5mm Infrarot-LED HIR333C/H0 Datenblatt - 5,0mm-Gehäuse - 850nm Wellenlänge - 1,65V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer 5,0mm (T-1 3/4) Infrarot (IR)-Emissionsdiode für Durchsteckmontage. Die Komponente ist für die Lichtemission mit einer Spitzenwellenlänge von 850nm ausgelegt, was sie für verschiedene Infrarot-Erfassungs- und Übertragungsanwendungen geeignet macht. Sie ist in einem wasserklaren Kunststoffgehäuse untergebracht, das eine hohe Strahlungsleistung ermöglicht.

1.1 Kernvorteile

Die primären Vorteile dieser Komponente sind ihre hohe Zuverlässigkeit und hohe Strahlungsintensität. Sie weist eine niedrige Durchlassspannung auf, was zur Energieeffizienz in Schaltungsdesigns beiträgt. Das Bauteil ist aus bleifreien Materialien gefertigt und entspricht den wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese Infrarot-LED ist spektral auf gängige Silizium-Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodule abgestimmt. Typische Anwendungen umfassen:

• Freistrahl-Übertragungssysteme für Datenkommunikation.
• Infrarot-Fernbedienungen mit höherer Ausgangsleistung.
• Rauchmeldesysteme.
• Allgemeine Infrarot-Anwendungssysteme für Erfassung und Detektion.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die folgenden Abschnitte bieten einen detaillierten Überblick über die elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen.

• Dauer-Durchlassstrom (IF):100 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):1,0 A (Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%)
• Sperrspannung (VR):5 V
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +85°C
• Löttemperatur (Tsol):260°C für ≤5 Sekunden
• Verlustleistung (Pd) bei 25°C:150 mW

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

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

• Strahlungsintensität (Ie):Der minimale typische Wert beträgt 7,8 mW/sr bei einem Durchlassstrom (IF) von 20mA. Unter gepulsten Bedingungen (IF=100mA, Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%) beträgt die typische Strahlungsintensität 80 mW/sr. Beim Spitzenstrom von 1A unter denselben gepulsten Bedingungen erreicht sie 800 mW/sr.
• Spitzenwellenlänge (λp):850 nm (typisch) bei IF=20mA.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):45 nm (typisch) bei IF=20mA, was die spektrale Breite bei halber Maximalintensität angibt.
• Durchlassspannung (VF):Liegt zwischen 1,45V (typisch) und maximal 1,65V bei IF=20mA. Sie steigt mit höherem Strom und erreicht maximal 2,40V bei 100mA und 5,25V bei 1A im gepulsten Betrieb.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5V.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):30 Grad (typisch) bei IF=20mA, definiert den Winkelbereich, in dem die Strahlungsintensität mindestens die Hälfte des Spitzenwertes beträgt.

2.3 Thermische Kenngrößen

Die Leistung des Bauteils ist temperaturabhängig. Die maximale Verlustleistung ist mit 150 mW in freier Luft bei 25°C spezifiziert. Entwickler müssen eine Entwertung dieses Wertes bei Betrieb bei höheren Umgebungstemperaturen berücksichtigen, um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt ist in verschiedenen Leistungsklassen oder "Bins" basierend auf der bei IF=20mA gemessenen Strahlungsintensität erhältlich. Dies ermöglicht es Entwicklern, eine Komponente auszuwählen, die genau den Empfindlichkeitsanforderungen ihrer Anwendung entspricht.

Die Binning-Struktur für die Strahlungsintensität ist wie folgt:

• Bin M:7,8 - 12,5 mW/sr
• Bin N:11,0 - 17,6 mW/sr
• Bin P:15,0 - 24,0 mW/sr
• Bin Q:21,0 - 34,0 mW/sr
• Bin R:30,0 - 48,0 mW/sr

Das Datenblatt gibt auch an, dass das Bauteil mit Rängen für die dominante Wellenlänge (HUE) und die Durchlassspannung (REF) erhältlich ist, obwohl spezifische Bincodes für diese Parameter im vorliegenden Auszug nicht detailliert sind.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten bieten einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen.

4.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Entwertung des maximal zulässigen Durchlassstroms bei steigender Umgebungstemperatur über 25°C. Um die Zuverlässigkeit zu erhalten, muss der Betriebsstrom bei höheren Temperaturen reduziert werden.

