Folha de Dados Técnicos do LED Infravermelho IR19-315C/TR8 SMD 0603 - Dimensões 1.6x0.8x0.6mm - Comprimento de Onda 940nm - Potência 130mW

1. Visão Geral do Produto

O IR19-315C/TR8 é um diodo emissor de luz infravermelha (LED) miniatura de montagem em superfície, encapsulado no padrão 0603. Este dispositivo foi projetado para emitir luz com um pico de comprimento de onda de 940 nanômetros (nm), o que é otimamente compatível com a sensibilidade espectral de fotodiodos e fototransistores de silício. Sua função principal é servir como uma fonte eficiente de infravermelho em diversos sistemas de sensoriamento e comunicação.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este componente oferece várias vantagens-chave para o projeto eletrônico moderno. Sua pequena pegada SMD permite layouts de PCB de alta densidade, essenciais para eletrônicos de consumo compactos e dispositivos IoT. O dispositivo é construído com material de chip AlGaAs (Arseneto de Gálio e Alumínio), que proporciona desempenho confiável para emissão infravermelha. É encapsulado em uma lente de epóxi "water-clear", garantindo absorção mínima da luz IR emitida. O produto é totalmente compatível com RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas), regulamentos REACH da UE e é fabricado sem halogênios, atendendo a rigorosos padrões ambientais e de segurança. As principais aplicações-alvo incluem unidades de controle remoto infravermelho que requerem saída consistente, sensores de proximidade ou detecção de objetos montados em PCB, leitores de código de barras e vários outros sistemas baseados em infravermelho.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Uma compreensão completa dos limites e características operacionais do dispositivo é crucial para um projeto de circuito confiável e para garantir o desempenho a longo prazo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais danos permanentes ao dispositivo podem ocorrer. A operação sob ou nestes limites não é garantida.

• Corrente Direta Contínua (I_F): 65 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada continuamente ao LED.
• Tensão Reversa (V_R): 5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Temperatura de Operação (T_opr): -25°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente para operação normal.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg): -40°C a +100°C. A faixa de temperatura para armazenamento não operacional.
• Dissipação de Potência (P_d): 130 mW a 25°C ou menos em ar livre. A potência máxima que o encapsulamento pode dissipar como calor.
• Temperatura de Soldagem (T_sol): 260°C por uma duração não superior a 5 segundos, aplicável para processos de refluxo.

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

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições operacionais típicas. Todos os valores são especificados a uma temperatura ambiente de 25°C.

• Intensidade Radiante (I_e): Esta é a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido, medida em miliwatts por esterradiano (mW/sr). Com uma corrente direta (I_F) de 20 mA, o valor típico é 0,6 mW/sr. Em operação pulsada (I_F=100mA, largura de pulso ≤100μs, ciclo de trabalho ≤1%), a intensidade radiante pode chegar a até 4,0 mW/sr.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p): 940 nm. Este é o comprimento de onda no qual a potência de saída óptica é máxima.
• Largura de Banda Espectral (Δλ): Aproximadamente 45 nm. Isso indica a faixa de comprimentos de onda emitidos, tipicamente medida na metade da intensidade máxima (Largura a Meia Altura - FWHM).
• Tensão Direta (V_F): A queda de tensão no LED quando a corrente flui. Em I_F=20mA, o V_Ftípico é 1,2V, com um máximo de 1,5V. Isso aumenta para 1,4V (típico) e 1,8V (máx.) em I_F=100mA em condições pulsadas.
• Corrente Reversa (I_R): Máximo de 10 μA quando uma tensão reversa de 5V é aplicada.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): 140 graus. Este é o ângulo total onde a intensidade radiante cai para metade do seu valor a 0 graus (no eixo). Um ângulo de visão amplo é benéfico para aplicações que requerem cobertura de área ampla.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

O IR19-315C/TR8 utiliza um sistema de classificação (binning) para categorizar os dispositivos com base em sua intensidade radiante de saída. Isso permite que os projetistas selecionem componentes que atendam a requisitos específicos de brilho para sua aplicação.

