Ficha Técnica de LED Emissor de Infravermelhos 940nm - Pacote EIA - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Tensão Direta 1.2V - Intensidade Radiante 0.8mW/sr - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente emissor de infravermelhos discreto. O dispositivo foi concebido para aplicações que requerem emissão de infravermelhos fiável, como em sistemas de telecomando, transmissão de dados sem fios por IR e sistemas de alarme de segurança. Pertence a uma linha de produtos que inclui vários díodos emissores de infravermelhos (IREDs) e fotodetetores. O material principal utilizado é o Arsenieto de Gálio (GaAs), otimizado para emissão num comprimento de onda de pico de 940 nanómetros. Este comprimento de onda é comummente utilizado em eletrónica de consumo, pois é invisível ao olho humano e oferece um bom desempenho com recetores baseados em silício.

O componente é fornecido num pacote EIA padrão, tornando-o compatível com processos de montagem automatizada. Apresenta uma lente plana transparente de vista superior que proporciona um ângulo de visão amplo. O produto está em conformidade com as diretivas RoHS e é classificado como um produto ecológico.

1.1 Características Principais

• Conformidade com RoHS, padrões de Produto Ecológico.
• Design de vista superior com lente plana transparente.
• Embalado em fita de 8mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro para colocação automatizada.
• Compatível com equipamento de colocação automática.
• Adequado para processos de soldadura por refluxo por infravermelhos.
• Pegada de pacote EIA padrão.
• Comprimento de onda de emissão de pico (λp) de 940nm.
• Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL): Nível 3.

1.2 Aplicações Alvo

• Uso principal como fonte emissora de infravermelhos.
• Integração em conjuntos de sensores infravermelhos montados em PCB.
• Unidades de telecomando para eletrónica de consumo (TVs, sistemas de áudio).
• Ligações de dados sem fios de curto alcance.
• Sensores de proximidade e deteção de objetos.
• Interrupções de feixe em sistemas de segurança e alarme.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva Aprofundada

As secções seguintes fornecem uma análise detalhada dos principais parâmetros de desempenho do dispositivo, conforme definido na ficha técnica. Compreender estes parâmetros é crítico para um design de circuito adequado e operação fiável.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida e deve ser evitada para um desempenho fiável a longo prazo.

• Dissipação de Potência (Pd):100 mW. Esta é a potência total máxima que o dispositivo pode dissipar como calor. Exceder este limite arrisca fuga térmica e falha.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):500 mA. Esta é a corrente máxima permitida em condições de pulso (300 pulsos por segundo, largura de pulso de 10 μs). É significativamente superior à classificação DC, permitindo pulsos de alta luminosidade em telecomandos.
• Corrente Direta Contínua (I_F):50 mA. A corrente direta contínua máxima. Para uma operação mais eficiente e fiável, é recomendada uma corrente de acionamento mais baixa (por exemplo, 20mA como utilizado nas condições de teste).
• Tensão Inversa (V_R):5 V. A tensão máxima que pode ser aplicada no sentido inverso. O dispositivo não foi concebido para operação inversa, e exceder este valor pode causar rutura.
• Temperatura de Operação & Armazenamento:-40°C a +85°C e -55°C a +100°C, respetivamente. Estas faixas definem as condições ambientais para operação e não operação.
• Condição de Soldadura por Infravermelhos:Suporta 260°C durante um máximo de 10 segundos. Isto é crítico para definir o perfil de soldadura por refluxo.

2.2 Características Elétricas & Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Eles definem o comportamento do dispositivo em condições normais de operação.

