Scheda Tecnica LED Infrarosso IR25-21C/TR8 - Pacchetto Reverse - Chip GaAlAs - Lente Trasparente - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR25-21C/TR8 è un diodo emettitore infrarosso miniaturizzato a montaggio superficiale (SMD). Presenta un design a pacchetto reverse stampato in plastica trasparente con lente superiore sferica. La funzione principale di questo componente è emettere luce infrarossa, con uno spettro di emissione specificamente ottimizzato per fotodiodi e fototransistor al silicio, rendendolo una sorgente ideale per varie applicazioni di sensing.

I vantaggi principali di questo LED includono il suo compatto pacchetto a doppia estremità, che facilita il montaggio su PCB e l'integrazione in progetti con spazio limitato. Opera a una bassa tensione diretta, contribuendo all'efficienza energetica. Il dispositivo è conforme ai principali standard ambientali e di sicurezza, inclusi RoHS, REACH UE, ed è privo di alogeni, garantendo la sua idoneità per la moderna produzione elettronica.

1.1 Guida alla Selezione del Dispositivo

L'IR25-21C/TR8 appartiene alla categoria dei LED a infrarossi (IR). Utilizza un chip in Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs), noto per l'emissione infrarossa efficiente. La lente è trasparente, consentendo la massima trasmissione della luce infrarossa senza filtraggio cromatico.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Oggettiva

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti a temperatura ambiente standard (Ta=25°C). Superare questi valori può causare danni permanenti.

• Corrente Diretta (I_F):100 mA - La massima corrente continua consentita attraverso il LED.
• Tensione Inversa (V_R):5 V - La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa.
• Dissipazione di Potenza (P_d):120 mW - La massima potenza che il pacchetto può dissipare come calore.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C - L'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile.
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +85°C - L'intervallo di temperatura sicuro per conservare il dispositivo quando non alimentato.
• Temperatura di Saldatura (T_s):260°C per max 5 secondi - La temperatura di picco e la durata che il LED può sopportare durante la rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a Ta=25°C e definiscono le prestazioni tipiche del LED.

• Intensità Radiante (I_e):40 mW/sr (Min) @ I_F=20 mA - Questa è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido, una misura chiave della luminosità per sorgenti direzionali come i LED.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):940 nm (Tip.) - La lunghezza d'onda alla quale il LED emette la massima potenza ottica. Questo si allinea bene con la sensibilità di picco dei comuni rivelatori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):50 nm (Tip.) - L'intervallo di lunghezze d'onda emesse, misurato a metà dell'intensità di picco (Larghezza a Mezza Altezza).
• Tensione Diretta (V_F):1.5 V (Tip.) @ I_F=20 mA - La caduta di tensione ai capi del LED quando opera alla corrente specificata. Il valore basso è vantaggioso per circuiti a bassa tensione.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):±20° (Tip.) - L'ampiezza angolare in cui l'intensità radiante è almeno la metà dell'intensità di picco. Questo definisce l'ampiezza del fascio.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici che illustrano il comportamento del dispositivo in diverse condizioni.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

La Figura 1 mostra la riduzione della corrente diretta massima consentita all'aumentare della temperatura ambiente. Per prevenire il surriscaldamento, la corrente deve essere ridotta quando si opera sopra i 25°C. Questa curva è fondamentale per la progettazione della gestione termica.

3.2 Distribuzione Spettrale

La Figura 2 traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, confermando il picco a circa 940 nm e la larghezza di banda di ~50 nm. Questa corrispondenza con la risponsività dei rivelatori al silicio (che ha un picco intorno a 900-1000 nm) massimizza l'intensità del segnale nei sistemi sensori.

3.3 Intensità Relativa vs. Corrente Diretta

La Figura 3 dimostra la relazione tra l'uscita ottica e la corrente di pilotaggio. L'uscita aumenta con la corrente ma può diventare sub-lineare a correnti molto elevate a causa del riscaldamento e del calo di efficienza. Operare entro l'intervallo consigliato garantisce prestazioni stabili.

3.4 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La Figura 4 è la curva caratteristica I-V. Mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La curva evidenzia l'importanza di utilizzare una resistenza limitatrice o un driver a corrente costante, poiché un piccolo aumento della tensione oltre il ginocchio provoca un grande, e potenzialmente distruttivo, aumento della corrente.

