Ficha Técnica do LED Infravermelho de Alta Potência HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR - Pacote SMD - 850nm - 3.5V - 3W

1. Visão Geral do Produto

O HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR é um díodo emissor de infravermelho de alta potência, projetado para aplicações exigentes que necessitam de iluminação infravermelha robusta e eficiente. Ele é encapsulado em um pacote compacto de montagem em superfície (SMD), tornando-o adequado para processos de montagem automatizados. O dispositivo é moldado com um material de silicone transparente, apresentando uma lente superior esférica, o que auxilia na obtenção do seu ângulo de visão especificado e perfil de intensidade radiante.

A vantagem central deste LED reside na sua combinação de fator de forma reduzido e alta eficiência de saída óptica. Ele é construído utilizando um material de chip GaAlAs (Arseneto de Gálio e Alumínio), otimizado para emissão no espectro do infravermelho próximo. Uma característica fundamental é a sua correspondência espectral com fotodiodos e fototransístores de silício, tornando-o uma fonte de luz ideal para sistemas de sensoriamento e imagem que utilizam estes detectores comuns à base de silício. Isto garante a máxima responsividade e relação sinal-ruído na aplicação alvo.

Os principais mercados e aplicações alvo incluem sistemas de vigilância e segurança, particularmente câmeras baseadas em CCD para visão noturna, e vários sistemas aplicados em infravermelho, como sensores de proximidade, automação industrial e visão computacional. A sua conformidade com normas ambientais como RoHS, REACH e requisitos livres de halogênio torna-o adequado para uso em produtos com exigências regulatórias rigorosas.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

O dispositivo é classificado para uma corrente direta contínua (I_F) de 1500 mA. Para operação pulsada, ele pode suportar uma corrente direta de pico (I_FP) de 5000 mA sob condições específicas (largura de pulso ≤100μs, ciclo de trabalho ≤1%). A tensão reversa máxima (V_R) é de 5V, um valor típico para LEDs, indicando que o dispositivo não deve ser submetido a uma polarização reversa significativa. A faixa de temperatura de operação e armazenamento é especificada de -40°C a +100°C, com uma temperatura máxima de junção (T_j) de 125°C. Exceder estas especificações pode causar danos permanentes.

A resistência térmica da junção para o *lead frame* (R_th(j-L)) é de 18 K/W. Este parâmetro é crítico para o gerenciamento térmico. Ele define quanto a temperatura da junção aumenta para cada watt de potência dissipada. Com uma dissipação de potência especificada (P_d) de 3W em I_F=700mA, um dissipador de calor eficaz é essencial para manter a temperatura da junção dentro dos limites seguros, especialmente em correntes de acionamento mais elevadas.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Os principais parâmetros ópticos são medidos a uma temperatura ambiente padrão de 25°C. O comprimento de onda de pico (λ_p) é de 850 nm, que está na região do infravermelho próximo e é invisível ao olho humano, mas altamente detectável por sensores de silício. A largura de banda espectral (Δλ) é tipicamente de 25 nm, indicando a pureza espectral da luz emitida.

O desempenho radiante escala com a corrente de acionamento:

• Em I_F=350 mA: Potência Radiada Total (P_o) é 500 mW (tip.), Intensidade Radiante (I_E) é 200 mW/sr (tip.).
• Em I_F=700 mA: P_oé 900 mW (tip.), I_Eé 400 mW/sr (tip.).
• Em I_F=1 A: P_oé 1300 mW (tip.), I_Eé 560 mW/sr (tip.).

A tensão direta (V_F) aumenta com a corrente devido à resistência inerente do díodo:

• 3.0V (tip.) a 350 mA.
• 3.3V (tip.) a 700 mA.
• 3.5V (tip.) a 1 A.
• 3.8V (tip.) a 5 A (pulsado).

A corrente reversa (I_R) é no máximo 10 μA em V_R=5V. O ângulo de visão (2θ_1/2), definido como o ângulo total na metade da intensidade, é de 90 graus, fornecendo um padrão de feixe relativamente amplo, adequado para iluminação de área.

