Ficha Técnica do LED Infravermelho IR26-91C/L510/2D - Pacote SMD 3.0x1.0mm - Comprimento de Onda 940nm - Tensão Direta 1.6V - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O IR26-91C/L510/2D é um díodo emissor de luz infravermelha (LED) de montagem em superfície (SMD) miniaturizado. Ele é encapsulado em um pacote compacto de 3.0mm x 1.0mm moldado em plástico transparente com uma lente esférica na vista superior. A função principal deste componente é emitir luz infravermelha com um comprimento de onda de pico de 940 nanómetros (nm), que é espectralmente compatível com a sensibilidade dos fotodiodos e fototransístores de silício comuns. Isto torna-o uma fonte ideal para sistemas de sensoriamento e comunicação por infravermelhos onde é necessário um acoplamento óptico preciso.

1.1 Características e Vantagens Principais

O dispositivo oferece várias vantagens técnicas e de conformidade fundamentais. A sua principal característica óptica é o comprimento de onda de pico de 940nm, escolhido para um desempenho ideal com detectores à base de silício, oferecendo também uma boa transmissão atmosférica. Electricamente, apresenta uma baixa tensão direta típica de 1.3V a 20mA, contribuindo para uma operação energeticamente eficiente. O componente é fabricado sem chumbo (Pb-free) e está em conformidade com a directiva da União Europeia sobre Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS) e o regulamento REACH (Registo, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos). É também classificado como livre de halogéneos, com teor de bromo (Br) e cloro (Cl) cada um abaixo de 900 partes por milhão (ppm) e o seu total combinado abaixo de 1500 ppm.

1.2 Aplicações Alvo

Este LED infravermelho foi concebido para utilização em vários sistemas de aplicação de infravermelhos. As aplicações típicas incluem sensores de proximidade, detecção de objectos, interruptores sem contacto, codificadores ópticos e ligações de transmissão de dados de curto alcance. O seu factor de forma reduzido e design SMD tornam-no adequado para processos de montagem automatizada em electrónica de consumo, automação industrial e módulos de sensoriamento interior automotivo.

2. Análise de Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação objectiva e detalhada dos principais parâmetros eléctricos, ópticos e térmicos especificados na ficha técnica. Compreender estas especificações é fundamental para um desenho de circuito fiável e para garantir o desempenho a longo prazo do dispositivo.

2.1 Especificações Absolutas Máximas

As Especificações Absolutas Máximas definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estas especificações não são para operação contínua. A corrente directa contínua (I_F) está especificada em 65 mA. Uma corrente directa de pico (I_FP) significativamente mais alta de 700 mA é permitida, mas apenas sob condições de pulso estritas: largura de pulso ≤ 70 microssegundos (μs) e ciclo de trabalho ≤ 0.7%. A tensão reversa máxima (V_R) é de 5V, indicando que o LED tem uma tolerância muito baixa para polarização reversa. O dispositivo pode operar em temperaturas ambientes (T_opr) de -40°C a +85°C e ser armazenado (T_stg) de -40°C a +100°C. A temperatura máxima de soldadura (T_sol) durante o reflow é de 260°C por uma duração não superior a 5 segundos. A dissipação de potência (P_d) a uma temperatura do ar livre igual ou inferior a 25°C é de 100 mW. Também possui protecção contra Descarga Electroestática (ESD), com uma classificação de Modelo de Corpo Humano (HBM) de no mínimo 2000V e uma classificação de Modelo de Máquina (MM) de no mínimo 200V.

