Scheda Tecnica LED Infrarosso Mini-Top HIR67-21C/L11/TR8 - Lunghezza d'Onda di Picco 850nm - Angolo di Visione 120° - Corrente Diretta 65mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR67-21C/L11/TR8 è un diodo emettitore infrarosso (IR) ad alte prestazioni progettato per applicazioni a montaggio superficiale (SMD). È alloggiato in un package SMD miniaturizzato a top piatto, stampato in plastica trasparente che funge anche da lente. Il dispositivo è progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 850nm, risultando così spettralmente compatibile con i comuni fotodiodi e fototransistor al silicio. Questo allineamento è cruciale per massimizzare l'efficienza di rilevamento nei sistemi optoelettronici.

I suoi vantaggi principali includono una bassa tensione diretta, che contribuisce all'efficienza energetica, e la compatibilità con i processi standard di saldatura a riflusso IR e a fase vapore. Il componente è inoltre conforme alle principali normative ambientali e di sicurezza: è privo di piombo (Pb-free), conforme RoHS, conforme al regolamento UE REACH e privo di alogeni, rispettando specifici limiti per il contenuto di bromo e cloro.

Il mercato target per questo LED IR spazia in vari settori dell'elettronica di consumo e industriale dove è richiesto un rilevamento affidabile tramite luce non visibile.

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):65 mA. Questa è la massima corrente continua che può attraversare il LED in modo continuativo.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione di polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Temperatura di Funzionamento & Conservazione (Topr, Tstg):-40°C a +100°C. Questo ampio intervallo garantisce affidabilità in ambienti ostili.
• Temperatura di Saldatura (Tsol):260°C per un massimo di 5 secondi, compatibile con i profili di riflusso senza piombo.
• Dissipazione di Potenza (Pd):130 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura ambiente. È necessario un derating della potenza a temperature più elevate.

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

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche.

• Intensità Radiante (Ie):Tipicamente 2.0 mW/sr con una corrente diretta (IF) di 20mA. In funzionamento impulsivo (larghezza impulso 100μs, duty cycle ≤1%) a 100mA, può raggiungere 10 mW/sr.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):850 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (tipico). Indica l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, centrato attorno al picco.
• Tensione Diretta (VF):Tipicamente 1.45V a 20mA, con un massimo di 1.65V. A 100mA (impulsivo), varia da 1.80V a 2.40V.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 10 μA con una tensione inversa di 5V.
• Angolo di Visione (2θ1/2):120 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale in cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo, indicando un pattern di fascio molto ampio.

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 Dissipazione di Potenza vs. Temperatura Ambiente

Questo grafico mostra come la massima dissipazione di potenza ammissibile diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente. I progettisti devono utilizzare questa curva per garantire che il LED operi nella sua area di funzionamento sicura, specialmente in applicazioni ad alta temperatura. Il derating è lineare, partendo da 130mW a 25°C e raggiungendo zero alla massima temperatura di giunzione.

3.2 Distribuzione Spettrale

La curva di distribuzione spettrale traccia l'intensità relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma l'emissione di picco a 850nm e la larghezza di banda spettrale di circa 45nm. Questa informazione è vitale per selezionare fotodetettori e filtri ottici compatibili.

3.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV)

Questa relazione non lineare è critica per progettare il circuito di limitazione della corrente. La curva mostra che un piccolo aumento della tensione oltre il tipico VF può portare a un grande, potenzialmente dannoso, aumento della corrente, sottolineando la necessità di una corretta regolazione della corrente (es. una resistenza in serie o un driver a corrente costante).

3.4 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare rappresenta visivamente l'angolo di visione di 120 gradi. L'intensità è massima a 0 gradi (perpendicolare alla superficie del LED) e diminuisce simmetricamente al 50% del suo massimo a ±60 gradi dal centro.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il LED è fornito in un compatto package SMD. Le dimensioni chiave includono la dimensione del corpo, la spaziatura dei terminali e l'altezza complessiva. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa indicazione. Il design della lente a top piatto contribuisce all'ampio angolo di visione.

4.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente indicato da una marcatura sul package, come una tacca, un punto o un terminale accorciato. La polarità corretta deve essere rispettata durante il montaggio per prevenire danni da polarizzazione inversa.

4.3 Specifiche del Nastro Portacomponenti e della Bobina

I componenti sono forniti su nastro da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro, standard per il montaggio automatizzato pick-and-place. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Sono fornite le dimensioni dettagliate del nastro portacomponenti (dimensione tasca, passo, ecc.) per garantire la compatibilità con le attrezzature di montaggio automatizzate.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono sensibili all'umidità (MSL). Le precauzioni includono:

• Non aprire la busta anti-umidità fino al momento dell'uso.
• Conservare le buste non aperte a ≤30°C e ≤90% UR. Utilizzare entro un anno.
• Dopo l'apertura, utilizzare i componenti entro 168 ore (7 giorni) se conservati a ≤30°C e ≤70% UR.
• Se il tempo di conservazione viene superato o l'essiccante indica umidità, eseguire un "baking" a 60±5°C per 24 ore prima dell'uso.

