Technisches Datenblatt für 5mm Infrarot-LED IR8353-14C - 5mm-Gehäuse - 1,2V-1,8V Durchlassspannung - 940nm Wellenlänge - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochintensiven 5mm Infrarot (IR)-Emissionsdiode. Das Bauteil ist in einem wasserklaren Kunststoffgehäuse eingekapselt und eignet sich für verschiedene Infrarot-Erfassungs- und Übertragungsanwendungen. Seine spektrale Ausgabe ist speziell darauf abgestimmt, effizient mit gängigen Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodulen zusammenzuarbeiten.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Zuverlässigkeit:Konzipiert für konsistente Leistung und Langzeitbetrieb.
• Hohe Strahlungsintensität:Liefert eine starke Infrarotausgangsleistung für eine effektive Signalübertragung.
• Niedrige Durchlassspannung:Typischerweise 1,2V bei 20mA, was zu einem energieeffizienten Betrieb beiträgt.
• Umweltkonformität:Das Produkt entspricht RoHS, EU REACH und ist halogenfrei (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 Zielanwendungen

Diese IR-LED ist für den Einsatz in verschiedenen Infrarotsystemen vorgesehen, darunter, aber nicht beschränkt auf, Fernbedienungen, Annäherungssensoren, Objekterkennung, optische Schalter und Datenübertragung über kurze Distanzen.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die folgenden Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung 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
• Verlustleistung (P_d):150 mW (bei oder unter 25°C freier Lufttemperatur)

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

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

• Strahlungsintensität (I_e):7,8 - 17,6 mW/sr (bei I_F=20mA, abhängig vom Bin). Typisch bis zu 50 mW/sr bei I_F=100mA.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):940 nm (bei I_F=20mA).
• Spektrale Bandbreite (Δλ):45 nm (bei I_F=20mA).
• Durchlassspannung (V_F):1,2V (typ.) / 1,5V (max.) bei 20mA; 1,4V (typ.) / 1,8V (max.) bei 100mA.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max.) bei V_R=5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):27° bis 43° (bei I_F=20mA).

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Strahlungsintensität dieser LED wird in verschiedene Bins kategorisiert, um Konsistenz im Anwendungsdesign zu gewährleisten. Das Binning wird bei einem Durchlassstrom von 20mA definiert.

• Bin M:Strahlungsintensität im Bereich von 7,80 mW/sr bis 12,50 mW/sr.
• Bin N:Strahlungsintensität im Bereich von 11,0 mW/sr bis 17,6 mW/sr.

Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit einer garantierten Mindestausgangsleistung entsprechend ihren spezifischen Empfindlichkeitsanforderungen auszuwählen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für Schaltungsdesign und Thermomanagement wesentlich sind.

4.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Entlastungskurve zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur muss der maximale Strom reduziert werden, um die Verlustleistungsgrenzen des Bauteils nicht zu überschreiten und die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen. Entwickler müssen diese Kurve verwenden, um geeignete Betriebsströme für ihre thermische Umgebung auszuwählen.

4.2 Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Ansteuerstrom und der optischen Ausgangsleistung (Strahlungsintensität). Die Ausgabe ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, sättigt jedoch bei sehr hohen Strömen. Es ist entscheidend für die Bestimmung des erforderlichen Ansteuerstroms, um eine gewünschte Signalstärke am Empfänger zu erreichen.

4.3 Spektrale Verteilung

Die Spektralkurve bestätigt die Spitzenemission bei 940nm mit einer typischen Bandbreite von 45nm. Diese Wellenlänge ist ideal, da sie außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, sichtbare Lichtinterferenzen minimiert und gut auf die Empfindlichkeit von siliziumbasierten Fotodetektoren abgestimmt ist.

4.4 Relative Strahlungsintensität vs. Winkelabweichung

Dieses Polardiagramm definiert den Abstrahlwinkel (2θ_1/2), also den Winkel, bei dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Wertes bei 0° (auf der Achse) abfällt. Der spezifizierte Bereich von 27° bis 43° gibt die Strahlaufweitung an. Ein engerer Winkel liefert fokussierteres Licht, während ein breiterer Winkel eine größere Abdeckung bietet.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem standardmäßigen 5mm runden LED-Gehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen sind der Gesamtdurchmesser (typ. 5,0mm), der Anschlussabstand (Standard 2,54mm / 0,1 Zoll) und der Abstand von der Basis zur Linsenkuppel. Die Anschlussbeine haben typischerweise einen Durchmesser von 0,45mm. Alle Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Für ein präzises PCB-Layout ist im Originaldatenblatt eine detaillierte Maßzeichnung enthalten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode (negatives Anschlussbein) ist typischerweise durch eine flache Stelle am Kunststofflinsenrand und/oder durch das kürzere Anschlussbein gekennzeichnet. Die Anode (positives Anschlussbein) ist länger. Während der Schaltungsmontage muss die korrekte Polarität beachtet werden.

