Ficha Técnica do LED Infravermelho IR67-21C/TR8 - Pacote SMD - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Ângulo de Visão 120° - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O IR67-21C/TR8 é um díodo emissor de infravermelho de visão superior, encapsulado num pacote miniatura de Dispositivo de Montagem em Superfície (SMD). O dispositivo é moldado em plástico transparente com uma lente plana superior, concebido para compatibilidade com processos modernos de soldadura por refluxo por infravermelhos e fase de vapor. A sua função principal é emitir luz infravermelha num comprimento de onda de pico correspondente aos fotodíodos e fototransístores de silício, tornando-o um componente central em várias aplicações de deteção e comutação.

As principais vantagens deste componente incluem o seu baixo requisito de tensão direta, um amplo ângulo de visão de 120 graus e a conformidade com as normas ambientais sem chumbo e RoHS. O seu fator de forma miniatura SMD permite uma colocação de alta densidade em placas de circuito impresso, o que é essencial para eletrónica de consumo e industrial compacta.

1.1 Especificações Principais e Seleção do Dispositivo

As especificações fundamentais que definem o IR67-21C/TR8 são o material do chip e as características óticas. O chip emissor de luz é construído a partir de Arsenieto de Gálio e Alumínio (GaAlAs), um material semicondutor bem adequado para produzir radiação infravermelha. O pacote apresenta uma lente transparente, que não filtra a luz infravermelha emitida, garantindo a máxima intensidade radiante de saída. Esta combinação de chip GaAlAs e lente transparente é especificamente concebida para um desempenho ideal em aplicações de sensores onde a força do sinal detetado é crítica.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Aprofundada

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos parâmetros elétricos, óticos e térmicos especificados para o LED infravermelho IR67-21C/TR8. Compreender estas classificações é crucial para um design de circuito fiável e para garantir a integridade operacional a longo prazo do dispositivo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

As Especificações Máximas Absolutas definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estas não são condições operacionais recomendadas, mas sim limiares que não devem ser excedidos em nenhuma circunstância, incluindo durante eventos transitórios.

• Corrente Direta Contínua (I_F): 65 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode passar pela junção do LED indefinidamente a uma temperatura ambiente (T_a) de 25°C.
• Corrente Direta de Pico (I_FP): 1,0 A. Esta corrente elevada é permitida apenas sob condições de pulso estritas: largura de pulso ≤ 100 µs e ciclo de trabalho ≤ 1%. Esta classificação é relevante para aplicações que requerem pulsos breves e de alta intensidade de luz IR.
• Tensão Inversa (V_R): 5 V. A aplicação de uma tensão de polarização inversa superior a este valor pode causar ruptura da junção.
• Dissipação de Potência (P_d): 130 mW a 25°C. Esta é a potência máxima que o pacote pode dissipar como calor. A potência real permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta, como mostrado na curva de derating.
• Resistência Térmica, Junção-Ambiente (R_thj-a): 400 K/W. Este parâmetro quantifica a eficácia com que o calor viaja da junção semicondutora para o ar circundante. Um valor mais baixo indica melhor dissipação de calor. Com este valor, para cada watt de potência dissipada, a temperatura da junção aumentará 400°C acima da temperatura ambiente.
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C durante um máximo de 5 segundos. Isto define a tolerância do perfil de soldadura por refluxo.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros, medidos numa condição de teste padrão de 25°C, descrevem o desempenho do dispositivo em operação normal. A coluna 'Tip.' representa valores típicos ou esperados, enquanto 'Mín.' e 'Máx.' definem os limites de desempenho garantidos.