3. Explicação do Sistema de Binning

O produto utiliza um sistema de *binning* para Potência Radiada Total, medido a uma corrente de acionamento de 1000 mA (1A). Este sistema categoriza os LEDs com base na sua saída óptica para garantir consistência no desempenho da aplicação. Os códigos de *bin* e suas faixas de potência correspondentes (incluindo uma tolerância de teste de ±10%) são:

• Bin G:Mínimo 800 mW, Máximo 1260 mW.
• Bin H:Mínimo 1000 mW, Máximo 1600 mW.
• Bin I:Mínimo 1260 mW, Máximo 2000 mW.

Isto permite que os projetistas selecionem componentes que atendam a requisitos específicos de brilho mínimo para o seu sistema. A ficha técnica não indica *bins* separados para comprimento de onda ou tensão direta para este número de peça específico, sugerindo um controle rigoroso sobre estes parâmetros na fabricação.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia várias curvas características típicas, cruciais para entender o comportamento do dispositivo sob diferentes condições de operação.

Corrente Direta vs. Tensão Direta (Fig.1):Esta curva IV mostra a relação exponencial típica de um díodo. É essencial para projetar o circuito de acionamento de corrente e calcular o consumo de energia (V_F* I_F). A curva se desloca com a temperatura.

Corrente Direta vs. Intensidade Radiante / Potência Total (Fig.2 & Fig.3):Estes gráficos ilustram a saída de luz em função da corrente de acionamento. A relação é geralmente linear em correntes mais baixas, mas pode mostrar sinais de queda de eficiência (aumento sub-linear) em correntes muito altas devido a efeitos térmicos e elétricos. Isto auxilia na seleção do ponto de operação ideal para equilibrar saída e eficiência/calor.

Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular (Fig.4):Este gráfico polar define o padrão de radiação espacial. O ângulo de visão de 90 graus é confirmado aqui. A forma da curva (ex.: Lambertiana, "asa de morcego") impacta como a luz é distribuída sobre a área alvo.

Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig.5):Esta curva de derating é uma das mais críticas para a confiabilidade. Ela mostra a corrente direta máxima permitida para manter a temperatura da junção abaixo de 125°C à medida que a temperatura ambiente aumenta. A 100°C ambiente, a corrente contínua permitida é significativamente reduzida. Este gráfico deve ser usado para qualquer projeto que opere em um ambiente diferente de 25°C.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O LED é encapsulado em um pacote de montagem em superfície. As dimensões-chave do desenho incluem o tamanho do corpo, a altura da lente e o espaçamento dos terminais. As tolerâncias são tipicamente ±0.1mm, salvo indicação em contrário. Uma nota crítica de manuseio alerta contra a aplicação de força na lente, pois isso pode danificar a estrutura interna e levar à falha do dispositivo. O dispositivo deve ser manuseado pelo seu corpo ou terminais durante a montagem.

5.2 Configuração dos Terminais e Polaridade

O dispositivo possui três terminais elétricos: Terminal 1 é o Ânodo (+), Terminal 2 é o Cátodo (-), e o Terminal P é um Terminal Térmico dedicado. O terminal térmico é crucial para transferir calor da junção do LED para a placa de circuito impresso (PCB). Para um desempenho térmico e elétrico ideal, o *layout* da PCB deve incluir uma área de cobre de tamanho adequado conectada a este terminal, com *vias* térmicas para as camadas internas ou inferiores, se necessário. A conexão correta da polaridade (Ânodo para a fonte positiva) é obrigatória para a operação.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

O dispositivo é adequado para processos padrão de refluxo SMT. Um perfil de refluxo sem chumbo é fornecido:

• Taxa de Aquecimento:2~3 °C/seg.
• Pré-aquecimento:150~200°C por 60~120 segundos.
• Temperatura Líquida (T_L):217°C.
• Tempo Acima de T_L:60~90 segundos.
• Temperatura de Pico (T_P):240 ±5°C.
• Tempo no Pico (t_P):Máximo 20 segundos.
• Taxa de Resfriamento:3~5 °C/seg.