3.1 Classificação por Intensidade Radiante

Os dispositivos são classificados em categorias (E, F, G) de acordo com sua intensidade radiante medida na condição de teste de I_F= 20 mA.

• Categoria E: A intensidade radiante varia de um mínimo de 0,2 mW/sr a um máximo de 1,0 mW/sr.
• Categoria F: A intensidade radiante varia de um mínimo de 0,5 mW/sr a um máximo de 1,5 mW/sr.
• Categoria G: A intensidade radiante varia de um mínimo de 1,0 mW/sr a um máximo de 2,5 mW/sr.

Esta classificação garante consistência dentro de um lote de produção e permite um desempenho óptico previsível no produto final.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece várias curvas características que ilustram o comportamento do dispositivo sob condições variadas. Estas são essenciais para projetos avançados e para entender efeitos não lineares.

4.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra a redução (derating) da corrente direta máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. A capacidade de dissipação de potência do LED diminui com o aumento da temperatura para evitar superaquecimento. Os projetistas devem consultar este gráfico ao operar o dispositivo em ambientes de temperatura elevada para garantir que a corrente de acionamento não exceda a área de operação segura.

4.2 Distribuição Espectral

O gráfico de distribuição espectral ilustra a potência óptica relativa em diferentes comprimentos de onda. Ele confirma o pico em 940nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 45nm. Isso é crítico para garantir a compatibilidade com a resposta espectral do sensor receptor.

4.3 Comprimento de Onda de Pico vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico descreve como o comprimento de onda de pico (λ_p) se desloca com mudanças na temperatura da junção. Tipicamente, o comprimento de onda aumenta ligeiramente com a temperatura (um coeficiente positivo). Este deslocamento deve ser considerado em aplicações de sensoriamento de precisão onde o filtro ou a sensibilidade do receptor é sintonizada de forma estreita.

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

A curva I-V é fundamental para o projeto de circuitos. Ela mostra a relação exponencial entre corrente e tensão. A tensão de "joelho" está em torno de 1,2V. Esta curva é usada para calcular o valor necessário do resistor em série para limitar a corrente ao nível desejado quando acionado por uma fonte de tensão, conforme enfatizado nas precauções.

4.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar representa visualmente o ângulo de visão. Ele mostra como a intensidade diminui à medida que o ângulo de observação se afasta do eixo central (0°), caindo para 50% em ±70° (daí o ângulo de visão total de 140°). Esta informação é vital para projetar o caminho óptico e o alinhamento em um sistema.

5. Informações Mecânicas e do Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo está em conformidade com a pegada padrão do encapsulamento SMD 0603 (1608 métrico). As dimensões-chave incluem um comprimento do corpo de 1,6 mm, uma largura de 0,8 mm e uma altura de 0,6 mm. O padrão de solda (layout recomendado das pastilhas da PCB) e as dimensões dos terminais são fornecidos para garantir soldagem adequada e estabilidade mecânica. Todas as tolerâncias dimensionais são tipicamente ±0,1 mm, salvo indicação em contrário.

5.2 Identificação da Polaridade

O cátodo é tipicamente marcado no corpo do dispositivo. O diagrama da folha de dados indica o lado do cátodo, que deve ser orientado corretamente na PCB de acordo com a pegada recomendada. Polaridade incorreta impedirá que o dispositivo emita luz e aplicará polarização reversa.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseio e a soldagem adequados são críticos para manter a confiabilidade e o desempenho do dispositivo.

6.1 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

Os LEDs são embalados em um saco à prova de umidade com dessecante. As precauções-chave incluem:

• Não abra o saco até estar pronto para uso.
• Armazene os sacos fechados 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 e use dentro de 168 horas (7 dias).
• Se o tempo de armazenamento for excedido ou o dessecante indicar umidade, é necessário um tratamento de secagem (baking) a 60 ±5°C por no mínimo 24 horas antes da soldagem.