4.2 Spektrale Verteilung

Das Diagramm veranschaulicht die relative Strahlungsleistung über das Wellenlängenspektrum, zentriert um den 850nm-Peak. Die 45nm-Bandbreite gibt den Bereich der emittierten Wellenlängen an.

4.3 Spitzenemissionswellenlänge vs. Umgebungstemperatur

Diese Beziehung zeigt, wie sich die Spitzenwellenlänge (λp) mit Änderungen der Sperrschichttemperatur verschiebt. Typischerweise nimmt die Wellenlänge mit steigender Temperatur leicht zu, was ein kritischer Faktor in Anwendungen ist, die eine präzise spektrale Abstimmung mit einem Detektor erfordern.

4.4 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie)

Diese grundlegende Kurve zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen der an der Diode anliegenden Spannung und dem resultierenden Stromfluss. Sie ist wesentlich für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung (z.B. Auswahl eines Vorwiderstands).

4.5 Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom

Diese Darstellung zeigt, dass die Strahlungsintensität überlinear mit dem Durchlassstrom ansteigt. Der Betrieb bei sehr hohen Strömen (insbesondere Gleichstrom) führt jedoch zu erhöhter Wärmeentwicklung und potenziellem Wirkungsgradverlust, weshalb gepulster Betrieb für hohe Intensitätsanforderungen vorzuziehen ist.

4.6 Relative Strahlungsintensität vs. Winkelabweichung

Dieses Polardiagramm stellt den Abstrahlwinkel (2θ1/2 = 30°) visuell dar. Es zeigt, wie die Intensität abnimmt, wenn sich der Beobachtungswinkel von der Mittelachse (0°) entfernt, was für die Auslegung optischer Systeme und die Ausrichtung von Emittern mit Detektoren entscheidend ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht dem Standard-T-1 3/4 (5mm)-Radialgehäuse mit Anschlussdrähten. Wichtige Abmessungen sind der Gesamtdurchmesser von ca. 5,0mm und ein Standard-Anschlussabstand von 2,54mm (0,1 Zoll), kompatibel mit Standard-Lochrasterplatinen. Die Maßzeichnung gibt Toleranzen von ±0,25mm an, sofern nicht anders vermerkt. Die genaue Form der Linsenkalotte und die Anschlussdrahtlänge sind in der detaillierten Gehäusezeichnung definiert.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch eine abgeflachte Stelle am Kunststofflinsenrand oder durch den kürzeren Anschlussdraht gekennzeichnet. Die korrekte Polarität muss während des Schaltungsaufbaus beachtet werden, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

6. Richtlinien für Lötung und Montage

Sachgemäße Handhabung ist entscheidend, um mechanische und thermische Schäden zu verhindern.

6.1 Anschlussbeinformung

• Das Biegen muss mindestens 3mm von der Basis des Epoxidharz-Glaskörpers entfernt erfolgen.
• Anschlüsse vor dem Löten formen.
• Vermeiden Sie während des Biegens Belastung auf das Gehäuse.
• Anschlüsse bei Raumtemperatur schneiden.
• Sicherstellen, dass die Leiterplattenlöcher perfekt mit den LED-Anschlüssen ausgerichtet sind, um Montagespannungen zu vermeiden.

6.2 Lagerbedingungen

• Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH).
• Maximale Lagerdauer in Originalverpackung beträgt 3 Monate.
• Für längere Lagerung (bis zu 1 Jahr) einen versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre und Trockenmittel verwenden.
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchter Umgebung, um Kondensation zu verhindern.

6.3 Lötparameter

Handlötung:Lötspitzentemperatur ≤300°C (für max. 30W Lötkolben), Lötzeit ≤3 Sekunden pro Anschluss. Mindestabstand von 3mm zwischen Lötstelle und Epoxidharz-Glaskörper einhalten.

Wellen-/Tauchlötung:Vorwärmtemperatur ≤100°C für ≤60 Sekunden. Lötbad-Temperatur ≤260°C für ≤5 Sekunden. Die 3mm-Abstandsregel einhalten.

Allgemeine Regeln:Keine Belastung auf Anschlüsse bei hoher Temperatur ausüben. Vermeiden Sie, dasselbe Bauteil mehr als einmal zu löten. Schützen Sie das Bauteil vor Stößen/Vibrationen während des Abkühlens auf Raumtemperatur. Keine schnellen Abkühlprozesse verwenden. Dem empfohlenen Lötprofil für Wellenlötung folgen.