3.5 Dislocamento Angolare

La Figura 5 traccia l'intensità radiante relativa rispetto all'angolo dall'asse centrale, definendo il modello di emissione spaziale (Lambertiano o altro). Questo è essenziale per il progetto ottico, determinando come la luce è distribuita nell'area target.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Pacchetto

Il LED ha un ingombro SMD compatto. Le dimensioni chiave includono un corpo di circa 2.0mm x 1.25mm, con un'altezza di circa 0.8mm. Disegni dettagliati specificano il layout dei pad, la spaziatura dei terminali e la geometria della lente. Le tolleranze sono tipicamente ±0.1mm salvo diversa indicazione. Viene fornito un land pattern suggerito (layout dei pad) per il progetto del PCB, ma dovrebbe essere ottimizzato in base a specifici processi produttivi e requisiti termici.

4.2 Identificazione della Polarità

The component features a reverse package. Polarity is indicated by a mark on the body or by the shape of the package footprint. Correct orientation is crucial for circuit operation.

4.3 Dimensioni del Nastro Portacomponenti

Il dispositivo è fornito su nastro portacomponenti goffrato da 8mm di larghezza avvolto su una bobina da 7 pollici di diametro. Il passo del nastro e le dimensioni delle tasche sono specificati per garantire la compatibilità con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place. Ogni bobina contiene 2000 pezzi.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Conservazione e Manipolazione

I LED sono sensibili all'umidità (MSL). Le buste barriera all'umidità non aperte devono essere conservate sotto i 30°C e il 90% di UR. Una volta aperte, la "durata di vita a banco" è di 168 ore (7 giorni) se conservate a ≤60% di UR. Superare questo limite richiede una essiccazione (es. 96 ore a 60°C) prima della rifusione per prevenire danni da "popcorning" durante la saldatura.

5.2 Profilo di Rifusione

È raccomandato un profilo di temperatura per rifusione senza piombo (Pb-free). I parametri chiave includono una zona di preriscaldamento, una rampa di temperatura graduale, una temperatura di picco non superiore a 260°C per un massimo di 5 secondi e una fase di raffreddamento controllata. La rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo.

5.3 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore con temperatura della punta inferiore a 350°C e potenza inferiore a 25W. Il tempo di contatto per terminale deve essere inferiore a 3 secondi. Per la rilavorazione, si suggerisce un saldatore a doppia punta per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali ed evitare stress meccanici. L'impatto sulle caratteristiche del dispositivo dovrebbe essere verificato dopo qualsiasi rilavorazione.

5.4 Precauzioni Critiche

• Protezione dalla Corrente:Una resistenza esterna in serie è obbligatoria per limitare la corrente diretta. La ripida curva I-V significa che minime fluttuazioni di tensione possono causare una sovracorrente catastrofica.
• Stress Meccanico:Evitare di applicare forza sul corpo del LED durante o dopo la saldatura. Non piegare il PCB in prossimità del LED montato.

6. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

6.1 Scenari Applicativi Tipici

• Sensori a Infrarossi Montati su PCB:Utilizzati come sorgente luminosa in sensori di prossimità, rilevamento oggetti e codifica di posizione.
• Barriere Luminose Miniaturizzate/Interruttori Ottici:Accoppiati con un rivelatore fotoelettrico per creare un fascio interrompibile per conteggio, tende di sicurezza o finecorsa.
• Unità Floppy Disk (Legacy):Storicamente utilizzati per il rilevamento delle tracce.
• Rivelatori di Fumo:Impiegati in rivelatori a oscuramento dove le particelle di fumo disperdono un fascio di luce.

6.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:Implementare una sorgente di corrente costante o una sorgente di tensione con una resistenza limitatrice di corrente calcolata con precisione (R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F).
• Allineamento Ottico:L'angolo di visione di ±20° richiede un attento allineamento con il rivelatore ricevente per un accoppiamento ottimale del segnale, specialmente in applicazioni a fascio stretto.
• Gestione Termica:Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o via termiche per dissipare il calore, specialmente quando si pilota a correnti più elevate o a temperature ambiente elevate.
• Rumore Elettrico:In circuiti di sensing analogici sensibili, considerare la schermatura o la modulazione del segnale di pilotaggio del LED per distinguerlo dalla luce ambientale e dal rumore elettrico.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED infrarossi standard, il pacchetto reverse dell'IR25-21C/TR8 offre un profilo potenzialmente più basso e un diverso modello di radiazione. Il suo differenziatore chiave è l'ottimizzazione spettrale specifica per il silicio, che può produrre rapporti segnale-rumore più elevati nei sistemi di rilevamento rispetto a LED con lunghezze d'onda fuori picco. La conformità agli standard senza alogeni e ambientali moderni lo rende adatto per iniziative di elettronica verde.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

