Folha de Dados do Emissor e Detector IR LTE-C216-P-W - Pacote 1206 (3,2x1,6x1,1mm) - Comprimento de Onda de Pico 850nm - Tensão Direta 1,4V - Dissipação de Potência 100mW - Documento Técnico em Inglês

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente discreto emissor e detector de infravermelho (IR). Este dispositivo é projetado para aplicações que requerem transmissão e recepção confiáveis de sinais infravermelhos. Ele combina um diodo emissor de infravermelho (IRED) e um elemento sensor em um único encapsulamento compacto de montagem em superfície (SMD). A tecnologia central é baseada em materiais de Arseneto de Gálio (GaAs) e Arseneto de Gálio e Alumínio (AlGaAs), otimizados para operar em um comprimento de onda de pico de 850 nanômetros. Este comprimento de onda é comumente usado em eletrônicos de consumo e transmissão de dados devido ao seu bom equilíbrio entre desempenho e disponibilidade de componentes.

Os principais objetivos de design são fornecer uma solução com alta intensidade radiante, boas características de velocidade e um amplo ângulo de visão para facilitar o alinhamento e a captura do sinal. O componente é encapsulado em um padrão de footprint 1206, tornando-o compatível com linhas de montagem automatizadas pick-and-place e processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho. Ele é classificado como um produto em conformidade com a RoHS e Green.

1.1 Características Principais e Aplicações

O dispositivo incorpora várias características-chave que o tornam adequado para a fabricação eletrônica moderna:

• Conformidade com os padrões RoHS e Green Product.
• Embalado em fita portadora de 8mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro para montagem automatizada.
• Compatível com equipamentos de colocação automática.
• Projetado para suportar perfis padrão de soldagem por refluxo por infravermelho.
• Conforme às dimensões padrão de embalagem EIA.
• Emite em um comprimento de onda de pico (λp) de 850nm.
• Utiliza o tipo de pacote SMD (dispositivo de montagem em superfície) 1206 comum.

As aplicações típicas para este componente incluem, mas não se limitam a:

• Emissor infravermelho para unidades de controle remoto (por exemplo, para TVs, sistemas de áudio).
• Sensor infravermelho montado em PCB para detecção de proximidade, sensoriamento de objetos ou recepção de dados.
• Ligações de transmissão de dados sem fio por infravermelho para comunicação de curto alcance.
• Sistemas de alarme de segurança que utilizam feixes de infravermelho.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

Esta seção fornece uma análise objetiva e detalhada das características elétricas, ópticas e térmicas do dispositivo. Todos os parâmetros são especificados a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C, salvo indicação em contrário.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Esses valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestas condições não é garantida e deve ser evitada em projetos confiáveis.

• Dissipação de Potência (Pd): 100 mW. Esta é a potência total máxima que o encapsulamento pode dissipar na forma de calor.
• Corrente Direta de Pico (IFP): 800 mA. Esta é a corrente pulsada máxima permitida, especificada sob condições de 300 pulsos por segundo com uma largura de pulso de 10 microssegundos.
• Corrente Direta Contínua (IF): 60 mA. Esta é a corrente direta contínua máxima para operação em estado estacionário.
• Tensão Reversa (VR): 5 V. A tensão máxima que pode ser aplicada na direção reversa através do IRED.
• Faixa de Temperatura de Operação: -40°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente para a qual o dispositivo foi projetado para funcionar.
• Faixa de Temperatura de Armazenamento: -55°C a +100°C. A faixa de temperatura para armazenamento não operacional.
• Condição de Soldagem por Infravermelho: Máximo de 260°C por 10 segundos. Define o limite de temperatura de pico do processo de refusão para soldagem sem chumbo.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições normais de operação. Os projetistas devem usar os valores típicos (Typ.) ou máximos (Max.) conforme apropriado para seus cálculos de circuito.