Recomenda-se que a soldagem por refluxo não seja realizada mais de duas vezes para minimizar o estresse térmico na embalagem e nas ligações internas. Deve-se evitar estresse no LED durante o aquecimento, e a placa de circuito não deve ser dobrada após a soldagem para prevenir danos mecânicos às juntas de solda ou ao próprio LED.

6.2 Condições de Armazenamento

O dispositivo é enviado em embalagem resistente à umidade, incluindo um saco à prova de umidade de alumínio com dessecante. Se a embalagem for aberta, os dispositivos são sensíveis à absorção de umidade e devem ser usados dentro de um tempo especificado ou "assados" de acordo com os procedimentos padrão de Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) antes do refluxo, para prevenir danos de "*popcorning*" durante a soldagem. O nível MSL específico não é declarado no trecho fornecido.

7. Embalagem e Informações de Pedido

O dispositivo é fornecido em fita transportadora e carretel para montagem automatizada *pick-and-place*. Cada carretel contém 400 peças. As dimensões da fita transportadora são fornecidas para garantir compatibilidade com equipamentos alimentadores. O rótulo da embalagem inclui informações padrão como Número da Peça (P/N), quantidade (QTY) e número do lote (LOT No.) para rastreabilidade. O código de *bin* para potência radiante (CAT) também seria indicado aqui.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Este LED infravermelho requer uma fonte de corrente constante para operação estável, não uma tensão constante. Um simples resistor em série pode ser usado para aplicações de baixa corrente, mas para as altas correntes que este dispositivo é capaz, recomenda-se um CI driver de LED dedicado ou um regulador de corrente baseado em transistor para garantir saída de luz consistente e proteger o LED de picos de corrente. O driver deve ser capaz de fornecer até a corrente direta necessária e lidar com a queda de tensão direta.

8.2 Gerenciamento Térmico

Este é o aspecto mais crítico do uso deste LED de alta potência. A ficha técnica sugere explicitamente adicionar um dissipador de calor. O projeto da PCB deve incorporar um terminal térmico significativo conectado ao terminal térmico do LED com ampla área de cobre. O uso de *vias* térmicas para conduzir calor para outras camadas da PCB ou para um dissipador externo é altamente recomendado. A temperatura máxima de junção de 125°C não deve ser excedida; portanto, cálculos ou medições térmicas devem ser realizados com base na corrente de operação real, temperatura ambiente e propriedades térmicas da PCB.

8.3 Projeto Óptico

Para aplicações como iluminação de câmera, ópticas secundárias (lentes ou refletores) podem ser usadas para colimar ou moldar o feixe de 90 graus em um padrão mais focado para aumentar a distância de alcance ou a eficiência. A lente transparente garante absorção mínima da luz infravermelha. Os projetistas devem considerar a intensidade radiante (mW/sr) em vez de apenas a potência total ao projetar para iluminação à distância.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs infravermelhos padrão de 5mm ou 3mm de montagem em furo, este dispositivo SMD oferece uma saída de potência óptica significativamente maior (até 1300+ mW vs. dezenas de mW) em um pacote mais compacto e fabricável. Sua resistência térmica de 18 K/W é relativamente baixa para um LED SMD, indicando um bom caminho térmico, mas ainda requer gerenciamento cuidadoso comparado a LEDs montados em PCBs de núcleo metálico ou com dissipadores integrados. O comprimento de onda de 850nm é um padrão comum, oferecendo um bom equilíbrio entre a sensibilidade do detector de silício e menor visibilidade comparado aos LEDs de 940nm (que são quase invisíveis, mas produzem menor resposta do sensor).

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Posso acionar este LED diretamente de uma fonte de 5V com um resistor?

R: Possivelmente, mas requer cálculo cuidadoso. A 1A, V_Fé ~3.5V. Um resistor em série precisaria dissipar 1.5V a 1A, significando R = 1.5Ω e ele dissiparia 1.5W. Isto é ineficiente e gera mais calor. Um regulador de corrente dedicado é fortemente preferido para correntes acima de 350mA.