• Intensidade Radiante (I_e): Esta é a potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido (medida em miliwatts por esterradiano, mW/sr). A uma corrente de acionamento padrão de 20mA, a intensidade radiante típica é de 1,5 mW/sr, com um mínimo de 1,0 mW/sr garantido. Sob condições de corrente elevada pulsada (100mA, ≤100µs, ≤1% ciclo de trabalho), a intensidade pode atingir um valor típico de 20 mW/sr.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p): 940 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual o LED emite a maior potência ótica. Está espectralmente correspondido à sensibilidade de pico dos fotodetetores de silício comuns.
• Largura de Banda Espectral (Δλ): 45 nm (típico). Isto define a gama de comprimentos de onda emitidos, tipicamente medidos a metade da intensidade máxima (Largura Total a Meia Altura, FWHM). Uma largura de banda de 45nm centrada em 940nm significa que ocorre uma emissão significativa de aproximadamente 917,5nm a 962,5nm.
• Tensão Direta (V_F): A 20mA, a tensão direta típica é de 1,2V, com um máximo de 1,5V. Na condição pulsada de 100mA, V_Faumenta para um típico 1,4V (máx. 1,8V). Esta baixa V_Fé benéfica para aplicações de baixa tensão e alimentadas por bateria.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): 120 graus. Este é o ângulo total onde a intensidade radiante cai para metade do seu valor de pico (medido no eixo). Um amplo ângulo de 120° proporciona uma iluminação ampla e difusa, ideal para deteção de proximidade ou presença onde a posição do alvo pode variar.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características que ilustram como os parâmetros-chave variam com as condições operacionais. Estes gráficos são essenciais para o design dinâmico do sistema.

3.1 Dissipação de Potência vs. Temperatura Ambiente

Esta curva de derating mostra que a dissipação de potência máxima permitida (P_d) diminui linearmente de 130 mW a 25°C para 0 mW a aproximadamente 150°C. Os designers devem usar este gráfico para calcular a corrente operacional segura para a sua temperatura ambiente máxima específica. Por exemplo, se a temperatura ambiente máxima for 85°C, o gráfico indica que a dissipação de potência permitida é significativamente reduzida, o que por sua vez limita a corrente direta máxima permitida.

3.2 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral traça a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma visualmente o comprimento de onda de pico de 940nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 45nm. A curva tem tipicamente uma forma Gaussiana, centrada no comprimento de onda de pico.

3.3 Comprimento de Onda de Emissão de Pico vs. Temperatura Ambiente

Esta curva demonstra a dependência da temperatura do comprimento de onda de pico. Tipicamente, o comprimento de onda de pico de um LED desloca-se para comprimentos de onda mais longos (um \"desvio para o vermelho\") à medida que a temperatura da junção aumenta. O gráfico quantifica este desvio, o que é importante para aplicações que requerem correspondência espectral precisa, uma vez que a sensibilidade do detetor também pode ser dependente da temperatura.

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

A curva I-V é não linear, como um díodo padrão. Mostra a relação entre a corrente que passa pelo LED e a tensão nos seus terminais. O \"joelho\" desta curva está em torno da tensão direta típica. A curva ajuda a projetar o circuito limitador de corrente, especialmente para acionar o LED com uma fonte de tensão.

3.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar ilustra o padrão de emissão espacial. Confirma o ângulo de visão de 120°, mostrando como a intensidade é distribuída. O padrão para um LED de topo plano num pacote transparente é tipicamente próximo de uma distribuição Lambertiana, onde a intensidade é proporcional ao cosseno do ângulo a partir da normal (centro).

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Pacote

O IR67-21C/TR8 está alojado num pacote SMD miniatura. O desenho dimensional fornece todas as medidas críticas para o design da pegada na PCB, incluindo comprimento, largura e altura do corpo, espaçamento dos terminais e dimensões das pastilhas. As dimensões-chave incluem o tamanho geral (por exemplo, aproximadamente 3,2mm x 2,8mm, embora os valores exatos devam ser retirados do desenho), a distância entre as pastilhas de solda e o padrão de pastilhas recomendado para uma soldadura fiável. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,1mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Identificação da Polaridade

O pacote inclui marcações ou características (como um entalhe, um canto chanfrado ou uma marca do cátodo) para identificar os terminais do ânodo e do cátodo. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem, uma vez que a aplicação de polarização inversa pode danificar o dispositivo.

4.3 Especificações da Fita Transportadora e da Bobina

Para montagem automatizada, os componentes são fornecidos em fita transportadora relevada enrolada em bobinas. A ficha técnica fornece as dimensões da fita transportadora, incluindo o tamanho do bolso, o passo e a largura da fita. A bobina contém tipicamente 2000 peças. Estas dimensões são críticas para programar máquinas pick-and-place.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A manipulação e soldadura adequadas são críticas para evitar danos no LED e garantir a fiabilidade a longo prazo.

5.1 Processo de Soldadura por Refluxo

O dispositivo é compatível com processos de refluxo por infravermelhos e fase de vapor. É fornecido um perfil de temperatura de solda sem chumbo recomendado, especificando pré-aquecimento, imersão, temperatura de pico de refluxo (não exceder 260°C) e taxas de arrefecimento. A soldadura por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes. Não deve ser aplicado stress ao corpo do LED durante o aquecimento, e a PCB não deve ficar empenada após a soldadura.

