Ficha Técnica de Componente LED Infravermelho - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas para um componente diodo emissor de luz (LED) infravermelho (IR). A aplicação principal deste dispositivo é em sistemas que requerem fontes de luz não visíveis, como controles remotos, sensores de proximidade e iluminação para visão noturna. A vantagem central deste componente reside no seu comprimento de onda de pico específico, otimizado para compatibilidade com fotodetectores de silício e que oferece baixa visibilidade ao olho humano. O mercado-alvo inclui eletrônicos de consumo, automação industrial, sistemas de segurança e aplicações automotivas onde sinalização ou sensoriamento infravermelho confiável é necessário.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Os dados fornecidos especificam um parâmetro fotométrico chave para este LED IR.

2.1 Características Fotométricas

O parâmetro mais crítico definido é o comprimento de onda de pico (λp).

• Comprimento de Onda de Pico (λp):940 nanômetros (nm). Este valor indica o ponto específico no espectro eletromagnético onde o LED emite sua potência óptica máxima. Um comprimento de onda de 940nm está firmemente dentro da faixa do infravermelho próximo (NIR). Este comprimento de onda é particularmente vantajoso porque se alinha bem com a sensibilidade de pico de fotodiodos e fototransistores de silício comuns, garantindo transmissão e recepção eficiente de sinal. Além disso, a luz de 940nm é menos visível como um brilho vermelho fraco em comparação com comprimentos de onda IR mais curtos, como 850nm, tornando-a mais adequada para aplicações discretas.

Outros parâmetros fotométricos típicos para um LED IR, como intensidade radiante (em miliwatts por esferorradiano, mW/sr), ângulo de visão (em graus) e tensão direta em uma corrente específica, não são explicitamente fornecidos no excerto, mas são essenciais para um projeto de circuito completo.

2.2 Parâmetros Elétricos

Embora valores específicos não sejam listados no texto fornecido, o comportamento elétrico de um LED IR é definido por vários parâmetros-chave que um projetista deve considerar.

• Tensão Direta (Vf):A queda de tensão no LED quando ele está conduzindo corrente. Para LEDs IR típicos baseados em GaAs, isso geralmente varia de 1,2V a 1,6V na sua corrente direta nominal.
• Corrente Direta (If):A corrente de operação contínua recomendada. Exceder a corrente direta máxima nominal pode levar à degradação rápida ou falha catastrófica.
• Tensão Reversa (Vr):A tensão máxima que o LED pode suportar quando polarizado na direção não condutora. LEDs IR normalmente têm uma classificação de tensão reversa muito baixa (geralmente em torno de 5V) e são suscetíveis a danos por picos de tensão reversa.
• Dissipação de Potência:A potência elétrica total convertida em calor e luz (Vf * If). O gerenciamento térmico adequado é necessário para evitar superaquecimento.

2.3 Características Térmicas

O gerenciamento térmico é crucial para a longevidade e o desempenho estável do LED.

• Temperatura de Junção (Tj):A temperatura na região ativa do chip semicondutor. A Tj máxima permitida é um limite crítico.
• Resistência Térmica (Rθj-a):Este parâmetro, medido em graus Celsius por watt (°C/W), indica a eficácia com que o calor viaja da junção do LED para o ar ambiente. Um valor mais baixo significa melhor capacidade de dissipação de calor. O projeto do encapsulamento influencia fortemente este valor.
• Curva de Derating:Um gráfico que mostra como a corrente direta máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente ou a temperatura de junção aumenta. Operar dentro desses limites é essencial para a confiabilidade.

3. Explicação do Sistema de Binning

A fabricação de LEDs em grande volume produz variações em parâmetros-chave. O binning é o processo de classificar componentes em grupos (bins) com base no desempenho medido para garantir consistência para o usuário final.

3.1 Binning de Comprimento de Onda

Para este LED IR de 940nm, os componentes seriam testados e classificados em bins com base no seu comprimento de onda de pico real. Por exemplo, os bins podem ser definidos como 935-940nm, 940-945nm, etc. Isso permite que os projetistas selecionem LEDs com tolerâncias de comprimento de onda mais estreitas se sua aplicação exigir correspondência espectral precisa.

3.2 Binning de Intensidade Radiante / Potência Óptica

Os LEDs também são classificados de acordo com sua saída radiante. Isso é crucial para aplicações que requerem brilho uniforme ou uma força de sinal específica. Os bins são definidos por valores mínimos e máximos de intensidade radiante (por exemplo, 20-25 mW/sr, 25-30 mW/sr) em uma corrente de teste padronizada.