P: Por que um dissipador de calor é necessário?

R: A 700mA, a dissipação de potência é aproximadamente 3.3V * 0.7A = 2.31W. Com uma resistência térmica de 18 K/W, a junção subiria 2.31W * 18 K/W = ~41.6°C acima da temperatura do terminal. Se a PCB/terminal não for resfriada, a junção pode facilmente exceder 125°C, levando à degradação rápida ou falha.

P: Qual é a diferença entre Potência Radiada Total (mW) e Intensidade Radiante (mW/sr)?

R: Potência Radiante Total é a potência óptica integrada emitida em todas as direções. Intensidade Radiante é a potência emitida por unidade de ângulo sólido em uma direção específica (tipicamente no eixo). A intensidade é mais relevante para aplicações direcionadas, enquanto a potência total importa para a eficiência geral do sistema.

P: Este LED é seguro para exposição ocular?

R: LEDs infravermelhos, especialmente os de alta potência, podem ser perigosos para os olhos. Eles emitem radiação invisível que pode causar danos à retina antes que o reflexo de piscar atue. Sempre siga os padrões de segurança relevantes para produtos a laser/infravermelho (como a IEC 62471) e implemente salvaguardas apropriadas (difusores, invólucros, limites de intensidade) no produto final.

11. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Iluminação para Visão Noturna em uma Câmera de Segurança.

Um projetista está criando uma câmera IP compacta com capacidade de visão noturna usando um sensor de imagem de silício. Ele seleciona este LED de 850nm pela sua alta saída e correspondência espectral. Quatro LEDs são posicionados ao redor da lente da câmera. Cada um é acionado a 700mA por um CI driver de LED comutado compacto para garantir saída estável conforme a tensão da bateria muda. A PCB é uma placa de 4 camadas com o plano de terra interno conectado via múltiplas *vias* térmicas à grande área de cobre sob cada LED para espalhamento de calor. Um filme difusor leve é colocado sobre os LEDs para misturar os feixes e reduzir pontos quentes na imagem. O projeto térmico é validado com uma câmera térmica, confirmando que a temperatura do *case* do LED permanece abaixo de 85°C em um ambiente de 40°C, mantendo a junção seguramente abaixo do seu limite. O sistema resultante fornece imagens de visão noturna claras e uniformemente iluminadas até 30 metros.

12. Introdução ao Princípio Técnico

LEDs infravermelhos operam no mesmo princípio fundamental dos LEDs visíveis: eletroluminescência em uma junção p-n de semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons e lacunas são injetados na região ativa onde se recombinam, liberando energia na forma de fótons. O comprimento de onda (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor. GaAlAs (Arseneto de Gálio e Alumínio) é um semicondutor composto cuja banda proibida pode ser ajustada variando o conteúdo de Alumínio para emitir na faixa do infravermelho próximo, especificamente em torno de 850nm. O encapsulamento de silicone transparente é transparente a este comprimento de onda e é moldado em uma lente para formatar o feixe de saída. A capacidade de alta potência é alcançada usando um *die* semicondutor maior e um pacote eficiente projetado para extrair calor.

13. Tendências Tecnológicas

A tendência em LEDs infravermelhos, particularmente para sensoriamento e imagem, é em direção a maior eficiência (mais potência radiante por watt elétrico), o que reduz a geração de calor e o consumo de energia. Isto é alcançado através de avanços no projeto da camada epitaxial e técnicas de extração de luz. Há também um movimento em direção à integração mais apertada, como LEDs com drivers embutidos ou combinados com fotodetectores em um único pacote. Comprimentos de onda como 940nm estão ganhando popularidade para iluminação "discreta", pois são menos visíveis ao olho humano do que os de 850nm, embora exijam sensores com maior sensibilidade. Além disso, a busca pela miniaturização continua, pressionando por alta potência em pacotes SMD cada vez menores, o que, por sua vez, aumenta a importância de soluções avançadas de gerenciamento térmico no nível da PCB e do sistema.