Ficha Técnica do LED Infravermelho IR17-21C/TR8 - Pacote 0805 - 1.2V - 940nm - 130mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O IR17-21C/TR8 é um díodo emissor de infravermelho (IR) de alto desempenho, projetado para aplicações modernas de tecnologia de montagem em superfície (SMT). Alojado num compacto pacote 0805, este dispositivo foi concebido para fornecer uma emissão de infravermelho fiável, especificamente compatível com fotodetetores à base de silício. A sua função principal é servir como uma fonte eficiente de infravermelho em vários circuitos de deteção e comutação.

A vantagem central deste componente reside no seu fator de forma miniatura, que permite projetos de PCB de alta densidade, e na sua excelente correspondência espectral com fotodiodos e fototransístores de silício, garantindo uma sensibilidade ótima do sistema. O dispositivo é construído com uma lente de plástico transparente, proporcionando uma vista superior plana que contribui para o seu amplo ângulo de visão de 120 graus. Está em conformidade com normas ambientais e de segurança fundamentais, incluindo RoHS, REACH da UE, e é fabricado como um componente livre de halogéneos.

2. Especificações Técnicas e Interpretação Objetiva

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de tensão além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida.

• Corrente Contínua Direta (I_F)): 65 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode fluir continuamente através do LED.
• Tensão Reversa (V_R)): 5 V. A aplicação de uma tensão de polarização reversa superior a esta pode romper a junção PN do LED.
• Temperatura de Operação e Armazenamento (T_opr, T_stg)): -40°C a +85°C. O dispositivo é classificado para faixas de temperatura industriais.
• Dissipação de Potência (P_d)): 130 mW a 25°C. Esta é a potência máxima que o pacote pode dissipar como calor. É necessário reduzir a potência (derating) a temperaturas ambientes mais elevadas.
• Temperatura de Soldadura (T_sol)): 260°C por ≤5 segundos. Isto define a tolerância do perfil de pico de reflow.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros são medidos numa condição de teste padrão de 25°C de temperatura ambiente e uma corrente direta de 20 mA, representando condições típicas de operação.

• Intensidade Radiante (I_e)): 0,2 mW/sr (Mín.), 0,8 mW/sr (Tip.). Isto mede a potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido. O valor típico indica a saída esperada.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p)): 940 nm (Tip.). A luz infravermelha emitida está centrada neste comprimento de onda, o que é ideal para detetores de silício que têm alta sensibilidade na região do infravermelho próximo.
• Largura de Banda Espectral (Δλ)): 45 nm (Tip.). Isto define a gama de comprimentos de onda emitidos, tipicamente a Largura Total à Meia Altura (FWHM).
• Tensão Direta (V_F)): 1,2 V (Tip.), 1,5 V (Máx.) a 20mA. A baixa tensão direta reduz o consumo de energia e a carga térmica.
• Corrente Reversa (I_R)): 10 µA (Máx.) a 5V. Esta é a corrente de fuga quando o dispositivo está polarizado inversamente.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2)): 120° (Tip.). Definido como o ângulo total onde a intensidade cai para metade do valor no eixo, proporcionando um padrão de emissão muito amplo.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que são cruciais para os engenheiros de projeto.

• Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente: Este gráfico mostra como a corrente direta máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta, devido ao limite de dissipação de potência do pacote. É essencial para a gestão térmica.
• Distribuição Espectral: Ilustra a potência radiante relativa em função do comprimento de onda, confirmando o pico a 940nm e a largura de banda espectral.
• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V): Demonstra a relação exponencial típica de um díodo. A curva ajuda na seleção do resistor limitador de corrente apropriado para uma determinada tensão de alimentação.
• Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular: Um gráfico polar que mostra o padrão de emissão. O ângulo de visão de 120 graus é confirmado visualmente aqui, mostrando uma distribuição Lambertiana ou quase-Lambertiana comum para LEDs de topo plano.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Pacote

O IR17-21C/TR8 está em conformidade com a pegada padrão 0805 (Imperial) ou 2012 (Métrica). As dimensões-chave incluem um comprimento do corpo de aproximadamente 2,0 mm, uma largura de 1,25 mm e uma altura tipicamente entre 0,8 a 1,0 mm (valor exato do desenho). O ânodo e o cátodo estão claramente marcados no pacote. O layout sugerido para as pastilhas é fornecido para o projeto do PCB, com recomendações para ajustar com base em processos de fabrico específicos.

