5mm Infrarot-LED 850nm HIR7373C Datenblatt - Größe 5mm - Spannung 1,45V - Leistung 150mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochintensiven 5mm Infrarot (IR)-Emissionsdiode. Die Komponente ist für Anwendungen konzipiert, die eine zuverlässige Infrarot-Emission erfordern, und weist eine Spitzenwellenlänge von 850 Nanometern (nm) auf. Sie ist in einem standardmäßigen T-1 3/4 (5mm) wasserklaren Kunststoffgehäuse untergebracht, das eine optimale Transmission des Infrarotlichts ermöglicht. Die Komponente ist spektral auf gängige Silizium-Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodule abgestimmt, was sie zu einer idealen Quelle für verschiedene IR-Erfassungs- und Kommunikationssysteme macht.

Die Kernvorteile dieses Produkts umfassen hohe Zuverlässigkeit, signifikante Strahlungsleistung und eine niedrige Flussspannungseigenschaft, die zu einem energieeffizienten Betrieb beiträgt. Es wird bleifrei (Pb-Free) hergestellt und entspricht wichtigen Umweltvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Der primäre Zielmarkt umfasst Konstrukteure und Ingenieure, die an Infrarot-basierten Systemen wie Annäherungssensoren, Objekterkennung, Fernbedienungen und Industrieautomatisierung arbeiten.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Komponente ist für einen kontinuierlichen Durchlassstrom (I_F) von 100 mA ausgelegt. Für gepulsten Betrieb kann sie unter bestimmten Bedingungen einen Spitzen-Durchlassstrom (I_FP) von bis zu 1,0 A verkraften: Pulsbreite ≤ 100μs und Tastverhältnis ≤ 1%. Die maximal zulässige Sperrspannung (V_R) beträgt 5 V. Der Betriebstemperaturbereich ist von -40°C bis +85°C spezifiziert, der Lagertemperaturbereich von -40°C bis +100°C. Die maximale Verlustleistung (P_d) bei oder unter 25°C freier Lufttemperatur beträgt 150 mW. Die Löttemperaturbelastbarkeit beträgt 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C gemessen. Die Strahlungsintensität (I_e) ist die primäre optische Ausgangsgröße. Bei einem Standard-Prüfstrom von 20 mA beträgt die typische Strahlungsintensität 15 mW/sr, mit einem Mindestwert von 7,8 mW/sr, abhängig von der Produkt-Bin-Klasse. Bei dem maximalen kontinuierlichen Strom von 100 mA (unter gepulsten Bedingungen) steigt die typische Strahlungsintensität auf 75 mW/sr.

Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p) beträgt typischerweise 850 nm, mit einer spektralen Bandbreite (Δλ) von etwa 45 nm bei halber Maximalintensität. Die Flussspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,45 V bei 20 mA, maximal 1,65 V. Bei 100 mA (gepulst) liegt V_Fim Bereich von 1,80 V bis 2,40 V. Der maximale Sperrstrom (I_R) beträgt 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5 V. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2), definiert als der volle Winkel bei halber Intensität, beträgt typischerweise 40 Grad.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird basierend auf der bei I_F= 20 mA gemessenen Strahlungsintensität in verschiedene Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies gewährleistet Auswahlkonsistenz in der Produktion. Die Binning-Klassifizierung ist wie folgt definiert:

• Bin M:Strahlungsintensität im Bereich von 7,8 mW/sr (Min.) bis 12,5 mW/sr (Max.).
• Bin N:Strahlungsintensität im Bereich von 11,0 mW/sr (Min.) bis 17,6 mW/sr (Max.).
• Bin P:Strahlungsintensität im Bereich von 15,0 mW/sr (Min.) bis 24,0 mW/sr (Max.).
• Bin Q:Strahlungsintensität im Bereich von 21,0 mW/sr (Min.) bis 34,0 mW/sr (Max.).

Dieses Einstufungssystem ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Mindestausgangsanforderungen für ihre Anwendung erfüllen, und sichert so die Systemleistung.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Design entscheidend sind.

4.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Entlastungskurve zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur nimmt der maximal zulässige Strom linear ab, um Überhitzung zu verhindern und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Konstrukteure müssen diese Kurve konsultieren, um geeignete Betriebsströme für ihre erwarteten Umgebungsbedingungen auszuwählen.

4.2 Spektrale Verteilung

Das Spektralverteilungsdiagramm stellt die relative Strahlungsintensität über der Wellenlänge dar. Es bestätigt das Maximum bei 850 nm und die etwa 45 nm Bandbreite. Diese Kurve ist wichtig, um die Kompatibilität mit der spektralen Empfindlichkeit des vorgesehenen Empfängers (z.B. eines Fototransistors mit Spitzenempfindlichkeit um 850-950 nm) sicherzustellen.

4.3 Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Treiberstrom und der optischen Ausgangsleistung. Die Strahlungsintensität steigt überlinear mit dem Strom an. Es hilft Konstrukteuren, den Kompromiss zwischen Treiberstrom, optischer Leistung und Bauteileffizienz zu verstehen.

