Ficha Técnica do LED Infravermelho HIR89-01C/1R - 3.0x2.8x1.9mm - 1.55V - 850nm - 100mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O HIR89-01C/1R é um díodo emissor de infravermelhos (IR) de montagem em superfície miniaturizado, que utiliza o encapsulamento MIDLED. A sua função principal é emitir luz infravermelha num comprimento de onda de pico de 850 nanómetros (nm), otimizado espectralmente para compatibilidade com fotodíodos e fototransístores de silício. Isto torna-o um componente fundamental em vários sistemas de comunicação e deteção de luz não visível.

O dispositivo é construído com um material de chip de GaAlAs (Arsenieto de Gálio e Alumínio), alojado num encapsulamento com lente transparente. As principais vantagens de design incluem uma baixa tensão direta, que contribui para a eficiência energética, e um ângulo de visão relativamente estreito de 30 graus, permitindo uma emissão IR direcionada. O produto adere aos padrões ambientais e de segurança modernos, sendo isento de chumbo (Pb-free), conforme com os regulamentos REACH da UE e classificado como Livre de Halogéneos.

1.1 Características Principais e Conformidade

• Eficiência Elétrica:Características de baixa tensão direta.
• Desempenho Ótico:Ângulo de visão típico de 30° para emissão direcionada.
• Conformidade Ambiental:Construção isenta de chumbo (Pb-free).
• Conformidade RoHS:O produto está em conformidade com a diretiva de Restrição de Substâncias Perigosas.
• Conformidade REACH:Atende aos requisitos do regulamento da UE para Registo, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos.
• Livre de Halogéneos:Contém níveis muito baixos de bromo (Br) e cloro (Cl), especificamente Br <900 ppm, Cl <900 ppm, e Br+Cl < 1500 ppm.

2. Análise Profunda das Especificações Técnicas

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação nestas condições não é garantida.

• Corrente Direta Contínua (I_F):65 mA
• Corrente Direta de Pico (I_FP):200 mA (Largura de Pulso ≤500μs, Ciclo de Trabalho ≤5%)
• Tensão Reversa (V_R):5 V
• Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +100°C
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C (por ≤5 segundos)
• Dissipação de Potência (P_d):100 mW (a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente)

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente padrão de 25°C e definem o desempenho do dispositivo em condições típicas de operação.

• Intensidade Radiante (I_e):40 a 125 mW/sr (medida a I_F=70mA, pulso de 20ms). O dispositivo é classificado em categorias (C: 40-80 mW/sr, D: 63-125 mW/sr).
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):850 nm (típico, a I_F=100mA).
• Largura de Banda Espectral (Δλ):30 nm (típico, a I_F=100mA).
• Tensão Direta (V_F):
  • 1.40V a 1.70V (a I_F=20mA)
  • 1.55V a 1.90V (a I_F=70mA, pulso de 20ms)
• Corrente Reversa (I_R):10 μA máximo (a V_R=5V).
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):30° (típico, a I_F=20mA).

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características essenciais para o design de circuitos e gestão térmica.

3.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico ilustra a redução da corrente direta contínua máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. A classificação de corrente diminui linearmente de 65mA a 25°C para valores mais baixos à medida que a temperatura se aproxima do limite máximo de operação de 100°C. Os projetistas devem usar esta curva para garantir que o LED não seja sobrecarregado em ambientes de alta temperatura.

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

A curva I-V mostra a relação exponencial típica dos díodos. É crucial para selecionar o resistor limitador de corrente apropriado. Um pequeno aumento na tensão além da V_Ftípica pode levar a um grande aumento de corrente, potencialmente destrutivo, destacando a necessidade de um resistor em série.

3.3 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Esta curva demonstra que a saída ótica (intensidade radiante) aumenta com a corrente direta, mas a relação não é perfeitamente linear, especialmente em correntes mais altas. Ajuda os projetistas a escolher um ponto de operação que equilibre o brilho com a eficiência e a longevidade do dispositivo.

3.4 Distribuição Espectral

O gráfico espectral confirma que a emissão está centrada em 850nm com uma largura total à meia altura (FWHM) típica de 30nm. Esta largura de banda estreita garante uma boa correspondência com a sensibilidade de pico dos detetores de silício.

3.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar define visualmente o ângulo de visão de 30°, mostrando como a intensidade cai para metade do seu valor de pico a ±15° do eixo central. Esta informação é vital para o design de sistemas óticos, determinando a dispersão do feixe e os requisitos de alinhamento.

4. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O HIR89-01C/1R utiliza um encapsulamento compacto MIDLED para montagem em superfície. As dimensões principais (em milímetros) são:

• Comprimento Total: 3.0 mm
• Largura Total: 2.8 mm
• Altura Total: 1.9 mm
• Espaçamento dos Terminais: 2.0 mm

As tolerâncias para dimensões não especificadas são de ±0.1mm. Um desenho dimensionado detalhado é fornecido na ficha técnica para o design da impressão na PCB.