• Intensidade Radiante (IE): 3.0 mW/sr (Typ.) com uma corrente direta (IF) de 20mA. Mede a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido ao longo do eixo.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λPeak): 850 nm (Typ.). O comprimento de onda no qual a potência de saída óptica é máxima.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ): 50 nm (Typ.). A faixa de comprimentos de onda na qual a potência emitida é pelo menos metade da potência de pico, indicando a pureza espectral.
• Tensão Direta (VF): 1.4 V (Typ.), 1.8 V (Max.) com IF=20mA. A queda de tensão através do IRED quando em condução.
• Corrente Reversa (IR): 10 μA (Máx.) a uma tensão reversa (VR) de 5V. A pequena corrente de fuga quando o dispositivo está polarizado reversamente.
• Tempo de Subida/Descida (Tr/Tf): 20 nS (Típ.). O tempo para a saída óptica subir de 10% para 90% (ou descer de 90% para 10%) do seu valor final, indicando a velocidade de comutação.
• Ângulo de Visão (2θ1/2): 100 graus (Típ.). O ângulo total no qual a intensidade radiante é metade da intensidade no eixo. Um ângulo mais amplo torna o alinhamento entre emissor e detector menos crítico.

3. Análise da Curva de Desempenho

A folha de dados fornece várias curvas características essenciais para entender o comportamento do dispositivo em condições variáveis. Esses gráficos permitem que os projetistas extrapolem o desempenho além das especificações de ponto único.

3.1 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Para este dispositivo, a curva está centrada em torno de 850nm com a meia-largura definida de 50nm. Esta informação é crítica para selecionar filtros ópticos compatíveis no lado do detector para rejeitar o ruído da luz ambiente.

3.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Esta curva ilustra a relação não linear entre a corrente através do IRED e a tensão nos seus terminais. Ela mostra a tensão típica de condução e como VF aumenta com IF. Os projetistas usam isso para calcular o valor necessário do resistor em série para limitar a corrente quando alimentado por uma fonte de tensão.

3.3 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico demonstra como a corrente direta contínua máxima permitida é reduzida conforme a temperatura ambiente aumenta. Para garantir a confiabilidade, a corrente de operação deve ser reduzida em temperaturas mais altas para manter a temperatura da junção e a dissipação de potência dentro dos limites seguros.

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra a dependência da potência óptica de saída com a temperatura. Tipicamente, a intensidade radiante diminui à medida que a temperatura de junção aumenta. Esta característica deve ser considerada em aplicações que requerem saída óptica estável em uma ampla faixa de temperatura.

3.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta

Esta é uma curva fundamental que mostra a potência óptica de saída em função da corrente de acionamento. Geralmente é linear em uma faixa significativa, mas pode saturar em correntes muito altas. Os projetistas usam isso para determinar a corrente de acionamento necessária para alcançar uma intensidade de sinal específica.

3.6 Diagrama do Padrão de Radiação

Um gráfico polar que descreve a distribuição espacial da luz emitida. O diagrama confirma o amplo ângulo de visão de 100 graus, mostrando como a intensidade diminui em ângulos fora do eixo central. Este padrão é crucial para projetar o caminho óptico e o alinhamento em um sistema.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Contorno e da Embalagem

O dispositivo utiliza um pacote SMD padrão 1206. As dimensões principais incluem um comprimento do corpo de aproximadamente 3,2 mm, uma largura de 1,6 mm e uma altura de 1,1 mm. A folha de dados fornece um desenho dimensional detalhado com tolerâncias tipicamente de ±0,1 mm. O cátodo é tipicamente indicado por uma marcação ou uma geometria de pista específica.

4.2 Layout Sugerido para as Pastilhas de Solda

É fornecido um padrão de pistas (footprint) recomendado para o projeto de PCB. Isso inclui as dimensões, espaçamento e formato das pistas para garantir uma junta de solda confiável durante o refluxo, minimizando o risco de tombamento ou ponte de solda. Seguir essas recomendações é importante para o rendimento da fabricação.

4.3 Especificações de Embalagem em Fita e Bobina

Os componentes são fornecidos em fita transportadora com relevo, enrolada em carretéis de 7 polegadas (178 mm) de diâmetro. As dimensões principais da fita incluem o passo dos compartimentos, o tamanho dos compartimentos e a largura da fita. Cada carretel contém 3000 unidades. A embalagem está em conformidade com as normas ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantindo compatibilidade com alimentadores automáticos padrão.