3.3 Binning de Tensão Direta

Para simplificar o projeto do circuito limitador de corrente e garantir comportamento consistente em matrizes paralelas, os LEDs são classificados por tensão direta (Vf). Bins comuns podem agrupar LEDs com Vf entre 1,2V-1,3V, 1,3V-1,4V, e assim por diante.

4. Análise de Curvas de Desempenho

Dados gráficos são essenciais para entender o comportamento do dispositivo em diferentes condições de operação.

4.1 Curva Característica Corrente-Tensão (I-V)

Esta curva traça a corrente direta (If) em relação à tensão direta (Vf). Ela mostra a relação exponencial típica de um diodo. A curva é usada para determinar o ponto de operação e para projetar um resistor limitador de corrente ou circuito driver apropriado. A tensão de "joelho", onde a corrente começa a aumentar rapidamente, é uma característica chave.

4.2 Dependência da Temperatura

Várias curvas ilustram os efeitos da temperatura.

• Tensão Direta vs. Temperatura:Normalmente mostra que Vf diminui linearmente à medida que a temperatura de junção aumenta (aproximadamente -2mV/°C para LEDs IR). Isso é importante para drivers de corrente constante.
• Intensidade Radiante vs. Temperatura:Mostra como a saída óptica diminui com o aumento da temperatura. Este derating é crítico para aplicações que operam em altas temperaturas ambientes.
• Distribuição Espectral Relativa vs. Temperatura:Demonstra como o comprimento de onda de pico pode mudar ligeiramente (geralmente para comprimentos de onda mais longos) à medida que a temperatura aumenta.

4.3 Distribuição Espectral

Este gráfico traça a potência radiante relativa em função do comprimento de onda. Ele mostra o pico em 940nm e a largura de banda espectral (tipicamente Largura Total à Meia Altura, ou FWHM, geralmente em torno de 40-50nm para LEDs IR). Uma largura de banda mais estreita indica luz mais monocromática.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

O excerto fornecido contém detalhes específicos de embalagem.

5.1 Hierarquia de Embalagem

O componente é protegido por um sistema de embalagem multicamada:

• Saco Protetor contra Descarga Eletrostática (ESD):O recipiente primário para os componentes individuais de LED ou bobinas. Este saco é feito de material dissipativo de estática para evitar danos por descarga eletrostática durante o manuseio e armazenamento.
• Caixa Interna:Uma caixa ou bandeja menor que contém vários sacos ESD ou bobinas, fornecendo estrutura física e proteção adicional.
• Caixa Externa:O recipiente de envio principal que contém várias caixas internas. Ele é projetado para robustez durante o transporte e armazenamento.

5.2 Quantidade por Embalagem

O documento lista explicitamente "Quantidade por Embalagem" como um parâmetro-chave. Isso se refere ao número de componentes individuais de LED contidos em uma unidade de envio padrão (por exemplo, por bobina, por tubo ou por saco dentro da caixa interna). Quantidades comuns são 1000, 2000 ou 5000 peças por bobina para dispositivos de montagem em superfície.

5.3 Dimensões Físicas e Polaridade

Embora as dimensões exatas não sejam fornecidas, um pacote típico de LED IR (como um LED de orifício passante de 3mm ou 5mm, ou um pacote de montagem em superfície como 0805 ou 1206) teria um desenho mecânico detalhado. Este desenho especifica o comprimento, largura, altura do corpo, espaçamento dos terminais (pitch) e dimensões dos terminais. Crucialmente, inclui a identificação de polaridade, geralmente indicando o cátodo (lado negativo) através de uma borda plana na lente, um terminal mais curto, um ponto no encapsulamento ou uma marcação específica no footprint.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A montagem adequada é vital para a confiabilidade.

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

Para LEDs IR de montagem em superfície, um perfil de refluxo recomendado deve ser seguido. Isso inclui:

• Taxa de Pré-aquecimento/Rampa:Tipicamente 1-3°C por segundo para evitar choque térmico.
• Zona de Soak:Um período a uma temperatura abaixo do líquido do solda para ativar o fluxo e equalizar a temperatura da placa.
• Zona de Refluxo (Líquido):A temperatura de pico, que deve ser alta o suficiente para derreter o solda (por exemplo, 240-250°C para SAC305), mas baixa o suficiente e breve o suficiente para não danificar o LED (a temperatura máxima do corpo do pacote é frequentemente 260°C por 10 segundos).
• Taxa de Resfriamento:Um resfriamento controlado para solidificar adequadamente as juntas de solda.

