1,6 mm runde subminiatur Infrarot-LED HIR26-21C/L289/TR8 Datenblatt - Größe 1,6 mm - Wellenlänge 850 nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die HIR26-21C/L289/TR8 ist eine subminiatur Oberflächenmontage (SMD) Infrarot-Emissionsdiode. Sie ist für Anwendungen konzipiert, die eine kompakte, zuverlässige Infrarotquelle erfordern, die mit modernen automatisierten Bestückungsprozessen kompatibel ist. Das Bauteil verfügt über ein rundes 1,6-mm-Gehäuse mit wasserklarer Kunststoffverkapselung und einer sphärischen Toplinse, die den optischen Ausgang optimiert.

Ihr Kernvorteil liegt in der spektralen Übereinstimmung mit Silizium-Fotodetektoren (Fotodioden und Fototransistoren), was sie für Erfassungssysteme hocheffizient macht. Das Bauteil ist aus GaAlAs (Galliumaluminiumarsenid) Chipmaterial aufgebaut, dem Standard für hochleistungsfähige Infrarot-Emitter in diesem Wellenlängenbereich.

Der Zielmarkt umfasst Designer und Hersteller von Unterhaltungselektronik, Industriesensoren und Automatisierungsgeräten, bei denen der Platz begrenzt ist und eine zuverlässige Infrarotsignalgebung oder -erfassung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen wird nicht empfohlen.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F): 65 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C angelegt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP): 1,0 A. Dieser hohe Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einer Pulsbreite ≤100μs und einem Tastverhältnis ≤1% zulässig. Dies ist typisch für Fernbedienungsanwendungen, bei denen kurze, hochleistungsstarke Impulse verwendet werden.
• Sperrspannung (V_R): 5 V. Das Überschreiten dieser Sperrspannung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Betriebstemperatur (T_opr): -40°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Lagertemperatur (T_stg): -40°C bis +100°C.
• Löttemperatur (T_sol): 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden, kompatibel mit bleifreien Reflow-Prozessen.
• Verlustleistung (P_d): 130 mW bei oder unter 25°C freier Lufttemperatur. Dieser Wert berücksichtigt sowohl die elektrische Leistungsumsetzung als auch die Fähigkeit des Bauteils, Wärme abzuführen.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei T_a=25°C gemessen und definieren die Leistung des Bauteils unter typischen Betriebsbedingungen.

• Strahlstärke (I_e): Die optische Leistungsabgabe pro Raumwinkel (Steradiant). Bei einem Durchlassstrom von 20mA beträgt der typische Wert 17 mW/sr (Minimum 10 mW/sr). Unter gepulsten Bedingungen (100mA, ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%) steigt die typische Strahlstärke deutlich auf 85 mW/sr, was den Vorteil des gepulsten Betriebs für die Spitzenleistung verdeutlicht.
• Spitzenwellenlänge (λ_p): 850 nm (typisch). Dies liegt im nahen Infrarotspektrum, das ideal für siliziumbasierte Detektoren ist und für das menschliche Auge weniger sichtbar ist als kürzere Wellenlängen wie 940 nm, bei gleichzeitig guter atmosphärischer Transmission.
• Spektrale Bandbreite (Δλ): 30 nm (typisch). Dies definiert den Bereich der emittierten Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge.
• Durchlassspannung (V_F): Bei 20mA beträgt die typische Durchlassspannung 1,40V (Bereich 1,20V bis 1,70V). Beim gepulsten Strom von 100mA steigt V_Fauf typisch 1,60V an (Bereich 1,40V bis 2,20V). Diese Information ist entscheidend für die Treiberschaltungsauslegung und die Auswahl der Stromversorgung.
• Sperrstrom (I_R): Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung von 5V, was auf eine gute Übergangsqualität hinweist.
• Öffnungswinkel (2θ_1/2): 25 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Ein Winkel von 25° bietet einen relativ fokussierten Strahl, der für gerichtete Erfassung oder Signalgebung geeignet ist.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere wichtige Diagramme zum Verständnis des Bauteilverhaltens unter variierenden Bedingungen.