5. Diretrizes de Montagem, Manuseio e Aplicação

5.1 Processo de Soldagem e Reflow

O dispositivo é compatível com processos de soldagem por reflow infravermelho. É sugerido um perfil detalhado de temperatura de reflow, em conformidade com os padrões JEDEC para montagem sem chumbo. Os parâmetros principais incluem:

• Pré-aquecimento: 150-200°C por até 120 segundos no máximo.
• Temperatura de Pico: Máximo de 260°C.
• Tempo Acima do Líquidus: O componente não deve ser exposto a temperaturas superiores a 260°C por mais de 10 segundos, e o refluxo não deve ser realizado mais do que duas vezes.

Para soldagem manual com ferro, a recomendação é uma temperatura máxima da ponta de 300°C por não mais que 3 segundos por junta. Enfatiza-se que o perfil ideal depende do projeto específico da PCB, da pasta de solda e do forno, sendo necessária a caracterização do processo.

5.2 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

Os componentes são sensíveis à umidade. Em sua embalagem original selada à prova de umidade com dessecante, devem ser armazenados a ≤30°C e ≤90% de Umidade Relativa (UR) e utilizados dentro de um ano. Uma vez aberta a embalagem, o ambiente de armazenamento não deve exceder 30°C / 60% UR. Componentes removidos da embalagem original devem ser submetidos a refluxo dentro de uma semana. Para armazenamento mais longo fora da embalagem original, devem ser guardados em um recipiente selado com dessecante ou em um dessecador de nitrogênio. Componentes armazenados fora da embalagem por mais de uma semana requerem secagem (por exemplo, a 60°C por 20 horas) antes da soldagem para remover a umidade absorvida e evitar o "efeito pipoca" durante o refluxo.

5.3 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldagem, apenas solventes à base de álcool, como álcool isopropílico (IPA), devem ser utilizados. Limpadores químicos agressivos ou fortes devem ser evitados, pois podem danificar a lente de epóxi do encapsulamento.

5.4 Método de Acionamento e Projeto de Circuito

Uma observação crítica de projeto é que um LED é um dispositivo operado por corrente. Ao acionar o emissor de IR, um resistor limitador de corrente em série é obrigatório ao usar uma fonte de tensão. Este resistor define a corrente de operação (IF) para o valor desejado, calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Além disso, quando múltiplos emissores são conectados em paralelo, um resistor limitador de corrente separado deve ser usado para cada dispositivo para garantir uniformidade de intensidade, pois a tensão direta (VF) pode variar ligeiramente de unidade para unidade.

5.5 Precauções de Aplicação e Uso Pretendido

O componente destina-se a equipamentos eletrônicos de uso geral. Para aplicações que exigem confiabilidade excepcional, onde uma falha pode colocar em risco a vida ou a saúde (por exemplo, aviação, médica, sistemas de segurança de transporte), são necessárias consulta e qualificação específicas, pois estas estão além do escopo das especificações padrão de grau comercial fornecidas nesta folha de dados.

6. Comparação Técnica e Considerações de Projeto

Em comparação com IREDs ou fotodetectores discretos simples, este par emissor-detector integrado em um único encapsulamento oferece simplificação de projeto ao garantir características ópticas correspondentes e proximidade física, o que pode ser benéfico para sensoriamento reflexivo. O comprimento de onda de 850nm é menos visível ao olho humano do que 940nm, tornando-o adequado para aplicações onde um brilho vermelho fraco é aceitável ou até mesmo usado como indicador de status. O ângulo de visão de 100 graus é notavelmente amplo, reduzindo os requisitos de precisão de alinhamento em comparação com dispositivos de feixe mais estreito.

