Ficha Técnica do LED Infravermelho Subminiatura IR26-21C/L447/CT - Diâmetro 1.6mm - Tensão 1.3V - Potência 130mW - Lente Transparente

1. Visão Geral do Produto

O IR26-21C/L447/CT é um diodo emissor de luz infravermelha subminiatura de montagem em superfície (SMD). Ele é encapsulado em um pacote compacto de dupla extremidade moldado em plástico transparente com uma lente esférica de vista superior. A função principal deste componente é emitir luz infravermelha em um comprimento de onda de pico de 940 nanômetros, que é espectralmente compatível com fotodetectores e fototransistores de silício, tornando-o ideal para aplicações de sensoriamento.

Este LED é construído usando um material de chip GaAlAs (Arseneto de Gálio e Alumínio). Suas principais vantagens incluem uma tensão direta muito baixa, um fator de forma pequeno adequado para projetos com espaço limitado e boa confiabilidade. O dispositivo está em conformidade com os principais regulamentos ambientais, incluindo ser livre de chumbo (Pb-free), compatível com RoHS, compatível com REACH da UE e livre de halogênios, atendendo a limites específicos para conteúdo de bromo e cloro.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Absolutas Máximas

O dispositivo é projetado para operar dentro de limites estritos para garantir longevidade e confiabilidade. Exceder essas especificações pode causar danos permanentes.

• Corrente Direta Contínua (I_F)): 65 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode fluir continuamente através do LED.
• Tensão Reversa (V_R)): 5 V. Aplicar uma tensão reversa superior a esta pode romper a junção semicondutora do LED.
• Temperatura de Operação (T_opr)): -25°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente para operação normal.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg)): -40°C a +85°C. A faixa de temperatura para armazenar o dispositivo quando não estiver em uso.
• Temperatura de Soldagem (T_sol)): 260°C por no máximo 5 segundos. Isso define a restrição do perfil de soldagem por refluxo.
• Dissipação de Potência (P_d)): 130 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente livre. Esta é a potência máxima que o encapsulamento pode dissipar como calor.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos em uma condição de teste padrão de 25°C de temperatura ambiente e uma corrente direta de 20 mA, que é um ponto de operação típico.

• Intensidade Radiante (I_e)): 11 mW/sr (Mín.), 18 mW/sr (Típ.). Isso mede a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano). O valor típico indica a saída esperada.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p)): 940 nm (Típ.). O comprimento de onda no qual o LED emite a maior potência óptica. Está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano, mas ideal para sensores de silício.
• Largura de Banda Espectral (Δλ)): 55 nm (Típ.). A faixa de comprimentos de onda emitidos, tipicamente medida na metade da intensidade de pico (Largura Total à Meia Altura - FWHM).
• Tensão Direta (V_F)): 1.3 V (Típ.), 1.5 V (Máx.). A queda de tensão no LED quando opera a 20mA. A baixa tensão é uma vantagem de eficiência.
• Corrente Reversa (I_R)): 10 µA (Máx.) a 5V de polarização reversa. Uma medida da fuga da junção no estado desligado.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2)): 25° (Típ.). A dispersão angular onde a intensidade radiante é pelo menos metade do seu valor de pico. Isso define o padrão do feixe.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que são cruciais para engenheiros de projeto.

3.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra a derating 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. A curva normalmente mostra uma diminuição linear, enfatizando a importância do gerenciamento térmico em ambientes de alta temperatura.

3.2 Distribuição Espectral

Este gráfico plota a intensidade radiante relativa em relação ao comprimento de onda. Ele confirma visualmente o pico em 940nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 55nm. A forma é característica dos LEDs infravermelhos de GaAlAs.

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

Esta curva fundamental ilustra a relação exponencial entre corrente e tensão para um diodo. Ela auxilia no projeto do circuito de acionamento limitador de corrente. A curva mostrará uma ativação acentuada em torno da V_Ftípica de 1.3V.

3.4 Intensidade Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva demonstra a linearidade (ou potencial não linearidade em correntes muito altas) da saída de luz em relação à corrente de acionamento. Para a maioria dos LEDs, a relação é bastante linear dentro da faixa de operação recomendada, permitindo um controle de brilho simples via modulação de corrente.

3.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar define o padrão de radiação espacial. Para este LED com lente esférica, espera-se que o padrão seja aproximadamente lambertiano (distribuição cosseno) ou ligeiramente mais estreito, centrado no eixo perpendicular à superfície emissora. O ângulo de visão de 25 graus é derivado desta curva.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo é um pacote SMD subminiatura redondo com diâmetro do corpo de 1.6mm. Desenhos mecânicos detalhados na ficha técnica fornecem todas as dimensões críticas, incluindo altura total, espaçamento dos terminais e geometria da lente. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0.1mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Layout dos Terminais e Recomendação de Pasta de Solda

Um padrão de terminais sugerido (layout dos terminais) para projeto de PCB é fornecido para referência. Os projetistas são aconselhados a modificá-lo com base em seu processo de fabricação específico e requisitos de confiabilidade. A ficha técnica recomenda uma composição de pasta de solda Sn/Ag3.0/Cu0.5 e uma espessura de estêncil de 0.10mm para uma formação ideal da junta de solda.

