Folha de Dados do LED Infravermelho IR25-21C/TR8 - Pacote SMD Reverso - Chip GaAlAs - Lente Transparente - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O IR25-21C/TR8 é um díodo emissor de luz infravermelha (LED) de montagem em superfície (SMD) miniaturizado. Apresenta um design de pacote reverso moldado em plástico transparente com uma lente esférica superior. A função principal deste componente é emitir luz infravermelha, com sua saída espectral especificamente compatível com fotodiodos e fototransistores de silício, tornando-o uma fonte ideal para diversas aplicações de sensoriamento.

As principais vantagens deste LED incluem seu pacote compacto de dupla extremidade, que facilita a montagem em PCB e a integração em projetos com espaço limitado. Opera com uma baixa tensão direta, contribuindo para a eficiência energética. O dispositivo está em conformidade com os principais padrões ambientais e de segurança, incluindo RoHS, REACH da UE e é livre de halogênios, garantindo sua adequação para a fabricação eletrônica moderna.

1.1 Guia de Seleção do Dispositivo

O IR25-21C/TR8 pertence à categoria de LEDs Infravermelhos (IR). Utiliza um material de chip de Arseneto de Gálio e Alumínio (GaAlAs), conhecido por sua emissão infravermelha eficiente. A lente é transparente, permitindo a transmissão máxima da luz infravermelha sem filtragem de cor.

2. Especificações Técnicas e Interpretação Objetiva

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os limites operacionais do dispositivo são definidos sob temperatura ambiente padrão (Ta=25°C). Exceder estes valores pode causar danos permanentes.

• Corrente Direta (I_F):100 mA - A corrente contínua máxima permitida através do LED.
• Tensão Reversa (V_R):5 V - A tensão máxima que pode ser aplicada na direção reversa.
• Dissipação de Potência (P_d):120 mW - A potência máxima que o pacote pode dissipar na forma de calor.
• Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +85°C - A faixa de temperatura ambiente para operação confiável.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +85°C - A faixa de temperatura segura para armazenar o dispositivo quando não energizado.
• Temperatura de Soldagem (T_s):260°C por no máximo 5 segundos - A temperatura de pico e duração que o LED pode suportar durante a soldagem por refluxo.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos a Ta=25°C e definem o desempenho típico do LED.

• Intensidade Radiante (I_e):40 mW/sr (Mín.) @ I_F=20 mA - Esta é a potência óptica de saída por unidade de ângulo sólido, uma medida chave de brilho para fontes direcionais como LEDs.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):940 nm (Típ.) - O comprimento de onda no qual o LED emite a maior potência óptica. Isto se alinha bem com a sensibilidade de pico dos fotodetectores de silício comuns.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):50 nm (Típ.) - A faixa de comprimentos de onda emitidos, medida na metade da intensidade de pico (Largura Total à Meia Altura).
• Tensão Direta (V_F):1,5 V (Típ.) @ I_F=20 mA - A queda de tensão através do LED quando operando na corrente especificada. O valor baixo é benéfico para circuitos de baixa tensão.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):±20° (Típ.) - A extensão angular onde a intensidade radiante é pelo menos metade da intensidade de pico. Isto define a largura do feixe.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece vários gráficos que ilustram o comportamento do dispositivo sob diferentes condições.

3.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

A Figura 1 mostra a redução da corrente direta máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. Para evitar superaquecimento, a corrente deve ser reduzida ao operar acima de 25°C. Esta curva é crítica para o projeto de gerenciamento térmico.

3.2 Distribuição Espectral

A Figura 2 traça a intensidade relativa em função do comprimento de onda, confirmando o pico em aproximadamente 940 nm e a largura de banda de ~50 nm. Esta compatibilidade com a responsividade do detector de silício (que tem pico em torno de 900-1000 nm) maximiza a força do sinal em sistemas de sensores.

3.3 Intensidade Relativa vs. Corrente Direta

A Figura 3 demonstra a relação entre a saída óptica e a corrente de acionamento. A saída aumenta com a corrente, mas pode tornar-se sublinear em correntes muito altas devido ao aquecimento e à queda de eficiência. Operar dentro da faixa recomendada garante desempenho estável.