Os projetistas devem considerar cuidadosamente o equilíbrio entre corrente de acionamento, intensidade radiante e vida útil/geração de calor do dispositivo. Operar no ou próximo aos valores máximos absolutos para corrente ou temperatura acelerará o envelhecimento e reduzirá a confiabilidade de longo prazo. Recomenda-se um layout de PCB adequado para dissipação de calor, especialmente se operando em ciclos de trabalho altos ou temperaturas ambientes elevadas.

7. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este IRED diretamente a partir de um pino GPIO de um microcontrolador?
R: Não. Um pino de microcontrolador normalmente não pode fornecer 20-60mA com segurança. Você deve usar o GPIO para controlar um transistor (por exemplo, MOSFET ou BJT) que comuta a corrente mais alta de uma fonte de alimentação, com um resistor em série para definir a corrente exata.

P: Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico (λp) e comprimento de onda dominante (λd)?
A> Peak wavelength is the point of maximum spectral power. Dominant wavelength is derived from color perception on a chromaticity diagram and represents a single wavelength that matches the perceived color. For monochromatic IR devices, they are often very close.

Q: Como faço a interface com o lado do detector deste componente?
A> The datasheet primarily details the emissor characteristics. The detector (photodiode or phototransistor) will have its own set of parameters (dark current, responsivity, etc.) not fully listed here. Typically, the detector output is a small current proportional to received IR light, which is usually converted to a voltage using a transimpedance amplifier or a simple load resistor for digital threshold detection.

Q: Por que a condição de umidade no armazenamento é tão importante?
A> SMD packages can absorb moisture through the plastic molding compound. During the high heat of reflow soldering, this trapped moisture can vaporize rapidly, creating internal pressure that can crack the package or delaminate internal bonds—a failure known as "popcorning." The storage and baking guidelines prevent this.

8. Exemplo de Aplicação Prática

Caso de Projeto: Sensor Simples de Proximidade/Obstrução
Um uso comum é como sensor de interrupção de feixe. O emissor é acionado por uma corrente pulsada (por exemplo, pulsos de 20mA a 38kHz) para distinguir seu sinal do IR ambiente. O detector, colocado a uma curta distância, recebe este sinal. Quando um objeto interrompe o feixe, o sinal recebido cai. A saída do detector é enviada para um CI receptor demodulador ou para um microcontrolador com lógica de filtragem para detectar a ausência da frequência portadora, acionando uma saída. O amplo ângulo de visão simplifica o alinhamento do emissor e do detector em lados opostos do caminho monitorado.

9. Princípio Operacional

O dispositivo opera com base em princípios optoeletrônicos fundamentais. O emissor é um Diodo Emissor de Infravermelho (IRED). Quando polarizado diretamente, elétrons e lacunas se recombinam na região ativa do semicondutor (GaAs/AlGaAs), liberando energia na forma de fótons. A banda proibida do material determina a energia do fóton e, portanto, o comprimento de onda, que neste caso é de 850nm. O detector é tipicamente um fotodiodo ou fototransistor feito de silício. Quando fótons com energia suficiente (comprimentos de onda tipicamente até ~1100nm para o silício) atingem a região de depleção do detector, eles geram pares elétron-lacuna. Em um fotodiodo, isso cria uma fotocorrente quando reversamente polarizado. Em um fototransistor, a fotocorrente atua como uma corrente de base, causando o fluxo de uma corrente de coletor maior, proporcionando ganho interno.

10. Tendências Tecnológicas

No campo dos componentes infravermelhos discretos, as tendências incluem o desenvolvimento de dispositivos com maior potência de saída para alcance estendido, velocidade aprimorada para transmissão de dados mais rápida e filtragem espectral integrada ao encapsulamento do detector para obter maiores relações sinal-ruído em ambientes com forte luz ambiente. Há também um movimento em direção à miniaturização além do encapsulamento 1206 (por exemplo, 0805, 0603) para economizar espaço na placa, embora frequentemente às custas da potência óptica ou do ângulo de visão. A busca por maior confiabilidade e desempenho em aplicações automotivas e industriais continua a impulsionar o desenvolvimento de componentes com faixas de temperatura de operação mais amplas e encapsulamentos mais robustos.