SIR204C 3mm Infrarot-LED Datenblatt - 3,0mm Durchmesser - 1,3V Durchlassspannung - 875nm Wellenlänge - 150mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die SIR204C ist eine hochintensive Infrarot-Emissionsdiode in einem 3mm (T-1) wasserklaren, transparenten Kunststoffgehäuse. Sie ist für Anwendungen konzipiert, die eine zuverlässige Infrarot-Emission mit guter spektraler Anpassung an siliziumbasierte Fotodetektoren erfordern. Das Bauteil nutzt einen GaAlAs-Chip zur Lichterzeugung mit einer Spitzenwellenlänge von 875nm, was es ideal für verschiedene Sensor- und Übertragungssysteme macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese LED bietet mehrere Schlüsselvorteile, darunter hohe Zuverlässigkeit, niedrige Durchlassspannung und einen kompakten Formfaktor mit standardmäßigem 2,54mm Anschlussabstand. Sie ist spektral auf gängige Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodule abgestimmt. Das Produkt entspricht den Standards RoHS, EU REACH und halogenfrei (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Die primären Zielmärkte umfassen Unterhaltungselektronik, Industrieautomatisierung und Sicherheitsausrüstung, die Infrarotsignalisierung oder -erfassung benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte Aufschlüsselung der elektrischen, optischen und thermischen Spezifikationen des Bauteils.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F):100 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):1,0 A (Pulsbreite ≤ 100μs, Tastverhältnis ≤ 1%)
• Sperrspannung (V_R):5 V
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C
• Löttemperatur (T_sol):260°C (für ≤ 5 Sekunden)
• Verlustleistung (P_d):150 mW (bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur)

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Strahlungsstärke (I_e):4,0 mW/sr (Min) bis 6,4 mW/sr (Typ) bei I_F=20mA. Unter gepulsten Bedingungen (I_F=100mA, 1% Tastverhältnis) kann sie 30 mW/sr erreichen und bis zu 300 mW/sr bei I_F=1A.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):875 nm (Typisch) bei I_F=20mA.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):80 nm (Typisch) bei I_F=20mA.
• Durchlassspannung (V_F):1,3V (Typ) bis 1,6V (Max) bei I_F=20mA. Dieser Wert steigt unter gepulstem Betrieb mit höherem Strom.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R=5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):30 Grad (Typisch) bei I_F=20mA.

Hinweis: Messunsicherheiten betragen ±0,1V für V_F, ±10% für I_e und ±1,0nm für λ_p.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

3.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Beziehung zwischen dem maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom und der Umgebungsbetriebstemperatur. Mit steigender Temperatur nimmt der maximal zulässige Strom linear ab, um die Verlustleistungsgrenze nicht zu überschreiten und die Langzeit-Zuverlässigkeit sicherzustellen.

3.2 Spektrale Verteilung

Das spektrale Ausgangsdiagramm bestätigt die Spitzenemission bei 875nm mit einer typischen Bandbreite von 80nm. Diese große Bandbreite gewährleistet eine gute Kompatibilität mit Siliziumdetektoren, die eine breite spektrale Empfindlichkeit im nahen Infrarotbereich aufweisen.

3.3 Spitzenemissionswellenlänge vs. Umgebungstemperatur

Die Spitzenwellenlänge zeigt eine leichte Verschiebung mit der Temperatur, eine typische Eigenschaft von Halbleiter-LEDs. Entwickler müssen diese Verschiebung in wellenlängenkritischen Anwendungen berücksichtigen, insbesondere über den gesamten Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C.

3.4 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese I-V-Kennlinie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die typische Durchlassspannung ist niedrig (1,3V bei 20mA), was zu einem energieeffizienten Betrieb beiträgt. Die Kurve ist für die Auslegung einer geeigneten strombegrenzenden Schaltung wesentlich.

3.5 Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom

Die Strahlungsstärke nimmt mit dem Durchlassstrom zu, zeigt jedoch bei höheren Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte eine sublineare Beziehung. Das Diagramm hilft bei der Bestimmung des optimalen Treiberstroms für eine erforderliche Ausgangsintensität.