3.4 Corrente Direta vs. Tensão Direta

A Figura 4 é a curva característica I-V. Ela mostra a relação exponencial típica de um diodo. A curva destaca a importância de usar um resistor limitador de corrente ou um driver de corrente constante, pois um pequeno aumento na tensão além do ponto de joelho causa um grande aumento, potencialmente destrutivo, na corrente.

3.5 Deslocamento Angular

A Figura 5 traça a intensidade radiante relativa em função do ângulo a partir do eixo central, definindo o padrão de emissão espacial (Lambertiano ou outro). Isto é essencial para o projeto óptico, determinando como a luz é distribuída na área alvo.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Pacote

O LED possui uma pegada SMD compacta. As dimensões principais incluem um tamanho do corpo de aproximadamente 2,0mm x 1,25mm, com uma altura de cerca de 0,8mm. Desenhos detalhados especificam o layout dos terminais, o espaçamento e a geometria da lente. As tolerâncias são tipicamente ±0,1mm, salvo indicação em contrário. Um padrão de solda sugerido (layout dos terminais) é fornecido para o projeto da PCB, mas deve ser otimizado com base em processos de fabricação específicos e requisitos térmicos.

4.2 Identificação de Polaridade

O componente apresenta um pacote reverso. A polaridade é indicada por uma marca no corpo ou pela forma da pegada do pacote. A orientação correta é crucial para a operação do circuito.

4.3 Dimensões da Fita de Transporte

O dispositivo é fornecido em fita de transporte relevada de 8mm de largura, enrolada em um carretel de 7 polegadas de diâmetro. O passo da fita e as dimensões dos compartimentos são especificados para garantir compatibilidade com equipamentos de montagem pick-and-place automatizados. Cada carretel contém 2000 unidades.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Armazenamento e Manuseio

Os LEDs são sensíveis à umidade (MSL). As embalagens de barreira de umidade não abertas devem ser armazenadas abaixo de 30°C e 90% de UR. Uma vez abertas, a "vida útil após abertura" é de 168 horas (7 dias) quando armazenadas a ≤60% de UR. Exceder este tempo requer secagem (por exemplo, 96 horas a 60°C) antes do refluxo para evitar danos de "estouro" durante a soldagem.

5.2 Perfil de Soldagem por Refluxo

É recomendado um perfil de temperatura de refluxo sem chumbo (Pb-free). Os parâmetros-chave incluem uma zona de pré-aquecimento, um aumento gradual de temperatura, uma temperatura de pico não excedendo 260°C por no máximo 5 segundos e uma fase de resfriamento controlada. O refluxo não deve ser realizado mais de duas vezes no mesmo dispositivo.

5.3 Soldagem Manual e Retrabalho

Se a soldagem manual for necessária, deve ser usado um ferro de soldar com temperatura da ponta abaixo de 350°C e potência abaixo de 25W. O tempo de contato por terminal deve ser inferior a 3 segundos. Para retrabalho, sugere-se um ferro de soldar de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os terminais e evitar tensão mecânica. O impacto nas características do dispositivo deve ser verificado após qualquer retrabalho.

5.4 Precauções Críticas

• Proteção de Corrente:Um resistor externo em série é obrigatório para limitar a corrente direta. A curva I-V íngreme significa que flutuações menores na tensão podem causar uma sobrecorrente catastrófica.
• Tensão Mecânica:Evite aplicar força no corpo do LED durante ou após a soldagem. Não dobre a PCB nas proximidades do LED montado.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Sensores Infravermelhos Montados em PCB:Usado como fonte de luz em sensores de proximidade, detecção de objetos e codificação de posição.
• Barreiras de Luz Miniaturas/Interruptores Ópticos:Emparelhado com um fotodetector para criar um feixe interrompível para contagem, cortinas de segurança ou interruptores de limite.
• Unidades de Disquete (Legado):Historicamente usado para detecção de trilha.
• Detectores de Fumaça:Empregado em detectores do tipo de obscurecimento, onde partículas de fumaça espalham um feixe de luz.