4.4 Relative Strahlungsintensität vs. Winkelabweichung

Dieses Polardiagramm zeigt das Abstrahlverhalten der LED. Die Intensität ist entlang der Mittelachse (0°) am höchsten und nimmt mit zunehmendem Winkel ab, was den 40-Grad-Abstrahlwinkel definiert. Diese Information ist für das optische Design von entscheidender Bedeutung, z.B. für die Linsenauswahl und Ausrichtung in Erfassungsanwendungen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die Komponente verwendet ein standardmäßiges 5mm Radialgehäuse mit Anschlussdrähten. Die Gehäuseabmessungszeichnung spezifiziert die physikalischen Maße, einschließlich des Durchmessers der Epoxidlinse (typischerweise 5,0mm), des Anschlussdrahtabstands (2,54mm oder 0,1 Zoll, Standard für Durchsteckbauteile) und der Gesamtlänge. Die Zeichnung enthält Toleranzen, typischerweise ±0,25mm für kritische Abmessungen. Die Anode (positiver Anschluss) ist typischerweise als der längere Anschlussdraht gekennzeichnet. Das wasserklare Linsenmaterial ist für die Infrarot-Transmission mit minimaler Absorption optimiert.

6. Richtlinien für Lötung und Montage

6.1 Anschlussbeinformung

Falls Anschlussdrähte gebogen werden müssen, muss dies an einer Stelle erfolgen, die mindestens 3mm von der Basis der Epoxidkugel entfernt ist. Die Formgebung sollte stets vor dem Löten und bei Raumtemperatur durchgeführt werden, um Belastungen des Gehäuses oder Beschädigungen des internen Chips und der Bonddrähte zu vermeiden. Die Leiterplattenlöcher müssen präzise mit den LED-Anschlussdrähten ausgerichtet sein, um Montagespannungen zu verhindern.

6.2 Lagerung

Bauteile sollten in einer kontrollierten Umgebung bei 30°C oder weniger und 70% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden. Die empfohlene Lagerdauer nach dem Versand beträgt 3 Monate. Für längere Lagerung (bis zu einem Jahr) sollten sie in einem versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre und Trockenmittel aufbewahrt werden. Schnelle Temperaturwechsel in feuchten Umgebungen sollten vermieden werden, um Kondensation zu verhindern.

6.3 Lötprozess

Das Löten muss sorgfältig durchgeführt werden, um thermische Schäden zu vermeiden. Die Lötstelle sollte mindestens 3mm von der Epoxidkugel entfernt sein.

• Handlötung:Maximale Lötspitzentemperatur von 300°C (für ein max. 30W-Lötkolben), mit einer Lötzeit von maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
• Wellen-/Tauchlötung:Maximale Vorwärmtemperatur von 100°C für bis zu 60 Sekunden. Die Temperatur des Lötbads sollte 260°C nicht überschreiten, wobei die Komponente maximal 5 Sekunden eingetaucht wird.

Ein empfohlener Löttemperaturverlauf wird bereitgestellt, der eine kontrollierte Aufheizphase, eine Haltezeit bei Spitzentemperatur und eine kontrollierte Abkühlphase betont. Schnelles Abkühlen wird nicht empfohlen. Tauch- oder Handlötung sollte nicht mehr als einmal durchgeführt werden. Nach dem Löten sollte die LED vor mechanischen Stößen geschützt werden, bis sie wieder Raumtemperatur erreicht hat.

6.4 Reinigung

Falls eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für nicht mehr als eine Minute, gefolgt von Lufttrocknung. Ultraschallreinigung wird aufgrund des Risikos einer Beschädigung der internen Struktur generell nicht empfohlen. Falls unbedingt erforderlich, muss der Prozess vorab sorgfältig qualifiziert werden.

6.5 Thermomanagement

Obwohl es sich um ein leistungsschwaches Bauteil handelt, muss das Wärmemanagement im Anwendungsdesign berücksichtigt werden, insbesondere bei Betrieb nahe der Maximalwerte. Der Strom sollte gemäß der Kurve "Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur" entlastet werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackungsspezifikation lautet wie folgt: 500 Stück sind in einem antistatischen Beutel verpackt. Fünf dieser Beutel werden in einen Innenkarton gelegt. Zehn Innenkartons werden dann in einen Master-(Außen-)Karton verpackt, was insgesamt 25.000 Stück pro Masterkarton ergibt.

Das Etikett auf der Verpackung enthält mehrere Codes: Kundeneigene Artikelnummer (CPN), Hersteller-Artikelnummer (P/N), Packmenge (QTY), Leuchtstärkeklasse (CAT), Hauptwellenlängenklasse (HUE), Flussspannungsklasse (REF), Losnummer (LOT No.) und einen Datumscode (Monat X).

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Infrarot-LED eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Infrarot-Fernbedienungssender, Annäherungs- und Objekterkennungssensoren, industrielle optische Schalter und Encoder, Nachtsicht-Beleuchtungssysteme, optische Datenübertragungsstrecken und berührungslose Benutzerschnittstellen.