4.2 Identificação da Polaridade

O cátodo é identificado no encapsulamento. A ficha técnica inclui um diagrama que mostra o marcador do cátodo, essencial para a orientação correta durante a montagem, prevenindo a ligação em polarização reversa.

4.3 Dimensões da Fita de Transporte

O dispositivo é fornecido em fita de transporte relevada para montagem automática pick-and-place. As dimensões da fita são especificadas para serem compatíveis com equipamentos SMT padrão. Cada bobina contém 2000 unidades.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

5.1 Perfil de Soldadura por Reflow

É fornecido um perfil de temperatura de soldadura por reflow sem chumbo recomendado. Os parâmetros-chave incluem:

• Zona de pré-aquecimento e estabilização.
• Temperatura de pico não excedendo 260°C.
• Tempo acima do líquido (tipicamente 217°C).
• Taxa de arrefecimento.

A soldadura por reflow não deve ser realizada mais de duas vezes.

5.2 Soldadura Manual

Se for necessária soldadura manual, deve-se ter extremo cuidado:

• Utilizar um ferro de soldar com temperatura da ponta < 350°C.
• Limitar o tempo de soldadura por terminal a ≤ 3 segundos.
• Utilizar um ferro com potência nominal ≤ 25W.
• Permitir um intervalo mínimo de 2 segundos entre a soldadura de cada terminal para prevenir choque térmico.

5.3 Retrabalho e Reparação

A reparação após a soldadura é fortemente desencorajada. Se for inevitável, deve ser utilizado um ferro de soldar de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os terminais, minimizando o stress no encapsulamento do LED. O efeito nas características do dispositivo deve ser verificado após qualquer retrabalho.

6. Precauções de Armazenamento e Manuseamento

6.1 Sensibilidade à Humidade

O LED é sensível à humidade. As precauções incluem:

• Não abrir a bolsa de barreira anti-humidade até estar pronto para uso.
• Armazenar as bolsas fechadas a ≤ 30°C e ≤ 90% de Humidade Relativa (HR).
• Utilizar dentro de um ano após o envio.
• Após a abertura, armazenar a ≤ 30°C e ≤ 70% HR.
• Completar a soldadura dentro de 168 horas (7 dias) após a abertura da bolsa.
• Se o tempo de armazenamento for excedido ou o dessecante indicar entrada de humidade, secar os componentes a 60 ±5°C durante 24 horas antes de usar.

6.2 Proteção de Corrente

Crítico:Um resistor limitador de corrente externo é obrigatório. A característica exponencial I-V do LED significa que um pequeno aumento de tensão pode causar uma grande sobrecorrente, levando à queima imediata. O valor do resistor deve ser calculado com base na tensão de alimentação e na corrente direta desejada, considerando a V_F range.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Procedimento de Embalagem

Os LEDs são embalados numa bolsa de alumínio anti-humidade contendo dessecante. A bolsa está etiquetada com informações críticas.

7.2 Especificação da Etiqueta

A etiqueta inclui campos para:

• CPN (Número de Peça do Cliente)
• P/N (Número de Peça do Fabricante: HIR89-01C/1R)
• QTY (Quantidade)
• CAT (Categorias, ex., C ou D para intensidade radiante)
• HUE (Comprimento de Onda de Pico)
• LOT No. (Número de Lote para Rastreabilidade)
• Origem de Produção
• Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL)

7.3 Guia de Seleção do Dispositivo

O HIR89-01C/1R é o único número de peça nesta série, apresentando um chip de GaAlAs e uma lente transparente.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Design

8.1 Aplicações Típicas

• Sistemas de Sensoriamento por Infravermelhos:Sensores de proximidade, deteção de objetos, interruptores sem contacto.
• Codificadores Óticos:Sensoriamento de posição e velocidade em motores.
• Transmissão de Dados:Ligações de dados IR de curto alcance (ex., comandos à distância, IrDA).
• Visão por Computador:Iluminação para câmaras com filtros IR.
• Sistemas de Segurança:Iluminação ativa para câmaras de visão noturna.

8.2 Notas de Design de Circuito

1. Limitação de Corrente:Utilizar sempre um resistor em série. Calcular usando R = (V_{alimentação}- V_F) / I_F. Utilizar a V_Fmáxima da ficha técnica para garantir uma corrente segura em todas as condições.
2. Circuito de Acionamento:Para operação em pulso (ex., sensoriamento, comunicação), garantir que a largura do pulso e o ciclo de trabalho permaneçam dentro das classificações I_FPpara evitar sobreaquecimento.
3. Gestão Térmica:Considerar a curva de redução de potência. Em altas temperaturas ambientes ou quando montado numa placa com outros componentes geradores de calor, reduzir a corrente de operação em conformidade.
4. Layout da PCB:Seguir o padrão de soldadura recomendado do desenho dimensional. Garantir espaçamento adequado de outros componentes para evitar interferência térmica ou ótica.