5.2 Soldadura Manual

Se for necessária soldadura manual, é necessário extremo cuidado. A temperatura da ponta do ferro de soldar deve estar abaixo de 350°C, e o tempo de contacto por terminal não deve exceder 3 segundos. Recomenda-se um ferro de baixa potência (≤25W). Deve ser observado um intervalo de arrefecimento de pelo menos 2 segundos entre a soldadura de cada terminal. A ficha técnica aconselha fortemente que a soldadura manual muitas vezes leva a danos.

5.3 Retrabalho e Reparação

Não é recomendada a reparação após o LED ter sido soldado. Se for inevitável, deve ser usado um ferro de soldar de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os terminais, minimizando o stress térmico. O potencial de danificar as características do LED durante o retrabalho deve ser avaliado previamente.

6. Armazenamento e Sensibilidade à Humidade

O IR67-21C/TR8 é sensível à humidade. Devem ser tomadas precauções para evitar o efeito \"pipocagem\" (fissuração do pacote devido à expansão rápida do vapor) durante o refluxo.

• O saco à prova de humidade não deve ser aberto até que os componentes estejam prontos para uso.
• Antes de abrir, armazenar a ≤30°C e ≤90% de Humidade Relativa (HR). A vida útil na prateleira é de um ano.
• Após a abertura, armazenar a ≤30°C e ≤70% HR. A \"vida útil no chão\" (tempo permitido fora do saco) é de 168 horas (7 dias).
• Se o dessecante de sílica gel tiver mudado de cor (indicando saturação) ou se o tempo de armazenamento for excedido, é necessário um tratamento térmico a 60 ±5°C durante 24 horas antes do refluxo.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O IR67-21C/TR8 é concebido para uma vasta gama de aplicações optoeletrónicas onde a luz infravermelha invisível é usada para deteção ou sinalização.

• Sensores: Usado como fonte de luz em sensores de proximidade, deteção de objetos e robôs seguidores de linha.
• Interruptores Optoeletrónicos: Forma uma metade de um interruptor ótico de corte ou ranhurado, onde um objeto interrompe o feixe entre o LED e um fotodetector.
• Eletrónica de Consumo: Emissores de controlo remoto para TVs, videogravadores e outros equipamentos de áudio/vídeo (embora frequentemente sejam usados LEDs de maior potência para maior alcance).
• Imagiologia: Iluminação infravermelha para câmaras de segurança, especialmente em modos de pouca luz ou visão noturna.
• Dispositivos de Segurança: Pode ser usado como componente em certos tipos de detetores de fumo que usam princípios de dispersão ótica.

7.2 Considerações Críticas de Design

• Limitação de Corrente: Um resistor limitador de corrente externo é absolutamente obrigatório. O LED exibe uma característica I-V acentuada, o que significa que um pequeno aumento na tensão causa um grande aumento na corrente, levando a uma queima imediata se não for controlada adequadamente. O valor do resistor é calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F.
• Gestão Térmica: Embora o pacote SMD dissipe calor através das pastilhas da PCB, deve ser dada atenção cuidadosa à curva de derating da dissipação de potência, especialmente em ambientes de alta temperatura ambiente. Uma área de cobre adequada na PCB (pastilhas de alívio térmico) pode ajudar a baixar a temperatura da junção.
• Correspondência Espectral: Certifique-se de que o fotodetector selecionado (fotodíodo, fototransístor) tem sensibilidade de pico em torno de 940nm para uma relação sinal-ruído ótima do sistema.
• Design Ótico: O ângulo de visão de 120° proporciona uma cobertura ampla. Para feixes mais direcionados ou de maior alcance, podem ser necessárias óticas secundárias (lentes).

8. Informações de Embalagem e Encomenda

8.1 Procedimento de Embalagem

Os LEDs são embalados em sacos de alumínio à prova de humidade contendo dessecante e cartões indicadores de humidade. Os sacos são etiquetados com informações críticas para rastreabilidade e aplicação correta.