2.2 Características Electro-Ópticas

A tabela de Características Electro-Ópticas fornece valores típicos e máximos/mínimos sob condições de teste especificadas (Ta=25°C). A intensidade radiante (I_e), uma medida da potência óptica por ângulo sólido, é tipicamente de 8.0 miliwatts por esterradiano (mW/sr) a uma corrente directa de 20mA. O comprimento de onda de pico (λ_p) está centrado em 940nm. A largura de banda espectral (Δλ), que representa a gama de comprimentos de onda emitidos a metade da intensidade de pico, é tipicamente de 45nm. A tensão directa (V_F) varia de um valor típico de 1.3V a um máximo de 1.6V a 20mA. A corrente reversa (I_R) tem um valor máximo de 10 microamperes (μA) quando é aplicada uma polarização reversa de 5V. O ângulo de visão, definido como o ângulo total onde a intensidade cai para metade do seu valor de pico, é assimétrico: aproximadamente 130 graus no eixo X e 20 graus no eixo Y. Isto cria um padrão de radiação altamente elíptico, que é uma consideração de desenho crítica para a modelação do feixe e alinhamento do sensor.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui vários gráficos que ilustram o comportamento do dispositivo sob condições variáveis. Estas curvas são essenciais para compreender relações não lineares e desenhar para diferentes ambientes operacionais.

3.1 Corrente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva de derating mostra como a corrente directa contínua máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. A 25°C, a especificação completa de 65mA está disponível. À medida que a temperatura sobe, a corrente deve ser reduzida para evitar exceder a temperatura de junção máxima e os limites de dissipação de potência, garantindo fiabilidade a longo prazo.

3.2 Distribuição Espectral

O gráfico de distribuição espectral representa graficamente a saída de luz em função do comprimento de onda. Confirma o pico em 940nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 45nm (Largura Total à Meia Altura - FWHM). A curva mostra que é emitida muito pouca luz visível (abaixo de ~700nm), o que é desejável para uma operação discreta em sistemas de IR.

3.3 Intensidade Radiante vs. Corrente Directa

Esta curva demonstra a relação entre a corrente de accionamento e a potência de saída óptica. É geralmente linear a correntes mais baixas, mas pode exibir saturação ou eficiência reduzida a correntes muito altas devido a efeitos térmicos. Os projectistas utilizam-na para determinar a corrente de accionamento necessária para alcançar um nível de sinal específico no detector.

3.4 Padrões de Radiação Angular

Gráficos separados para o eixo X e eixo Y mostram a intensidade radiante relativa em função do deslocamento angular a partir do centro óptico (0°). O padrão do eixo X é muito largo (~130° de semi-ângulo), enquanto o padrão do eixo Y é muito mais estreito (~20° de semi-ângulo). Este padrão elíptico deve ser considerado ao alinhar o LED com um sensor ou ao desenhar elementos ópticos como lentes ou aberturas.

4. Informação Mecânica e de Embalagem

4.1 Dimensões e Tolerâncias do Pacote

O dispositivo tem um tamanho nominal de pacote de 3.0mm de comprimento, 1.0mm de largura e uma altura especificada. É fornecida uma imagem dimensional detalhada, incluindo localizações dos terminais, forma da lente e indicador de polaridade (tipicamente um entalhe ou um ponto no lado do cátodo). Todas as dimensões não especificadas têm uma tolerância de ±0.1mm. Um padrão recomendado de soldadura para montagem lateral também é ilustrado para garantir estabilidade mecânica adequada e formação da junta de solda durante o reflow.

4.2 Embalagem em Fita e Bobina

Para montagem automatizada pick-and-place, os LEDs são fornecidos em fita transportadora relevada enrolada em bobinas. A ficha técnica fornece as dimensões precisas dos compartimentos da fita transportadora, o passo e as especificações da bobina. Uma bobina padrão contém 2000 peças. Esta informação é vital para configurar correctamente os alimentadores do equipamento de montagem.

5. Directrizes de Soldadura e Montagem

A manipulação e soldadura adequadas são cruciais para evitar danos no LED e garantir a fiabilidade da junta de solda.

5.1 Perfil de Soldadura por Reflow

O componente é adequado para processos de soldadura por reflow sem chumbo (Pb-free). É fornecido um perfil de temperatura recomendado, tipicamente incluindo fases de pré-aquecimento, estabilização, reflow (temperatura de pico ≤ 260°C por ≤ 5 segundos) e arrefecimento. O número de ciclos de reflow não deve exceder três para minimizar o stress térmico no pacote de plástico e nas ligações internas.