6.2 Perfil de Soldagem por Refluxo

O dispositivo é compatível com processos de refluxo por infravermelho e fase de vapor. Um perfil de temperatura de soldagem sem chumbo é recomendado, com uma temperatura de pico de 260°C por não mais que 5 segundos. A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes. Deve-se evitar estresse no corpo do LED durante o aquecimento e empenamento da PCB após a soldagem.

6.3 Soldagem Manual e Retrabalho

Se a soldagem manual for necessária, use um ferro de soldar com temperatura da ponta abaixo de 350°C, aplique calor em cada terminal por não mais que 3 segundos e use um ferro com potência nominal de 25W ou menos. Permita um intervalo de resfriamento de pelo menos 2 segundos entre os terminais. O retrabalho é desencorajado, mas se for inevitável, deve-se usar um ferro de soldar de duas pontas para aquecer ambos os terminais simultaneamente e evitar estresse mecânico nas juntas de solda. O efeito do retrabalho nas características do dispositivo deve ser verificado antecipadamente.

7. Embalagem e Informações de Pedido

7.1 Especificações da Fita e da Bobina

Os componentes são fornecidos em fita transportadora embutida de 8mm de largura enrolada em uma bobina padrão de 7 polegadas de diâmetro. Cada bobina contém 4000 peças (4k peças/bobina). As dimensões detalhadas da fita transportadora, incluindo tamanho do bolso, passo e especificações dos furos de arraste, são fornecidas para garantir compatibilidade com equipamentos automáticos de pick-and-place.

7.2 Procedimento de Embalagem

As bobinas são seladas dentro de um saco de alumínio à prova de umidade junto com dessecante. As etiquetas no saco fornecem informações-chave como número da peça (P/N), número da peça do cliente (CPN), quantidade (QTY), classificação da categoria (CAT), comprimento de onda de pico (HUE), número do lote (LOT No.) e país de fabricação.

8. Recomendações para Projeto de Aplicação

8.1 Limitação de Corrente é Obrigatória

A regra de projeto mais crítica é o uso obrigatório de um resistor limitador de corrente em série. A tensão direta de um LED tem um coeficiente de temperatura negativo e pode variar ligeiramente entre unidades. Um pequeno aumento na tensão pode causar um grande aumento na corrente, potencialmente destrutivo. O valor do resistor (R) pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F, onde V_Fé a tensão direta na corrente desejada I_F.

8.2 Gerenciamento Térmico

Embora o encapsulamento 0603 tenha massa térmica limitada, atenção deve ser dada à dissipação de potência, especialmente ao acionar com correntes mais altas ou em altas temperaturas ambientes. A curva de derating deve ser seguida. Garantir uma área de cobre adequada conectada às pastilhas térmicas (se houver) ou aos terminais do dispositivo pode ajudar a dissipar calor para a PCB.

8.3 Considerações de Projeto Óptico

O amplo ângulo de visão de 140° torna este LED adequado para aplicações que requerem iluminação ampla, como sensores de proximidade. Para feixes direcionados ou de longo alcance, ópticas secundárias (lentes) podem ser necessárias. O comprimento de onda de 940nm é invisível ao olho humano, tornando-o ideal para operação discreta, mas é importante notar que alguns sensores de câmera digital de nível consumidor podem detectá-lo, o que pode aparecer como um brilho roxo.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O IR19-315C/TR8 se diferencia dentro da categoria de LEDs infravermelhos 0603 por sua combinação específica de material AlGaAs e comprimento de onda de pico de 940nm. LEDs de AlGaAs geralmente oferecem boa eficiência e confiabilidade neste comprimento de onda. Comparados com LEDs baseados em GaAs, os dispositivos de AlGaAs podem ter características de tensão direta e temperatura ligeiramente diferentes. O amplo ângulo de visão de 140° é uma característica notável em comparação com alguns concorrentes que oferecem feixes mais estreitos, tornando-o mais versátil para aplicações de sensoriamento de área.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

10.1 Qual é o propósito dos códigos de classificação (E, F, G)?

Os códigos de classificação categorizam os LEDs com base em sua intensidade radiante de saída medida. Isso permite que os projetistas selecionem um nível de brilho consistente para seu produto. Por exemplo, uma aplicação que requer maior saída óptica especificaria componentes da Categoria G.

