3mm Infrarot-LED HIR204C/H0 Datenblatt - Abmessungen 3,0mm - Spitzenwellenlänge 850nm - Durchlassspannung 1,45V - Technisches Dokument

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und Leistung des Bauteils.

6.1 Anschlussdraht-Formgebung

• Das Biegen muss an einem Punkt mindestens 3mm von der Basis der Epoxidkugel entfernt erfolgen.
• Formen Sie die Anschlussdrähteimmervor dem Löten des Bauteils.
• Vermeiden Sie während des Formgebens mechanische Belastung des LED-Gehäuses oder seiner Basis, da dies interne Verbindungen beschädigen oder das Epoxid zum Reißen bringen kann.
• Schneiden Sie die Anschlussdrähte bei Raumtemperatur. Hochtemperaturschneiden kann zu Ausfällen führen.
• Stellen Sie sicher, dass die PCB-Löcher perfekt mit den LED-Anschlussdrähten ausgerichtet sind, um Montagespannungen zu vermeiden.

6.2 Lagerbedingungen

• Empfohlene Lagerung nach Erhalt: ≤ 30°C und ≤ 70% relative Luftfeuchtigkeit.
• Die Haltbarkeit unter diesen Bedingungen beträgt 3 Monate.
• Für längere Lagerung (bis zu 1 Jahr), lagern Sie in einem versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre und Trockenmittel.
• Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, verwenden Sie die Bauteile innerhalb von 24 Stunden.
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchter Umgebung, um Kondensation zu verhindern.

6.3 Lötempfehlungen

Die Lötstelle muss mindestens 3mm von der Epoxidkugel entfernt sein.

• Handlöten:Lötspitzentemperatur ≤ 300°C (für ein max. 30W Lötkolben). Lötzeit ≤ 3 Sekunden pro Anschluss.
• Wellen-/Tauchlöten:Vorwärmtemperatur ≤ 100°C für ≤ 60 Sekunden. Lötbad-Temperatur ≤ 260°C für ≤ 5 Sekunden.
• Allgemeine Regeln:
  • Vermeiden Sie Belastung der Anschlussdrähte während und unmittelbar nach dem Löten, solange das Bauteil heiß ist.
  • Führen Sie Tauch-/Handlöten nicht mehr als einmal durch.
  • Schützen Sie die LED vor mechanischem Stoß/Vibration, bis sie nach dem Löten auf Raumtemperatur abgekühlt ist.
  • Vermeiden Sie schnelle Abkühlprozesse.
  • Verwenden Sie stets die niedrigste effektive Löttemperatur und -zeit.

6.4 Reinigung

• Falls Reinigung notwendig ist, verwenden Sie Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für nicht mehr als eine Minute. Lufttrocknen bei Raumtemperatur.
• Vermeiden Sie Ultraschallreinigung.Falls unbedingt erforderlich, ist eine umfangreiche Vorqualifizierung notwendig, um sicherzustellen, dass die spezifische Ultraschallleistung und Montagebedingungen den LED-Chip oder die Bonddrähte nicht beschädigen.

6.5 Thermomanagement

Obwohl in diesem Datenblatt nicht mit spezifischen Wärmewiderstandswerten detailliert, wird das Wärmemanagement betont. Die Verlustleistungsangabe (Pd) von 150mW gilt für freie Luft bei 25°C. In realen Anwendungen, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen oder in geschlossenen Räumen, steigt die Sperrschichttemperatur der LED. Dies kann die Lichtausbeute und Lebensdauer verringern. Entwickler müssen während der Anwendungsentwurfsphase Wärmesenken, PCB-Kupferfläche und Umgebungsbedingungen berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die LED innerhalb sicherer Temperaturgrenzen arbeitet.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Etikettenspezifikation

Das Etikett auf der Verpackung enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation:

• CPN:Kundeneigene Artikelnummer
• P/N:Artikelnummer (z.B. HIR204C/H0)
• QTY:Menge in der Verpackung
• CAT:Lichtstärkeklasse (Bin-Code, z.B. N, P, Q, R)
• HUE:Dominante Wellenlängenklasse
• REF:Durchlassspannungsklasse
• LOT No:Fertigungslosnummer
• X:Produktionsmonat
• REF:Etikettenreferenznummer

7.2 Verpackungsspezifikation

• Primärverpackung:Antistatische Beutel.
• Sekundärverpackung:Innenschachteln.
• Tertiärverpackung:Außenschachteln (Master).
• Standardverpackungsmenge:
  • 200 bis 1000 Stück pro antistatischem Beutel.
  • 5 Beutel werden in 1 Innenschachtel verpackt.
  • 10 Innenschachteln werden in 1 Außenschachtel verpackt.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungsdesign

Um die LED zu betreiben, ist eine strombegrenzende Schaltung zwingend erforderlich. Ein einfacher Vorwiderstand ist für grundlegende Anwendungen oft ausreichend. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Versorgungsspannung - Vf) / If. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einer Vf von 1,45V und einem gewünschten If von 20mA: R = (5 - 1,45) / 0,02 = 177,5Ω. Ein Standard-180Ω-Widerstand wäre geeignet. Für gepulsten Betrieb bei höheren Strömen (z.B. 100mA) wird ein Transistor oder ein spezieller LED-Treiber-IC empfohlen, um den notwendigen Strompuls bereitzustellen.