4.2 Dimensões da Fita de Transporte

Os componentes são fornecidos em bobinas de fita padrão de 8mm para montagem automatizada pick-and-place. Cada bobina contém 3000 peças. As dimensões da fita, incluindo o tamanho do bolso, o passo e o diâmetro da bobina, são especificadas para garantir a compatibilidade com os alimentadores de equipamentos SMT.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

5.1 Sensibilidade à Humidade e Armazenamento

O dispositivo é sensível à humidade (nível MSL especificado no rótulo). As embalagens de barreira à humidade não abertas devem ser armazenadas abaixo de 30°C e 90% de HR. Uma vez abertas, os componentes têm uma vida útil de 168 horas (7 dias) quando armazenados a ≤60% de HR. Exceder este tempo requer um procedimento de secagem (por exemplo, 96 horas a 60°C) antes do reflow para evitar danos de \"pipocagem\" durante a soldadura.

5.2 Perfil de Temperatura de Reflow

É recomendado um perfil de temperatura de reflow sem chumbo (Pb-free). Os parâmetros-chave incluem uma fase de pré-aquecimento, um tempo definido acima do líquido (por exemplo, 217°C), uma temperatura de pico não superior a 260°C e um tempo total dentro da zona de temperatura crítica. O reflow não deve ser realizado mais de duas vezes.

5.3 Soldadura Manual e Retrabalho

Se for necessária soldadura manual, deve ser usado um ferro de soldar com temperatura da ponta abaixo de 350°C e uma potência nominal inferior a 25W. O tempo de contacto por terminal deve ser limitado a 3 segundos, com arrefecimento adequado entre terminais. Para retrabalho, recomenda-se um ferro de soldar de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os terminais e evitar tensão mecânica nas juntas de solda. O impacto do retrabalho na fiabilidade do dispositivo deve ser avaliado previamente.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Sensores Infravermelhos Montados em PCB: Usado como emissor em sensores de proximidade, deteção de objetos e interruptores sem contacto.
• Barreiras de Luz Miniatura / Interruptores Óticos: Emparelhado com um fotodetetor para detetar objetos que interrompem um feixe de luz, usado em codificadores, sensores de ranhura e sistemas de segurança.
• Interruptores Optoeletrónicos: Em sensores reflexivos onde a luz do LED reflete numa superfície de volta para um detetor.
• Deteção de Fumo: Empregue em alguns projetos de câmara ótica para detetar partículas de fumo que dispersam a luz.

6.2 Considerações de Projeto Críticas

• Limitação de Corrente é Obrigatória: Um resistor externo em série deve ser sempre usado para definir a corrente direta. A baixa tensão direta do LED significa que mesmo pequenos aumentos na tensão de alimentação podem causar um grande e destrutivo aumento na corrente.
• Gestão Térmica: Embora o pacote seja pequeno, a dissipação de potência deve ser considerada, especialmente em ambientes de alta temperatura ambiente ou quando operado perto da corrente máxima. Uma área de cobre adequada no PCB pode ajudar a dissipar o calor.
• Alinhamento Ótico: O amplo ângulo de visão de 120 graus é benéfico para uma cobertura ampla, mas reduz a intensidade em qualquer ponto específico. Para aplicações de longo alcance ou focadas, podem ser necessárias lentes externas.
• Imunidade a Ruído Elétrico: Em ambientes eletricamente ruidosos, considere blindagem ou modular a corrente de acionamento do LED para distinguir o sinal do ruído IR ambiente (por exemplo, da luz solar ou outras fontes).

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com outros LEDs infravermelhos, os principais diferenciadores do IR17-21C/TR8 são a sua combinação de uma pegada 0805 muito compacta com uma intensidade radiante relativamente alta (0,8 mW/sr típica) e um amplo ângulo de visão de 120 graus. Muitos LEDs IR concorrentes em pacotes semelhantes podem oferecer ângulos de visão mais estreitos ou saída mais baixa. A sua baixa tensão direta de 1,2V é também uma vantagem para circuitos operados por bateria de baixa tensão, melhorando a eficiência. A conformidade explícita com as normas Livre de Halogéneos e REACH torna-o adequado para projetos ambientalmente conscientes com restrições materiais rigorosas.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

8.1 Que valor de resistor devo usar para acionar este LED a 20mA a partir de uma fonte de 5V?

Usando a Lei de Ohm: R = (V_supply- V_F) / I_F. Com V_supply=5V, V_F=1,2V (típico), e I_F=0,020A, R = (5 - 1,2) / 0,02 = 190 Ohms. Um resistor padrão de 200 Ohm resultaria numa corrente de aproximadamente (5-1,2)/200 = 19mA, o que é aceitável. Calcule sempre usando o V_Fmáximo (1,5V) para garantir que a corrente mínima é suficiente para a sua aplicação.

