Ficha Técnica do LED Infravermelho Mini-Top HIR67-21C/L11/TR8 - Comprimento de Onda de Pico 850nm - Ângulo de Visão 120° - Corrente Direta 65mA - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O HIR67-21C/L11/TR8 é um diodo emissor de infravermelho (IR) de alto desempenho projetado para aplicações de montagem em superfície. Ele é encapsulado em um pacote SMD miniatura de topo plano moldado em plástico transparente, que atua como uma lente. O dispositivo é projetado para emitir luz em um comprimento de onda de pico de 850nm, o que o torna espectralmente compatível com fotodiodos e fototransistores de silício comuns. Este alinhamento é crucial para maximizar a eficiência de detecção em sistemas optoeletrônicos.

Suas principais vantagens incluem uma baixa tensão direta, que contribui para a eficiência energética, e compatibilidade com processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho e em fase de vapor. O componente também está em conformidade com normas ambientais e de segurança importantes, sendo livre de chumbo, compatível com RoHS, compatível com REACH da UE e livre de halogênios, atendendo a limites específicos para teor de bromo e cloro.

O mercado-alvo para este LED IR abrange vários setores de eletrônicos de consumo e industriais onde é necessária uma detecção confiável por luz não visível.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação nestas condições não é garantida.

• Corrente Direta Contínua (IF):65 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode passar continuamente pelo LED.
• Tensão Reversa (VR):5 V. Exceder esta tensão de polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Temperatura de Operação e Armazenamento (Topr, Tstg):-40°C a +100°C. Esta ampla faixa garante confiabilidade em ambientes severos.
• Temperatura de Soldagem (Tsol):260°C por no máximo 5 segundos, compatível com perfis de refluxo sem chumbo.
• Dissipação de Potência (Pd):130 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente. A redução de potência é necessária em temperaturas mais altas.

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

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições típicas de operação.

• Intensidade Radiante (Ie):Tipicamente 2,0 mW/sr a uma corrente direta (IF) de 20mA. Em operação pulsada (largura de pulso de 100μs, ciclo de trabalho ≤1%) a 100mA, pode atingir 10 mW/sr.
• Comprimento de Onda de Pico (λp):850 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica emitida é máxima.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Isso indica a faixa de comprimentos de onda emitidos, centrada em torno do pico.
• Tensão Direta (VF):Tipicamente 1,45V a 20mA, com um máximo de 1,65V. A 100mA (pulsada), varia de 1,80V a 2,40V.
• Corrente Reversa (IR):Máximo 10 μA a uma tensão reversa de 5V.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):120 graus (típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor máximo, indicando um padrão de feixe muito amplo.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características essenciais para o projeto de circuito e gerenciamento térmico.

3.1 Dissipação de Potência vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico mostra como a dissipação de potência máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. Os projetistas devem usar esta curva para garantir que o LED opere dentro de sua área de operação segura, especialmente em aplicações de alta temperatura. A redução é linear, partindo de 130mW a 25°C e atingindo zero na temperatura máxima da junção.

3.2 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral traça a intensidade relativa em função do comprimento de onda. Ela confirma a emissão de pico em 850nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 45nm. Esta informação é vital para selecionar fotodetectores e filtros ópticos compatíveis.

3.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva IV)

Esta relação não linear é crítica para projetar o circuito limitador de corrente. A curva mostra que um pequeno aumento na tensão além do VF típico pode levar a um grande aumento, potencialmente danoso, na corrente, ressaltando a necessidade de uma regulação de corrente adequada (por exemplo, um resistor em série ou um driver de corrente constante).

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar representa visualmente o ângulo de visão de 120 graus. A intensidade é mais alta a 0 graus (perpendicular à superfície do LED) e diminui simetricamente para 50% do seu máximo a ±60 graus do centro.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O LED é fornecido em um pacote SMD compacto. As dimensões principais incluem o tamanho do corpo, o espaçamento dos terminais e a altura total. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,1mm, salvo indicação em contrário. O design da lente de topo plano contribui para o amplo ângulo de visão.

4.2 Identificação da Polaridade

O cátodo é tipicamente indicado por uma marcação no encapsulamento, como um entalhe, ponto ou terminal aparado. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem para evitar danos por polarização reversa.

4.3 Especificações da Fita de Transporte e da Bobina

Os componentes são fornecidos em fita de 8mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, padrão para montagem automatizada pick-and-place. Cada bobina contém 2000 peças. As dimensões detalhadas da fita de transporte (tamanho do bolso, passo, etc.) são fornecidas para garantir compatibilidade com equipamentos de montagem automatizada.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

Os LEDs são sensíveis à umidade (MSL). As precauções incluem:

• Não abra a bolsa à prova de umidade até o momento do uso.
• Armazene as bolsas fechadas a ≤30°C e ≤90% de UR. Use dentro de um ano.
• Após a abertura, use os componentes em até 168 horas (7 dias) quando armazenados a ≤30°C e ≤70% de UR.
• Se o tempo de armazenamento for excedido ou o dessecante indicar umidade, faça uma secagem a 60±5°C por 24 horas antes do uso.