• Intensidade Radiante (I_E):0.8 mW/sr (Típico) a I_F= 20mA. Isto mede a potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido. O mínimo é 0.42 mW/sr, e a tolerância de teste é ±15%. Este parâmetro impacta diretamente o alcance efetivo do sistema IR.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_Peak):940 nm (Típico). Este é o comprimento de onda no qual a potência ótica emitida é máxima. Deve ser correspondido com a sensibilidade de pico do fotodíodo ou fototransístor recetor.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm (Típico). Isto indica a largura de banda espectral onde a intensidade de emissão é pelo menos metade do valor de pico. Uma largura de banda mais estreita pode ser benéfica para filtrar o ruído da luz ambiente.
• Tensão Direta (V_F):1.2 V (Típico), 1.6 V (Máx.) a I_F= 20mA. Esta é a queda de tensão através do díodo quando está a conduzir. É essencial para calcular o valor da resistência em série: R_series= (V_supply- V_F) / I_F.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Máx.) a V_R= 5V. Esta é a pequena corrente de fuga quando o díodo está polarizado inversamente.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):150° (Típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor no eixo. Um ângulo amplo como este é útil para aplicações que requerem cobertura ampla em vez de um feixe focalizado.

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que ilustram como os parâmetros-chave variam com as condições de operação. Estas são inestimáveis para a otimização do design.

3.1 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral (Fig. 1) mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma o pico em 940nm e a largura a meia altura de aproximadamente 50nm, fornecendo uma representação visual da pureza espectral da luz emitida.

3.2 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente & Tensão Direta

A Figura 2 mostra como a corrente direta máxima permitida é reduzida à medida que a temperatura ambiente aumenta. Isto é crucial para a gestão térmica. A Figura 3 é a curva I-V (Corrente-Tensão) padrão, mostrando a relação exponencial entre a corrente direta e a tensão. A curva ajuda a compreender a resistência dinâmica do díodo.

3.3 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura & Corrente

A Figura 4 ilustra como a potência de saída ótica diminui com o aumento da temperatura ambiente. A Figura 5 mostra como a potência de saída aumenta com a corrente direta, mas não linearmente. Destaca o ponto de retornos decrescentes e a potencial queda de eficiência a correntes muito elevadas.

3.4 Padrão de Radiação

O diagrama de radiação polar (Fig. 6) representa graficamente o ângulo de visão. O padrão quase circular com valores de intensidade marcados em diferentes ângulos confirma o padrão de emissão muito amplo, semelhante a Lambert, característico de um pacote com lente plana.

4. Informação Mecânica & de Embalagem

4.1 Dimensões de Contorno

A ficha técnica inclui um desenho mecânico detalhado do componente. As dimensões-chave incluem o tamanho do corpo, o espaçamento dos terminais e a altura total. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0.1mm, salvo indicação em contrário. O pacote está em conformidade com uma pegada EIA padrão, garantindo compatibilidade com layouts de PCB comuns e máquinas pick-and-place.

4.2 Dimensões Sugeridas para as Pastilhas de Soldadura

É fornecido um padrão de land (pegada) recomendado para o design de PCB. Respeitar estas dimensões garante a formação adequada da junta de soldadura durante o refluxo. A recomendação inclui o uso de uma estêncil metálica para aplicação da pasta de soldar com uma espessura de 0.1mm (4 mils) ou 0.12mm (5 mils).

4.3 Identificação da Polaridade

O cátodo é tipicamente indicado por um lado plano, um entalhe ou um terminal mais curto no corpo do componente e no desenho de contorno. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem para evitar danos no dispositivo.

4.4 Dimensões da Embalagem em Fita e Bobina

O componente é fornecido em fita transportadora relevada em bobinas de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. A ficha técnica fornece dimensões detalhadas dos compartimentos da fita, da fita de cobertura e do cubo da bobina. As quantidades padrão por bobina são de 5000 peças. A embalagem está em conformidade com as especificações ANSI/EIA-481-1-A-1994.