5.2 Saldatura a Riflusso

Viene fornito un profilo di temperatura di riflusso senza piombo consigliato. Punti chiave:

• La temperatura di picco non deve superare i 260°C.
• Il tempo sopra il liquidus (es. 217°C) deve essere controllato.
• Il riflusso non deve essere eseguito più di due volte.
• Evitare stress meccanici sul package durante il riscaldamento e il raffreddamento.

5.3 Saldatura Manuale e Riparazione

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 nominale ≤25W.
• Lasciare un intervallo di raffreddamento di ≥2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale.
• Evitare di riparare LED già saldati. Se inevitabile, utilizzare un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali e minimizzare lo stress termico. Verificare la funzionalità del dispositivo dopo qualsiasi tentativo di riparazione.

6. Suggerimenti Applicativi

6.1 Scenari Applicativi Tipici

La scheda tecnica elenca diverse applicazioni, tra cui:

• Unità Floppy Disk & Videoregistratori:Per il rilevamento di posizione e la fine del nastro.
• Interruttori Optoelettronici:Utilizzati nel rilevamento di oggetti, conteggio e rilevamento di posizione accoppiando il LED IR con un fototransistor o fotodiodo.
• Fotocamere:Spesso utilizzati nei sistemi di autofocus o per l'illuminazione infrarossa per la visione notturna.
• Rilevatori di Fumo:Impiegati in rilevatori di tipo a oscuramento dove le particelle di fumo interrompono un fascio IR tra un LED e un sensore.

6.2 Considerazioni di Progettazione

Limitazione della Corrente:Questo è l'aspetto di progettazione più critico. Una resistenza in serie esterna è obbligatoria per impostare la corrente operativa e proteggere il LED da sovracorrenti causate da minime fluttuazioni di tensione. Il valore della resistenza (R) può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R = (Valimentazione - VF) / IF, dove VF è la tensione diretta dalla scheda tecnica alla corrente desiderata IF.
Gestione Termica:Per un funzionamento continuo vicino alla corrente massima nominale o in alte temperature ambiente, considerare il layout del PCB per la dissipazione del calore. Assicurarsi che la dissipazione di potenza (Pd = VF * IF) non superi il massimo derating dalla curva Dissipazione di Potenza vs. Temperatura.
Progettazione Ottica:Il fascio ampio di 120° è adatto per applicazioni che richiedono una copertura estesa. Per fasci più focalizzati, potrebbero essere necessarie lenti o riflettori esterni. Assicurarsi che il materiale dell'alloggiamento sia trasparente alla luce IR a 850nm.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene la scheda tecnica non confronti specifici prodotti concorrenti, l'HIR67-21C/L11/TR8 offre una combinazione di caratteristiche che lo posiziona bene sul mercato:

• Ampio Angolo di Visione (120°):Offre una copertura più ampia rispetto a molti LED IR standard, che spesso hanno angoli di visione intorno ai 20-60 gradi.
• Bassa Tensione Diretta:Contribuisce a un minor consumo energetico e a una ridotta generazione di calore rispetto a LED con VF più alta.
• Conformità Ambientale:Il suo stato privo di piombo, conforme RoHS, REACH e privo di alogeni soddisfa stringenti requisiti normativi globali, un differenziatore chiave per la moderna produzione elettronica.
• Alta Emissione in Impulso:La capacità di fornire 10 mW/sr in funzionamento impulsivo (100mA) lo rende adatto per applicazioni che richiedono un'alta intensità di segnale istantanea, come certi protocolli di sensing o comunicazione.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Perché una resistenza di limitazione della corrente è assolutamente necessaria?
R: La curva IV mostra la relazione esponenziale corrente-tensione del LED. Un piccolo aumento della tensione di alimentazione oltre il VF nominale causa un aumento molto grande, potenzialmente distruttivo, della corrente. Una resistenza in serie fornisce una caduta di tensione lineare, stabilizzando la corrente e proteggendo il LED.

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3.3V o 5V?
R: No. I pin dei microcontrollori hanno una capacità limitata di erogazione/assorbimento di corrente (spesso 20-40mA) e non sono progettati per pilotare direttamente LED di potenza. Inoltre, è comunque necessaria una resistenza in serie. Utilizzare il pin del microcontrollore per controllare un transistor o MOSFET che commuta la corrente più alta richiesta dal LED.