4.3 Identificação da Polaridade

O encapsulamento possui um design de dupla extremidade. A polaridade é tipicamente indicada por uma marcação no lado do cátodo ou por uma característica de forma específica no encapsulamento ou na fita. A marcação exata deve ser verificada no desenho de dimensões do pacote.

4.4 Dimensões da Fita de Transporte

Os LEDs são fornecidos em fita de transporte em relevo em bobinas de 7 polegadas de diâmetro para montagem automatizada pick-and-place. As dimensões da fita (tamanho do bolso, passo, etc.) são especificadas para garantir compatibilidade com equipamentos padrão de montagem SMD. Cada bobina contém 1500 unidades.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

Um perfil de temperatura de solda sem chumbo é recomendado. Parâmetros-chave incluem um estágio de pré-aquecimento, uma temperatura de pico não excedendo 260°C e um tempo acima do líquido (TAL) controlado para evitar danos térmicos. A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes no mesmo dispositivo.

5.2 Precauções para Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, deve-se tomar extremo cuidado. A temperatura da ponta do ferro de soldar deve estar abaixo de 350°C, e o tempo de contato por terminal não deve exceder 3 segundos. Recomenda-se um ferro de baixa potência (≤25W), com um intervalo de pelo menos 2 segundos entre a soldagem de cada terminal para permitir o resfriamento.

5.3 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

Os LEDs são embalados em um saco à prova de umidade. Não abra o saco até estar pronto para uso. Após a abertura, os dispositivos não utilizados devem ser armazenados a ≤30°C e ≤60% de Umidade Relativa (UR). A "vida útil após abertura" é de 168 horas (7 dias). Se esse tempo for excedido ou se o indicador de umidade (sílica gel) mostrar saturação, é necessário um tratamento de secagem a 60±5°C por 24 horas antes do uso para remover a umidade absorvida e evitar o "efeito pipoca" durante o refluxo.

5.4 Reparo e Retrabalho

Reparo após a soldagem é fortemente desencorajado. Se inevitável, deve ser usado um ferro de soldar especializado de dupla ponta para aquecer simultaneamente ambos os terminais, minimizando o estresse térmico no encapsulamento plástico. O potencial de danificar as características do LED durante o reparo deve ser avaliado previamente.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

A consideração de projeto mais crítica é a limitação de corrente. Um resistor externo em série é obrigatório. Devido à característica exponencial I-V do diodo, um pequeno aumento na tensão pode causar um grande e destrutivo aumento na corrente. O valor do resistor (R) é calculado usando: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Para uma fonte de 5V e um I_Falvo de 20mA com V_F~1.3V, R ≈ (5 - 1.3) / 0.02 = 185 Ω. Um resistor padrão de 180Ω ou 200Ω seria adequado.

6.2 Considerações de Projeto

• Dissipador de Calor: Embora pequena, a dissipação de potência (até 130mW) deve ser considerada, especialmente em altas temperaturas ambientes ou em correntes de acionamento mais altas. Uma área adequada de cobre na PCB ao redor dos terminais pode atuar como um simples dissipador de calor.
• Alinhamento Óptico: O ângulo de visão de 25 graus requer um alinhamento cuidadoso com o fotodetector emparelhado em projetos de sensor de barreira ou refletivo para garantir força de sinal suficiente.
• Ruído Elétrico: Em circuitos de sensoriamento analógico sensíveis, o acionador do LED deve ser desacoplado dos amplificadores do detector sensível para evitar crosstalk elétrico.

6.3 Cenários de Aplicação Comuns

• Sensores Infravermelhos Montados em PCB: Usado como fonte de luz em sensores de proximidade, detecção de objetos e tacômetros.
• Barreiras de Luz Miniatura / Interruptores Ópticos com Fenda: Emparelhado com um fototransistor para detectar objetos que interrompem um feixe de luz, usado em impressoras, codificadores e máquinas de venda automática.
• Unidade de Disquete: Historicamente usado para detecção de trilha zero e sensoriamento de proteção contra gravação.
• Interruptores Optoeletrônicos: Em sensores refletores para detectar presença de superfície ou contraste (ex.: robôs seguidores de linha).
• Detectores de Fumaça: Empregado em detectores de fumaça do tipo obscuração, onde partículas de fumaça dispersam ou bloqueiam um feixe infravermelho interno entre um LED e um fotodiodo.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