8.1 Perché una resistenza limitatrice di corrente è assolutamente necessaria?

La caratteristica esponenziale I-V del diodo significa che oltre il ginocchio della tensione diretta (circa 1.5V), la corrente aumenta drasticamente con un aumento minimo della tensione. Senza una resistenza per impostare il punto di lavoro, minime variazioni dell'alimentazione o cambiamenti di temperatura possono spingere la corrente oltre il massimo di 100mA, distruggendo istantaneamente il LED.

8.2 Cosa significa "spettro ottimizzato per rivelatori al silicio"?

I fotodiodi e fototransistor al silicio hanno una specifica curva di risponsività; sono più sensibili alla luce intorno a 800-1000 nm. L'emissione di picco di questo LED a 940 nm cade direttamente all'interno di questa regione ad alta sensibilità, garantendo che il rivelatore converta la massima quantità di potenza ottica del LED in corrente elettrica, migliorando l'efficienza e la portata del sistema.

8.3 Quanto è critica la durata di 168 ore dopo l'apertura della confezione?

È molto critica per un assemblaggio affidabile. L'umidità assorbita nel pacchetto di plastica può vaporizzarsi rapidamente durante il processo di rifusione ad alta temperatura, causando delaminazione interna, crepe o danni ai fili di collegamento ("popcorning"). Rispettare la durata di vita a banco o eseguire una corretta essiccazione previene questa modalità di guasto.

9. Esempio Pratico di Utilizzo

Progettazione di un Contafogli:In una macchina per ufficio, l'IR25-21C/TR8 può essere montato su un lato del percorso carta, direttamente di fronte a un fototransistor sull'altro lato. Quando non c'è carta, il fascio infrarosso raggiunge il rivelatore, generando un segnale alto. Quando un foglio di carta passa, interrompe il fascio, causando la caduta del segnale del rivelatore. Questo evento viene contato da un microcontrollore. La lunghezza d'onda di 940nm è invisibile e non influenzata dalla luce ambientale della stanza. La bassa tensione diretta consente al sistema di essere alimentato da un'alimentazione logica a 3.3V o 5V, con una semplice resistenza in serie (es. (5V - 1.5V)/0.02A = 175Ω) che imposta la corrente del LED a un sicuro 20mA.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando polarizzato direttamente, gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In un sistema di materiale GaAlAs, questa energia viene rilasciata principalmente come fotoni (particelle di luce) nello spettro infrarosso (lunghezze d'onda più lunghe della luce rossa visibile, tipicamente da 700nm a 1mm). La composizione specifica degli strati di Gallio, Alluminio e Arseniuro determina la lunghezza d'onda di emissione di picco. Il pacchetto epossidico trasparente funge da lente, modellando la luce emessa in un modello di fascio definito.

11. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza nell'optoelettronica per il sensing continua verso la miniaturizzazione, una maggiore efficienza e l'integrazione. Mentre LED discreti come l'IR25-21C/TR8 rimangono vitali per flessibilità e prestazioni, c'è un mercato in crescita per moduli sensori integrati che combinano emettitore, rivelatore e circuito di condizionamento del segnale in un unico pacchetto. Questi moduli semplificano la progettazione ma possono offrire meno ottimizzazione per applicazioni specifiche. Un'altra tendenza è la richiesta di modulazione ad alta velocità per applicazioni di comunicazione dati (come telecomandi IR), che richiede LED con tempi di salita/discesa rapidi. La conformità ambientale (RoHS, REACH, senza alogeni) è diventata un requisito standard piuttosto che un differenziatore. La tecnologia sottostante per l'emissione infrarossa efficiente continua ad essere perfezionata, con ricerche su nuovi sistemi di materiali come InGaN per diversi intervalli di lunghezza d'onda.