6.2 Precauções Principais

• Proteção ESD:Sempre manuseie os componentes em um ambiente seguro contra ESD usando pulseiras aterradas e tapetes condutivos.
• Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL):Se aplicável, o pacote terá uma classificação MSL (por exemplo, MSL 3). Componentes que excederem sua vida útil fora da embalagem devem ser pré-aquecidos antes do refluxo para evitar danos por "pipocagem".
• Limpeza:Use apenas solventes de limpeza compatíveis que não danifiquem a lente do LED ou o epóxi.
• Estresse Mecânico:Evite aplicar pressão direta na lente do LED durante a colocação ou teste.

6.3 Condições de Armazenamento

Os componentes devem ser armazenados em seus sacos ESD originais, não abertos, em um ambiente controlado. As condições recomendadas são tipicamente uma temperatura entre 5°C e 30°C e uma umidade relativa abaixo de 60%. Evite exposição à luz solar direta, gases corrosivos ou poeira excessiva.

7. Informações de Embalagem e Pedido

Os dados de ciclo de vida do documento indicam uma "Revisão: 5" e "Período de Expiração: Para Sempre", sugerindo que este é um documento estável, não controlado por obsolescência, lançado em 27/05/2013. A especificação de embalagem é claramente definida na seção 5.1. O código de pedido ou número de modelo normalmente seguiria uma convenção de nomenclatura que codifica atributos-chave como tipo de pacote, bin de comprimento de onda, bin de intensidade e quantidade por embalagem (por exemplo, "IR940-SMD1206-B2-2K" pode indicar um LED IR de 940nm em um pacote 1206, bin de intensidade B2, fornecido em uma bobina de 2000 peças).

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Controles Remotos Infravermelhos:Para TVs, sistemas de áudio e set-top boxes. O comprimento de onda de 940nm é o padrão da indústria.
• Sensores de Proximidade e Presença:Usados em smartphones para desativar telas sensíveis ao toque durante chamadas, em torneiras automáticas e em interruptores de luz de segurança.
• Contagem e Detecção de Objetos:Em máquinas de venda automática, linhas de montagem industrial e equipamentos de impressão.
• Iluminação para Visão Noturna:Emparelhado com uma câmera sensível ao IR para vigilância em condições de pouca luz.
• Transmissão de Dados Ópticos:Para comunicação serial de curto alcance e baixa velocidade (IrDA) ou links de dados industriais.

8.2 Considerações de Projeto

• Circuito Driver:Sempre use um resistor limitador de corrente em série ou um driver de corrente constante. Nunca conecte um LED diretamente a uma fonte de tensão.
• Dissipador de Calor:Para operação de alta corrente ou altas temperaturas ambientes, garanta área de cobre adequada na PCB ou um dissipador de calor externo para gerenciar a resistência térmica do LED.
• Projeto Óptico:Considere o ângulo de visão do LED. Use lentes ou refletores para colimar ou difundir o feixe conforme necessário para a aplicação.
• Correspondência do Fotodetector:Certifique-se de que o fotodetector selecionado (fotodiodo, fototransistor) tenha alta sensibilidade em 940nm. Use um filtro IR para bloquear a luz visível se o ambiente for ruidoso.
• Imunidade a Ruído Elétrico:Em aplicações de sensores, module o sinal IR (por exemplo, com uma portadora de 38kHz) e use um receptor sintonizado para rejeitar interferência de luz ambiente da luz solar ou lâmpadas fluorescentes.

9. Comparação Técnica

Comparado a outras fontes IR, este LED de 940nm oferece vantagens específicas.

• vs. LEDs IR de 850nm:A luz de 940nm é muito menos visível como um brilho vermelho fraco, tornando-a superior para vigilância discreta. No entanto, os fotodetectores de silício são ligeiramente menos sensíveis a 940nm do que a 850nm, e a absorção atmosférica é marginalmente maior.
• vs. Lâmpadas IR Incandescentes:Os LEDs são muito mais eficientes, têm um tempo de resposta mais rápido (permitindo modulação de alta velocidade), são mecanicamente mais robustos e têm uma vida operacional muito mais longa (dezenas de milhares de horas).
• vs. Diodos Laser:Os LEDs têm uma saída espectral mais ampla e uma área de emissão muito maior, produzindo um feixe difuso que é mais fácil de trabalhar para iluminação geral e sensoriamento. Eles também são significativamente mais baratos e não requerem o circuito complexo de acionamento e segurança dos diodos laser.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P1: Qual é o propósito do comprimento de onda de pico de 940nm?
R1: O comprimento de onda de 940nm é ideal porque é bem compatível com a sensibilidade dos fotodetectores de silício, sendo quase invisível ao olho humano, tornando-o perfeito para aplicações de sensoriamento discreto e controle remoto.