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

Não, você não deve conectá-lo diretamente. A baixa tensão direta do LED (tipicamente 1,2V) significa que conectá-lo diretamente a uma fonte de 3,3V ou 5V sem um resistor limitador de corrente faria com que uma corrente excessiva fluísse, destruindo instantaneamente o dispositivo. Um resistor em série é sempre necessário.

10.3 Por que o comprimento de onda de 940nm é significativo?

940nm é um comprimento de onda muito comum para sistemas infravermelhos porque cai dentro de uma região onde os fotodetectores de silício (fotodiodos, fototransistores) têm alta sensibilidade. Também é menos visível ao ruído da luz ambiente em comparação com comprimentos de onda IR mais curtos, como 850nm, e é invisível ao olho humano, o que é desejável para eletrônicos de consumo.

10.4 Quantas vezes posso soldar este componente por refluxo?

A folha de dados especifica que a soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes. Cada ciclo de refluxo submete o componente a estresse térmico, o que pode potencialmente degradar as ligações internas dos fios ou o encapsulamento de epóxi.

11. Estudos de Caso de Projeto e Uso

11.1 Sensor de Proximidade Simples

Uma aplicação comum é um sensor de objeto reflexivo básico. O IR19-315C/TR8 é colocado adjacente a um fototransistor de silício em uma PCB. O LED é acionado com uma corrente pulsada (ex.: 20mA, 1kHz, ciclo de trabalho de 50%) através de um resistor. Quando um objeto se aproxima, ele reflete a luz IR para o fototransistor, que conduz e produz um sinal. A operação pulsada ajuda a distinguir o sinal da luz IR ambiente. O amplo ângulo de visão do LED garante uma boa cobertura da área de detecção.

11.2 Transmissor para Controle Remoto Infravermelho

Para controles remotos que requerem maior alcance ou maior saída, o LED pode ser acionado em modo pulsado com correntes mais altas, como 100mA com um ciclo de trabalho muito baixo (ex.: ≤1%). Isso aproveita a maior intensidade radiante pulsada (até 4,0 mW/sr) mantendo a potência média e a dissipação de calor dentro dos limites. O sinal é tipicamente modulado em uma frequência portadora (ex.: 38kHz) para permitir que o receptor filtre o ruído.

12. Princípio de Funcionamento

O IR19-315C/TR8 é um diodo semicondutor de junção p-n. Quando uma tensão direta que excede sua energia de banda proibida é aplicada, elétrons do material AlGaAs tipo n se recombinam com lacunas do material tipo p na região ativa. Este processo de recombinação libera energia na forma de fótons (luz). A composição específica do semicondutor AlGaAs determina a energia da banda proibida, que por sua vez dita o comprimento de onda dos fótons emitidos — neste caso, aproximadamente 940nm, que está no espectro do infravermelho próximo.

13. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de LED infravermelho continua a evoluir junto com a tecnologia de LED visível. As tendências incluem o desenvolvimento de dispositivos com maior eficiência wall-plug (mais saída de luz por watt elétrico de entrada), o que reduz o consumo de energia e a geração de calor. Também há trabalho contínuo para melhorar o desempenho em alta temperatura e a confiabilidade dos encapsulamentos SMD. Além disso, a integração de LEDs IR com drivers e sensores em módulos compactos é uma tendência crescente, simplificando o projeto do sistema para aplicações como reconhecimento de gestos e sensoriamento 3D (ex.: time-of-flight). O comprimento de onda de 940nm permanece um padrão dominante devido à sua correspondência ideal com detectores de silício e sua baixa visibilidade.