Scheda Tecnica LED Infrarossi HIR16-213C/L423/TR8 Mini-Top - Pacchetto SMD - Lunghezza d'Onda di Picco 850nm - Angolo di Visione 145° - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR16-213C/L423/TR8 è un diodo emettitore infrarosso (IR) ad alta affidabilità, di tipo surface-mount device (SMD) miniaturizzato. È progettato per applicazioni che richiedono una sorgente infrarossa compatta ed efficiente, compatibile con i moderni processi di assemblaggio automatizzato. Il dispositivo è modellato in resina epossidica water clear, offrendo un pacchetto robusto che garantisce una trasmissione ottimale della luce infrarossa.

Vantaggi Principali:I vantaggi principali di questo componente includono l'ingombro ridotto del pacchetto double-ended, l'alta affidabilità e la piena conformità alle normative ambientali come RoHS, REACH UE e requisiti senza alogeni (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). È specificamente abbinato spettralmente ai fotodiodi e fototransistori al silicio, rendendolo ideale per sistemi di rilevamento.

Mercato di Riferimento & Applicazioni:Questo LED IR è rivolto a progettisti e produttori di sistemi elettronici che richiedono funzionalità infrarosse. Le principali aree di applicazione includono sensori infrarossi montati su PCB per il rilevamento di prossimità o oggetti, telecomandi a infrarossi dove è necessaria un'intensità radiante più elevata, vari tipi di scanner ottici e altri sistemi applicativi a infrarossi.

2. Approfondimento Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile operare al di fuori di questi limiti.

• Corrente Diretta Continua (I_F):50 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può portare alla rottura della giunzione del diodo.
• Temperatura di Funzionamento & Conservazione (T_opr, T_stg):-40°C a +100°C. Questa ampia gamma garantisce l'idoneità per ambienti industriali e automobilistici.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per un massimo di 5 secondi, compatibile con i profili di rifusione senza piombo.
• Dissipazione di Potenza (P_c):100 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura ambiente. È necessario un derating a temperature più elevate.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di prova standard di 25°C di temperatura ambiente e una corrente diretta di 20 mA, salvo diversa specificazione.

• Intensità Radiante (I_E):Il valore tipico è 1.50 mW/sr, con un minimo di 0.50 mW/sr. Questo misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):850 nm (tipico), con un range da 840 nm a 870 nm. Questa lunghezza d'onda è quasi ottimale per i rivelatori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 30 nm. Questo definisce la larghezza spettrale a metà dell'intensità massima.
• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1.45V, con un massimo di 1.65V a I_F=20mA. A una corrente impulsiva di 100mA (larghezza impulso ≤100μs, duty ≤1%), V_Fmax sale a 2.00V.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA a V_R=5V, indicando una buona qualità della giunzione.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):145 gradi (tipico). Questo angolo di visione molto ampio è caratteristico del design della lente, fornendo un'emissione ampia.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il dispositivo è disponibile in diversi rank di prestazione, principalmente basati sull'intensità radiante. Ciò consente ai progettisti di selezionare un grado appropriato per i loro specifici requisiti di sensibilità o portata.

• Rank F:Intensità Radiante tra 0.50 e 1.50 mW/sr a I_F=20mA.
• Rank G:Intensità Radiante tra 1.00 e 2.50 mW/sr.
• Rank H:Intensità Radiante tra 2.00 e 3.50 mW/sr.
• Rank J:Intensità Radiante tra 3.00 e 4.50 mW/sr.

Non è indicato un binning per la tensione diretta o la lunghezza d'onda di picco nell'offerta standard, sebbene questi parametri abbiano valori min/typ/max specificati.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Il grafico fornito mostra una relazione non lineare. L'intensità radiante aumenta con la corrente diretta ma alla fine satura a causa di limiti termici e di efficienza. La curva è essenziale per determinare la corrente di funzionamento necessaria per ottenere un output ottico desiderato.

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

Questa curva IV presenta la caratteristica esponenziale standard di un diodo. Il tipico V_Fdi 1.45V a 20mA è un parametro chiave per la progettazione del circuito di pilotaggio (es. calcolo della resistenza in serie).