8.2 Optisches Design und Ausrichtung

Der 40-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen relativ breiten Strahl. Für Anwendungen mit größerer Reichweite oder Fokussierung kann eine Linse vor der LED hinzugefügt werden. Umgekehrt können für eine sehr breite Abdeckung mehrere LEDs erforderlich sein. Eine präzise mechanische Ausrichtung mit dem Empfangssensor (Fototransistor, IR-Empfängermodul) ist für eine optimale Systemleistung entscheidend. Das räumliche Abstrahlmuster sollte konsultiert werden, um die Signalstärke bei achsenfernen Winkeln zu verstehen.

8.3 Störungen und Störfestigkeit

Infrarotsysteme können anfällig für Umgebungslichtrauschen sein, insbesondere von Sonnenlicht und Glühlampen, die IR-Komponenten enthalten. Strategien zur Minderung umfassen:

• Verwendung modulierter IR-Signale (z.B. 38kHz Träger) und eines auf dieselbe Frequenz abgestimmten Empfängers.
• Anbringen eines optischen Filters auf der Empfängerseite, der sichtbares Licht blockiert, aber 850nm IR durchlässt.
• Physikalische Abschirmung des LED-Empfänger-Paares vor direkten Umgebungslichtquellen.

9. Technischer Vergleich und Positionierung

Die HIR204C/H0 nimmt eine spezifische Position auf dem Markt für Infrarot-LEDs ein. Im Vergleich zu kleineren SMD-IR-LEDs bietet sie aufgrund ihrer größeren Chipgröße und ihres Gehäuses eine höhere potenzielle Strahlungsleistung, was sie für Anwendungen geeignet macht, die mehr Leistung benötigen. Im Vergleich zu größeren, dedizierten Hochleistungs-IR-Emittern ist sie kompakter und mit einfacheren Schaltungen leichter anzusteuern. Ihre 850nm-Wellenlänge ist die gebräuchlichste und gewährleistet breite Kompatibilität mit Empfängern. Wichtige Unterscheidungsmerkmale sind ihr klares Gehäuse (kein Farbstich), der standardmäßige 2,54mm-Anschlussabstand für einfaches Prototyping und die klar definierte Binning-Struktur für konsistente Ausgangsleistung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Dauerstrom (IF) und Spitzenstrom (IFP)?

Dauer-Durchlassstrom (IF=100mA)ist der maximale Gleichstrom, der unter Einhaltung der thermischen Grenzen dauerhaft durch die LED fließen kann, ohne Schäden zu verursachen.Spitzen-Durchlassstrom (IFP=1,0A)ist der maximale Strom, der nur unter sehr kurzen Pulsbedingungen erlaubt ist (≤100μs Pulsbreite, ≤1% Tastverhältnis). Dies ermöglicht kurze, hochintensive Lichtblitze für Anwendungen wie Fernbedienungen mit großer Reichweite, aber die mittlere Leistung muss innerhalb der Verlustleistungsgrenzen des Bauteils bleiben.

10.2 Wie wähle ich das richtige Bin (N, P, Q, R)?

Wählen Sie basierend auf der minimalen Strahlungsintensität, die Ihre Anwendung bei der Betriebsentfernung und unter ungünstigsten Bedingungen (z.B. niedrige Batteriespannung, hohe Temperatur) benötigt. Wenn Ihre Designberechnungen zeigen, dass Sie mindestens 18 mW/sr benötigen, müssen Sie Bin Q (Min 21,0) oder Bin R (Min 30,0) wählen. Bin N (Min 11,0) wäre nicht garantiert funktionsfähig. Die Auswahl eines höheren Bins bietet mehr Designreserve.

10.3 Warum ist der Lötabstand (3mm von der Kugel) so wichtig?

Das Epoxidharz, das die Linse bildet, hat einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Metallanschlussdrähte. Das Anwenden hoher Lötwärme zu nah am Epoxid kann thermische Spannungen verursachen, die möglicherweise zu Mikrorissen im Epoxid oder Schäden an der internen Chipverbindung führen. Diese Risse können später Feuchtigkeit eindringen lassen und zu vorzeitigem Ausfall führen. Der 3mm-Abstand ermöglicht es der Wärme, sich entlang des Anschlussdrahtes zu verteilen, bevor sie das empfindliche Gehäuse erreicht.