6.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Implemente uma fonte de corrente constante ou uma fonte de tensão com um resistor limitador de corrente calculado com precisão (R = (V_supply- V_F) / I_F).
• Alinhamento Óptico:O ângulo de visão de ±20° requer um alinhamento cuidadoso com o detector receptor para um acoplamento de sinal ideal, especialmente em aplicações de feixe estreito.
• Gerenciamento Térmico:Garanta área de cobre na PCB ou vias térmicas adequadas para dissipar calor, especialmente ao acionar com correntes mais altas ou em temperaturas ambientes elevadas.
• Ruído Elétrico:Em circuitos de sensoriamento analógico sensíveis, considere blindagem ou modulação do sinal de acionamento do LED para distingui-lo da luz ambiente e do ruído elétrico.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs infravermelhos padrão, o pacote reverso do IR25-21C/TR8 oferece um perfil potencialmente mais baixo e um padrão de radiação diferente. Seu diferencial principal é a compatibilidade espectral específica com o silício, o que pode produzir relações sinal-ruído mais altas em sistemas detectores do que LEDs com comprimentos de onda fora do pico. A conformidade com padrões livres de halogênio e ambientais modernos o torna adequado para iniciativas de eletrônica verde.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

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

A característica exponencial I-V do diodo significa que, além do joelho da tensão direta (em torno de 1,5V), a corrente aumenta dramaticamente com um aumento mínimo de tensão. Sem um resistor para definir o ponto de operação, pequenas variações na fonte de alimentação ou mudanças de temperatura podem empurrar a corrente além do máximo de 100mA, destruindo instantaneamente o LED.

8.2 O que significa "compatibilidade espectral com fotodetector de Si"?

Fotodiodos e fototransistores baseados em silício possuem uma curva de responsividade específica; eles são mais sensíveis à luz em torno de 800-1000 nm. A emissão de pico deste LED em 940 nm cai diretamente dentro desta região de alta sensibilidade, garantindo que o detector converta a quantidade máxima da potência óptica do LED em corrente elétrica, melhorando a eficiência e o alcance do sistema.

8.3 Quão crítica é a vida útil de 168 horas após abertura?

É muito crítica para uma montagem confiável. A umidade absorvida pelo pacote plástico pode vaporizar rapidamente durante o processo de soldagem por refluxo em alta temperatura, causando delaminação interna, trincas ou danos aos fios de ligação ("estouro"). Respeitar a vida útil após abertura ou realizar uma secagem adequada previne este modo de falha.

9. Exemplo Prático de Caso de Uso

Projetando um Contador de Folhas de Papel:Em uma máquina de escritório, o IR25-21C/TR8 pode ser montado em um lado do caminho do papel, diretamente voltado para um fototransistor do outro lado. Quando não há papel, o feixe infravermelho atinge o detector, gerando um sinal alto. Quando uma folha de papel passa, ela interrompe o feixe, fazendo com que o sinal do detector caia. Este evento é contado por um microcontrolador. O comprimento de onda de 940nm é invisível e não é afetado pela luz ambiente da sala. A baixa tensão direta permite que o sistema seja alimentado por uma fonte lógica de 3,3V ou 5V, com um simples resistor em série (por exemplo, (5V - 1,5V)/0,02A = 175Ω) definindo a corrente do LED para um valor seguro de 20mA.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando polarizado diretamente, elétrons da região n e lacunas da região p são injetados na região da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam, eles liberam energia. Em um sistema de material GaAlAs, esta energia é liberada principalmente como fótons (partículas de luz) no espectro infravermelho (comprimentos de onda maiores que a luz vermelha visível, tipicamente 700nm a 1mm). A composição específica das camadas de Gálio, Alumínio e Arseneto determina o comprimento de onda de emissão de pico. O pacote de epóxi transparente atua como uma lente, moldando a luz emitida em um padrão de feixe definido.

11. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

A tendência na optoeletrônica para sensoriamento continua em direção à miniaturização, maior eficiência e integração. Embora LEDs discretos como o IR25-21C/TR8 permaneçam vitais por flexibilidade e desempenho, há um mercado crescente para módulos de sensor integrados que combinam o emissor, o detector e o circuito de condicionamento de sinal em um único pacote. Estes módulos simplificam o projeto, mas podem oferecer menos otimização para aplicações específicas. Outra tendência é a demanda por modulação de maior velocidade para aplicações de comunicação de dados (como controles remotos IR), o que requer LEDs com tempos de subida/descida rápidos. A conformidade ambiental (RoHS, REACH, livre de halogênio) tornou-se um requisito padrão, e não um diferencial. A tecnologia subjacente para emissão infravermelha eficiente continua a ser refinada, com pesquisas em novos sistemas de materiais como InGaN para diferentes faixas de comprimento de onda.