5.2 Soldadura Manual e Retrabalho

Se for necessária soldadura manual, deve ter-se extremo cuidado. A temperatura da ponta do ferro de soldar deve estar abaixo de 350°C, e o tempo de contacto por terminal deve ser limitado a 3 segundos ou menos. Recomenda-se um ferro de baixa potência (≤25W). Para retrabalho, sugere-se um ferro de soldar de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os terminais e evitar stress mecânico nas juntas de solda. A viabilidade e impacto do retrabalho devem ser avaliados previamente.

5.3 Sensibilidade à Humidade e Armazenamento

O pacote SMD é sensível à humidade. O dispositivo deve ser armazenado na sua embalagem original à prova de humidade com dessecante a ≤30°C e ≤90% de humidade relativa (HR). A vida útil antes de abrir a embalagem é de um ano. Após abertura, os componentes devem ser armazenados a ≤30°C e ≤70% de HR e utilizados dentro de 168 horas (7 dias). Se estas condições forem excedidas ou o dessecante indicar saturação, é necessário um tratamento de secagem a 60 ±5°C durante um mínimo de 24 horas antes da utilização para remover a humidade absorvida e prevenir o efeito \"popcorn\" durante o reflow.

6. Considerações de Desenho de Aplicação

6.1 Desenho do Circuito de Accionamento

Uma nota de desenho crítica é a necessidade de limitação de corrente. O LED deve ser accionado por uma fonte de corrente ou, mais comummente, por uma fonte de tensão em série com uma resistência limitadora de corrente. A ficha técnica avisa explicitamente que uma ligeira variação de tensão pode causar uma grande alteração de corrente, potencialmente levando à queima. O valor da resistência (R_limit) pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F, onde V_Fé a tensão directa do LED à corrente desejada I_F. Utilizar o V_Fmáximo (1.6V) para este cálculo garante que a corrente não excede o alvo em todas as condições.

6.2 Desenho e Alinhamento Óptico

Devido ao padrão de feixe altamente elíptico (130° x 20°), é necessário um desenho óptico cuidadoso. Para aplicações que requerem um ponto circular ou um perfil de iluminação específico, podem ser necessárias ópticas secundárias como lentes ou reflectores. O alinhamento entre o LED e o fotodetector emparelhado também é mais crítico ao longo do eixo Y estreito. Os projectistas devem consultar os gráficos de deslocamento angular para compreender a queda de intensidade.

6.3 Gestão Térmica

Embora a dissipação de potência seja relativamente baixa (100mW máx.), uma gestão térmica eficaz continua a ser importante, especialmente em ambientes de alta temperatura ambiente ou quando accionado a correntes elevadas. A curva de derating deve ser seguida. Garantir uma área de cobre adequada na PCB sob e em torno dos terminais do LED ajuda a dissipar calor e a manter temperaturas de junção mais baixas, o que preserva a eficiência luminosa e a longevidade.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

O IR26-91C/L510/2D diferencia-se no mercado através de uma combinação específica de parâmetros. O seu comprimento de onda de 940nm é um padrão comum, oferecendo um bom equilíbrio entre a sensibilidade do detector de silício e menor interferência da luz ambiente em comparação com LEDs de 850nm. A tensão directa muito baixa (1.3V típico) é uma vantagem chave para circuitos alimentados por bateria ou de lógica de baixa tensão, pois reduz a margem de tensão necessária para o accionador. A pegada compacta de 3.0x1.0mm permite layouts de PCB de alta densidade. A conformidade com as normas RoHS, REACH e livre de halogéneos torna-o adequado para mercados globais com regulamentações ambientais rigorosas. O ângulo de visão assimétrico pode ser uma vantagem ou uma limitação, dependendo dos requisitos ópticos da aplicação.

8. Perguntas Frequentes (FAQ)

8.1 Por que é obrigatória uma resistência limitadora de corrente?

Um LED é um díodo com uma característica corrente-tensão (I-V) não linear. Para além da sua tensão de limiar, um pequeno aumento na tensão causa um aumento muito grande na corrente. Operar directamente a partir de uma fonte de tensão sem uma resistência em série permitiria que a corrente aumentasse incontrolavelmente, excedendo rapidamente a Especificação Absoluta Máxima e destruindo o dispositivo. A resistência fornece uma relação linear e previsível entre a tensão de alimentação e a corrente do LED.