5. Diretrizes de Soldadura & Montagem

5.1 Parâmetros de Soldadura por Refluxo

O dispositivo é compatível com processos de soldadura por refluxo por infravermelhos (IR). É fornecido um perfil sugerido para solda sem chumbo (Pb-free), com os seguintes parâmetros-chave:

• Pré-aquecimento:150–200°C.
• Tempo de Pré-aquecimento:Máximo 120 segundos.
• Temperatura de Pico:Máximo 260°C.
• Tempo Acima do Líquidus:Máximo 10 segundos (recomendado máximo dois ciclos de refluxo).

O perfil é baseado em padrões JEDEC. É enfatizado que o perfil ótimo depende do design específico da placa, componentes, pasta de soldar e forno, pelo que é necessária caracterização.

5.2 Soldadura Manual

Se for necessária soldadura manual, use um ferro de soldar com temperatura não superior a 300°C e limite o tempo de contacto a um máximo de 3 segundos por terminal.

5.3 Condições de Armazenamento

Devido à sua classificação de Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL) 3:

• Saco Selado:Armazenar a ≤30°C e ≤90% HR. Utilizar dentro de um ano a partir da data de selagem do saco.
• Após Abertura do Saco:Armazenar a ≤30°C e ≤60% HR. É recomendado completar o refluxo por IR dentro de uma semana (168 horas).
• Armazenamento Prolongado (Aberto):Armazenar num recipiente selado com dessecante ou num dessecador de azoto.
• Secagem (Baking):Se exposto por mais de uma semana, secar a aproximadamente 60°C durante pelo menos 20 horas antes da soldadura para remover a humidade absorvida e prevenir o \"efeito pipoca\" durante o refluxo.

5.4 Limpeza

Se for necessária limpeza pós-soldadura, use solventes à base de álcool, como álcool isopropílico. Evite produtos de limpeza químicos agressivos ou desconhecidos que possam danificar a lente de epóxi ou o pacote.

6. Sugestões de Aplicação & Considerações de Design

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O circuito mais comum é uma simples ligação em série: uma fonte de tensão (V_CC), uma resistência limitadora de corrente (R_S), e o IRED. R_S= (V_CC- V_F) / I_F. Para operação em pulso (por exemplo, telecomando), um transístor (BJT ou MOSFET) é tipicamente usado para ligar e desligar o IRED na frequência e ciclo de trabalho desejados. A corrente de pico não deve exceder o I_FP rating.

6.2 Considerações de Design Ótico

• Alcance vs. Corrente:O alcance efetivo é proporcional à raiz quadrada da intensidade radiante. Duplicar a corrente de acionamento não duplica o alcance.
• Seleção da Lente:A lente plana integrada proporciona uma cobertura ampla. Para alcances maiores ou feixes focados, pode ser adicionada uma lente plástica externa para colimar a luz.
• Correspondência do Recetor:Emparelhe sempre o emissor de 940nm com um fotodetetor (fotodíodo, fototransístor ou IC) cuja sensibilidade de pico também esteja na região dos 940nm. Muitos detetores de silício têm boa sensibilidade em torno de 850-950nm.
• Rejeição de Luz Ambiente:Em ambientes com forte IR ambiente (luz solar, lâmpadas incandescentes), use um sinal modulado e um recetor com um demodulador correspondente. Um filtro ótico no recetor que bloqueie a luz visível e passe 940nm pode melhorar significativamente a relação sinal-ruído.

6.3 Gestão Térmica

Embora o dispositivo possa suportar 100mW, operar com menor dissipação de potência aumenta a fiabilidade e longevidade. Garanta uma área de cobre adequada no PCB em torno das pastilhas para atuar como dissipador de calor, especialmente se estiver a acionar perto da corrente DC máxima. A curva de redução de potência (Fig. 2) deve ser consultada para ambientes de alta temperatura.

