Ficha Técnica de Emissor Infravermelho SMD 930nm - Pacote 5.0x5.0x1.6mm - Tensão Direta 2.9V - Intensidade Radiante 480mW/sr - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente emissor infravermelho discreto de alta potência, projetado para montagem em tecnologia de montagem em superfície (SMT). O dispositivo faz parte de uma ampla gama de componentes infravermelhos destinados a aplicações que requerem fontes de luz infravermelha confiáveis e eficientes. Sua função principal é emitir radiação infravermelha em um comprimento de onda de pico específico quando acionado eletricamente.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste emissor incluem sua alta potência radiante, adequação para montagem automatizada de PCB devido ao seu pacote SMD e uma saída espectral definida centrada na região do infravermelho próximo. Ele é projetado para atender aos padrões da indústria para conformidade ambiental. As aplicações-alvo são principalmente em eletrônicos de consumo e sensoriamento industrial, onde sinais infravermelhos são usados para comunicação sem fio, detecção de proximidade ou codificação de dados.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

As seções a seguir fornecem uma interpretação objetiva e detalhada dos principais parâmetros definidos na ficha técnica, explicando sua importância para engenheiros de projeto.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de estresse além dos quais danos permanentes ao dispositivo podem ocorrer. Eles não são destinados à operação normal.

• Dissipação de Potência (3.8W):A quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar como calor a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder este limite corre o risco de superaquecer a junção semicondutora.
• Corrente Direta de Pico (2A, 300pps, pulso de 10μs):A corrente máxima permitida em operação pulsada. A largura de pulso de 10μs e 300 pulsos por segundo (pps) definem um ciclo de trabalho específico. Esta classificação é tipicamente maior do que a classificação DC devido à redução do acúmulo de calor durante pulsos curtos.
• Corrente Direta Contínua (1A):A corrente contínua máxima que pode passar pelo dispositivo em condições DC. Operar no ou próximo deste limite requer um gerenciamento térmico cuidadoso.
• Tensão Reversa (5V):A tensão máxima que pode ser aplicada na direção de polarização reversa. Emissores infravermelhos não são projetados para operação reversa; exceder esta tensão pode causar ruptura.
• Resistência Térmica (9 K/W, junção para ponto de solda):Um parâmetro crítico para o projeto térmico. Indica quanto a temperatura da junção aumentará para cada watt de potência dissipada. Um valor mais baixo significa que o calor é transferido mais facilmente do chip semicondutor para a PCB.
• Faixas de Temperatura de Operação e Armazenamento:Definem os limites ambientais para funcionamento confiável e armazenamento não operacional, respectivamente.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos sob condições de teste especificadas (Ta=25°C, IF=500mA, salvo indicação em contrário).

• Intensidade Radiante (I_E):480 mW/sr (Típico). Mede a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano) ao longo do eixo central do dispositivo. É uma métrica chave para o "brilho" da fonte de IR em um feixe direcionado.
• Fluxo Radiante Total (Φ_e):700 mW (Típico). Esta é a potência óptica total emitida em todas as direções. A razão entre Fluxo e Intensidade é influenciada pelo ângulo de visão.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_Pico):930 nm (Típico). O comprimento de onda no qual a potência óptica emitida é máxima. Isso deve ser combinado com a sensibilidade espectral do sensor receptor (por exemplo, um fotodiodo de silício é mais sensível em torno de 900-1000nm).
• Largura de Meia Altura Espectral (Δλ):35 nm (Típico). A largura de banda do espectro emitido medida na metade da intensidade de pico. Uma largura mais estreita indica uma fonte mais monocromática.
• Tensão Direta (V_F):2.9 V (Típico) a 500mA. A queda de tensão no dispositivo durante a operação. Isto é crucial para projetar o circuito de acionamento e calcular o consumo de energia (Potência = V_F* I_F).
• Corrente Reversa (I_R):< 10 μA a V_R=5V. Uma pequena corrente de fuga quando o dispositivo está em polarização reversa.
• Tempo de Subida/Descida (T_r/T_f):30 ns (Típico). O tempo necessário para a saída óptica mudar de 10% para 90% do seu valor final (subida) ou de 90% para 10% (descida). Isso determina a velocidade máxima de modulação para transmissão de dados.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):70° (Típico). O ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor no eixo. Um ângulo mais amplo fornece uma cobertura mais ampla, mas menor intensidade em qualquer direção única.