3.1 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Dauer-Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur über 25°C. Um Überhitzung zu vermeiden, muss der Strom linear reduziert werden, wenn die Temperatur auf die maximale Betriebsgrenze von 85°C ansteigt. Designer müssen dieses Diagramm nutzen, um einen zuverlässigen Betrieb in der thermischen Umgebung ihrer Anwendung sicherzustellen.

3.2 Spektrale Verteilung

Dieses Diagramm stellt die relative Strahlstärke über der Wellenlänge dar und bestätigt visuell das 850-nm-Maximum und die ungefähre 30-nm-spektrale Bandbreite. Es zeigt, dass das Bauteil ein relativ reines Infrarotlicht mit der spezifizierten Wellenlänge emittiert.

3.3 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Diese grundlegende Kennlinie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung für eine Diode. Sie ist wesentlich für die Bestimmung des Arbeitspunkts und für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Die Kurve verschiebt sich mit der Temperatur.

3.4 Strahlstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht die optische Ausgangsleistung als Funktion des Treiberstroms. Es zeigt typischerweise eine sublineare Beziehung, bei der der Wirkungsgrad (Strahlstärke pro mA) bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer und anderer Effekte abnehmen kann. Das Diagramm hilft, den Treiberstrom für das gewünschte optische Ausgangsniveau zu optimieren.

3.5 Relative Strahlstärke in Abhängigkeit vom Winkel

Dieses Polardiagramm stellt den Öffnungswinkel und das Abstrahlverhalten der LED visuell dar. Es zeigt, wie die Intensität abnimmt, wenn sich der Beobachtungswinkel von der Mittelachse (0°) entfernt, und bei etwa ±12,5° auf 50% abfällt (was den vollen Öffnungswinkel von 25° bestätigt). Dies ist entscheidend für das Design optischer Systeme, die Ausrichtung und das Verständnis der Abdeckung des emittierten Lichts.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist ein doppelseitiges SMD-Gehäuse mit einem Körperdurchmesser von 1,6 mm. Detaillierte mechanische Zeichnungen im Datenblatt liefern alle kritischen Abmessungen einschließlich Gesamthöhe, Anschlussabstand und Linsengeometrie. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert.

4.2 Lötflächen-Design und Schablonenempfehlung

Um eine zuverlässige Lötung zu gewährleisten und Probleme wie Lötperlenbildung zu vermeiden, werden ein vorgeschlagenes Lötflächenlayout und ein Schablonendesign bereitgestellt. Wichtige Empfehlungen umfassen:

• Lötpaste: Sn/Ag3.0/Cu0.5 (eine gängige bleifreie Legierung).
• Schablonenstärke: 0,10 mm.
• Die Schablonenaperturzeichnung zeigt ein Muster, das zur Kontrolle der Pastenmenge für die kleinen Lötflächen ausgelegt ist.

Wichtiger Hinweis: Die vorgeschlagenen Lötflächenabmessungen dienen nur als Referenz. Das endgültige Leiterplatten-Landpattern sollte basierend auf spezifischen Fertigungsprozessen, thermischen Anforderungen und individuellen Designbedürfnissen angepasst werden.

4.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch eine visuelle Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, wie z.B. eine Kerbe, eine abgeflachte Kante oder eine grüne Markierung auf der Basis. Die Zeichnung im Datenblatt identifiziert die Kathodenseite eindeutig, was für die korrekte Leiterplattenausrichtung wesentlich ist.

5. Richtlinien für Lötung und Bestückung

5.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich. Es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um "Popcorning" (Gehäuserissbildung durch schnelle Dampfausdehnung während des Reflow-Lötens) zu verhindern.