7. Comparação & Diferenciação Técnica

Este IRED de GaAs de 940nm oferece um conjunto equilibrado de características para aplicações de infravermelhos de uso geral. Os principais diferenciadores implícitos nas suas especificações incluem:

• Comprimento de Onda:940nm é preferido em relação a 850nm em muitas aplicações de consumo porque é menos visível como um brilho vermelho fraco, proporcionando uma operação mais discreta.
• Ângulo de Visão Amplo:O ângulo de 150° é excecionalmente amplo, adequado para aplicações onde o alinhamento não é crítico ou é necessária cobertura de área ampla (por exemplo, sensores de ocupação).
• Pacote Padrão:O pacote EIA garante fácil fornecimento, compatibilidade e substituição dentro da indústria.
• Robustez:As especificações para corrente de pulso (500mA) e soldadura por refluxo (260°C) indicam um componente concebido para fabricação de alto volume e fiável.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

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

Usando o V_Ftípico de 1.2V: R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190 Ohms. Uma resistência padrão de 180 ou 200 Ohm seria adequada. Use sempre o V_Fmáximo (1.6V) para um design conservador para garantir que a corrente não excede o alvo: R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 Ohms.

8.2 Posso usar isto para um telecomando de longo alcance?

A sua intensidade radiante de 0.8 mW/sr é adequada para telecomandos típicos de interior a distâncias de 5-10 metros. Para alcances maiores, seria necessário aumentar a corrente de acionamento (dentro das especificações de pulso), usar uma lente de focagem ou selecionar um IRED com uma especificação de intensidade radiante mais elevada.

8.3 A ficha técnica diz \"A condição de tensão inversa é aplicada apenas para teste IR. O dispositivo não foi concebido para operação inversa.\" O que significa isto?

Isto significa que a especificação de tensão inversa de 5V é um parâmetro de teste para verificar a corrente de fuga durante a fabricação. Não é uma especificação operacional. No seu circuito, deve garantir que o IRED nunca é sujeito a uma polarização inversa durante a operação normal, pois mesmo uma pequena tensão inversa poderia danificá-lo se não for limitada em corrente. Inclua sempre proteção, como garantir que está corretamente orientado ou adicionar um díodo em paralelo se a topologia do circuito puder causar tensão inversa.

8.4 Quão crítico é o tempo de vida útil de uma semana após abrir o saco de barreira à humidade?

Para componentes MSL 3, é muito importante. Exceder o tempo de vida útil sem armazenamento adequado ou secagem arrisca a entrada de humidade no pacote de plástico. Durante o processo de soldadura por refluxo a alta temperatura, esta humidade pode vaporizar-se rapidamente, causando delaminação interna, fissuras ou \"efeito pipoca,\" o que leva a falhas imediatas ou latentes. Cumpra estritamente as diretrizes de armazenamento e secagem.

9. Princípios de Operação

Um Díodo Emissor de Infravermelhos (IRED) opera com o mesmo princípio de um LED de luz visível padrão, mas usa materiais semicondutores (como GaAs) com um bandgap correspondente às energias dos fotões infravermelhos. Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa do semicondutor, libertando energia na forma de fotões. Para o GaAs, esta energia do fotão corresponde a um comprimento de onda em torno de 940nm. A lente de epóxi transparente é transparente tanto à luz visível como à infravermelha, permitindo que a radiação IR passe enquanto também fornece proteção mecânica e ambiental para o chip semicondutor.

10. Tendências da Indústria

O mercado para componentes de infravermelhos discretos mantém-se estável, impulsionado por aplicações estabelecidas como telecomandos e usos em evolução em sensores IoT, reconhecimento de gestos e visão por computador. As tendências incluem a integração de emissores e detetores em pacotes mais pequenos e robustos, o desenvolvimento de IREDs de maior velocidade para comunicação de dados (sucessores do IrDA) e uma ênfase crescente na eficiência energética e fiabilidade para dispositivos alimentados por bateria. A mudança para materiais sem chumbo (Pb-free) e sem halogéneos em conformidade com as regulamentações ambientais globais é também um requisito padrão, que este componente cumpre.