8.2 Posso accionar este LED com um pino de microcontrolador de 3.3V ou 5V?

Sim, mas é sempre necessária uma resistência em série. Por exemplo, para accionar a I_F=20mA a partir de uma alimentação de 3.3V, assumindo V_F=1.5V: R = (3.3V - 1.5V) / 0.020A = 90 Ohms. Uma resistência padrão de 91 Ohm seria adequada. O pino do microcontrolador também deve ser capaz de fornecer ou absorver a corrente necessária de 20mA.

8.3 Qual é o propósito do comprimento de onda de 940nm?

A luz infravermelha de 940nm é invisível ao olho humano, permitindo uma operação discreta. É fortemente absorvida pelo silício, o material utilizado na maioria dos fotodiodos e fototransístores, tornando a detecção eficiente. Também sofre menos interferência de fontes de luz ambiente comuns (que têm menos conteúdo de IR a 940nm em comparação com 850nm) e é menos susceptível a ruído em sensores de imagem.

8.4 Como identifico o ânodo e o cátodo?

O pacote inclui um marcador de polaridade. Consulte o desenho dimensional do pacote na ficha técnica. É comum que o cátodo seja marcado por um ponto verde, um entalhe no pacote ou um canto chanfrado. Uma ligação de polaridade incorrecta impedirá o LED de emitir luz e, se for aplicada uma tensão reversa superior a 5V, pode danificar o dispositivo.

9. Estudo de Caso de Desenho Prático

Considere desenhar um sensor simples de detecção de objectos utilizando este LED e um fototransístor de silício. O LED é accionado por uma alimentação de 5V através de uma resistência de 180 Ohm (limitando a corrente a ~20mA, assumindo V_F=1.5V). O fototransístor é colocado a alguns centímetros de distância, alinhado no mesmo eixo óptico. Quando nenhum objecto está presente, a luz IR do LED não atinge o fototransístor e a sua saída é baixa. Quando um objecto passa entre eles, reflecte parte da luz IR para o fototransístor, fazendo com que a sua corrente de saída aumente. Este sinal pode ser amplificado e enviado para um comparador ou ADC de microcontrolador para detectar a presença do objecto. O padrão de feixe elíptico do LED significa que a zona de detecção efectiva do sensor será mais larga horizontalmente do que verticalmente, o que deve ser considerado ao definir o campo de visão do sensor.

10. Princípio de Funcionamento

Um Díodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) opera com base no princípio da electroluminescência num material semicondutor. O IR26-91C/L510/2D utiliza um chip de Arsenieto de Gálio e Alumínio (GaAlAs). Quando é aplicada uma tensão directa que excede a tensão de banda proibida do díodo, electrões da região do tipo n são injectados através da junção p-n para a região do tipo p, e lacunas são injectadas na direcção oposta. Estes portadores de carga (electrões e lacunas) recombinam-se na região activa da junção. A energia libertada durante esta recombinação é emitida como fotões (partículas de luz). A composição específica do semicondutor GaAlAs determina a energia da banda proibida, que dita directamente o comprimento de onda dos fotões emitidos—neste caso, centrado em torno de 940nm no espectro infravermelho.

11. Tendências da Indústria

O mercado para LEDs infravermelhos continua a evoluir. As tendências-chave incluem a procura por maior intensidade radiante e eficiência a partir de pacotes mais pequenos para permitir sensoriamento mais poderoso em dispositivos compactos. Existe uma crescente integração de LEDs IR com accionadores e sensores em módulos completos ou sistemas-em-pacote (SiP). A procura por comprimentos de onda específicos está a diversificar-se; enquanto 940nm permanece padrão, comprimentos de onda como 850nm (para vigilância) e 1050nm/1300nm (para aplicações de sensoriamento específicas) estão a ganhar tracção. Além disso, a procura por menor consumo de energia e maior fiabilidade em aplicações automotivas (ex., monitorização interior), de consumo (ex., reconhecimento facial) e IoT industrial está a impulsionar avanços na tecnologia de chips, embalagem e gestão térmica para emissores de IR.