3.6 Relative Strahlungsstärke vs. Winkelabweichung

Dieses Polardiagramm definiert das räumliche Abstrahlmuster, charakterisiert durch einen 30-Grad-Halbwinkel. Die Intensität ist bei 0° (auf der Achse) am höchsten und nimmt gemäß einer kosinusähnlichen Funktion ab, was für das Design optischer Systeme wichtig ist, um eine korrekte Ausrichtung und Signalstärke sicherzustellen.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Die SIR204C verwendet ein standardmäßiges T-1 (3mm) Rundgehäuse. Wichtige Abmessungen sind ein Körperdurchmesser von 3,0mm, ein typischer Anschlussabstand von 2,54mm und eine Gesamtlänge. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Die Linse ist wasserklar, sodass das gesamte Infrarotspektrum ohne signifikante Absorption durchgelassen wird.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Die LED hat eine abgeflachte Seite am Rand der Kunststofflinse, die typischerweise den Kathoden- (negativen) Anschluss kennzeichnet. Der längere Anschluss ist normalerweise die Anode (positiv). Während der Schaltungsmontage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Handlöten oder Wellenlöten kann verwendet werden. Die absolute maximale Löttemperatur beträgt 260°C, und die Lötzeit darf 5 Sekunden nicht überschreiten. Es wird empfohlen, den LED-Körper während des Wellenlötens mindestens 1,5mm über der Leiterplattenoberfläche zu halten, um die thermische Belastung des Epoxidgehäuses zu minimieren. Das Bauteil sollte in einer trockenen, antistatischen Umgebung bei Temperaturen zwischen -40°C und +100°C gelagert werden.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Spezifikation der Packungsmenge

Die LEDs werden typischerweise in Beuteln und Kartons verpackt: 200-1000 Stück pro Beutel, 5 Beutel pro Karton und 10 Kartons pro Versandkarton.

6.2 Spezifikation des Etikettierungsformulars

Produktetiketten enthalten wichtige Kennungen: Kundeneigene Produktnummer (CPN), Produktnummer (P/N), Packungsmenge (QTY), Kategorie (CAT), Spitzenwellenlänge (HUE), Referenz (REF) und Losnummer (LOT No).

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Freiluft-Übertragungssysteme:Fernbedienungen, Kurzstrecken-Datenverbindungen.
• Optoelektronische Schalter:Objekterkennung, Positionserfassung, Schlitzsensoren.
• Rauchmelder:Verwendung in Abschwächungs-Rauchmelderkammern.
• Allgemeine Infrarotsysteme:Nachtsicht-Beleuchtung, Sicherheitssysteme.
• Diskettenlaufwerke:Historische Verwendung für Spur-Null-Erkennung.

7.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle, um I_F auf den gewünschten Wert zu begrenzen, typischerweise zwischen 20mA und 100mA für Dauerbetrieb.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sollte eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Kühlung sichergestellt werden, wenn das Bauteil nahe den Maximalwerten oder bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben wird.
• Optisches Design:Berücksichtigen Sie den 30-Grad-Abstrahlwinkel beim Entwurf von Linsen, Reflektoren oder Blenden, um das emittierte Licht effektiv zu sammeln oder zu kollimieren.
• Sperrspannungsschutz:Die niedrige Sperrspannungsfestigkeit (5V) macht das Bauteil anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung oder falsche Polarität. Erwägen Sie den Einbau einer parallelen Schutzdiode in Schaltungen, in denen Sperrspannungstransienten möglich sind.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die SIR204C unterscheidet sich durch die Kombination aus einem standardmäßigen 3mm-Gehäuse, einer relativ hohen Strahlungsstärke (bis zu 6,4 mW/sr bei 20mA) und einer niedrigen Durchlassspannung. Im Vergleich zu einigen älteren Infrarot-LEDs bietet sie eine bessere Zuverlässigkeit und Einhaltung moderner Umweltvorschriften (RoHS, halogenfrei). Ihre spektrale Anpassung an Siliziumdetektoren ist ein entscheidender Vorteil gegenüber LEDs mit anderen Spitzenwellenlängen und maximiert die Systemempfindlichkeit.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen Dauer- und Spitzen-Durchlassstrom?

