Scheda Tecnica LED Infrarosso Subminiaturizzato IR26-21C/L447/CT - Diametro 1.6mm - Tensione 1.3V - Potenza 130mW - Lente Trasparente

1. Panoramica del Prodotto

L'IR26-21C/L447/CT è un diodo emettitore infrarosso subminiaturizzato a montaggio superficiale (SMD). È alloggiato in un package compatto a doppia estremità, stampato in plastica trasparente con lente sferica vista dall'alto. La funzione principale di questo componente è emettere luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri, spettralmente adatta a fotodetettori e fototransistor al silicio, rendendolo ideale per applicazioni di sensing.

Questo LED è realizzato utilizzando un chip in GaAlAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio). I suoi vantaggi principali includono una tensione diretta molto bassa, un fattore di forma ridotto adatto a design con spazio limitato e una buona affidabilità. Il dispositivo è conforme alle principali normative ambientali, essendo privo di piombo (Pb-free), conforme a RoHS, conforme a REACH UE e privo di alogeni, rispettando specifiche soglie per il contenuto di bromo e cloro.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è progettato per operare entro limiti rigorosi per garantire longevità e affidabilità. Il superamento di questi valori può causare danni permanenti.

• Corrente Diretta Continua (I_F): 65 mA. Questa è la massima corrente continua che può scorrere attraverso il LED in modo continuativo.
• Tensione Inversa (V_R): 5 V. Applicare una tensione inversa superiore a questa può portare alla rottura della giunzione semiconduttrice del LED.
• Temperatura di Esercizio (T_opr): da -25°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente per il funzionamento normale.
• Temperatura di Conservazione (T_stg): da -40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione del dispositivo quando non in uso.
• Temperatura di Saldatura (T_sol): 260°C per un massimo di 5 secondi. Definisce il vincolo del profilo di saldatura a rifusione.
• Dissipazione di Potenza (P_d): 130 mW a o al di sotto di 25°C in aria libera. Questa è la massima potenza che il package può dissipare come calore.

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, che è un punto di lavoro tipico.

• Intensità Radiante (I_e): 11 mW/sr (Min), 18 mW/sr (Typ). Misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante). Il valore tipico indica l'output atteso.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p): 940 nm (Typ). La lunghezza d'onda alla quale il LED emette la massima potenza ottica. Si trova nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma ottimale per sensori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): 55 nm (Typ). L'intervallo di lunghezze d'onda emesse, tipicamente misurato a metà dell'intensità di picco (Larghezza a Mezza Altezza - FWHM).
• Tensione Diretta (V_F): 1.3 V (Typ), 1.5 V (Max). La caduta di tensione ai capi del LED quando opera a 20mA. La bassa tensione è un vantaggio in termini di efficienza.
• Corrente Inversa (I_R): 10 µA (Max) a 5V di polarizzazione inversa. Una misura della dispersione della giunzione nello stato di non conduzione.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 25° (Typ). L'ampiezza angolare in cui l'intensità radiante è almeno la metà del suo valore di picco. Questo definisce il diagramma di radiazione.

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 riduzione della massima corrente diretta ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Per prevenire il surriscaldamento, la corrente deve essere ridotta quando si opera sopra i 25°C. La curva mostra tipicamente una diminuzione lineare, sottolineando l'importanza della gestione termica in ambienti ad alta temperatura.

3.2 Distribuzione Spettrale

Questo grafico traccia l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma visivamente il picco a 940nm e la larghezza di banda spettrale di circa 55nm. La forma è caratteristica dei LED infrarossi GaAlAs.

3.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva fondamentale illustra la relazione esponenziale tra corrente e tensione per un diodo. Aiuta nella progettazione del circuito di pilotaggio limitatore di corrente. La curva mostra una ripida accensione intorno al tipico V_Fdi 1.3V.

3.4 Intensità Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra la linearità (o la potenziale non linearità a correnti molto elevate) dell'output luminoso rispetto alla corrente di pilotaggio. Per la maggior parte dei LED, la relazione è abbastanza lineare entro l'intervallo di funzionamento consigliato, consentendo un semplice controllo della luminosità tramite modulazione di corrente.

3.5 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare definisce il modello di radiazione spaziale. Per questo LED con lente sferica, il modello dovrebbe essere approssimativamente lambertiano (distribuzione coseno) o leggermente più stretto, centrato sull'asse perpendicolare alla superficie emittente. L'angolo di visione di 25 gradi deriva da questa curva.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è un package SMD subminiaturizzato rotondo con un diametro del corpo di 1.6mm. I disegni meccanici dettagliati nella scheda tecnica forniscono tutte le dimensioni critiche, inclusa l'altezza totale, la distanza dei terminali e la geometria della lente. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa specifica.

4.2 Layout dei Pad e Raccomandazioni per la Pasta Saldante

Viene fornito un modello di piazzola (layout dei pad) suggerito per il design del PCB come riferimento. Si consiglia ai progettisti di modificarlo in base al loro specifico processo di produzione e requisiti di affidabilità. La scheda tecnica raccomanda una composizione della pasta saldante Sn/Ag3.0/Cu0.5 e uno spessore dello stencil di 0.10mm per una formazione ottimale del giunto saldato.

4.3 Identificazione della Polarità

Il package presenta un design a doppia estremità. La polarità è tipicamente indicata da una marcatura sul lato del catodo o da una specifica caratteristica di forma nel package o nel nastro. La marcatura esatta deve essere verificata rispetto al disegno dimensionale del package.

4.4 Dimensioni del Nastro Portacomponenti

I LED sono forniti in nastro portacomponenti goffrato su bobine da 7 pollici di diametro per il montaggio automatizzato pick-and-place. Le dimensioni del nastro (dimensione della tasca, passo, ecc.) sono specificate per garantire la compatibilità con le attrezzature standard di montaggio SMD. Ogni bobina contiene 1500 pezzi.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Viene raccomandato un profilo di temperatura per saldatura senza piombo. I parametri chiave includono una fase di preriscaldamento, una temperatura di picco non superiore a 260°C e un tempo sopra il liquidus (TAL) controllato per prevenire danni termici. La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte sullo stesso dispositivo.

5.2 Precauzioni per la Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è indispensabile la massima cura. La temperatura della punta del saldatore dovrebbe essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto per terminale non dovrebbe superare i 3 secondi. Si raccomanda un saldatore a bassa potenza (≤25W), con un intervallo di almeno 2 secondi tra la saldatura di ciascun terminale per consentire il raffreddamento.

5.3 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in una busta a tenuta d'umidità. Non aprire la busta fino al momento dell'uso. Dopo l'apertura, i dispositivi non utilizzati devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% di Umidità Relativa (UR). La "vita a banco" dopo l'apertura è di 168 ore (7 giorni). Se questo tempo viene superato o se l'indicatore di umidità (silica gel) mostra saturazione, è necessario un trattamento di essiccamento a 60±5°C per 24 ore prima dell'uso per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

5.4 Riparazione e Rilavorazione

La riparazione dopo la saldatura è fortemente sconsigliata. Se inevitabile, deve essere utilizzato un saldatore specializzato a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, minimizzando lo stress termico sul package plastico. La potenziale alterazione delle caratteristiche del LED durante la riparazione deve essere valutata preventivamente.

6. Suggerimenti per l'Applicazione

6.1 Circuiti di Applicazione Tipici

La considerazione di progettazione più critica è la limitazione della corrente. Una resistenza esterna in serie è obbligatoria. A causa della caratteristica esponenziale I-V del diodo, un piccolo aumento di tensione può causare un grande e distruttivo aumento di corrente. Il valore della resistenza (R) si calcola con: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V e una I_Fobiettivo di 20mA con V_F~1.3V, R ≈ (5 - 1.3) / 0.02 = 185 Ω. Una resistenza standard da 180Ω o 200Ω sarebbe adatta.

6.2 Considerazioni di Progettazione

• Dissipazione Termica: Sebbene piccolo, il dissipamento di potenza (fino a 130mW) deve essere considerato, specialmente ad alte temperature ambiente o a correnti di pilotaggio più elevate. Un'adeguata area di rame sul PCB intorno ai pad può fungere da semplice dissipatore di calore.
• Allineamento Ottico: L'angolo di visione di 25 gradi richiede un attento allineamento con il fotodetettore abbinato nei design di sensori a barriera o riflettenti per garantire una sufficiente intensità del segnale.
• Rumore Elettrico: Nei circuiti di sensing analogici sensibili, il driver del LED dovrebbe essere disaccoppiato dagli amplificatori del rivelatore sensibile per prevenire il diafonia elettrico.

6.3 Scenari Applicativi Comuni

• Sensori Infrarossi Montati su PCB: Utilizzati come sorgente luminosa in sensori di prossimità, rilevamento oggetti e tachimetri.
• Barriere Luminose Miniaturizzate / Interruttori Ottici a Fessura: Abbinati a un fototransistor per rilevare oggetti che interrompono un fascio luminoso, utilizzati in stampanti, encoder e distributori automatici.
• Unità Floppy Disk: Storicamente utilizzati per il rilevamento della traccia zero e il sensing della protezione da scrittura.
• Interruttori Optoelettronici: In sensori riflettenti per rilevare la presenza o il contrasto di una superficie (es. robot che seguono una linea).
• Rilevatori di Fumo: Impiegati in rilevatori di fumo a oscuramento dove le particelle di fumo disperdono o bloccano un fascio infrarosso interno tra un LED e un fotodiodo.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