6. Richtlinien für Lötung und Montage

6.1 Anschlussbeine formen

• Biegungen müssen mindestens 3mm von der Basis des Epoxid-Glaskolbens entfernt vorgenommen werden.
• Das Formen muss vor dem Löten und bei Raumtemperatur erfolgen.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses beim Biegen oder Schneiden.
• PCB-Löcher müssen perfekt mit den LED-Anschlussbeinen ausgerichtet sein, um Montagespannungen zu vermeiden.

6.2 Lagerbedingungen

• Empfohlene Lagerung: ≤30°C und ≤70% relative Luftfeuchtigkeit.
• Die Haltbarkeit nach Versand beträgt unter diesen Bedingungen 3 Monate.
• Für längere Lagerung (bis zu 1 Jahr) verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Stickstoff und Trockenmittel.
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchter Umgebung, um Kondensation zu verhindern.

6.3 Lötparameter

Handlöten:

• Lötspitzentemperatur: Max. 300°C (Max. 30W)
• Lötzeit: Max. 3 Sekunden pro Anschlussbein.
• Mindestabstand von der Lötstelle zum Epoxid-Glaskolben: 3mm.

Wellen-/Tauchlöten:

• Vorwärmtemperatur: Max. 100°C (Max. 60 Sek.)
• Lötbad-Temperatur: Max. 260°C.
• Badzeit: Max. 5 Sekunden.
• Mindestabstand von der Lötstelle zum Epoxid-Glaskolben: 3mm.

Kritische Hinweise:

• Vermeiden Sie Belastung der Anschlussbeine, während die LED heiß ist.
• Nicht mehr als einmal löten (tauchen oder von Hand).
• Schützen Sie die LED vor Stößen/Vibrationen, bis sie auf Raumtemperatur abgekühlt ist.
• Verwenden Sie die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet.

6.4 Reinigung

• Falls nötig, nur mit Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für ≤1 Minute reinigen.
• Verwenden Sie keine Ultraschallreinigung, sofern nicht vorab qualifiziert, da sie Schäden verursachen kann.

7. Thermomanagement

Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Der Strom muss gemäß der Kurve "Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur" entlastet werden. Die Temperatur um die LED in der finalen Anwendung muss kontrolliert werden. Dies kann die Verwendung einer geeigneten PCB-Kupferfläche zur Wärmeableitung, die Sicherstellung einer ausreichenden Belüftung oder den Einsatz von Kühlkörpern beinhalten, wenn hohe Ströme kontinuierlich geführt werden.

8. Verpackung und Bestellinformationen

8.1 Verpackungsspezifikation

• LEDs sind in antistatischen Beuteln verpackt.
• Packungsmenge:200-500 Stück pro Beutel. 5 Beutel pro Innenkarton. 10 Innenkartons pro Master- (Außen-)Karton.

8.2 Etiketteninformationen

Das Produktetikett enthält wichtige Kennungen: Kunden-Teilenummer (CPN), Produktnummer (P/N), Packungsmenge (QTY), Lichtstärkeklasse (CAT), dominante Wellenlängenklasse (HUE), Durchlassspannungsklasse (REF), Losnummer und einen Datumscode.

9. Anwendungsdesign-Überlegungen

9.1 Ansteuerung der LED

Immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein konservatives Design den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt. Für Pulsbetrieb (z.B. Fernbedienungen) sicherstellen, dass die Grenzwerte für Spitzenstrom (I_FP) und Tastverhältnis nicht überschritten werden, um Überhitzung zu vermeiden.

9.2 Optisches Design

Berücksichtigen Sie den Abstrahlwinkel beim Entwerfen von Linsen oder Reflektoren für das System. Die 940nm Wellenlänge ist unsichtbar, daher kann eine Indikator-LED oder eine Schaltungsrückmeldung für die Benutzerbestätigung des Betriebs erforderlich sein. Stellen Sie sicher, dass der Empfänger (Fototransistor, IC) spektral auf 940nm abgestimmt ist, um optimale Empfindlichkeit zu erreichen.

9.3 Störfestigkeit (elektrisch)

In elektrisch verrauschten Umgebungen sollten Sie die Abschirmung des LED/Empfänger-Paares, die Verwendung modulierter IR-Signale (z.B. 38kHz Träger) mit einem entsprechenden demodulierenden Empfänger und die Implementierung von Software-Filtern zur Unterdrückung von Umgebungslicht und Störspitzen in Betracht ziehen.