5.2 Soldagem por Refluxo

Um perfil de temperatura de refluxo sem chumbo recomendado é fornecido. Pontos-chave:

• A temperatura de pico não deve exceder 260°C.
• O tempo acima do líquido (por exemplo, 217°C) deve ser controlado.
• O refluxo não deve ser realizado mais de duas vezes.
• Evite tensão mecânica no encapsulamento durante o aquecimento e resfriamento.

5.3 Soldagem Manual e Reparo

Se a soldagem manual for necessária:

• Use um ferro de soldar com temperatura da ponta de<350°C.
• Limite o tempo de contato a ≤3 segundos por terminal.
• Use um ferro com potência nominal ≤25W.
• Permita um intervalo de resfriamento de ≥2 segundos entre soldar cada terminal.
• Evite reparar LEDs já soldados. Se for inevitável, use um ferro de soldar de duas pontas para aquecer simultaneamente ambos os terminais e minimizar o estresse térmico. Verifique a funcionalidade do dispositivo após qualquer tentativa de reparo.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Cenários de Aplicação Típicos

A ficha técnica lista várias aplicações, incluindo:

• Unidades de Disquete e Videocassetes:Para detecção de posição e fim de fita.
• Interruptores Optoeletrônicos:Usados em detecção de objetos, contagem e sensoriamento de posição ao emparelhar o LED IR com um fototransistor ou fotodiodo.
• Câmeras:Frequentemente usados em sistemas de foco automático ou iluminação infravermelha para visão noturna.
• Detectores de Fumaça:Empregados em detectores do tipo de obscurecimento, onde partículas de fumaça interrompem um feixe de IR entre um LED e um sensor.

6.2 Considerações de Projeto

Limitação de Corrente:Este é o aspecto de projeto mais crítico. Um resistor externo em série é obrigatório para definir a corrente de operação e proteger o LED de sobrecorrente causada por pequenas flutuações de tensão. O valor do resistor (R) pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF, onde VF é a tensão direta da ficha técnica na corrente desejada IF.
Gerenciamento Térmico:Para operação contínua próxima à corrente máxima nominal ou em altas temperaturas ambientes, considere o layout da PCB para dissipação de calor. Certifique-se de que a dissipação de potência (Pd = VF * IF) não exceda o máximo reduzido da curva Dissipação de Potência vs. Temperatura.
Projeto Óptico:O feixe amplo de 120° é adequado para aplicações que requerem ampla cobertura. Para feixes mais focados, podem ser necessárias lentes ou refletores externos. Certifique-se de que o material da carcaça seja transparente à luz IR de 850nm.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora a ficha técnica não compare peças específicas da concorrência, o HIR67-21C/L11/TR8 oferece uma combinação de recursos que o posiciona bem no mercado:

• Amplo Ângulo de Visão (120°):Oferece cobertura mais ampla do que muitos LEDs IR padrão, que geralmente têm ângulos de visão em torno de 20-60 graus.
• Baixa Tensão Direta:Contribui para menor consumo de energia e geração de calor reduzida em comparação com LEDs com VF mais alto.
• Conformidade Ambiental:Seu status livre de chumbo, RoHS, REACH e livre de halogênios atende a rigorosos requisitos regulatórios globais, o que é um diferencial chave para a fabricação moderna de eletrônicos.
• Alta Saída Pulsada:A capacidade de fornecer 10 mW/sr em operação pulsada (100mA) o torna adequado para aplicações que requerem alta intensidade de sinal instantânea, como certos protocolos de sensoriamento ou comunicação.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Por que um resistor limitador de corrente é absolutamente necessário?
R: A curva IV mostra a relação exponencial corrente-tensão do LED. Um pequeno aumento na tensão de alimentação além do VF nominal causa um aumento muito grande, potencialmente destrutivo, na corrente. Um resistor em série fornece uma queda de tensão linear, estabilizando a corrente e protegendo o LED.

P: Posso acionar este LED diretamente de um pino de microcontrolador de 3,3V ou 5V?
R: Não. Os pinos do microcontrolador têm capacidade limitada de fornecimento/absorção de corrente (geralmente 20-40mA) e não são projetados para acionar LEDs de potência diretamente. Além disso, você ainda precisa de um resistor em série. Use o pino do microcontrolador para controlar um transistor ou MOSFET que comuta a corrente mais alta exigida pelo LED.