D: Cosa significa "spettralmente compatibile con fotodiodo al silicio"?
R: I fotodetettori al silicio hanno una sensibilità di picco nella regione del vicino infrarosso, intorno agli 800-900nm. La lunghezza d'onda di picco di 850nm di questo LED rientra in questa zona ad alta sensibilità, garantendo la massima conversione della luce emessa in corrente elettrica da parte del rivelatore, portando a un rapporto segnale-rumore ottimale del sistema.

D: Come interpreto la condizione "Larghezza Impulso ≦100μs , Duty≦1%" per il test a 100mA?
R: Significa che i valori più alti di intensità radiante e tensione diretta a 100mA sono validi solo quando il LED è pilotato in impulso, non in continua. L'impulso deve essere di 100 microsecondi o meno, e il tempo tra gli impulsi deve essere sufficientemente lungo affinché il duty cycle medio sia dell'1% o meno (es. un impulso di 100μs ogni 10ms). Questo previene un eccessivo riscaldamento.

9. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettare un Semplice Sensore di Rilevamento Oggetti.
Obiettivo:Rilevare quando un oggetto passa tra un LED IR e un fototransistor.
Componenti:LED IR HIR67-21C/L11/TR8, fototransistor al silicio compatibile, resistenze, comparatore/amplificatore operazionale, o microcontrollore.
Passaggi:

1. Circuito di Pilotaggio LED:Alimentare il LED da una sorgente a 5V. Scegliere una corrente operativa, es. 20mA per una buona intensità e longevità. Calcolare la resistenza in serie: R = (5V - 1.45V) / 0.020A = 177.5Ω. Utilizzare una resistenza standard da 180Ω. Verificare che la dissipazione di potenza nella resistenza e nel LED sia accettabile.
2. Circuito Rivelatore:Posizionare il fototransistor di fronte al LED, allineato. Quando il fascio IR è ininterrotto, il fototransistor conduce, creando una caduta di tensione su una resistenza di carico. Quando un oggetto blocca il fascio, il fototransistor smette di condurre e la tensione cambia.
3. Condizionamento del Segnale:Questa variazione di tensione può essere inviata a un comparatore per creare un segnale digitale pulito, o direttamente a un pin ADC (convertitore analogico-digitale) di un microcontrollore per un'elaborazione più sofisticata.
4. Considerazioni:Schermare l'apparato dalla luce ambientale (che contiene IR) per prevenire falsi trigger. Il fascio di 120° del LED aiuta con la tolleranza di allineamento ma potrebbe richiedere un tubo o una barriera per definire il percorso di rilevamento in modo più preciso.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce Infrarossa (LED IR) operano sullo stesso principio fondamentale dei LED visibili: l'elettroluminescenza in un materiale semiconduttore. Quando una tensione diretta viene applicata alla giunzione p-n, gli elettroni dalla regione n si ricombinano con le lacune della regione p. Questo evento di ricombinazione rilascia energia. In un LED IR, il materiale semiconduttore (in questo caso, Arseniuro di Gallio Alluminio - GaAlAs) è scelto in modo che il bandgap energetico corrisponda all'emissione di fotoni nello spettro infrarosso (lunghezze d'onda maggiori della luce rossa visibile, tipicamente da 700nm a 1mm). La lunghezza d'onda di 850nm si trova nella regione del "vicino infrarosso" (NIR), invisibile all'occhio umano ma facilmente rilevabile da sensori al silicio. Il package in resina epossidica trasparente a top piatto funge sia da sigillo ambientale che da lente per modellare il pattern di radiazione della luce emessa.

11. Tendenze di Sviluppo

Il campo dell'optoelettronica infrarossa continua a evolversi. Le tendenze chiave rilevanti per componenti come l'HIR67-21C/L11/TR8 includono:

• Aumento dell'Efficienza:La ricerca in scienza dei materiali mira a sviluppare strutture semiconduttrici con maggiore efficienza quantica interna (più fotoni per elettrone) e un migliorato estrazione della luce dal package, portando a una maggiore intensità radiante a parità di potenza in ingresso.
• Miniaturizzazione:La spinta verso elettronica più piccola e densa richiede package SMD ancora più compatti, mantenendo o migliorando le prestazioni ottiche e le caratteristiche termiche.
• Opzioni di Lunghezza d'Onda Avanzate:Sebbene 850nm e 940nm siano comuni, c'è sviluppo in altre lunghezze d'onda NIR per applicazioni specifiche, come 810nm per dispositivi medici o bande specifiche per il rilevamento di gas.
• Integrazione:Le tendenze includono l'integrazione del LED IR con un IC driver o addirittura con il fotodetettore in un unico package per creare moduli sensore completi e calibrati, semplificando la progettazione del sistema per gli utenti finali.
• Conformità Più Stringenti:Le normative ambientali e sui materiali (RoHS, REACH, privo di alogeni) continueranno a diventare più severe, guidando lo sviluppo di nuovi materiali per il packaging e processi produttivi che soddisfino questi requisiti senza compromettere prestazioni o affidabilità.