9. Comparação e Posicionamento Técnico

O HIR89-01C/1R posiciona-se como um emissor de infravermelhos fiável e de uso geral num encapsulamento SMD miniaturizado. O seu comprimento de onda de 850nm é o padrão da indústria para compatibilidade com detetores de silício. Comparado com LEDs IR antigos de orifício passante, o seu formato SMD permite uma montagem em PCB mais pequena e automatizada. O ângulo de visão de 30° oferece um bom equilíbrio entre concentração do feixe e tolerância de alinhamento para muitas aplicações. A disponibilização de uma classificação detalhada (categorias C e D) permite aos projetistas selecionar dispositivos com base na potência de saída necessária, o que pode ser crítico para alcançar um alcance de sensoriamento ou força de sinal consistentes.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

10.1 Por que é absolutamente necessário um resistor limitador de corrente?

A característica de díodo do LED tem uma resistência dinâmica muito baixa assim que a tensão direta é excedida. Sem um resistor, a corrente é limitada apenas pela resistência interna da fonte de alimentação e pela fiação, que é tipicamente muito baixa, levando a uma sobrecorrente catastrófica. O resistor fornece um método linear, previsível e seguro para definir a corrente de operação.

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

No.Os pinos GPIO dos microcontroladores têm limites de fornecimento/receção de corrente (frequentemente 20-40mA) que estão no limite ou abaixo da classificação contínua deste LED. Mais importante, eles não podem fornecer a limitação de corrente necessária. Deve usar o GPIO para controlar um transístor ou MOSFET, que por sua vez aciona o LED através de um resistor limitador de corrente apropriado ligado ao barramento de alimentação principal.

10.3 Qual é a diferença entre as categorias C e D?

As categorias C e D especificam diferentes intervalos de Intensidade Radiante (I_e) medidos a 70mA. A categoria C tem um intervalo de saída mais baixo (40-80 mW/sr), enquanto a categoria D tem um intervalo de saída mais alto (63-125 mW/sr). Selecionar um dispositivo da categoria D pode fornecer mais potência ótica para maior alcance ou deteção de sinal mais robusta, mas pode ter um custo ligeiramente superior. A categoria específica encomendada será indicada na etiqueta da embalagem.

10.4 Quão críticas são as instruções de sensibilidade à humidade e secagem?

Muito críticas. A humidade absorvida no encapsulamento de plástico pode vaporizar-se durante o processo de soldadura por reflow de alta temperatura, causando delaminação interna, fissuras ou "popcorning", o que pode danificar o chip ou as ligações dos fios. Seguir os tempos de armazenamento e realizar o procedimento de secagem quando necessário é essencial para um alto rendimento de montagem e fiabilidade a longo prazo.

11. Estudo de Caso de Design e Utilização

11.1 Projetando um Sensor de Proximidade Simples

Objetivo:Detetar um objeto dentro de 10cm.
Design:Emparelhar o HIR89-01C/1R com um fototransístor de silício correspondente. O LED é acionado por uma alimentação de 5V através de um resistor limitador de corrente. Usando a V_Ftípica de 1.55V a 70mA, o valor do resistor é R = (5V - 1.55V) / 0.07A ≈ 49.3Ω (usar um resistor padrão de 51Ω). O LED é pulsado a uma frequência específica (ex., 38kHz) usando um microcontrolador. A saída do fototransístor é ligada a um circuito integrado recetor demodulador sintonizado na mesma frequência. Este design rejeita a luz ambiente, e a presença de um objeto é detetada pela luz IR modulada refletida. O feixe de 30° ajuda a definir a zona de deteção.

12. Princípio de Operação

Um Díodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) opera com base no princípio da eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões da região tipo-n e as lacunas da região tipo-p são injetados através da junção. Estes portadores de carga recombinam-se na região ativa (a camada de GaAlAs neste caso). A energia libertada durante a recombinação é emitida como fotões (luz). A energia específica da banda proibida do material semicondutor GaAlAs determina o comprimento de onda dos fotões emitidos, que para este dispositivo está centrado no espectro do infravermelho próximo a 850nm. A lente de epóxi transparente molda a luz emitida no ângulo de visão especificado.

13. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de LED infravermelho continua a evoluir. As tendências incluem:

• Maior Eficiência:Desenvolvimento de novos materiais e estruturas semicondutoras (ex., poços quânticos múltiplos) para alcançar mais potência ótica por unidade de entrada elétrica (maior eficiência wall-plug).
• Aumento da Densidade de Potência:Dispositivos capazes de suportar correntes de acionamento mais altas em encapsulamentos mais pequenos para aplicações como LiDAR e sensoriamento de longo alcance.
• Multi-Comprimento de Onda e VCSELs:Surgimento de LEDs e Lasers de Emissão Superficial de Cavidade Vertical (VCSELs) em outros comprimentos de onda IR (ex., 940nm para maior segurança ocular, 1350nm/1550nm para LiDAR de maior alcance) para atender necessidades específicas de aplicação.
• Soluções Integradas:Combinação do emissor IR, circuito de acionamento e, por vezes, do detetor num único módulo para simplificar o design e melhorar o desempenho.

O HIR89-01C/1R representa uma solução madura, económica e fiável para uma vasta gama de aplicações IR convencionais.