11. Design- und Anwendungs-Fallstudie

11.1 Fall: Verbesserung der Reichweite einer Consumer-IR-Fernbedienung

Szenario:Ein Entwickler erstellt eine Universalfernbedienung, die zuverlässig aus bis zu 10 Metern Entfernung, auch bei leichten Winkeln, in einem typischen Wohnzimmer funktionieren muss.

Design-Entscheidungen mit HIR204C/H0:

1. Betriebsstrom:Anstatt den typischen 20mA-Dauerstrom zu verwenden, setzt der Entwickler eine gepulste Treiberschaltung ein. Die LED wird mit 100mA gepulst bei einem sehr kurzen Tastverhältnis (z.B. 0,5%), um hochintensive Blitze zu erzeugen und die IFP-Spezifikation zu nutzen. Dies steigert die Spitzen-Lichtleistung und damit die effektive Reichweite erheblich.
2. Bin-Auswahl:Um eine konsistente Leistung über alle hergestellten Einheiten hinweg zu gewährleisten und den Batteriespannungsabfall zu berücksichtigen, spezifiziert der Entwickler Bin-R-LEDs. Dies garantiert eine hohe Mindestausgangsleistung selbst am Ende der Batterielebensdauer.
3. Platzierung und Linse:Zwei LEDs werden leicht versetzt platziert und um einige Grad voneinander abgewinkelt, um ein breiteres effektives Strahlmuster zu erzeugen und die Chance zu verbessern, den Empfänger aus verschiedenen Winkeln zu treffen. Eine einfache, kostengünstige Kunststofflinsenkappe wird über den LEDs verwendet, um den Strahl leicht zu kollimieren und die Richtwirkung zu verbessern.
4. Thermische Überlegung:Da das Tastverhältnis sehr niedrig ist (0,5%), ist die mittlere Leistung gering (100mA * 1,65V * 0,005 = 0,825mW), deutlich unter der 150mW-Pd-Angabe. Auf der PCB ist keine spezielle Wärmesenke erforderlich.

Dieser Ansatz zeigt, wie das Verständnis der gepulsten Spezifikationen, des Binnings und der thermischen Parameter im Datenblatt ein optimiertes, kosteneffektives Design für eine anspruchsvolle Anwendung ermöglicht.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) funktioniert nach demselben grundlegenden Prinzip wie eine sichtbare Standard-LED, verwendet jedoch andere Halbleitermaterialien, um Licht im Infrarotspektrum zu erzeugen. Die HIR204C/H0 verwendet einen Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs)-Chip. Wenn eine Durchlassspannung an den P-N-Übergang der LED angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie des GaAlAs-Materials bestimmt die Wellenlänge dieser Photonen, die in diesem Fall bei etwa 850 Nanometern zentriert ist und sie in den nahen Infrarotbereich einordnet, der für das menschliche Auge unsichtbar ist. Das wasserklare Epoxidgehäuse filtert oder färbt das Licht nicht, sodass die maximale Menge der erzeugten Infrarotstrahlung austreten kann.

13. Technologietrends

Das Gebiet der Infrarot-Emitter entwickelt sich ständig weiter. Allgemeine Trends in der Branche umfassen:

• Erhöhte Effizienz:Entwicklung neuer Halbleiter-Epitaxiestrukturen, um bei gleichem Eingangsstrom (mA) eine höhere Strahlungsintensität (mW/sr) zu erreichen und so die Gesamtsystemleistungseffizienz zu verbessern.
• Miniaturisierung:Während Durchsteckgehäuse wie das 3mm für Robustheit und einfache Handhabung beliebt bleiben, gibt es einen starken Trend zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen (z.B. 0805, 0603) für automatisierte Bestückung und platzbeschränkte Designs wie Smartphones (für Näherungssensoren) und winzige IoT-Geräte.
• Wellenlängendiversifizierung:Während 850nm und 940nm dominieren, wächst der Einsatz anderer Wellenlängen für spezifische Anwendungen, wie z.B. 810nm für medizinische Geräte oder spezifische schmale Bänder für Gassensorik.
• Integration:Kombination der IR-LED mit einer Treiberschaltung, einem Modulator oder sogar einem Fotodetektor in einem einzigen Gehäuse, um intelligentere, einfacher zu verwendende \"Sensormodule\" zu schaffen.
• Verbesserte Zuverlässigkeitsdaten:Moderne Datenblätter liefern zunehmend detailliertere Lebensdauer- und Zuverlässigkeitsdaten (z.B. L70-, L50-Werte unter verschiedenen Belastungsbedingungen), um Designs für Automobil-, Industrie- und Medizinanwendungen zu unterstützen, bei denen Langzeitleistung kritisch ist.

Die HIR204C/H0 repräsentiert ein ausgereiftes, zuverlässiges und gut verstandenes Bauteil, das von diesen fortlaufenden Material- und Fertigungsfortschritten profitiert und so ihre fortgesetzte Relevanz in einer Vielzahl von elektronischen Designs sicherstellt.