4.3 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

La curva di derating mostra che la massima corrente diretta continua consentita diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. Questo è fondamentale per garantire l'affidabilità a lungo termine, specialmente in applicazioni ad alta temperatura. Il dispositivo non può essere operato alla sua piena potenza nominale di 50mA su tutto il range di temperatura.

4.4 Distribuzione Spettrale

L'output spettrale è centrato a 850nm con una larghezza di banda tipica di 30nm. Questo corrisponde alla regione di massima responsività dei comuni fotorivelatori al silicio, massimizzando il rapporto segnale-rumore del sistema.

4.5 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Il diagramma polare conferma l'angolo di visione di 145°, dove l'intensità scende alla metà del suo valore di picco a ±72.5° dall'asse centrale. Il pattern di emissione appare vicino al Lambertiano, adatto per un'illuminazione ad ampia area.

5. Informazioni Meccaniche e sul Pacchetto

Il dispositivo utilizza un compatto pacchetto SMD "Mini-Top". Note dimensionali chiave dalla scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri.
• La tolleranza standard per dimensioni non specificate è ±0.1mm.
• Il pacchetto presenta un design double-ended per la stabilità meccanica durante la saldatura.
• La lente in epossidica water clear è parte integrante del corpo del pacchetto.

Identificazione della Polarità:Il catodo è tipicamente contrassegnato sul pacchetto, spesso con un punto verde, una tacca o un terminale più corto. È necessario consultare il diagramma della scheda tecnica per lo schema di marcatura esatto.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

Il dispositivo è sensibile all'umidità (MSL). Le precauzioni sono critiche:

• Non aprire la busta anti-umidità fino al momento dell'uso.
• Conservazione pre-apertura: ≤30°C / ≤90% UR. Utilizzare entro 1 anno.
• Conservazione post-apertura: ≤30°C / ≤60% UR. Utilizzare entro 168 ore (7 giorni).
• Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante indica umidità, è necessaria una cottura a 60±5°C per almeno 24 ore prima della rifusione.

6.2 Saldatura a Rifusione

Il componente è compatibile con processi di rifusione a infrarossi e a fase di vapore.

• È specificato un profilo di temperatura senza piombo con un picco di 260°C.
• La rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte.
• Evitare stress meccanici sul pacchetto durante il riscaldamento e il raffreddamento.
• Non deformare il PCB dopo la saldatura.

6.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale:

• Utilizzare un saldatore con temperatura della punta <350°C.
• Limitare il tempo di contatto a ≤3 secondi per terminale.
• Utilizzare un saldatore con potenza ≤25W.
• Consentire un intervallo di raffreddamento >2 secondi tra i terminali.
• Per la rilavorazione, si consiglia un saldatore a doppia testa per riscaldare contemporaneamente entrambi i terminali ed evitare danni al pacchetto. Verificare sempre la funzionalità del dispositivo dopo qualsiasi rilavorazione.

6.4 Protezione del Circuito

Critico:DEVE essere utilizzata una resistenza limitatrice di corrente esterna in serie con il LED. La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che la corrente può aumentare in modo incontrollato se non adeguatamente controllata. Un leggero aumento della tensione può causare un grande cambiamento di corrente, portando a un burnout immediato.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il dispositivo è fornito su nastro portacomponenti da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro. Ogni bobina contiene 3000 pezzi. Le dimensioni del nastro portacomponenti garantiscono la compatibilità con le attrezzature standard pick-and-place per SMD.

7.2 Procedura di Imballaggio ed Etichette

Le bobine sono imballate in buste anti-umidità in alluminio con essiccante. Le etichette sulla busta includono informazioni critiche per la tracciabilità e la corretta applicazione:

• CPN (Numero di Parte del Cliente)
• P/N (Numero di Parte di Produzione: HIR16-213C/L423/TR8)
• QTY (Quantità)
• CAT (Codice Rank/Bin, es. F, G, H, J)
• HUE (Lunghezza d'Onda di Picco)
• LOT No. (Numero di Lotto di Produzione)
• Origine di Produzione

7.3 Guida alla Selezione del Dispositivo

Il numero di modello HIR16-213C/L423/TR8 si decodifica come segue: Il materiale del chip è AlGaAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio), e il colore della lente è Water Clear. Il suffisso "TR8" indica l'imballaggio su nastro da 8mm e bobina.

