LED Infravermelho SMD 0603 - 1.6x0.8x0.8mm - Comprimento de Onda de Pico 870nm - 65mA - 110mW - Ficha Técnica

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um diodo emissor de luz infravermelha (IR) de alto desempenho e miniatura para montagem em superfície. O dispositivo é encapsulado em um pacote compacto 0603, tornando-o adequado para aplicações com restrições de espaço que exigem emissão infravermelha confiável. Sua função principal é emitir luz no espectro do infravermelho próximo, com um comprimento de onda de pico típico de 870 nanômetros (nm), que é otimamente compatível com a sensibilidade espectral de fotodiodos e fototransistores de silício. O material principal é AlGaAs (Arseneto de Gálio e Alumínio), conhecido por sua geração eficiente de luz infravermelha.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O dispositivo oferece várias vantagens-chave para o projeto eletrônico moderno. Seu pacote SMD miniatura de dupla extremidade permite montagem em PCB de alta densidade e é compatível com processos automatizados de montagem pick-and-place. Foi projetado para ser compatível com soldagem por refluxo infravermelho e de fase vapor, facilitando os fluxos de trabalho de fabricação modernos. O produto está em conformidade com os principais padrões ambientais e de segurança, incluindo RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas), regulamentos REACH da UE e é livre de halogênios (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Esta combinação de tamanho pequeno, desempenho e conformidade o torna ideal para eletrônicos de consumo, sensores industriais e dispositivos de comunicação.

Aplicações Principais Incluem:

• Sensores de proximidade e presença infravermelhos montados em PCB.
• Unidades de controle remoto infravermelho onde é necessária maior intensidade radiante.
• Leitores de código de barras e codificadores ópticos.
• Vários sistemas de transmissão de dados e sensoriamento baseados em infravermelho.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Uma compreensão completa dos parâmetros elétricos e ópticos é crucial para um projeto de circuito confiável e para garantir que o LED opere dentro de sua área de operação segura (SOA).

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Eles não se destinam à operação normal.

• Corrente Direta Contínua (I_F):65 mA. Exceder esta corrente, mesmo momentaneamente, pode causar falha catastrófica devido ao superaquecimento da junção semicondutora.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. O LED tem uma baixa tensão de ruptura reversa. Os projetos de circuito devem garantir que o LED não seja submetido a uma polarização reversa que exceda este valor, muitas vezes exigindo proteção em ambientes de sinal CA ou bidirecionais.
• Dissipação de Potência (P_c):110 mW a 25°C. Esta é a potência máxima que o pacote pode dissipar como calor. A potência real permitida diminui à medida que a temperatura ambiente (T_a) aumenta. A derating é necessária para aplicações em alta temperatura.
• Faixas de Temperatura:Operação: -25°C a +85°C; Armazenamento: -40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C por no máximo 5 segundos. Isto define as restrições do perfil de soldagem por refluxo.

2.2 Características Eletro-Ópticas (T_a=25°C)

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste especificadas. Os projetistas devem usar os valores típicos ou máximos/mínimos conforme apropriado para suas margens de projeto.

• Intensidade Radiante (I_E):1,3 mW/sr (típico) em I_F=20mA. A intensidade radiante mede a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano). É um parâmetro-chave para determinar a força do sinal em um receptor. O valor mínimo especificado é 1,0 mW/sr.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):870 nm (típico), com uma faixa de 860 nm a 900 nm. Este é o comprimento de onda no qual o espectro de emissão é mais forte. A compatibilidade deste com a sensibilidade de pico do receptor (por exemplo, um fotodetector de silício em ~850-950nm) maximiza a eficiência do sistema.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Esta é a largura total à meia altura (FWHM) do espectro de emissão, indicando a faixa de comprimentos de onda emitidos.
• Tensão Direta (V_F):1,35 V (típico) em I_F=20mA, variando de 1,20 V a 1,70 V. Este parâmetro é essencial para calcular o valor do resistor limitador de corrente: R = (V_fonte- V_F) / I_F. A variação deve ser considerada em projetos robustos.
• Corrente Reversa (I_R):10 µA (máximo) em V_R=5V.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):140 graus. Este é o ângulo total onde a intensidade radiante cai para metade do seu valor de pico (no eixo). Um ângulo de visão amplo é benéfico para aplicações que exigem cobertura ampla, como sensores de proximidade.

3. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas características fornecidas oferecem insights valiosos sobre o comportamento do dispositivo sob condições variadas, o que é crítico para o projeto de aplicações no mundo real.

3.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Esta curva ilustra a relação entre a corrente direta contínua máxima permitida e a temperatura ambiente. Ela demonstra a derating necessária da corrente direta à medida que a temperatura aumenta para permanecer dentro do limite de dissipação de potência. Em temperaturas próximas à temperatura máxima de operação (+85°C), a corrente contínua permitida é significativamente menor do que a classificação máxima absoluta de 65mA a 25°C.

3.2 Distribuição Espectral

O gráfico de distribuição espectral mostra a potência radiante relativa de saída em função do comprimento de onda. Ele confirma o comprimento de onda de pico (λ_p) de 870nm e a largura de banda espectral típica (Δλ) de aproximadamente 45nm. A forma desta curva é importante para filtragem e para garantir a compatibilidade com a resposta espectral do receptor.

3.3 Comprimento de Onda de Emissão de Pico vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra que o comprimento de onda de pico tem um coeficiente de temperatura positivo, o que significa que aumenta ligeiramente com o aumento da temperatura da junção. Este deslocamento (tipicamente cerca de 0,1-0,3 nm/°C para dispositivos AlGaAs) é importante para aplicações de sensoriamento de precisão onde a estabilidade do comprimento de onda é crítica.

3.4 Tensão Direta vs. Temperatura Ambiente

A tensão direta (V_F) tem um coeficiente de temperatura negativo; ela diminui à medida que a temperatura aumenta. Esta característica deve ser considerada em circuitos de acionamento de corrente constante, pois um V_Fmais baixo em alta temperatura pode afetar ligeiramente o cálculo da dissipação de potência se for usado um simples resistor em série.

3.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar define visualmente o ângulo de visão (140° nos pontos de meia intensidade). O padrão de radiação é tipicamente Lambertiano ou quase Lambertiano para este estilo de pacote, o que é útil para modelar a irradiância em uma superfície alvo em vários ângulos e distâncias.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Pacote (0603)

O dispositivo está em conformidade com a pegada padrão 0603 (métrica 1608): aproximadamente 1,6mm de comprimento, 0,8mm de largura e 0,8mm de altura. Desenhos dimensionais detalhados especificam o layout dos terminais, o contorno do componente e as posições dos terminais com uma tolerância padrão de ±0,1mm, salvo indicação em contrário. O projeto correto do padrão de solda é essencial para soldagem confiável e estabilidade mecânica.

4.2 Identificação da Polaridade

A ficha técnica inclui um diagrama indicando os terminais do ânodo e do cátodo. A polaridade correta é obrigatória para a operação do dispositivo. Normalmente, o cátodo pode ser marcado por um entalhe, um indicador verde ou um formato específico do terminal na fita e na embalagem da bobina.

4.3 Especificações da Fita e da Bobina

O produto é fornecido em fita transportadora embutida de 8mm de largura em bobinas de 7 polegadas de diâmetro. As dimensões da fita transportadora são especificadas para garantir compatibilidade com equipamentos padrão de montagem SMD. Cada bobina contém 4000 peças.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseio adequado é fundamental para manter a confiabilidade e o desempenho do dispositivo.

5.1 Sensibilidade à Umidade e Armazenamento

O dispositivo é sensível à umidade (MSL). As precauções incluem:

• Não abra a bolsa de barreira à prova de umidade até o momento de uso.
• Armazene as bolsas fechadas a ≤30°C e ≤90% de UR.
• Use dentro de um ano a partir do envio.
• Após a abertura, armazene a ≤30°C e ≤60% de UR.
• Use dentro de 168 horas (7 dias) após abrir a bolsa.
• Se o tempo de armazenamento for excedido ou o dessecante indicar entrada de umidade, faça a secagem a 60 ±5°C por no mínimo 24 horas antes do uso.