P: O que significa "espectralmente compatível com fotodiodo de silício"?
R: Fotodetectores de silício têm sensibilidade de pico na região do infravermelho próximo, em torno de 800-900nm. O comprimento de onda de pico de 850nm deste LED está dentro desta zona de alta sensibilidade, garantindo a máxima conversão da luz emitida em corrente elétrica pelo detector, levando à melhor relação sinal-ruído do sistema.

P: Como interpreto a condição "Largura de Pulso ≦100μs , Ciclo de Trabalho≦1%" para o teste de 100mA?
R: Isso significa que os valores mais altos de intensidade radiante e tensão direta a 100mA são válidos apenas quando o LED é pulsado, não acionado com DC. O pulso deve ser de 100 microssegundos ou menos, e o tempo entre os pulsos deve ser longo o suficiente para que o ciclo de trabalho médio seja de 1% ou menos (por exemplo, um pulso de 100μs a cada 10ms). Isso evita aquecimento excessivo.

9. Caso Prático de Projeto e Uso

Caso: Projetando um Sensor Simples de Detecção de Objetos.
Objetivo:Detectar quando um objeto passa entre um LED IR e um fototransistor.
Componentes:LED IR HIR67-21C/L11/TR8, fototransistor de silício compatível, resistores, comparador/amplificador operacional ou microcontrolador.
Passos:

1. Circuito Acionador do LED:Alimente o LED a partir de uma fonte de 5V. Escolha uma corrente de operação, por exemplo, 20mA para boa intensidade e longevidade. Calcule o resistor em série: R = (5V - 1,45V) / 0,020A = 177,5Ω. Use um resistor padrão de 180Ω. Verifique se a dissipação de potência no resistor e no LED é aceitável.
2. Circuito Detector:Coloque o fototransistor oposto ao LED, alinhado. Quando o feixe de IR não é interrompido, o fototransistor conduz, criando uma queda de tensão em um resistor de carga. Quando um objeto bloqueia o feixe, o fototransistor para de conduzir e a tensão muda.
3. Condicionamento de Sinal:Esta mudança de tensão pode ser enviada para um comparador para criar um sinal digital limpo, ou diretamente para um pino de conversor analógico-digital (ADC) de um microcontrolador para processamento mais sofisticado.
4. Considerações:Proteja a configuração da luz ambiente (que contém IR) para evitar acionamentos falsos. O feixe de 120° do LED ajuda com a tolerância de alinhamento, mas pode exigir um tubo ou barreira para definir o caminho de sensoriamento com mais precisão.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Os Diodos Emissores de Luz Infravermelha (LEDs IR) operam no mesmo princípio fundamental dos LEDs visíveis: eletroluminescência em um material semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, elétrons da região n se recombinam com lacunas da região p. Este evento de recombinação libera energia. Em um LED IR, o material semicondutor (neste caso, Arseneto de Gálio e Alumínio - GaAlAs) é escolhido de modo que a banda proibida de energia corresponda à emissão de fótons no espectro infravermelho (comprimentos de onda maiores que a luz vermelha visível, tipicamente de 700nm a 1mm). O comprimento de onda de 850nm está na região do "infravermelho próximo" (NIR), que é invisível ao olho humano, mas facilmente detectável por sensores baseados em silício. O encapsulamento epóxi transparente de topo plano serve tanto como vedação ambiental quanto como uma lente para moldar o padrão de radiação da luz emitida.

11. Tendências de Desenvolvimento

O campo da optoeletrônica infravermelha continua a evoluir. As principais tendências relevantes para componentes como o HIR67-21C/L11/TR8 incluem:

• Maior Eficiência:A pesquisa contínua em ciência dos materiais visa desenvolver estruturas semicondutoras com maior eficiência quântica interna (mais fótons por elétron) e melhor extração de luz do encapsulamento, levando a uma maior intensidade radiante para a mesma potência de entrada.
• Miniaturização:A busca por eletrônicos menores e mais densos impulsiona o desenvolvimento de pacotes SMD ainda mais compactos, mantendo ou melhorando o desempenho óptico e as características térmicas.
• Opções Aprimoradas de Comprimento de Onda:Embora 850nm e 940nm sejam comuns, há desenvolvimento em outros comprimentos de onda NIR para aplicações específicas, como 810nm para dispositivos médicos ou bandas específicas para sensoriamento de gases.
• Integração:As tendências incluem integrar o LED IR com um CI driver ou mesmo com o fotodetector em um único pacote para criar módulos de sensor completos e calibrados, simplificando o projeto do sistema para os usuários finais.
• Conformidade Mais Rigorosa:As regulamentações ambientais e de materiais (RoHS, REACH, livre de halogênios) continuarão a se tornar mais rigorosas, impulsionando o desenvolvimento de novos materiais de encapsulamento e processos de fabricação que atendam a esses requisitos sem comprometer o desempenho ou a confiabilidade.