10. Technischer Vergleich und Positionierung

Diese 5mm, 940nm IR-LED bietet eine ausgewogene Leistung und Kosten für allgemeine Infrarotanwendungen. Ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind die relativ hohe Strahlungsintensität (bis zu 17,6 mW/sr) aus einem standardmäßigen 5mm-Gehäuse und die niedrige Durchlassspannung, die den Stromverbrauch reduziert. Im Vergleich zu älteren 880nm oder 850nm LEDs ist die 940nm-Emission weniger sichtbar (kein schwaches rotes Leuchten), was sie für diskrete Anwendungen besser geeignet macht. Für Anwendungen, die extrem enge Strahlwinkel oder höhere Leistung erfordern, wären alternative Gehäuseformen (z.B. Seitenansicht, Hochleistungs-SMD) besser geeignet.

11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

11.1 Was ist der Unterschied zwischen Bin M und Bin N?

Bin M und Bin N kategorisieren die LED basierend auf ihrer garantierten Mindest-Strahlungsintensität bei 20mA. Bin N LEDs haben eine höhere Mindestausgangsleistung (11,0 mW/sr) im Vergleich zu Bin M (7,8 mW/sr). Wählen Sie Bin N für Anwendungen, die eine stärkere Signalstärke oder größere Reichweite erfordern.

11.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 100mA betreiben?

Ja, der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 100mA. Sie müssen jedoch die Entlastungskurve beachten. Bei einer Umgebungstemperatur von 25°C sind 100mA zulässig, aber mit steigender Umgebungstemperatur verringert sich der maximal zulässige Dauerstrom, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten. Eine ausreichende Wärmeableitung ist für den kontinuierlichen Hochstrombetrieb entscheidend.

11.3 Warum ist der minimale Lötabstand (3mm) wichtig?

Der 3mm Abstand verhindert, dass übermäßige Hitze über das Anschlussbein zum internen Halbleiterchip oder zur Epoxid-Verkapselung gelangt und diese während des Lötvorgangs beschädigt. Übermäßige Hitze kann Risse, Delamination oder dauerhafte elektrische Degradation verursachen.

12. Beispiel für einen Design-Anwendungsfall

Szenario: Einfacher Objekt-Annäherungssensor.

Design:Platzieren Sie die IR-LED und einen Fototransistor nebeneinander, in die gleiche Richtung zeigend. Steuern Sie die LED mit einem 20mA Konstantstrom an (Verwendung eines Widerstands von einer 5V-Versorgung: R = (5V - 1,5V) / 0,02A = 175Ω, Standardwert 180Ω verwenden). Wenn sich ein Objekt in Reichweite befindet, reflektiert Infrarotlicht vom Objekt in den Fototransistor, wodurch dessen Kollektorstrom ansteigt. Diese Stromänderung kann über einen Pull-up-Widerstand in eine Spannung umgewandelt und einem Komparator oder Mikrocontroller-ADC zugeführt werden, um die Anwesenheit des Objekts zu erkennen. Die 940nm Wellenlänge hilft, sichtbares Umgebungslicht zu unterdrücken. Die Wahl zwischen Bin M oder N hängt von der erforderlichen Erfassungsdistanz und der Objektreflexion ab.

13. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Licht emittierende Diode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Bei Durchlasspolung (positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode) rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Das verwendete spezifische Halbleitermaterial (in diesem Fall Galliumaluminiumarsenid - GaAlAs) bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts. Für GaAlAs resultiert dies in einer Infrarotstrahlung, die um 940 Nanometer zentriert ist, außerhalb des sichtbaren Spektrums. Die wasserklare Linse filtert oder färbt das Licht nicht, was eine maximale Transmission der Infrarotausgabe ermöglicht.

14. Technologietrends

Während diskrete 5mm Durchsteck-LEDs für Prototyping, Hobbyprojekte und einige industrielle Anwendungen beliebt bleiben, geht der Branchentrend stark in Richtung oberflächenmontierter Bauteile (SMD). SMD-IR-LEDs bieten Vorteile wie einen kleineren Platzbedarf, eine bessere Eignung für automatisierte Bestückung und oft eine verbesserte thermische Leistung aufgrund der direkten Montage auf der Leiterplatte. Es gibt auch laufende Entwicklungen, um die Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro elektrischem Watt Eingang) und Zuverlässigkeit von IR-Emittern zu erhöhen. Das grundlegende Funktionsprinzip und Schlüsselparameter wie Wellenlänge, Intensität und Abstrahlwinkel bleiben jedoch die entscheidenden Auswahlkriterien für jede IR-Anwendung.