• Öffnen Sie die feuchtigkeitsdichte Verpackung erst unmittelbar vor der Verwendung.
• Lagern Sie die geöffnete Verpackung bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF).
• Verwenden Sie die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen der Verpackung.
• Wenn die Lagerzeit überschritten wurde oder der Trockenmittelindikator Feuchtigkeit anzeigt, trocknen Sie die Bauteile vor der Verwendung bei 60 ±5°C für 24 Stunden.

5.2 Reflow-Lötprozess

Das Bauteil ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Prozessen kompatibel. Im Datenblatt wird ein bleifreies Reflow-Temperaturprofil vorgeschlagen. Wichtige Parameter umfassen Vorwärmung, Haltezeit, Reflow-Spitzentemperatur (nicht über 260°C für ≤5 Sekunden) und Abkühlraten. Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden, um die thermische Belastung des Bauteils zu minimieren.

5.3 Handlötung und Nacharbeit

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf ≤3 Sekunden pro Anschluss.Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung von 25W oder weniger.
• Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein Intervall von ≥2 Sekunden, um Wärmeanstau zu verhindern.
• Nacharbeit nach der Erstlötung wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, verwenden Sie zum Entfernen einen Zweispitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung der Lötstellen und der LED selbst zu vermeiden. Überprüfen Sie die Funktionalität des Bauteils nach jeder Nacharbeit.

5.4 Handhabung der Leiterplatte

Vermeiden Sie mechanische Belastung der LED während des Erhitzens (Löten) und verziehen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht, da dies das Bauteil oder seine Lötstellen beschädigen kann.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Das Bauteil wird auf industrieüblichen geprägten Trägerbändern auf Rollen mit 7 Zoll Durchmesser geliefert. Eine detaillierte Zeichnung der Trägerbandabmessungen (Taschengröße, Teilung usw.) wird bereitgestellt. Jede Rolle enthält 1500 Stück.

6.2 Etikettenspezifikation

Das Rollenetikett enthält Standardinformationen für Rückverfolgbarkeit und Fertigung:

• CPN (Kundenteilenummer)
• P/N (Herstellertypnummer: HIR26-21C/L289/TR8)
• QTY (Menge)
• CAT (Klassifizierung/Binning)
• HUE (Spitzenwellenlänge)
• REF (Referenz)
• LOT No. (Losnummer)
• MSL-X (Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe)
• Made In (Herkunftsland)

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Leiterplattenmontierte Infrarotsensoren: Annäherungserkennung, Objekterkennung, Linienverfolgung in der Robotik.
• Infrarot-Fernbedienungseinheiten: Ideal für Anwendungen, die eine höhere Ausgangsleistung als Standard-Fernbedienungs-LEDs erfordern, was möglicherweise eine größere Reichweite oder bessere Leistung in hellen Umgebungen ermöglicht.
• Gaszähler/-messgeräte: Oft in optischen Erfassungsmechanismen innerhalb von Versorgungszählern verwendet.
• Allgemeine Infrarotsysteme: Jedes eingebettete System, das eine kompakte, zuverlässige IR-Quelle für Datenübertragung, Kodierung oder Erfassung benötigt.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung ist zwingend erforderlich: Wie ausdrücklich in den "Vorsichtsmaßnahmen" angegeben, MUSS ein externer strombegrenzender Widerstand (oder Konstantstromtreiber) in Reihe mit der LED verwendet werden. Die Durchlassspannung hat einen Bereich, und ein leichter Anstieg der Versorgungsspannung kann zu einem großen, zerstörerischen Stromanstieg führen, wenn dieser nicht ordnungsgemäß begrenzt wird.
• Thermisches Management: Berücksichtigen Sie die Verlustleistung (P_d=V_F*I_F) und die maximale Stromreduzierung mit der Temperatur. Sorgen Sie für ausreichend Leiterplattenkupfer oder andere Mittel zur Wärmeableitung, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur oder gepulstem Betrieb mit hohem Tastverhältnis.
• Optisches Design: Der 25°-Öffnungswinkel bietet Richtwirkung. Für eine breitere Abdeckung können sekundäre Optiken (Diffusoren) erforderlich sein. Für größere Reichweiten können Linsen zur Strahlkollimation verwendet werden.
• Treiberschaltung: Für gepulsten Betrieb bei 1A ist ein Transistor- oder MOSFET-Schalter erforderlich. Stellen Sie sicher, dass der Treiber den Spitzenstrom und die erforderlichen schnellen Anstiegs-/Abfallzeiten bewältigen kann.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-5-mm- oder 3-mm-Durchsteck-Infrarot-LEDs bietet die HIR26-21C/L289/TR8 erhebliche Vorteile:

• Größe: Das 1,6-mm-SMD-Gehäuse ermöglicht eine Miniaturisierung der Endprodukte und ist mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten kompatibel.
• Leistung: Die typische Strahlstärke von 17 mW/sr bei 20mA ist wettbewerbsfähig, und die 85 mW/sr unter gepulsten Bedingungen ist ein Schlüsselmerkmal für Hochleistungsanforderungen.
• Zuverlässigkeit: Die SMD-Bauweise und die Kompatibilität mit Standard-Reflow-Prozessen führen im Vergleich zu handgelöteten Durchsteckbauteilen zu robusteren und konsistenteren Lötstellen.
• Konformität: Das Bauteil ist bleifrei, RoHS-konform, REACH-konform und halogenfrei (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) und erfüllt damit strenge Umweltvorschriften für globale Märkte.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

No.Die typische Durchlassspannung beträgt nur 1,4V-1,6V. Ein direkter Anschluss an eine 3,3V- oder 5V-Versorgung ohne strombegrenzenden Widerstand wird die LED aufgrund übermäßigen Stroms mit Sicherheit zerstören. Verwenden Sie stets einen in Reihe geschalteten Widerstand, der mit dem Ohmschen Gesetz berechnet wird: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.

9.2 Was ist der Unterschied zwischen den Nennwerten 20mA DC und 100mA gepulst?

Der 20mA-Wert gilt fürDauerbetrieb. Der 100mA-Wert gilt für sehr kurzeImpulse(≤100μs) mit einem niedrigen Tastverhältnis (≤1%). Dies ermöglicht es, die LED für kurze Momente viel stärker anzusteuern, um einen viel helleren Blitz zu erzeugen (85 mW/sr vs. 17 mW/sr), ohne sie zu überhitzen, da die Durchschnittsleistung niedrig bleibt. Dies ist perfekt für Fernbedienungen.

9.3 Wie ist der "Öffnungswinkel" von 25 Grad zu interpretieren?

Dies ist dervolleWinkel, bei dem die Lichtintensität die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) beträgt. Man kann ihn sich als die Breite des Haupt- "Strahls" oder der Hauptkeule vorstellen. Licht wird auch außerhalb dieses Winkels emittiert, jedoch mit geringerer Intensität. Ein Winkel von 25° ist mäßig fokussiert.

9.4 Warum sind Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Trocknung wichtig?

Kunststoff-SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses verdampft diese Feuchtigkeit schnell und erzeugt einen inneren Druck, der das Gehäuse reißen oder vom Chip ablösen kann ("Popcorning"). Die Einhaltung der Lagerungs- und Trocknungsrichtlinien verhindert diesen Fehlermodus.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Infrarot-Leuchtfeuers mit großer Reichweite

Ein Designer benötigt ein kompaktes, batteriebetriebenes Leuchtfeuer, das von einem Sensor in 20 Metern Entfernung in einer Innenumgebung mit etwas Umgebungs-IR-Rauschen erkannt werden kann.

