Ficha Técnica do LED Infravermelho HIR25-21C/L289/2T em Pacote 1206 com Lente Interna - Dimensões 3.2x1.6x1.1mm - Tensão 1.4V - Potência 130mW - Comprimento de Onda 850nm

1. Visão Geral do Produto

O HIR25-21C/L289/2T é um diodo emissor de infravermelho (IR) de alto desempenho, encapsulado em um pacote SMD (Dispositivo de Montagem em Superfície) miniatura do tipo 1206. Este componente é especificamente projetado para aplicações que requerem emissão infravermelha confiável, compatível com fotodetectores à base de silício. Sua função principal é converter energia elétrica em luz infravermelha com um comprimento de onda de pico de 850 nanômetros (nm).

O dispositivo é construído com um chip de material GaAlAs (Arseneto de Gálio e Alumínio), conhecido por sua eficiência no espectro infravermelho. O encapsulamento é moldado em plástico "água clara" e incorpora uma lente interna esférica. Este design de lente é crucial para controlar o padrão de saída de luz, resultando em um ângulo de visão típico (2θ1/2) de 60 graus. A aparência "água clara" indica que o material da lente não filtra a luz visível, permitindo a transmissão máxima da radiação infravermelha pretendida.

Uma vantagem fundamental deste LED é o seu casamento espectral com fotodiodos e fototransistores de silício. Os detectores de silício têm sensibilidade de pico na região do infravermelho próximo, e a saída de 850nm deste LED se alinha bem com esta característica, garantindo força de sinal ótima e eficiência do sistema em aplicações de sensoriamento.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Absolutas Máximas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob estas condições não é garantida.

• Corrente Direta Contínua (I_F): 65 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada continuamente ao ânodo do LED.
• Tensão Reversa (V_R): 5 V. A aplicação de uma tensão reversa superior a esta pode romper a junção PN do LED.
• Dissipação de Potência (P_d): 130 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente. Esta é a potência máxima que o encapsulamento pode dissipar como calor. Exceder este limite corre o risco de superaquecimento.
• Temperatura de Operação & Armazenamento: -25°C a +85°C (operação), -40°C a +85°C (armazenamento).
• Temperatura de Soldagem (T_sol): 260°C por no máximo 5 segundos. Isto é crítico para processos de soldagem por refluxo sem chumbo (Pb-free).

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

Estes parâmetros são medidos sob condições padrão de teste (corrente direta de 20mA, 25°C) e definem o desempenho do dispositivo.

• Intensidade Radiante (I_e): 4,0 mW/sr (Mín), 5,0 mW/sr (Típ). Mede a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano). É um indicador direto do brilho do LED em sua direção principal.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p): 850 nm (Típ). O comprimento de onda no qual a potência de saída óptica é maior. Isto está no espectro do infravermelho próximo (NIR), invisível ao olho humano.
• Largura de Banda Espectral (Δλ): 30 nm (Típ). A faixa de comprimentos de onda emitidos, tipicamente medida na metade da potência de pico (Largura Total à Meia Altura - FWHM). Uma largura de banda de 30nm é padrão para um LED IR.
• Tensão Direta (V_F): 1,4 V (Típ), 1,7 V (Máx) a 20mA. A queda de tensão através do LED durante a operação. Esta baixa tensão é característica dos diodos IR de GaAlAs e é importante para calcular os valores do resistor em série e o consumo de energia.
• Corrente Reversa (I_R): 10 μA (Máx) a V_R=5V. A pequena corrente de fuga que flui quando o diodo está polarizado reversamente.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): 60° (Típ). O ângulo total onde a intensidade radiante cai para metade do seu valor máximo. A lente esférica cria este feixe moderadamente amplo.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características essenciais para engenheiros de projeto.

3.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico mostra a derating da corrente direta máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. Conforme a temperatura sobe, a capacidade do LED de dissipar calor diminui, portanto a corrente máxima deve ser reduzida para permanecer dentro do limite de dissipação de potência de 130mW. Os projetistas devem consultar esta curva para operação em alta temperatura.

3.2 Distribuição Espectral

Este gráfico visualiza a saída de luz em função do comprimento de onda, centrado em torno do pico de 850nm com a largura de banda FWHM de 30nm. Confirma o casamento espectral com detectores de silício, que tipicamente têm alta responsividade em torno de 800-900nm.

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

Esta curva fundamental mostra a relação exponencial entre corrente e tensão para um diodo. A tensão de "joelho" está em torno de 1,2-1,3V. A curva é vital para projetar o circuito de acionamento, especialmente para calcular o resistor limitador de corrente: R = (V_fonte- V_F) / I_F.