6.4 Reinigung

Das Datenblatt erwähnt, dass Reinigung nur bei Bedarf durchgeführt werden sollte, obwohl spezifische Empfehlungen für Reinigungsmittel oder Ultraschallreinigungs-Parameter im vorliegenden Auszug nicht detailliert sind. Standardpraxis ist die Verwendung milder, nicht aggressiver Reiniger, die mit Epoxidharz kompatibel sind.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Das Bauteil ist zum ESD-Schutz in antistatischen Beuteln verpackt. Der Standard-Verpackungsablauf ist:

1. 500 Stück pro antistatischem Beutel.

2. 5 Beutel (2.500 Stück) pro Innenkarton.

3. 10 Innenkartons (25.000 Stück) pro Außenkarton.

7.2 Etikettenspezifikation

Produktetiketten enthalten wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation:

- CPN (Kundenteilenummer)

- P/N (Herstellertypnummer: HIR333C/H0)

- QTY (Packungsmenge)

- CAT (Leucht-/Strahlungsintensitätsrang, z.B. M, N, P, Q, R)

- HUE (Dominanter Wellenlängenrang)

- REF (Durchlassspannungsrang)

- LOT No. (Losnummer für Rückverfolgbarkeit)

- Datumscode

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gängigste Treiberschaltung ist ein einfacher Vorwiderstand zur Begrenzung des Durchlassstroms. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - Vf) / If, wobei Vcc die Versorgungsspannung, Vf die Durchlassspannung der LED (für Zuverlässigkeit Maximalwert verwenden) und If der gewünschte Durchlassstrom ist. Für gepulsten Betrieb (z.B. in Fernbedienungen) wird typischerweise ein Transistorschalter verwendet, um hohe Spitzenströme (bis zu 1A) zu liefern, während ein niedriges Tastverhältnis eingehalten wird, um die Durchschnittsleistung innerhalb der Grenzen zu halten.

8.2 Optische Designhinweise

Der 30-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen guten Kompromiss zwischen Strahlbündelung und Abdeckung. Für größere Reichweiten oder schmalere Strahlbündel können Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich sein. Die wasserklare Linse ist optimal für die 850nm-Übertragung. Stellen Sie sicher, dass der Empfänger (Fototransistor, Fotodiode oder IC) im 850nm-Bereich spektral empfindlich ist, um die maximale Systemeffizienz zu erreichen.

8.3 Wärmemanagement

Obwohl das Gehäuse bei 25°C 150mW abführen kann, ist für den Dauerbetrieb bei hohen Strömen oder erhöhten Umgebungstemperaturen eine effektive Wärmeableitung über die Anschlüsse oder ein sorgfältiges Leiterplattenlayout erforderlich. Die Verwendung des gepulsten Treibermodus reduziert die durchschnittliche Verlustleistung und thermische Belastung erheblich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-sichtbaren LEDs oder anderen IR-LEDs sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils die Kombination aushoher Strahlungsintensität(bis zu 48 mW/sr in Bin R),niedriger Durchlassspannung(typisch 1,45V) undumfassender Umweltkonformität(RoHS, REACH, halogenfrei). Die Verwendung von GaAlAs-Chipmaterial ist Standard für hocheffiziente 850nm-Emission. Das 5mm-Gehäuse bietet eine robuste Durchsteckbauform, die für eine Vielzahl von Industrie- und Konsumanwendungen geeignet ist, bei denen oberflächenmontierbare Bauteile nicht ideal sind.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 100mA betreiben?

A: Der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 100mA. Der Dauerbetrieb bei diesem Maximalstrom erzeugt jedoch erhebliche Wärme (Pd ≈ Vf * If). Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es ratsam, den Strom zu entwerten, insbesondere wenn die Umgebungstemperatur über 25°C liegt, oder einen Kühlkörper zu verwenden.

F: Was ist der Unterschied zwischen den Bins (M, N, P, Q, R)?

A: Die Bins kategorisieren die minimale und maximale Strahlungsintensität der LED bei einem Betriebsstrom von 20mA. Bin M hat die niedrigste Ausgangsleistung (7,8-12,5 mW/sr) und Bin R die höchste (30,0-48,0 mW/sr). