Scheda Tecnica LED IR29-01C/L510/R/TR8 - SMD Rotondo 1.2mm - Tensione Diretta 1.6V - Infrarosso 940nm - Potenza 100mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR29-01C/L510/R/TR8 è un diodo emettitore infrarosso (IR) subminiature laterale, progettato per applicazioni a montaggio superficiale. Presenta un contenitore compatto a doppia estremità stampato in plastica trasparente con lente superiore sferica, ottimizzato per un'emissione infrarossa efficiente. L'output spettrale del dispositivo è specificamente abbinato a fotodiodi e fototransistor al silicio, rendendolo una sorgente ideale per sistemi di rilevamento IR. I suoi vantaggi principali includono un fattore di forma ridotto, una bassa tensione diretta e la conformità a standard ambientali moderni come RoHS, REACH e requisiti alogeni-free.

1.1 Caratteristiche Principali e Mercato di Riferimento

Le caratteristiche chiave di questo componente includono il suo package SMD in miniatura, che facilita progetti PCB ad alta densità. La bassa tensione diretta contribuisce a un funzionamento energeticamente efficiente. Viene fornito su nastro da 8mm avvolto su bobina da 7 pollici di diametro, compatibile con processi di assemblaggio automatizzati pick-and-place. Il dispositivo è privo di piombo (Pb-free) e conforme a normative ambientali stringenti, inclusi i limiti sul contenuto di bromo (Br) e cloro (Cl). Questo LED IR è principalmente rivolto a progettisti e ingegneri che sviluppano sistemi basati su infrarossi come sensori di prossimità, rilevamento oggetti, encoder e moduli di trasmissione dati dove un'emissione IR affidabile e abbinata è critica.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche del dispositivo come definite nella scheda tecnica.

2.1 Valori Nominali Assoluti Massimi

I Valori Nominali Assoluti Massimi definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi non sono condizioni operative.

• Corrente Diretta Continua (IF):50 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuo al LED.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):500 mA. Questa alta corrente è ammissibile solo in condizioni pulsate con una larghezza di impulso ≤ 100 μs e un ciclo di lavoro ≤ 1%. Questo valore nominale è utile per applicazioni che richiedono impulsi brevi e ad alta intensità.
• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione di polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio (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, definendo il profilo di saldatura a rifusione.
• Dissipazione di Potenza (Pc):100 mW a o sotto i 25°C di temperatura ambiente. Questo parametro è cruciale per la progettazione della gestione termica.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le Caratteristiche Elettro-Ottiche (Tipiche a Ta=25°C) definiscono le prestazioni attese in condizioni operative normali.

• Intensità Radiante (IE):Tipicamente 25 mW/sr a IF=20mA, e 100 mW/sr a IF=70mA (pulsata). L'intensità radiante misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido, indicando la luminosità della sorgente IR.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):940 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima, perfettamente abbinata alla sensibilità di picco dei comuni fotorivelatori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Tipicamente 30 nm. Questo definisce l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, centrato attorno alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta (VF):Tipicamente 1.30V, con un massimo di 1.60V a IF=20mA. A IF=70mA (pulsata), è tipicamente 1.50V con un massimo di 2.00V. Questa bassa VF è vantaggiosa per progetti di circuiti a bassa tensione.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 10 μA a VR=5V, indicando una buona qualità della giunzione.
• Angolo di Visione (2θ1/2):15 gradi. Questo angolo di visione stretto indica un fascio focalizzato, caratteristica dei LED laterali con lente, utile per applicazioni IR direzionali.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche che forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questo grafico mostra la derating della corrente diretta massima ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Per prevenire il surriscaldamento e garantire l'affidabilità a lungo termine, la corrente diretta deve essere ridotta quando si opera sopra i 25°C. La curva mostra tipicamente una diminuzione lineare dalla corrente nominale a 25°C fino a zero alla massima temperatura di giunzione.

3.2 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra la relazione tra la corrente di pilotaggio (IF) e la potenza ottica in uscita (Intensità Radiante). È generalmente lineare nel normale intervallo operativo, confermando che l'output ottico è direttamente proporzionale alla corrente. Tuttavia, a correnti molto elevate, l'efficienza può diminuire a causa degli effetti termici.

3.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

Questa curva IV descrive la relazione esponenziale tipica di un diodo. La tensione di "ginocchio" è attorno al tipico valore VF. Comprendere questa curva è essenziale per progettare il circuito driver di limitazione della corrente.

3.4 Distribuzione Spettrale

Questo grafico mostra la potenza radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda, centrata a 940 nm con una larghezza di banda definita. Conferma visivamente l'abbinamento spettrale ai rivelatori al silicio, che hanno una sensibilità di picco nell'intervallo 800-1000 nm.

3.5 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo grafico polare definisce il diagramma di radiazione o il profilo del fascio del LED. Qui viene confermato l'angolo di visione di 15 gradi (larghezza a metà altezza, FWHM). Il design laterale con lente crea questo pattern di emissione direzionale, fondamentale per allineare il LED con un rivelatore in un assemblaggio sensore.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è un package SMD subminiature rotondo da 1.2mm. Il disegno dimensionale dettagliato specifica tutte le misure critiche incluso il diametro del corpo, l'altezza, la spaziatura dei terminali e le dimensioni dei pad. Le tolleranze chiave sono tipicamente ±0.1mm salvo diversa indicazione. Dimensioni precise sono vitali per il design dell'impronta PCB e per garantire un corretto posizionamento durante l'assemblaggio.

4.2 Identificazione della Polarità

Il catodo è tipicamente indicato da un marcatore visivo sul package, come una tacca, un bordo piatto o una marcatura verde. Il disegno dimensionale della scheda tecnica dovrebbe mostrare chiaramente questa caratteristica di identificazione per prevenire il montaggio inverso durante l'assemblaggio.

4.3 Dimensioni del Nastro Portacomponenti e della Bobina

Il prodotto è fornito su nastro portacomponenti goffrato largo 8mm su una bobina da 7 pollici di diametro. La scheda tecnica fornisce disegni dettagliati delle dimensioni delle tasche, del passo e delle specifiche della bobina. Questo imballaggio supporta attrezzature di assemblaggio automatizzate ad alta velocità. La bobina standard contiene 1500 pezzi.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione e saldatura corretta sono critiche per mantenere le prestazioni e l'affidabilità del dispositivo.

5.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

È raccomandato un profilo di temperatura per saldatura a rifusione senza piombo (Pb-free). La temperatura di picco non deve superare i 260°C, e il tempo sopra i 240°C deve essere limitato (tipicamente a 5 secondi come per il valore nominale assoluto massimo). Le fasi di preriscaldamento, stabilizzazione, rifusione e raffreddamento devono essere controllate per minimizzare lo shock termico. La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte.

5.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, bisogna prestare estrema attenzione. La temperatura della punta del saldatore dovrebbe essere inferiore a 350°C, e il tempo di contatto con ciascun terminale dovrebbe essere limitato a 3 secondi o meno. È raccomandato un saldatore a bassa potenza (≤25W). Lasciare un tempo di raffreddamento sufficiente tra la saldatura di ciascun terminale per prevenire danni termici al package plastico.

5.3 Stoccaggio e Sensibilità all'Umidità

I LED sono confezionati in una busta anti-umidità con essiccante. Le precauzioni chiave includono:

• Non aprire la busta fino al momento dell'uso.
• Conservare le buste non aperte a ≤30°C e ≤60% UR.
• Utilizzare entro un anno dalla spedizione.
• Dopo l'apertura, utilizzare i componenti entro 168 ore (7 giorni) nelle stesse condizioni di stoccaggio.
• Se il tempo di stoccaggio viene superato o l'essiccante indica umidità, è necessario un trattamento di baking a 60±5°C per almeno 24 ore prima della saldatura per prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

6. Imballaggio e Informazioni d'Ordine

6.1 Procedura di Imballaggio

I componenti sono imballati in una busta anti-umidità laminata in alluminio contenente essiccante. La busta è etichettata con informazioni critiche incluso il numero di parte (P/N), la quantità (QTY), il numero di lotto (LOT No.) e altri codici rilevanti come la lunghezza d'onda di picco (HUE).

6.2 Guida alla Selezione del Dispositivo

Il dispositivo specifico, IR29-01C/L510/R/TR8, utilizza un materiale di chip Arseniuro di Gallio Alluminio (GaAlAs) e una lente trasparente. Il numero di parte stesso probabilmente codifica attributi chiave: IR per Infrarosso, 29 può riferirsi a una serie o dimensione, 01C potrebbe essere un codice variante, L510 potrebbe indicare il bin della lunghezza d'onda di picco, R per imballaggio a bobina, e TR8 per nastro da 8mm.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED IR è adatto per una vasta gamma di applicazioni di rilevamento e trasmissione infrarossa, inclusi:

• Rilevamento di Prossimità e Presenza:Utilizzato in rubinetti automatici, erogatori di sapone, asciugamani ad aria e interruttori touchless.
• Rilevamento e Conteggio Oggetti:In distributori automatici, automazione industriale e sistemi a nastro trasportatore.
• Encoder Ottici:Per il rilevamento di posizione e velocità in motori e apparecchiature rotanti.
• Trasmissione Dati IR:In unità di controllo remoto e collegamenti dati a corto raggio (richiede modulazione appropriata).
• Sistemi di Sicurezza:Come sorgente luminosa invisibile per telecamere a visione notturna e sensori a fascio interrotto.

7.2 Considerazioni di Progettazione e Protezione del Circuito

La Limitazione di Corrente è Obbligatoria:Come esplicitamente avvertito nella scheda tecnica, un resistore di limitazione della corrente esterno deve essere sempre utilizzato in serie con il LED. La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo (diminuisce all'aumentare della temperatura). Senza un resistore, un piccolo aumento della tensione di alimentazione o una diminuzione della VF dovuta al riscaldamento può causare un grande aumento incontrollato della corrente, portando a una fuga termica immediata e al guasto del dispositivo.

Progettazione del Circuito Driver:Per funzionamento in DC, un semplice resistore in serie calcolato usando la Legge di Ohm (R = (Vcc - VF) / IF) è sufficiente. Per funzionamento pulsato per ottenere una maggiore intensità di picco, può essere utilizzato un interruttore a transistor o MOSFET pilotato da un generatore di impulsi. Assicurarsi che la larghezza dell'impulso e il ciclo di lavoro rimangano entro i limiti specificati (≤100μs, ≤1%).

Allineamento Ottico:Il fascio stretto di 15 gradi richiede un attento allineamento meccanico con il fotorivelatore ricevente per massimizzare la forza del segnale. Considerare il grafico del diagramma di radiazione quando si progetta l'alloggiamento del sensore.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED IR standard a emissione superiore, il package laterale (o side-view) dell'IR29-01C offre un vantaggio distinto nelle applicazioni dove il PCB deve essere montato parallelamente al piano di rilevamento. Questo elimina la necessità di guide luminose o ottiche aggiuntive per reindirizzare il fascio di 90 gradi, semplificando il design meccanico e riducendo il numero di componenti. La sua lunghezza d'onda di 940nm fornisce un buon equilibrio tra la sensibilità del rivelatore al silicio e una minore visibilità rispetto alle sorgenti a 850nm, rendendolo meno visibile in funzione. La dimensione in miniatura di 1.2mm consente progetti di sensori molto compatti.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Perché un resistore di limitazione della corrente è assolutamente necessario?
R1: La caratteristica I-V del LED è esponenziale. Una leggera variazione della tensione diretta (che essa stessa diminuisce con la temperatura) può causare una grande variazione della corrente. Senza un resistore in serie per stabilizzare la corrente, si verifica una fuga termica, distruggendo rapidamente il LED.

D2: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3.3V o 5V?
R2: No. I pin dei microcontrollori hanno una capacità limitata di erogazione/assorbimento di corrente (spesso 20-40mA max) e non sono progettati per pilotare LED direttamente. Utilizzare sempre un circuito driver (es. un transistor) controllato dal pin MCU, con un resistore di limitazione della corrente in serie con il LED.

D3: Qual è la differenza tra Intensità Radiante (mW/sr) e Intensità Luminosa (mcd)?
R3: L'Intensità Luminosa (misurata in candela) è ponderata dalla sensibilità dell'occhio umano (curva fotopica), che è quasi zero nello spettro infrarosso. L'Intensità Radiante misura l'effettiva potenza ottica emessa per angolo solido, rendendola la metrica corretta per dispositivi IR destinati al rilevamento da parte di macchine, non umani.

D4: Come interpreto l'angolo di visione di 15 gradi?
R4: Questo è l'angolo di Larghezza a Metà Altezza (FWHM). L'intensità radiante è massima a 0 gradi (dritto fuori dal lato del package) e scende al 50% del suo valore massimo a ±7.5 gradi dalla linea centrale, rendendo la larghezza totale del fascio di 15 gradi.

10. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Sensore per Erogatore di Carta Assorbente.L'IR29-01C è un candidato ideale. Sarebbe montato sul bordo di un PCB rivolto lateralmente attraverso la fessura di erogazione. Un fototransistor al silicio abbinato sarebbe posizionato sul lato opposto. In condizioni normali, il fascio IR viene rilevato. Quando una mano interrompe il fascio, il microcontrollo attiva il motore per erogare un asciugamano. Il package laterale consente al PCB di essere montato verticalmente dietro il pannello frontale, con il LED e il rivelatore che spuntano attraverso piccoli fori, creando un design molto elegante. La lunghezza d'onda di 940nm è invisibile, quindi non è presente alcun bagliore rosso fastidioso. Il progettista deve calcolare l'appropriato resistore in serie per una corrente di pilotaggio di 20mA da un'alimentazione di sistema a 5V (R ≈ (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω, un valore standard di 180Ω o 200Ω sarebbe adatto).

11. Introduzione al Principio

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore che emette luce infrarossa non visibile quando polarizzato elettricamente in direzione diretta. Gli elettroni si ricombinano con le lacune all'interno del dispositivo, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda della luce emessa è determinata dal bandgap energetico del materiale semiconduttore. Per l'IR29-01C, viene utilizzato il sistema di materiale Arseniuro di Gallio Alluminio (GaAlAs) per produrre fotoni con un'energia di picco corrispondente a una lunghezza d'onda di 940nm. Il package epossidico trasparente funge da lente, modellando la luce emessa in un fascio focalizzato. La costruzione side-view è ottenuta montando il chip semiconduttore lateralmente all'interno del package, facendo sì che la luce venga emessa parallelamente al piano del PCB.

12. Tendenze di Sviluppo

La tendenza nei LED IR subminiature come l'IR29-01C è verso dimensioni del package ancora più piccole (es. package chip-scale), maggiore intensità radiante ed efficienza, e intervalli di temperatura operativa più ampi per supportare applicazioni automobilistiche e industriali. L'integrazione è un'altra tendenza chiave, con dispositivi che combinano l'emettitore IR, il driver e talvolta un fotorivelatore in un singolo modulo. C'è anche un focus sul miglioramento della velocità (capacità di modulazione) per applicazioni di comunicazione dati come l'Infrared Data Association (IrDA) e telecomandi per elettronica di consumo. Inoltre, lo sviluppo continua per migliorare l'affidabilità e la robustezza contro le scariche elettrostatiche (ESD) e condizioni ambientali ostili.