3. Análise das Curvas de Desempenho

Os gráficos fornecidos oferecem insights visuais sobre o comportamento do dispositivo em condições variáveis.

3.1 Distribuição Espectral (Fig. 1)

A curva mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma o pico em ~930nm e a largura de meia altura de aproximadamente 35nm. Esta forma é característica do material semicondutor (provavelmente GaAs ou AlGaAs).

3.2 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig. 2)

Esta curva de derating é essencial para o gerenciamento térmico. Mostra a corrente direta máxima permitida diminuindo à medida que a temperatura ambiente aumenta. A 85°C, a corrente máxima é significativamente menor do que a 25°C. Os projetistas devem usar este gráfico para garantir que a combinação corrente-temperatura de operação caia dentro da área segura.

3.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Fig. 3)

Esta é a curva característica corrente-tensão (I-V). É não linear, típica de um diodo. A curva permite que os projetistas determinem a V_Fesperada para uma corrente de operação escolhida, o que é necessário para selecionar um resistor limitador de corrente em série.

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura & Corrente (Fig. 4 & 5)

A Figura 4 mostra como a potência de saída óptica diminui à medida que a temperatura da junção aumenta (a uma corrente fixa). A Figura 5 mostra como a potência de saída aumenta com a corrente (a uma temperatura fixa). Ambas demonstram a eficiência dependente da temperatura do dispositivo. A saída cai com temperatura mais alta, um fenômeno comum em LEDs.

3.5 Diagrama de Radiação (Fig. 6)

Este gráfico polar representa visualmente a distribuição espacial da luz emitida. Os círculos concêntricos representam a intensidade relativa. O gráfico confirma o ângulo de visão de 70° (2θ_1/2), onde a intensidade cai para 0,5 em relação ao centro (1,0). O padrão parece aproximadamente Lambertiano (distribuição cosseno), comum para LEDs com uma lente de cúpula simples.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões de Contorno

O dispositivo é acondicionado em um pacote de montagem em superfície com dimensões de aproximadamente 5,0mm de comprimento e largura e 1,6mm de altura. O desenho especifica a localização da lente óptica e dos pontos de solda. As tolerâncias são tipicamente ±0,1mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Identificação de Polaridade

O cátodo (terminal negativo) está claramente marcado no desenho do pacote. A polaridade correta deve ser observada durante o layout e montagem da PCB para evitar danos.

4.3 Dimensões Sugeridas para os Pontos de Solda

Uma recomendação de padrão de solda é fornecida para garantir juntas de solda confiáveis e alinhamento mecânico adequado durante a soldagem por refluxo. Seguir estas dimensões ajuda a evitar o efeito "tombstone" e garante uma boa conexão térmica com a PCB para dissipação de calor.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Condições de Armazenamento

O dispositivo é sensível à umidade. Embalagens não abertas devem ser armazenadas abaixo de 30°C e 90% de UR. Uma vez que a bolsa à prova de umidade é aberta, os componentes devem ser usados dentro de uma semana ou armazenados em um ambiente seco (<30°C, <60% de UR). Componentes expostos à umidade ambiente por mais de uma semana requerem um processo de secagem (aproximadamente 60°C por 20 horas) antes do refluxo para evitar danos de "pipocagem" durante a soldagem.

5.2 Perfil de Soldagem por Refluxo

É recomendado um perfil de refluxo compatível com JEDEC. Os parâmetros-chave incluem: uma fase de pré-aquecimento (150-200°C, máx. 120s), uma temperatura de pico não superior a 260°C, e um tempo acima do líquido (TAL) onde a temperatura de pico é mantida por no máximo 10 segundos. O perfil enfatiza o controle da temperatura máxima e do tempo que o componente é exposto ao calor elevado para evitar danos ao pacote plástico e ao chip semicondutor.

5.3 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, a temperatura do ferro de solda não deve exceder 300°C, e o tempo de contato deve ser limitado a 3 segundos por ponto de solda. Isso minimiza o estresse térmico.