5.2 Perfil de Soldagem por Refluxo

É recomendado um perfil de soldagem por refluxo sem chumbo. Os parâmetros-chave incluem uma temperatura de pico de 260°C, com o tempo acima de 240°C não excedendo o limite recomendado (implícito pelo máximo de 5 segundos a 260°C). A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes para evitar estresse térmico excessivo no pacote de epóxi e nas ligações dos fios.

5.3 Soldagem Manual e Retrabalho

Se a soldagem manual for necessária, use um ferro de soldar com temperatura da ponta abaixo de 350°C e aplique calor em cada terminal por não mais de 3 segundos. Use um ferro de baixa potência (≤25W). Permita um intervalo de resfriamento de mais de 2 segundos entre a soldagem de cada terminal. Para retrabalho, recomenda-se um ferro de soldar de cabeça dupla para aquecer simultaneamente ambos os terminais e evitar estresse mecânico. A viabilidade e o impacto do retrabalho nas características do dispositivo devem ser verificados antecipadamente.

6. Considerações de Projeto para Aplicação

6.1 Limitação de Corrente é Obrigatória

Um LED é um dispositivo acionado por corrente.Um resistor limitador de corrente em série é absolutamente necessário.A tensão direta (V_F) tem uma faixa estreita, e um pequeno aumento na tensão aplicada além de V_Fcausa um grande aumento, potencialmente destrutivo, na corrente direta (I_F). O valor do resistor é calculado com base na tensão da fonte (V_fonte), na corrente direta desejada (I_F) e na tensão direta (V_F), usando o pior caso de V_F(mínimo) para garantir que a corrente não exceda o máximo de projeto.

6.2 Gerenciamento Térmico

Embora o pacote seja pequeno, a dissipação de potência (até 110mW) gera calor. Para operação contínua em correntes altas ou em temperaturas ambientes elevadas, considere a resistência térmica da PCB. Fornecer área de cobre adequada (terminais de alívio térmico) ao redor dos terminais de solda ajuda a dissipar o calor e manter uma temperatura de junção mais baixa, o que melhora a confiabilidade a longo prazo e evita a degradação da saída luminosa.

6.3 Projeto Óptico

O ângulo de visão de 140 graus fornece emissão ampla. Para aplicações que exigem um feixe mais focado, lentes externas ou refletores podem ser usados. Por outro lado, para cobertura de área muito ampla, o ângulo nativo pode ser suficiente. A lente transparente é adequada para aplicações onde o ponto de emissão exato não é crítico; se uma cor específica ou difusão for necessária para alinhamento de montagem, isso deve ser considerado, pois a lente não a fornece.

6.4 Proteção do Circuito

Em ambientes onde transientes de tensão reversa são possíveis (por exemplo, cargas indutivas, hot-plugging), considere adicionar um diodo de proteção em paralelo com o LED (cátodo para ânodo) para limitar qualquer tensão reversa abaixo da classificação máxima de 5V.

7. Comparação e Orientação de Seleção

Este dispositivo faz parte de uma família de LEDs IR. O critério de seleção principal do guia fornecido é o material do chip (AlGaAs) e a cor da lente (Transparente). Ao selecionar um LED IR, os engenheiros devem comparar os parâmetros-chave:

• Comprimento de Onda (λ_p):Compatibilidade com a sensibilidade de pico do receptor (fotodiodo, fototransistor ou CI). 870nm é um padrão comum.
• Intensidade Radiante (I_E):Maior intensidade fornece um sinal mais forte, permitindo alcance mais longo ou corrente de acionamento mais baixa.
• Ângulo de Visão:Um ângulo estreito fornece alcance mais longo e luz mais focada; um ângulo amplo fornece cobertura mais ampla.
• Tamanho do Pacote:O pacote 0603 oferece uma pegada muito pequena para projetos miniaturizados.
• Tensão Direta:Um V_Fmais baixo pode ser vantajoso em circuitos operados por bateria de baixa tensão.

O principal diferencial desta peça específica é sua combinação de uma pegada padrão 0603 com uma intensidade radiante relativamente alta e um ângulo de visão amplo, adequada para sensoriamento e comunicação IR de propósito geral.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

8.1 Qual é a finalidade do comprimento de onda de 870nm?

870nm está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano. É detectado com eficiência por fotodetectores de silício comuns e de baixo custo, que têm sensibilidade de pico em torno de 800-950nm. Isso o torna ideal para aplicações de sensoriamento, controle remoto e isolamento óptico.