8.2 Especificação da Etiqueta

A etiqueta inclui vários campos: Número de Peça do Cliente (CPN), Número de Peça do Fabricante (P/N), Quantidade de Embalagem (QTY), Número de Lote (LOT NO) e informações de binning ótico, como Categoria (CAT, provavelmente para intensidade radiante) e Matiz (HUE, para comprimento de onda de pico). Pode também estar presente um código de referência (REF).

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é o propósito da classificação de Corrente Direta de Pico de 1,0A se a Corrente Contínua é de apenas 65mA?
R: A classificação de corrente de pico permite que o LED seja acionado com pulsos muito curtos e de alta potência. Isto é útil em aplicações como medição de distância (tempo de voo) ou transmissão de dados onde é necessária uma rajada breve e intensa de luz IR para superar o ruído ambiente ou percorrer uma distância maior, sem gerar calor médio excessivo.

P: Como determino a corrente operacional segura para a minha aplicação se a temperatura ambiente for 50°C?
R: Deve usar a curva de derating de Dissipação de Potência vs. Temperatura Ambiente. Encontre o ponto na curva correspondente a 50°C para determinar a dissipação de potência máxima permitida (P_d(máx)) a essa temperatura. Em seguida, usando a tensão direta típica (V_F) à sua corrente desejada, calcule a corrente segura máxima: I_F(máx)= P_d(máx)/ V_F. Inclua sempre uma margem de segurança.

P: Posso usar este LED para um controlo remoto de TV?
R: Embora emita no comprimento de onda correto (940nm é padrão para controlos remotos), a sua intensidade radiante a 20mA (1,5 mW/sr típico) pode ser inferior à dos LEDs dedicados a controlos remotos, que são frequentemente acionados com mais força ou têm óticas diferentes para maior alcance. Pode funcionar para controlos remotos de curto alcance, mas para distâncias típicas de sala de estar, um componente especificamente caracterizado para maior saída pode ser mais adequado.

P: Por que é que o procedimento de armazenamento e tratamento térmico é tão específico?
R: O pacote plástico SMD pode absorver humidade do ar. Durante o processo de soldadura por refluxo a alta temperatura, esta humidade absorvida pode transformar-se rapidamente em vapor, criando pressão interna que pode delaminar o pacote ou rachar o chip (\"pipocagem\"). Os procedimentos controlados de armazenamento e tratamento térmico são padrão da indústria (baseados nas classificações JEDEC MSL) para remover esta humidade com segurança antes da soldadura.

10. Princípios Operacionais e Contexto Tecnológico

10.1 Princípio Operacional Básico

Um Díodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) opera com base no princípio da eletroluminescência numa junção p-n semicondutora. Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões do material tipo-n e as lacunas do material tipo-p são injetados na região da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam, libertam energia. Num semicondutor GaAlAs, esta energia é libertada principalmente como fotões no espectro infravermelho (cerca de 940nm). O comprimento de onda específico é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor, que é ajustada alterando a proporção de alumínio para gálio no cristal.

10.2 Papel nos Sistemas Optoeletrónicos

Num sistema de deteção típico, o IR67-21C/TR8 atua como a fonte de sinal ativa. A sua luz é diretamente recebida por um detetor (para deteção por transmissão), refletida por um alvo (para deteção de proximidade/reflexiva) ou interrompida por um objeto (para deteção por interrupção de feixe). O detetor converte a luz IR modulada ou interrompida num sinal elétrico para processamento. O comprimento de onda de 940nm é ideal porque é invisível ao olho humano, evita interferências da maioria da luz visível ambiente e alinha-se com a região de alta sensibilidade dos detetores de silício de baixo custo, sendo menos suscetível à absorção pelo ar e materiais comuns em comparação com comprimentos de onda IR mais longos.

10.3 Tendências e Contexto da Indústria

O desenvolvimento de LEDs infravermelhos SMD como o IR67-21C/TR8 é impulsionado pela miniaturização e automação da montagem eletrónica. A tendência é para pegadas de pacote mais pequenas, maior intensidade radiante por unidade de área, melhor desempenho térmico e binning mais apertado para um desempenho consistente. Há também investigação contínua em novos materiais semicondutores (como InGaN em silício para diferentes bandas IR) e soluções integradas que combinam o acionador do LED, o sensor e o processamento de sinal num único módulo (por exemplo, módulos de sensor de proximidade). A procura por componentes IR fiáveis e de baixo custo continua a crescer com a expansão da Internet das Coisas (IoT), sensores automóveis (por exemplo, monitorização no habitáculo) e automação industrial.