Der Dauer-Durchlassstrom (100mA) ist der maximale Gleichstrom, der dauerhaft ohne Beschädigungsrisiko angelegt werden kann. Der Spitzen-Durchlassstrom (1A) ist ein viel höherer Strom, der nur für sehr kurze Pulse (≤100μs) bei einem sehr niedrigen Tastverhältnis (≤1%) angelegt werden darf. Dies ermöglicht kurze, hochintensive Lichtblitze für Fernerkennung oder Synchronisationszwecke.

9.2 Wie beeinflusst die Umgebungstemperatur die Leistung?

Wie in den Kennlinien gezeigt, reduziert eine steigende Temperatur den maximal zulässigen Dauerstrom und kann eine leichte Verschiebung der Spitzenwellenlänge verursachen. Die Strahlungsstärke kann bei höheren Temperaturen ebenfalls abnehmen. Designs, die für den Betrieb an den Grenzen des Bereichs von -40°C bis +85°C vorgesehen sind, sollten die Betriebsströme entsprechend reduzieren.

9.3 Ist ein Kühlkörper erforderlich?

Für die meisten Anwendungen, die mit 50mA Dauerstrom oder weniger betrieben werden, ist ein separater Kühlkörper nicht erforderlich, wenn die Leiterplatte eine gewisse Kupferfläche zur Wärmeverteilung bietet. Für den Betrieb mit 100mA Dauerstrom, insbesondere bei erhöhten Umgebungstemperaturen, wird ein sorgfältiges thermisches Design empfohlen, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Objekt-Annäherungssensor

In einem typischen optoelektronischen Schalter wird die SIR204C mit einem Fototransistor gepaart. Die LED wird mit einem Strom von 20-50mA betrieben, oft mit einer spezifischen Frequenz moduliert (z.B. 38kHz), um Störungen durch Umgebungslicht zu unterdrücken. Das emittierte Infrarotlicht wird von einem nahen Objekt reflektiert und vom Fototransistor erfasst. Der 30-Grad-Abstrahlwinkel der LED bietet einen guten Kompromiss zwischen Erfassungsreichweite und Sichtfeld. Die niedrige Durchlassspannung ermöglicht es, den Sensor effizient von einer 3,3V- oder 5V-Logikversorgung mit einem einfachen Vorwiderstand zu versorgen. Entwickler müssen die mechanische Ausrichtung von LED und Detektor sicherstellen und können eine Trennwand verwenden, um direkte optische Übersprechung zu verhindern.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Bei Durchlassvorspannung werden Elektronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen freigesetzt. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials (in diesem Fall Gallium-Aluminium-Arsenid - GaAlAs) bestimmt, die so ausgelegt ist, dass Photonen im nahen Infrarotspektrum um 875nm erzeugt werden. Diese Wellenlänge ist für das menschliche Auge unsichtbar, wird aber von siliziumbasierten Sensoren effizient erfasst.

12. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei Infrarot-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro elektrischem Watt), höherer Leistungsdichte für Anwendungen mit größerer Reichweite wie LiDAR und Überwachung sowie kleinerer Gehäusegrößen für die Integration in kompakte Verbrauchergeräte. Ein weiterer Fokus liegt auf der Verbesserung der Modulationsgeschwindigkeit für Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation (z.B. IrDA, Li-Fi). Mehrwellenlängen- und Doppelemitter-Gehäuse werden für fortschrittliche Sensoranwendungen immer häufiger. Die Einhaltung von Umweltvorschriften (RoHS, REACH, halogenfrei) ist inzwischen eine Standardanforderung in der gesamten Branche. Die SIR204C repräsentiert eine zuverlässige, ausgereifte Technologie, die sich gut für kostenbewusste, hochvolumige Anwendungen mit bewährter Leistung eignet.