1. Auswahl der Ansteuerungsmethode: Um die Erfassungsreichweite zu maximieren, wählt der Designer den gepulsten Betrieb, um die hohe gepulste Strahlstärke von 85 mW/sr zu nutzen.
2. Schaltungsentwurf: Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin steuert einen N-Kanal-MOSFET. Die LED ist in Reihe mit einem strombegrenzenden Widerstand zwischen der Stromversorgung (z.B. 3,3V) und dem Drain des MOSFET geschaltet. Der Widerstandswert wird für 100mA berechnet: R = (3,3V - 1,6V) / 0,1A = 17Ω (18Ω Standardwert verwenden). Der Mikrocontroller erzeugt Pulse von 100μs Breite mit einem Tastverhältnis von 1% (z.B. 100μs ein, 9900μs aus).
3. Leiterplattenlayout: Das vorgeschlagene Lötflächenlayout wird als Ausgangspunkt verwendet. Zusätzliche thermische Entlastung und Kupferflächen um die Lötflächen herum werden hinzugefügt, um die Wärmeableitung während der Hochstromimpulse zu unterstützen.
4. Bestückung: Die Bauteile werden auf der Leiterplatte platziert. Die LED-Rolle wird ordnungsgemäß gelagert, und die bestückte Platine durchläuft einen einzelnen Reflow-Durchgang unter Verwendung des empfohlenen bleifreien Profils.
5. Optik (optional): Um die Reichweite weiter zu erhöhen, könnte eine einfache Kunststoff-Kollimatorlinse über der LED platziert werden, um den Strahl zu verengen und die Ausgangsleistung auf eine kleinere Fläche in der Zieldistanz zu konzentrieren.

Dieses Beispiel zeigt, wie die Schlüsselparameter des Datenblatts – gepulste Strahlstärke, Durchlassspannung, Strombelastbarkeit und Gehäusegröße – direkt ein praktisches Design beeinflussen.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, injizieren Elektronen aus dem n-Typ-Material und Löcher aus dem p-Typ-Material über den Übergang. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einer GaAlAs-Diode wie dieser ist die Bandlücke des Halbleitermaterials so ausgelegt, dass diese freigesetzte Energie einem Photon im Infrarotspektrum entspricht, speziell bei etwa 850 Nanometern. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse fungiert als Linse und formt das emittierte Licht in das spezifizierte Abstrahlverhalten (25° Öffnungswinkel).

12. Branchentrends und Entwicklungen

Der Markt für subminiatur Infrarot-LEDs entwickelt sich weiter. Wichtige Trends, die für Bauteile wie die HIR26-21C/L289/TR8 relevant sind, umfassen:

• Erhöhte Integration: Trend zur Kombination des IR-Emitters mit einem Treiber-IC oder sogar einem Fotodetektor in einem einzigen Gehäuse für einfachere Sensormodule.
• Höherer Wirkungsgrad: Laufende Forschung in der Materialwissenschaft zielt darauf ab, den Gesamtwirkungsgrad (optische Leistung aus / elektrische Leistung ein) von IR-LEDs zu verbessern, was zu geringerem Stromverbrauch oder höherer Ausgangsleistung bei gleicher Gehäusegröße führt.
• Neue Wellenlängen: Während 850 nm und 940 nm dominieren, wächst das Interesse an anderen IR-Wellenlängen für spezifische Anwendungen wie Gassensorik oder verbesserte Augensicherheit.
• Fortschrittliche Gehäusetechnik: Entwicklung von Chip-Scale-Packaging (CSP) und Wafer-Level-Packaging, um Größe und Kosten weiter zu reduzieren und gleichzeitig die thermische Leistung zu verbessern.
• Anwendungserweiterung:
  • Biometrie und Sicherheit: Gesichtserkennung, Iris-Scanning.
  • Automobil: Innenraum-Belegungserkennung, Fahrerüberwachungssysteme.
  • Unterhaltungselektronik: Annäherungserkennung für Telefone/Tablets, Gestenerkennung.
  • Industrielles IoT: Maschinelles Sehen, Zustandsüberwachung.

Bauteile wie die HIR26-21C/L289/TR8, mit ihrer kompakten Bauform, zuverlässigen Leistung und Konformität mit Umweltstandards, sind gut positioniert, um diese wachsenden Märkte zu bedienen, in denen kompakte, effiziente Infrarotquellen eine grundlegende Anforderung sind.