8.2 Posso pulsar este LED com correntes superiores a 65mA?

O Valor Máximo Absoluto para Corrente Contínua Direta é 65mA. Pulsar com correntes de pico mais altas pode ser possível se o ciclo de trabalho for baixo o suficiente para manter a corrente média e a temperatura de junção resultante dentro de limites seguros. No entanto, a ficha técnica não fornece classificações de corrente pulsada ou curvas de derating. A operação acima dos valores máximos absolutos não é recomendada sem dados de caracterização específicos do fabricante, pois pode reduzir a fiabilidade e a vida útil.

8.3 Como é que a temperatura ambiente afeta a saída?

A intensidade radiante dos LEDs tipicamente diminui à medida que a temperatura de junção aumenta. O gráfico \"Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente\" relaciona-se indiretamente com isto, uma vez que temperaturas mais altas forçam uma redução na corrente permitida para evitar sobreaquecimento. Para uma estabilidade de saída precisa ao longo da temperatura, pode ser necessário um circuito de realimentação usando o fotodetetor emparelhado ou compensação de temperatura.

9. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um Sensor de Deteção de Papel numa Impressora

Um engenheiro precisa detetar a presença de papel na bandeja de entrada de uma pequena impressora. O espaço é extremamente limitado. Eles escolhem o IR17-21C/TR8 e um fototransístor compatível num pacote semelhante. Os componentes são colocados em lados opostos de um canal estreito por onde o papel passa. O LED é acionado a 15mA (usando um resistor adequado da fonte de alimentação lógica de 3,3V da impressora) para economizar energia enquanto fornece um sinal adequado. O amplo ângulo de visão de 120 graus do LED garante que o feixe preencha suficientemente o canal mesmo com pequenos desalinhamentos mecânicos. Quando o papel está presente, bloqueia a luz infravermelha, causando uma mudança na saída do fototransístor, que é lida por um microcontrolador. O perfil baixo do pacote 0805 permite que o sensor seja integrado no mecanismo fino. O projetista segue as diretrizes do perfil de reflow e garante que o layout do PCB inclua pastilhas de alívio térmico para soldadura.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Díodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um díodo semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada aos seus terminais (ânodo positivo em relação ao cátodo), os eletrões são injetados através da junção PN. À medida que estes eletrões se recombinam com lacunas na região ativa do material semicondutor (Arsenieto de Gálio e Alumínio - GaAlAs neste caso), a energia é libertada na forma de fotões (partículas de luz). A composição específica do material GaAlAs determina o comprimento de onda dos fotões emitidos, que está no espectro infravermelho (940nm) para este dispositivo. Este comprimento de onda é invisível ao olho humano, mas pode ser eficientemente detetado por fotodiodos e fototransístores de silício, que geram uma corrente quando atingidos por fotões de energia suficiente.

11. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

A tendência na optoeletrónica, incluindo componentes IR, continua na direção da miniaturização, maior eficiência e integração. Pacotes menores que 0805 (por exemplo, 0603, 0402) estão a tornar-se mais comuns para aplicações com restrições de espaço. Há também um impulso para aumentar a intensidade radiante e a potência de saída de pacotes menores através de melhorias no design do chip e materiais de encapsulamento. A integração é outra tendência-chave, com pares combinados emissor-detetor em pacotes únicos (acopladores óticos, sensores reflexivos) simplificando a montagem e melhorando o alinhamento. Além disso, a procura por componentes em conformidade com regulamentações ambientais rigorosas (RoHS, REACH, Livre de Halogéneos) é agora um requisito padrão em toda a indústria, impulsionando inovações na ciência dos materiais em soldas sem chumbo e compostos de encapsulamento.