8. Suggerimenti per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 Circuiti di Applicazione Tipici

In un tipico circuito di pilotaggio, il LED è collegato in serie con una resistenza limitatrice di corrente a un'alimentazione di tensione (V_CC). Il valore della resistenza è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_CC- V_F) / I_F. Ad esempio, con V_CC=5V, V_F=1.45V, e I_F=20mA, R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 Ω. Una resistenza standard da 180 Ω sarebbe adatta. Per un funzionamento impulsivo a correnti più elevate (es. 100mA), assicurarsi che il driver (spesso un transistor) possa gestire la corrente di picco e che il duty cycle sia mantenuto molto basso (≤1%) per evitare surriscaldamento.

8.2 Considerazioni sulla Progettazione Ottica

L'ampio angolo di visione di 145° rende questo LED eccellente per applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e diffusa, come i sensori di prossimità che devono coprire un'ampia area. Per applicazioni a più lunga portata o più direzionali, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti) per collimare il fascio. La lente water clear è ottimale per la trasmissione nel vicino infrarosso con assorbimento minimo.

8.3 Gestione Termica

Sebbene il pacchetto sia piccolo, la dissipazione di potenza deve essere considerata, specialmente a correnti più elevate o in alte temperature ambiente. Assicurarsi che il layout delle piazzole sul PCB fornisca un adeguato rilievo termico e che la massima temperatura di giunzione non venga superata. La curva di derating per la corrente diretta vs. temperatura è la guida principale.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED IR standard da 5mm o 3mm a foro passante, questo dispositivo SMD offre vantaggi significativi:

• Dimensioni & Automazione:Il pacchetto SMD miniaturizzato consente progetti PCB più piccoli ed è pienamente compatibile con il pick-and-place automatizzato ad alta velocità e la saldatura a rifusione, riducendo i costi di assemblaggio.
• Angolo di Visione:L'angolo di visione di 145° è eccezionalmente ampio per un LED IR SMD, fornendo una copertura più uniforme rispetto a molti concorrenti con fasci più stretti.
• Conformità:La piena conformità agli standard RoHS, REACH e senza alogeni è un differenziatore chiave per prodotti destinati a mercati globali con normative ambientali severe.
• Abbinamento Spettrale:Il picco a 850nm è intenzionalmente abbinato ai rivelatori al silicio, una caratteristica che potrebbe non essere ottimizzata in tutti i LED IR generici.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Qual è la differenza tra Intensità Radiante (mW/sr) e Potenza Radiante (mW)?

L'Intensità Radiante è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante). La Potenza Radiante è la potenza ottica totale emessa in tutte le direzioni. Per un LED con un'intensità e un pattern di angolo di visione noti, la potenza totale può essere calcolata integrando l'intensità su tutta la sfera di emissione. La scheda tecnica fornisce l'intensità, che è più utile per calcolare l'irradianza su un rivelatore a una specifica distanza e angolo.

10.2 Posso pilotare questo LED a 50mA in modo continuo?

Puoi pilotarlo a 50mA in continua solo se la temperatura ambiente è pari o inferiore a 25°C e hai un'adeguata gestione termica. La curva di derating mostra che la massima corrente continua consentita diminuisce all'aumentare della temperatura. Per un funzionamento affidabile su tutto il range di temperatura, è consigliata una corrente più bassa o un funzionamento impulsivo.

10.3 Perché una resistenza limitatrice di corrente è assolutamente necessaria?

I LED sono dispositivi pilotati in corrente, non in tensione. La loro curva V-I è molto ripida. Un piccolo aumento della tensione diretta (dovuto a temperatura o variazione dell'alimentazione) può causare un aumento molto grande, potenzialmente distruttivo, della corrente. La resistenza in serie fornisce un feedback negativo, stabilizzando il punto di lavoro.