P2: Como determino o valor correto do resistor limitador de corrente?
R2: Use a Lei de Ohm: R = (Vfonte - Vf) / If. Você deve conhecer sua tensão de alimentação (Vfonte), a tensão direta do LED (Vf) de sua ficha técnica ou bin, e a corrente direta desejada (If). Sempre certifique-se de que a potência nominal do resistor (P = (Vfonte - Vf) * If) seja suficiente.

P3: Posso usar este LED ao ar livre?
R3: Sim, mas com precauções. A lente de epóxi pode degradar sob exposição prolongada aos raios UV. Mais criticamente, a luz solar forte contém componentes IR fortes que podem saturar os receptores. Usar filtros ópticos e sinais modulados é essencial para operação confiável ao ar livre.

P4: Por que a proteção ESD é tão importante para LEDs?
R4: A junção semicondutora em um LED é extremamente sensível a descargas eletrostáticas de alta tensão. Um evento ESD pode degradar instantaneamente a saída óptica, aumentar a corrente de fuga ou causar falha completa sem qualquer dano visível.

P5: O que significa "Quantidade por Embalagem"?
R5: Especifica o número de componentes individuais de LED fornecidos em uma unidade de venda padrão, como em uma bobina, em um tubo ou dentro de um saco antiestático. Isso é crucial para o planejamento de produção e gestão de estoque.

11. Exemplos Práticos de Casos de Uso

11.1 Sensor de Proximidade Simples

Um sensor refletivo básico pode ser construído colocando o LED IR de 940nm e um fototransistor lado a lado. O LED é acionado com uma corrente pulsada. Quando um objeto se aproxima, ele reflete a luz IR de volta para o fototransistor, fazendo com que sua corrente de coletor aumente. Um circuito comparador pode então acionar um sinal de saída digital. Este projeto é usado na detecção de papel em impressoras e na ativação de secadores de mãos.

11.2 Iluminador IR de Longo Alcance para CFTV

Para câmeras de segurança com visão noturna, uma matriz de vários LEDs de 940nm de alta potência é construída. Os LEDs são acionados por um driver de corrente constante capaz de várias centenas de miliamperes. Uma lente de Fresnel é colocada na frente da matriz para colimar a luz em um feixe, estendendo o alcance efetivo de iluminação para dezenas de metros. O gerenciamento térmico via um grande dissipador de calor de alumínio é crítico para este projeto de alta potência.

12. Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um dispositivo semicondutor de junção p-n. Quando polarizado diretamente (tensão positiva aplicada ao lado p em relação ao lado n), elétrons da região n são injetados através da junção na região p, e lacunas da região p são injetadas na região n. Esses portadores minoritários se recombinam com portadores majoritários nas regiões opostas. Em um semicondutor de bandgap direto como Arseneto de Gálio (GaAs), comumente usado para LEDs IR, este evento de recombinação libera energia na forma de um fóton (partícula de luz). O comprimento de onda (cor) do fóton emitido é determinado pela energia do bandgap (Eg) do material semicondutor, de acordo com a equação λ = hc/Eg, onde h é a constante de Planck e c é a velocidade da luz. Ao ajustar a composição da liga semicondutora (por exemplo, usando AlGaAs ou InGaAs), o bandgap e, portanto, o comprimento de onda emitido podem ser controlados com precisão, resultando na saída de 940nm especificada aqui.

13. Tendências Tecnológicas

O campo da tecnologia de LED IR continua a evoluir. As principais tendências incluem:

• Aumento de Potência e Eficiência:Melhorias contínuas em ciência dos materiais e encapsulamento estão produzindo LEDs IR com maior fluxo radiante e eficiência wall-plug (conversão de potência elétrica em óptica), permitindo dispositivos menores ou maior alcance para a mesma potência de entrada.
• Miniaturização:A busca por eletrônicos de consumo menores está impulsionando LEDs IR para pacotes de montagem em superfície cada vez menores (por exemplo, 0402, 0201) e pacotes de escala de chip (CSP).
• Soluções Integradas:Há uma tendência de combinar o LED IR, fotodetector, circuito driver e processamento de sinal (como rejeição de luz ambiente) em um único módulo ou sistema-em-pacote (SiP), simplificando o projeto para os usuários finais.
• Expansão para Novos Comprimentos de Onda:Embora 850nm e 940nm dominem, há um interesse crescente em outros comprimentos de onda IR para aplicações especializadas, como 1050nm para LiDAR seguro para os olhos ou bandas específicas para sensoriamento de gases.
• Gerenciamento Térmico Aprimorado:Novos projetos de pacotes com menor resistência térmica e materiais com melhor condutividade térmica estão estendendo a vida útil dos LEDs e permitindo correntes de acionamento mais altas.