8.2 Posso acionar este LED diretamente de um pino de microcontrolador de 3.3V ou 5V?

No.Você deve usar um resistor limitador de corrente. Por exemplo, para acionar em I_F=20mA a partir de uma fonte de 3.3V, assumindo um V_Ftípico de 1,35V: R = (3,3V - 1,35V) / 0,020A = 97,5Ω. Use um resistor padrão de 100Ω. Sempre verifique se a corrente não excede o máximo sob o pior caso de V_F conditions.

8.3 Como a temperatura afeta o desempenho?

À medida que a temperatura aumenta: A saída radiante normalmente diminui, a tensão direta diminui e o comprimento de onda de pico aumenta ligeiramente. Para operação estável, projete o circuito de acionamento que leve em conta essas variações, especialmente se operar em toda a faixa de -25°C a +85°C.

8.4 É necessário um dissipador de calor?

Para operação contínua na corrente máxima absoluta (65mA) à temperatura ambiente, a dissipação de potência é P = V_F* I_F≈ 1,35V * 0,065A ≈ 88mW, que está abaixo da classificação de 110mW. No entanto, em altas temperaturas ambientes, a derating é necessária. Um bom projeto térmico da PCB (terminais de cobre) geralmente é suficiente; um dissipador de calor separado não é típico para pacotes 0603.

9. Exemplo Prático de Aplicação: Sensor de Proximidade IR Simples

Um caso de uso comum é um sensor de objeto reflexivo. O LED IR é colocado adjacente a um fototransistor. Um microcontrolador pulsa o LED (por exemplo, a 20mA). A luz reflete em um objeto próximo e é detectada pelo fototransistor, cuja saída é lida pelo microcontrolador. Etapas do projeto:

1. Acionamento do LED:Use um pino GPIO e um transistor NPN (ou um MOSFET) com um resistor em série para pulsar o LED na corrente desejada. O pulsamento permite corrente instantânea mais alta (para sinal mais forte) mantendo a potência média baixa.
2. Circuito Receptor:O fototransistor é conectado em uma configuração de emissor comum com um resistor de pull-up para criar uma saída de tensão. O valor do resistor do coletor determina a sensibilidade e a velocidade de resposta.
3. Considerações Ópticas:Uma pequena barreira entre o LED e o fototransistor na PCB ajuda a reduzir o crosstalk direto. O amplo ângulo de visão de 140° do LED ajuda a iluminar uma área ampla na frente do sensor.
4. Processamento de Sinal:O microcontrolador pode usar detecção síncrona (lendo apenas o receptor durante o pulso do LED) para rejeitar interferência de luz ambiente.

10. Princípio de Funcionamento e Tendências Tecnológicas

10.1 Princípio Básico de Funcionamento

Um LED infravermelho é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando polarizado diretamente, os elétrons da região n se recombinam com as lacunas da região p na região ativa (feita de AlGaAs). Este processo de recombinação libera energia na forma de fótons (luz). A energia específica da banda proibida do material AlGaAs determina o comprimento de onda dos fótons emitidos, que neste caso está na faixa de infravermelho de 870nm. O pacote de epóxi transparente encapsula o chip, fornece proteção mecânica e atua como uma lente moldando o padrão de emissão.

10.2 Tendências da Indústria

A tendência em LEDs infravermelhos SMD continua em direção a maior eficiência (mais saída radiante por unidade de entrada elétrica), tamanhos de pacote menores para maior flexibilidade de projeto e maior integração. Isso inclui dispositivos com drivers embutidos, saída modulada para melhor imunidade a ruídos e pacotes multi-chip combinando diferentes comprimentos de onda ou combinando um emissor e um detector em um único pacote. Há também um forte foco em melhorar o desempenho e a confiabilidade em alta temperatura para aplicações automotivas e industriais. O dispositivo descrito aqui representa uma solução madura, confiável e amplamente adotada dentro deste cenário em evolução.