L'IR26-21C/L447/CT occupa una nicchia specifica nel mercato dei LED infrarossi. I suoi principali fattori di differenziazione sono l'estremamente ridotto package rotondo da 1.6mm e la bassa tensione diretta. Rispetto ai LED infrarossi through-hole più grandi da 3mm o 5mm, consente la miniaturizzazione dei prodotti finali. Rispetto ad altri LED infrarossi SMD, la sua lente trasparente (al contrario di quelle colorate o diffuse) e la specifica lunghezza d'onda di 940nm con un buon accoppiamento al silicio lo ottimizzano per il massimo trasferimento di energia a un ricevitore al silicio, migliorando il rapporto segnale-rumore del sistema e la portata nelle applicazioni di sensing. La conformità priva di alogeni e RoHS garantisce che soddisfi gli standard ambientali moderni per la produzione elettronica globale.

8. Domande Frequenti (FAQ)

8.1 Perché una resistenza limitatrice di corrente è assolutamente necessaria?

Un LED è un dispositivo operato in corrente, non in tensione. La sua tensione diretta rimane relativamente costante su un ampio intervallo di corrente. Senza una resistenza in serie, collegandolo direttamente a una sorgente di tensione tenterebbe di assorbire una corrente limitata solo dalla resistenza interna della sorgente e dalla resistenza dinamica del LED, che è molto bassa. Questo supererebbe quasi certamente la massima corrente diretta (65mA) e distruggerebbe istantaneamente il LED.

8.2 Posso pilotare questo LED con un segnale PWM per il controllo della luminosità?

Sì, la modulazione a larghezza di impulso (PWM) è un metodo eccellente per controllare l'intensità radiante media. Si pilota il LED alla sua corrente nominale (es. 20mA) durante gli impulsi "on". La frequenza dovrebbe essere abbastanza alta da evitare sfarfallio visibile nel sistema di sensing (tipicamente >100Hz). Il circuito di pilotaggio (transistor/MOSFET) deve essere in grado di gestire la corrente di picco.

8.3 Qual è la differenza tra intensità radiante (mW/sr) e intensità luminosa (mcd)?

L'intensità luminosa (misurata in candela) è ponderata dalla sensibilità dell'occhio umano (risposta fotopica). Poiché questo è un LED infrarosso che emette a 940nm, dove l'occhio umano ha sensibilità zero, la sua intensità luminosa è effettivamente zero. L'intensità radiante misura l'effettiva potenza ottica emessa per angolo solido, che è la metrica rilevante per i sensori delle macchine.

8.4 Come interpreto l'"Angolo di Visione" di 25 gradi?

L'angolo di visione (2θ_1/2= 25°) significa l'ampiezza angolare totale in cui l'intensità è almeno la metà del valore di picco. Il semiangolo (θ_1/2) è di 12.5 gradi dall'asse centrale. Questo definisce un fascio relativamente stretto, concentrando l'energia infrarossa per un sensing a più lunga portata o più diretto rispetto a LED con angoli più ampi (es. 60° o 120°).

9. Principio di Funzionamento

Un LED infrarosso è un diodo a semiconduttore a giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione, gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore (realizzato in GaAlAs), l'energia viene rilasciata. In questa specifica composizione del materiale, l'energia corrisponde a fotoni nello spettro infrarosso con una lunghezza d'onda di picco di 940nm. Il package epossidico trasparente funge sia da involucro protettivo che da lente per modellare il diagramma di radiazione della luce emessa.

10. Tendenze e Contesto del Settore

La domanda di componenti infrarossi miniaturizzati e ad alta affidabilità continua a crescere, trainata dalla proliferazione dell'Internet delle Cose (IoT), sensori per la casa intelligente, automazione industriale e dispositivi indossabili. Le tendenze chiave che influenzano componenti come l'IR26-21C/L447/CT includono:

• Integrazione Aumentata: Tendenza verso moduli che combinano il LED IR, il fotodetettore e il circuito di condizionamento del segnale in un unico package.
• Maggiore Efficienza: Sviluppo continuo di materiali semiconduttori e design di chip per ottenere un output radiante più elevato a parità di corrente di ingresso, migliorando l'autonomia della batteria nei dispositivi portatili.
• Affidabilità Migliorata: Focus su package robusti per resistere a temperature di rifusione più elevate e condizioni ambientali più severe richieste dalle applicazioni automobilistiche e industriali.
• Standardizzazione: L'adesione agli standard ambientali globali (RoHS, REACH, Halogen-Free) e di produzione (MSL, tape-and-reel) è ora un requisito di base per l'accesso al mercato globale.

Componenti come questo LED infrarosso subminiaturizzato sono elementi costitutivi fondamentali che abilitano il sensing senza contatto, una tecnologia critica in tutti questi settori in evoluzione.