5.4 Limpeza

Álcool isopropílico ou solventes à base de álcool semelhantes são recomendados para limpeza pós-solda. Produtos químicos agressivos ou desconhecidos devem ser evitados, pois podem danificar o pacote ou a lente.

6. Embalagem e Manuseio

6.1 Especificações de Fita e Carretel

Os componentes são fornecidos em carretéis padrão de 13 polegadas, com 2400 peças por carretel. As dimensões da fita e do carretel estão em conformidade com as especificações ANSI/EIA-481-1-A-1994, garantindo compatibilidade com máquinas automáticas de pick-and-place. A orientação do cátodo é padronizada dentro dos compartimentos da fita.

7. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Projeto do Circuito de Acionamento

O dispositivo é um componente operado por corrente. Para desempenho consistente e longevidade, ele deve ser acionado por uma fonte de corrente ou via uma fonte de tensão com um resistor limitador de corrente em série. A ficha técnica recomenda fortemente o uso de um resistor em série individual para cada LED quando várias unidades são conectadas em paralelo (Modelo de Circuito A). O uso de um único resistor para uma matriz paralela (Modelo de Circuito B) é desencorajado devido às variações na tensão direta (V_F) entre LEDs individuais, o que pode levar a um desequilíbrio significativo de corrente e brilho desigual ou falha prematura do dispositivo com a menor V_F.

7.2 Gerenciamento Térmico

Dada a dissipação de potência (até 3,8W máx.) e a resistência térmica (9 K/W), um dissipador de calor eficaz é crítico para operação em altas correntes ou temperaturas ambientes elevadas. O caminho primário do calor é através dos pontos de solda para a PCB. Usar o layout de pontos recomendado com área de cobre adequada (pontos de alívio térmico) na PCB é essencial. Para aplicações de alta potência, vias térmicas adicionais conectadas a planos de terra internos ou dissipadores de calor dedicados podem ser necessárias para manter a temperatura da junção dentro dos limites seguros, conforme definido pela curva de derating.

7.3 Considerações de Projeto Óptico

O ângulo de visão de 70 graus define a dispersão do feixe. Para aplicações que requerem um feixe mais estreito, ópticas secundárias (lentes) podem ser adicionadas. O comprimento de onda de pico de 930nm deve ser combinado com um receptor (fotodiodo, fototransistor) que tenha alta sensibilidade nessa região espectral. Muitos sensores à base de silício têm sensibilidade de pico em torno de 850-950nm, tornando-os uma boa combinação. Para aplicações de controle remoto, este comprimento de onda é comumente usado, pois é menos visível ao olho humano do que 850nm, mas ainda é eficientemente detectado pelo silício.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs infravermelhos de baixa potência padrão, este dispositivo oferece intensidade radiante significativamente maior (480 mW/sr típico), permitindo alcance mais longo ou operação em ambientes ópticos mais ruidosos. Seu pacote de montagem em superfície o diferencia das variantes de furo passante, permitindo montagens de PCB menores e mais automatizadas. O tempo rápido de subida/descida (30ns) o torna adequado para transmissão de dados de média velocidade, não apenas para sinalização simples de liga/desliga. As características espectrais e o ângulo de visão definidos fornecem desempenho consistente e previsível para o projeto de sistemas ópticos.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED diretamente de um pino de microcontrolador de 5V?

R: Não. Você deve usar um resistor limitador de corrente em série. O valor do resistor é calculado como R = (V_fonte- V_F) / I_F. Por exemplo, com uma fonte de 5V, V_F=2.9V, e uma I_Fdesejada de 100mA, R = (5 - 2.9) / 0.1 = 21 Ohms. A potência nominal do resistor também deve ser considerada (P = I²R).

P: Qual é a diferença entre Intensidade Radiante e Fluxo Radiante Total?

R: Intensidade Radiante (mW/sr) mede a potência em uma direção específica (como o brilho de um feixe de lanterna). Fluxo Radiante Total (mW) mede a soma da potência emitida em todas as direções (como a saída total de luz de uma lâmpada). Para uma fonte direcional, a Intensidade é frequentemente a métrica mais relevante.

P: Como determino a corrente de operação segura máxima para minha aplicação?