8.2 Konstruktionshinweise

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand, wenn die LED von einer Spannungsquelle angesteuert wird. Der Wert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F.
• Empfängerabstimmung:Stellen Sie sicher, dass der ausgewählte Fotodetektor (Fototransistor, Fotodiode oder IR-Empfänger-IC) eine Spitzenempfindlichkeit um 850 nm für optimale Leistung aufweist.
• Optischer Pfad:Berücksichtigen Sie den Abstrahlwinkel und den potenziellen Bedarf an Linsen oder Blenden, um den IR-Strahl für Reichweiten- oder gerichtete Anwendungen zu kollimieren oder zu fokussieren.
• Elektrisches Rauschen:In Erfassungsanwendungen kann die Modulation des IR-Signals (z.B. mit einer bestimmten Frequenz) und die synchrone Detektion am Empfänger die Immunität gegen Umgebungslichtstörungen erheblich verbessern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen Infrarot-LEDs bietet diese Komponente eine klar definierte Kombination aus hoher Strahlungsintensität (bis zu 75 mW/sr typ. bei 100mA gepulst) und einer relativ niedrigen Flussspannung (1,45V typ. bei 20mA). Die 850nm Wellenlänge ist ein gängiger Standard und gewährleistet breite Kompatibilität mit siliziumbasierten Empfängern. Ihre Konformität mit strengen Umweltstandards (RoHS, REACH, halogenfrei) macht sie für moderne Elektronik geeignet, die grüne Zertifizierungen erfordert. Das klare Gehäuse bietet im Vergleich zu getönten Gehäusen, die das Signal abschwächen könnten, eine konsistente, ungefilterte Ausgangsleistung.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsintensität (mW/sr) und Lichtstärke (mcd)?

A: Strahlungsintensität misst die optische Leistung (in Milliwatt), die pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) abgegeben wird, und ist für alle Wellenlängen relevant. Lichtstärke wird durch die Empfindlichkeit des menschlichen Auges (photopische Kurve) gewichtet und in Candela gemessen; sie ist für Infrarotquellen wie diese 850nm-LED nicht anwendbar.

F: Kann ich diese LED mit einem konstanten Strom von 100 mA kontinuierlich betreiben?

A: Die absoluten Maximalwerte spezifizieren 100 mA als den maximalenkontinuierlichenDurchlassstrom. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es jedoch ratsam, insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen, unterhalb dieses Maximums zu arbeiten, indem auf die Entlastungskurve Bezug genommen wird.

F: Warum ist der Abstrahlwinkel mit 40 Grad spezifiziert?

A: Der 40-Grad-Winkel (2θ_1/2) ist die volle Breite an den Punkten, an denen die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Spitzenwerts auf der Mittelachse abfällt. Er beschreibt die Strahlaufweitung der LED.

F: Ist eine ESD-Schutzdiode für diese LED erforderlich?

A: Während das Datenblatt keine hohe ESD-Festigkeit spezifiziert, ist es generell gute Praxis, alle Halbleiterbauelemente, einschließlich LEDs, mit ESD-Vorsichtsmaßnahmen zu handhaben. Der Einbau von in Reihe geschalteten Strombegrenzungswiderständen bietet ebenfalls einen gewissen inhärenten Schutz.

11. Praktische Konstruktions- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Einfacher Annäherungssensor.Kombinieren Sie die LED mit einem Fototransistor, der in kurzer Entfernung platziert ist. Ein Objekt, das zwischen ihnen hindurchgeht, unterbricht den Strahl, was als Abfall des Stroms im Fototransistor erkannt wird. Die Verwendung eines modulierten LED-Signals (z.B. eine 38 kHz Rechteckwelle) und eines abgestimmten Empfängers kann Umgebungslicht unterdrücken.

Beispiel 2: IR-Strahler für Nachtsichtkamera.Eine Anordnung dieser LEDs, betrieben im Pulsmodus bei oder nahe dem 1A Spitzenstrom (mit geeignetem Tastverhältnis), kann eine erhebliche unsichtbare Beleuchtung für Kameras bereitstellen, die für 850nm-Licht empfindlich sind, und ihre effektive Reichweite bei schlechten Lichtverhältnissen erweitern.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen frei. Das verwendete spezifische Halbleitermaterial (Galliumaluminiumarsenid - GaAlAs in diesem Fall) bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Wellenlänge des emittierten Lichts, die bei dieser Komponente im Infrarotspektrum (850nm) liegt. Das wasserklare Epoxidgehäuse fungiert als Linse und formt den Ausgangsstrahl.

13. Technologietrends

Der Trend in der Infrarot-Emitter-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro elektrischem Watt Eingang), erhöhter Leistungsdichte für Reichweitenanwendungen und der Entwicklung von Oberflächenmontage (SMD)-Gehäusen für automatisierte Bestückung und kleinere Bauformen. Es gibt auch laufende Entwicklungen bei Mehrwellenlängen- und Breitband-IR-Quellen für fortschrittliche Erfassungsanwendungen wie Spektroskopie und Gasdetektion. Die Integration der LED-Treiberelektronik und Schutzfunktionen in die Komponente selbst ist ein weiterer Fortschrittsbereich.