10.4 Come interpreto il "Rank" (F, G, H, J)?

Il rank è un codice di binning per l'intensità radiante. Ti consente di selezionare un dispositivo con una potenza ottica minima garantita per la tua applicazione. Ad esempio, se il tuo sensore necessita di almeno 2.0 mW/sr, dovresti specificare il Rank H o J. L'uso di un rank inferiore (F o G) potrebbe risultare in un dispositivo che non soddisfa i requisiti di sensibilità del tuo sistema.

11. Esempio Pratico di Applicazione

Caso di Progettazione: Sensore di Prossimità Semplice

Obiettivo:Rilevare quando un oggetto si avvicina a meno di 10cm dal sensore.

Progettazione:Posizionare il LED IR HIR16-213C/L423/TR8 e un fototransistore al silicio abbinato affiancati su un PCB, rivolti nella stessa direzione. Pilotare il LED con una corrente costante di 20mA (utilizzando la resistenza in serie calcolata). Quando non c'è alcun oggetto, la luce IR si allontana e il fototransistore riceve pochissima luce riflessa. Quando un oggetto entra nella zona di rilevamento, parte della luce IR si riflette sul fototransistore, causando un aumento della sua corrente di collettore. Questo cambiamento di corrente può essere amplificato e convertito in un segnale digitale da un comparatore.

Razionale per la Selezione dei Componenti:L'ampio angolo di visione di 145° del LED garantisce un ampio campo di rilevamento. La lunghezza d'onda di 850nm garantisce la massima responsività dal fototransistore. Selezionare un LED di Rank H o J fornisce un'intensità radiante più elevata, aumentando la quantità di luce riflessa e potenzialmente la portata o l'affidabilità del rilevamento.

Calcoli Chiave:Il valore della resistenza di pilotaggio (come calcolato nella sezione 8.1). Il livello di segnale atteso al fototransistore dipenderebbe dalla riflettività dell'oggetto e dovrebbe essere caratterizzato empiricamente per impostare correttamente la soglia del comparatore.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (LED IR) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dal semiconduttore di tipo n e le lacune dal semiconduttore di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva (il chip AlGaAs in questo caso), l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione del materiale (AlGaAs) determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda dei fotoni emessi – in questo caso, nello spettro del vicino infrarosso intorno a 850 nanometri. Il pacchetto in epossidica water clear incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e funge da lente primaria per modellare la distribuzione angolare della luce emessa.

13. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi insieme alle più ampie tendenze dell'optoelettronica. Le direzioni chiave includono:

• Aumento dell'Efficienza:Lo sviluppo di nuovi materiali semiconduttori e strutture epitassiali mira a produrre più potenza ottica (maggiore intensità radiante) per lo stesso input elettrico, riducendo il consumo energetico del sistema e la generazione di calore.
• Miniaturizzazione:La spinta verso elettronica di consumo e dispositivi IoT più piccoli richiede ingombri di pacchetto ancora più ridotti, mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche.
• Soluzioni Integrate:C'è una tendenza verso la combinazione dell'emettitore IR, del rivelatore e talvolta della logica di controllo in un unico modulo o pacchetto, semplificando la progettazione e migliorando le prestazioni per applicazioni specifiche come il rilevamento di gesti o l'imaging 3D attivo.
• Diversificazione della Lunghezza d'Onda:Sebbene 850nm e 940nm siano comuni, altre lunghezze d'onda sono in sviluppo per applicazioni specializzate, come la spettroscopia o sistemi eye-safe.
• Affidabilità e Conformità Migliorate:Con l'inasprimento delle normative e l'estensione della vita dei prodotti, l'attenzione su imballaggi robusti, una migliore resistenza all'umidità e la garanzia di conformità con gli standard ambientali e di sicurezza globali rimane fondamentale.

Avviso di Esclusione di Responsabilità:Le informazioni qui presentate sono derivate e rappresentano il contenuto tecnico della scheda tecnica fornita. I valori tipici non sono garantiti. I progettisti devono consultare la scheda tecnica ufficiale per i valori massimi assoluti e le istruzioni di applicazione. Il produttore non si assume alcuna responsabilità per danni derivanti dall'uso al di fuori delle condizioni specificate. Tutte le specifiche sono soggette a modifiche da parte del produttore.