R: Você deve considerar tanto a Corrente DC Máxima Absoluta (1A) quanto o derating térmico. Use a Figura 2. Encontre sua temperatura ambiente máxima esperada no eixo x. Desenhe uma linha até a curva, depois à esquerda para o eixo y para encontrar a corrente máxima permitida. Sua corrente de operação escolhida deve ser menor que este valor e o máximo absoluto de 1A.

P: Por que o comprimento de onda de pico é especificado como 930nm, mas a descrição da peça menciona 940nm?

R: A descrição da peça refere-se à linha geral de produtos que inclui dispositivos de 940nm. Este número de peça específico (LTE-R38385S-OE8) tem um comprimento de onda de pico típico de 930nm de acordo com suas especificações detalhadas. Sempre consulte a ficha técnica específica para os parâmetros exatos do componente encomendado.

10. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

10.1 Exemplo 1: Transmissor Infravermelho de Longo Alcance

Cenário:Projetando um transmissor IR externo à prova de intempéries para comunicação de dados a mais de 15 metros em condições de luz do dia.

Abordagem de Projeto:Use a alta intensidade radiante (480mW/sr) para superar o ruído da luz ambiente. Acione o LED no ou próximo de sua corrente DC máxima (1A) para máxima saída, mas implemente uma estratégia robusta de gerenciamento térmico. Use uma grande área de cobre na PCB conectada aos pontos térmicos do LED, com múltiplas vias térmicas para as camadas internas. Considere adicionar uma lente colimadora de plástico simples para estreitar o feixe de 70° para ~15°, aumentando ainda mais a intensidade no eixo para o alcance necessário. O circuito de acionamento usaria um transistor (por exemplo, MOSFET) chaveado por um microcontrolador, com o resistor em série calculado para definir a corrente de 1A.

10.2 Exemplo 2: Matriz de Sensor de Proximidade com Múltiplos Elementos

Cenário:Criando um anel de sensor de proximidade com 8 emissores IR colocados ao redor de um receptor central.

Abordagem de Projeto:Iluminação uniforme é a chave. Use o Modelo de Circuito A recomendado: cada um dos 8 LEDs recebe seu próprio resistor limitador de corrente idêntico conectado a um barramento de tensão comum. Isso compensa pequenas variações de V_Fentre os LEDs. Opere os LEDs a uma corrente moderada (por exemplo, 200mA) para equilibrar saída e carga térmica. Pulsione a matriz sincronamente com a amostragem do receptor para melhorar a relação sinal-ruído, aproveitando o rápido tempo de subida/descida de 30ns para pulsos limpos. O ângulo de visão de 70° de cada LED criará um campo de detecção amplo e sobreposto.

11. Introdução ao Princípio de Operação

Este emissor infravermelho é um diodo semicondutor. Seu núcleo é um chip feito de materiais como Arseneto de Gálio (GaAs) ou Arseneto de Gálio e Alumínio (AlGaAs). Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons são injetados através da junção p-n. À medida que esses elétrons se recombinam com lacunas na região ativa, energia é liberada na forma de fótons (partículas de luz). A energia específica da banda proibida do material semicondutor determina o comprimento de onda (cor) da luz emitida. Para GaAs/AlGaAs, esta banda proibida corresponde a fótons no espectro infravermelho (tipicamente 850-940nm). O pacote plástico encapsula o chip, fornece uma estrutura mecânica e inclui uma lente moldada que molda o padrão de radiação da luz emitida.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Emissores infravermelhos deste tipo são componentes maduros e altamente confiáveis. As tendências atuais no campo focam em aumentar a densidade de potência e a eficiência (mais saída de luz por watt elétrico), permitindo pacotes menores ou maior duração da bateria em dispositivos portáteis. A integração é outra tendência, com pares ou matrizes combinadas emissor-sensor tornando-se comuns para reconhecimento de gestos e sensoriamento 3D. Há também desenvolvimento contínuo na expansão da faixa de comprimento de onda para aplicações especializadas como sensoriamento de gases ou comunicações ópticas. A mudança para pacotes de montagem em superfície, como visto neste componente, continua a dominar para fabricação automatizada e de alto volume, substituindo projetos mais antigos de furo passante. A ênfase em especificações térmicas detalhadas e perfis de soldagem reflete o foco da indústria em confiabilidade e controle de processo na montagem moderna de eletrônicos.