O IR26-21C/L447/CT ocupa um nicho específico no mercado de LEDs infravermelhos. Seus principais diferenciadores são seu encapsulamento redondo extremamente pequeno de 1.6mm e baixa tensão direta. Comparado com LEDs infravermelhos maiores de 3mm ou 5mm de furo passante, ele permite a miniaturização dos produtos finais. Comparado com outros LEDs infravermelhos SMD, sua lente transparente (em oposição a tingida ou difusa) e comprimento de onda específico de 940nm com boa compatibilidade com Si o tornam otimizado para máxima transferência de energia para um receptor de silício, melhorando a relação sinal-ruído do sistema e o alcance em aplicações de sensoriamento. A conformidade livre de halogênios e RoHS garante que ele atenda aos padrões ambientais modernos para fabricação global de eletrônicos.

8. Perguntas Frequentes (FAQ)

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

Um LED é um dispositivo operado por corrente, não por tensão. Sua tensão direta permanece relativamente constante em uma ampla faixa de corrente. Sem um resistor em série, conectá-lo diretamente a uma fonte de tensão tentaria drenar corrente limitada apenas pela resistência interna da fonte e pela resistência dinâmica do LED, que é muito baixa. Isso quase certamente excederia a corrente direta máxima (65mA) e destruiria o LED instantaneamente.

8.2 Posso acionar este LED com um sinal PWM para controle de brilho?

Sim, a modulação por largura de pulso (PWM) é um excelente método para controlar a intensidade radiante média. Você aciona o LED em sua corrente nominal (ex.: 20mA) durante os pulsos "ligados". A frequência deve ser alta o suficiente para evitar cintilação visível no sistema de sensoriamento (tipicamente >100Hz). O circuito acionador (transistor/MOSFET) deve ser capaz de lidar com a corrente de pico.

8.3 Qual é a diferença entre intensidade radiante (mW/sr) e intensidade luminosa (mcd)?

Intensidade luminosa (medida em candela) é ponderada pela sensibilidade do olho humano (resposta fotópica). Como este é um LED infravermelho emitindo a 940nm, onde o olho humano tem sensibilidade zero, sua intensidade luminosa é efetivamente zero. A intensidade radiante mede a potência óptica real emitida por ângulo sólido, que é a métrica relevante para sensores de máquina.

8.4 Como interpretar o "Ângulo de Visão" de 25 graus?

O ângulo de visão (2θ_1/2= 25°) significa a dispersão angular total onde a intensidade é pelo menos metade do valor de pico. O meio-ângulo (θ_1/2) é de 12.5 graus a partir do eixo central. Isso define um feixe relativamente estreito, concentrando a energia infravermelha para um alcance mais longo ou sensoriamento mais direcionado em comparação com LEDs com ângulos mais amplos (ex.: 60° ou 120°).

9. Princípio de Funcionamento

Um LED infravermelho é um diodo semicondutor de junção p-n. Quando uma tensão direta que excede o potencial interno da junção é aplicada, elétrons da região n e lacunas da região p são injetados através da junção. Quando esses portadores de carga se recombinam na região ativa do semicondutor (feito de GaAlAs), energia é liberada. Nesta composição de material específica, a energia corresponde a fótons no espectro infravermelho com um comprimento de onda de pico de 940nm. O encapsulamento epóxi transparente atua tanto como um invólucro protetor quanto como uma lente para moldar o padrão de radiação da luz emitida.

10. Tendências e Contexto da Indústria

A demanda por componentes infravermelhos miniaturizados e de alta confiabilidade continua a crescer, impulsionada pela proliferação da Internet das Coisas (IoT), sensores para casa inteligente, automação industrial e dispositivos vestíveis. Principais tendências que influenciam componentes como o IR26-21C/L447/CT incluem:

• Maior Integração: Movimento em direção a módulos que combinam o LED IR, o fotodetector e o circuito de condicionamento de sinal em um único pacote.
• Maior Eficiência: Desenvolvimento contínuo de materiais semicondutores e projetos de chip para alcançar maior saída radiante para uma determinada corrente de entrada, melhorando a vida útil da bateria em dispositivos portáteis.
• Confiabilidade Aprimorada: Foco em encapsulamentos robustos para suportar temperaturas de refluxo mais altas e condições ambientais mais severas exigidas por aplicações automotivas e industriais.
• Padronização: A adesão a padrões ambientais globais (RoHS, REACH, Livre de Halogênios) e de fabricação (MSL, fita e bobina) é agora um requisito básico para o acesso ao mercado global.

Componentes como este LED infravermelho subminiatura são blocos de construção fundamentais que permitem o sensoriamento sem contato, uma tecnologia crítica em todos esses setores em evolução.