusione

È raccomandato un profilo di saldatura a rifusione senza piombo (Pb-free). La temperatura di picco di saldatura non deve superare i 260°C e il tempo sopra i 250°C deve essere limitato a un massimo di 10 secondi. La saldatura a rifusione non deve essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo.

5.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se la saldatura manuale è inevitabile, 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 raccomanda un saldatore a bassa potenza (≤25W). Per la rilavorazione, si suggerisce un saldatore a doppia punta per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali ed evitare stress meccanici. L'impatto della rilavorazione sulle caratteristiche del dispositivo dovrebbe essere verificato preventivamente.

5.4 Progettazione del Circuito Stampato

Dopo la saldatura, il circuito stampato non deve essere deformato o sottoposto a stress meccanici, poiché ciò può crepare il pacchetto del LED o danneggiare i collegamenti interni.

6. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

6.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il prodotto è fornito in nastro portacomponenti standard da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 1500 pezzi (PCS) del LED HIR26-21C/L423/TR8. Vengono fornite le dimensioni dettagliate del nastro portacomponenti, comprese le dimensioni della tasca, il passo e le specifiche dei fori di trascinamento, per garantire la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Sensori a Infrarossi Montati su PCB:Utilizzati come sorgente luminosa in sensori di prossimità, rilevamento oggetti e robot che seguono linee.
• Unità di Telecomando a Infrarossi:Ideale per requisiti di alta potenza nei telecomandi per elettronica di consumo (TV, impianti audio) grazie alla sua buona intensità radiante.
• Scanner:Può essere utilizzato in scanner di codici a barre e scanner di documenti dove è necessaria illuminazione IR.
• Sistemi a Infrarossi Generali:Adatto per qualsiasi applicazione che richieda una sorgente compatta, efficiente e affidabile di luce infrarossa a 850nm.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Un resistore esterno in serie èassolutamente obbligatorioper impostare la corrente di lavoro. La bassa tensione diretta del LED significa che anche un piccolo aumento della tensione di alimentazione può causare un grande e distruttivo aumento della corrente.
• Gestione Termica:Sebbene il pacchetto sia piccolo, la dissipazione di potenza deve essere considerata, specialmente in ambienti ad alta temperatura o quando si pilota vicino alla corrente massima. Un'adeguata area di rame sul PCB può aiutare con la dissipazione del calore.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 20 gradi dovrebbe essere considerato nel design dell'alloggiamento per ottenere il modello di illuminazione desiderato sul bersaglio o sul ricevitore.
• Abbinamento con il Ricevitore:Abbinare questo LED con un fotodiodo o fototransistor al silicio che abbia una sensibilità di picco attorno a 850nm per prestazioni ottimali del sistema e un buon rapporto segnale/rumore.

8. Test di Affidabilità

Il dispositivo è sottoposto a una serie completa di test di affidabilità per garantire prestazioni a lungo termine sotto vari stress. I test sono condotti con un livello di confidenza del 90% e una Percentuale di Difettosi Tollerata per Lotto (LTPD) del 10%. I test chiave includono:

• Simulazione Saldatura a Rifusione (260°C)
• Cicli di Temperatura (-40°C a +100°C)
• Shock Termico (-10°C a +100°C)
• Conservazione ad Alta Temperatura (+100°C)
• Conservazione a Bassa Temperatura (-40°C)
• Vita Operativa in CC (1000 ore a 20mA)
• Vita Operativa ad Alta Temperatura/Alta Umidità (85°C/85% UR per 1000 ore)

I criteri di fallimento per i test ambientali si basano sugli scostamenti di parametri chiave come la corrente inversa (I_R), l'intensità radiante (I_e) e la tensione diretta (V_F).

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Perché è necessario un resistore in serie?

Il LED a infrarossi ha una caratteristica corrente-tensione (I-V) molto non lineare e ripida. Una piccola variazione della tensione diretta provoca una grande variazione della corrente. Senza un resistore limitatore di corrente, il LED assorbirebbe una corrente eccessiva da un'alimentazione tipica (es. 3.3V o 5V), portando a un surriscaldamento immediato e a un guasto catastrofico. Il resistore imposta un punto di lavoro stabile.

9.2 Come calcolo il valore del resistore in serie?

Usa la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, una corrente target di 20mA e un V_Ftipico di 1.45V: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 Ω. Un resistore standard da 180 Ω sarebbe adatto. Utilizza sempre il V_Fmassimo dalla scheda tecnica (1.70V) per un progetto conservativo per garantire che la corrente non superi il limite desiderato.

9.3 Questo LED può essere utilizzato per la trasmissione dati?

Sì, i suoi rapidi tempi di salita e discesa (tipicamente 25ns/15ns) lo rendono adatto per un funzionamento modulato o impulsato nei sistemi di trasmissione dati a infrarossi, come IrDA o semplici collegamenti di comunicazione seriale. Il circuito di pilotaggio deve essere in grado di commutare a queste velocità.

9.4 Qual è la differenza tra intensità radiante e potenza?

L'intensità radiante (misurata in mW/sr) è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido. Descrive quanto "focalizzato" è il fascio. Il flusso radiante totale (potenza in mW) sarebbe l'integrale dell'intensità su tutti gli angoli. Per un fascio stretto di 20 gradi, un alto valore di intensità radiante indica un fascio luminoso e concentrato adatto per applicazioni direzionali.

10. Principio di Funzionamento

L'HIR26-21C/L423/TR8 è un diodo a emissione luminosa a semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la sua energia di bandgap, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva (realizzata in GaAlAs), rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica composizione del materiale GaAlAs determina l'energia di bandgap, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda di picco della luce emessa - in questo caso, 850nm nello spettro infrarosso. L'incapsulamento in epossidico trasparente funge da lente, modellando il fascio in uscita nell'angolo di visione specificato di 20 gradi.

11. Contesto e Tendenze del Settore

I LED a infrarossi con lunghezze d'onda di 850nm e 940nm sono componenti fondamentali in innumerevoli sistemi elettronici. La tendenza è verso dimensioni dei pacchetti ancora più piccole, maggiore efficienza (più potenza radiante per watt elettrico in ingresso) e maggiore integrazione. C'è anche una crescente domanda di dispositivi in grado di operare a velocità più elevate per supportare applicazioni emergenti nel LiDAR, nel sensing 3D e nelle comunicazioni ottiche. L'HIR26-21C/L423/TR8, con le sue dimensioni compatte, buone prestazioni e conformità RoHS, rappresenta una soluzione consolidata per le applicazioni IR tradizionali e molte moderne che richiedono una sorgente luminosa affidabile per montaggio superficiale.