3.4 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Este gráfico demonstra a relação linear entre a corrente de acionamento e a potência de saída óptica (intensidade radiante) dentro da faixa de operação. Mostra que aumentar a corrente aumenta proporcionalmente a saída de luz, até os limites térmicos do dispositivo.

3.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar ilustra o padrão de radiação ou perfil do feixe. Confirma visualmente o ângulo de visão de 60°, mostrando como a intensidade diminui à medida que o ângulo do eixo central (0°) aumenta. Isto é crítico para projetar sistemas ópticos, garantindo que o receptor esteja dentro do feixe efetivo do LED.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Dispositivo

O componente segue o padrão de footprint SMD 1206: aproximadamente 3,2mm de comprimento, 1,6mm de largura e 1,1mm de altura. Desenhos dimensionais detalhados na ficha técnica especificam todas as medidas críticas, incluindo espaçamento dos terminais (2,0mm típico), altura do componente e curvatura da lente, com tolerâncias de ±0,1mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Identificação da Polaridade

O cátodo é tipicamente marcado, muitas vezes por um entalhe, uma faixa verde ou um tamanho/forma diferente do terminal na fita e na embalagem de carretel. O desenho da ficha técnica indica o lado do cátodo. A polaridade correta é essencial durante a montagem para evitar danos por polarização reversa.

4.3 Especificações de Embalagem

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora relevada de 8mm de largura, enrolada em carretéis de 7 polegadas de diâmetro. Cada carretel contém 2000 peças. As dimensões da fita transportadora (tamanho do bolso, passo, etc.) são fornecidas para a programação de máquinas de pick-and-place automatizadas.

5. Diretrizes de Soldagem, Montagem e Manuseio

5.1 Precauções Críticas

• Limitação de Corrente é Obrigatória: Um resistor em série externo deve ser sempre utilizado. A baixa tensão direta do LED e sua curva I-V acentuada significam que um pequeno aumento na tensão da fonte pode causar um grande e destrutivo aumento na corrente.
• Sensibilidade à Umidade: O encapsulamento plástico é sensível à umidade. Os dispositivos devem ser armazenados em sua bolsa à prova de umidade original sob condições controladas (10-30°C, ≤60% UR). Uma vez aberta, a "vida útil no chão de fábrica" é de 168 horas (7 dias) nas mesmas condições. Exceder este prazo requer secagem (por exemplo, 96 horas a 60°C) antes da soldagem por refluxo para evitar "estouro" ou rachaduras no encapsulamento.

5.2 Processo de Soldagem

• Soldagem por Refluxo: Um perfil de temperatura sem chumbo (Pb-free) é recomendado, com uma temperatura de pico de 260°C por no máximo 5 segundos. O processo de refluxo não deve ser realizado mais de duas vezes.
• Soldagem Manual: Se necessário, use um ferro de soldar com temperatura da ponta abaixo de 350°C e potência nominal inferior a 25W. O tempo de contato por terminal deve ser inferior a 3 segundos, com intervalos entre a soldagem de cada terminal. Um ferro de soldar de dupla cabeça é sugerido para qualquer trabalho de reparo para minimizar o estresse térmico.
• Evitar Estresse: Não aplique estresse mecânico ao LED durante o aquecimento ou dobre a PCB após a soldagem, pois isso pode danificar as conexões internas ou o encapsulamento.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Sensores Infravermelhos Montados em PCB: Usado como emissor em sensores de proximidade, detecção de objetos e robôs seguidores de linha.
• Unidades de Controle Remoto por Infravermelho: Adequado para controles remotos com requisitos de alta potência, proporcionando maior alcance ou penetração de sinal mais forte.
• Scanners: Leitores de código de barras, scanners de documentos e outros sistemas de varredura óptica.
• Sistemas Gerais de Infravermelho: Sistemas de segurança (iluminação IR para câmeras), transmissão de dados (IrDA) e automação industrial.

6.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento: Sempre inclua um resistor limitador de corrente. Calcule o valor do resistor e sua potência nominal com base na tensão da fonte e na corrente direta desejada (por exemplo, 20mA para especificações típicas). Para operação pulsada (como em controles remotos), correntes de pico mais altas podem ser possíveis se o ciclo de trabalho for baixo, mas a potência média não deve exceder as especificações.
• Projeto Óptico: Considere o ângulo de visão de 60° ao alinhar o emissor com um fotodetector. Para maior alcance, lentes ou refletores externos podem ser usados para colimar o feixe. Para cobertura mais ampla, o ângulo nativo pode ser suficiente.
• Gerenciamento Térmico: Garanta área de cobre adequada na PCB ou vias térmicas para dissipar calor, especialmente ao acionar próximo da corrente máxima ou em altas temperaturas ambientes.
• Ruído Elétrico: Em aplicações de sensoriamento analógico sensíveis, considere modular o sinal IR e usar detecção síncrona para rejeitar luz ambiente e ruído elétrico.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs SMD de luz visível padrão ou LEDs IR antigos de montagem em orifício, o HIR25-21C/L289/2T oferece várias vantagens:

• Tamanho & Montagem: O pacote SMD 1206 permite montagem em PCB automatizada e de alta densidade, economizando espaço e custo em comparação com componentes de montagem em orifício.
• Desempenho Óptico: A lente esférica integrada fornece um padrão de radiação consistente e controlado (60°), que é mais confiável do que LEDs sem lente ou com janela plana.
• Precisão Espectral: O comprimento de onda de pico de 850nm é um padrão otimizado para detectores de silício, oferecendo um bom equilíbrio entre responsividade do detector e rejeição de luz ambiente (a luz solar tem menos IR em 850nm em comparação com 940nm).
• Conformidade: O produto é livre de chumbo, em conformidade com os padrões RoHS, REACH e livre de halogênios (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), atendendo às regulamentações ambientais modernas.

8. Perguntas Frequentes (FAQs)

8.1 Qual é a finalidade da lente "água clara" se é um LED IR?

O plástico "água clara" é altamente transparente em um amplo espectro, incluindo luz visível e infravermelho próximo. Sua função principal é proteger o chip semicondutor e ser moldado em uma forma específica (lente esférica) que controla o padrão de saída de luz. Ele não filtra a luz IR; na verdade, permite a transmissão máxima do comprimento de onda de 850nm.

8.2 Posso acionar este LED na sua corrente máxima de 65mA continuamente?

Você só pode acioná-lo a 65mA se puder garantir que a temperatura ambiente seja baixa o suficiente e o projeto térmico seja suficiente para manter a temperatura da junção dentro dos limites seguros, garantindo que a dissipação de potência de 130mW não seja excedida. Em temperaturas ambientes mais altas, a corrente máxima permitida sofre derating significativo. Para operação confiável de longo prazo, recomenda-se acionar na condição típica de 20mA.

8.3 Como identifico o ânodo e o cátodo?

O desenho do pacote na ficha técnica indica o cátodo. Na fita e no carretel físico, o lado do cátodo do bolso é frequentemente marcado. No próprio componente, procure por uma marca sutil como um entalhe, um ponto ou uma faixa verde. Em caso de dúvida, consulte o rótulo da embalagem do fabricante ou a ficha técnica.

8.4 Por que o armazenamento e o manuseio são tão rigorosos em relação à umidade?

O composto de moldagem plástica pode absorver umidade do ar. Durante o processo de soldagem por refluxo em alta temperatura, essa umidade absorvida rapidamente se transforma em vapor, criando alta pressão interna. Isso pode causar delaminação dentro do encapsulamento, rachaduras no plástico ou "estouro", levando a falha imediata ou redução da confiabilidade de longo prazo. As precauções de MSL (Nível de Sensibilidade à Umidade) previnem isso.

9. Princípio de Funcionamento

Este dispositivo é um diodo emissor de luz (LED). Quando uma tensão direta que excede sua tensão de bandgap (aproximadamente 1,4V) é aplicada através do ânodo e do cátodo, elétrons e lacunas são injetados na região ativa do chip semicondutor de GaAlAs. Quando esses portadores de carga se recombinam, eles liberam energia na forma de fótons (partículas de luz). A composição específica do material GaAlAs determina a energia desses fótons, que corresponde ao comprimento de onda infravermelho de 850nm. A lente esférica então molda e direciona essa luz emitida em um feixe de 60 graus.

10. Tendências da Indústria

Os LEDs infravermelhos continuam a evoluir, impulsionados por várias tendências-chave. Há uma demanda crescente por maior intensidade radiante e eficiência em pacotes menores para permitir sensores mais compactos e poderosos. A integração é outra tendência significativa, com emissores IR sendo combinados com drivers, fotodetectores e até microcontroladores em módulos únicos ou soluções de sistema-em-pacote (SiP). Além disso, a expansão de aplicações na indústria automotiva (monitoramento interno, LiDAR), eletrônicos de consumo (reconhecimento facial, controle por gestos) e IoT industrial está impulsionando a demanda por dispositivos com maior confiabilidade, faixas de temperatura de operação mais amplas e maior resistência a ambientes adversos. A conformidade com rigorosas regulamentações ambientais e de segurança permanece um requisito fundamental para todos os componentes eletrônicos.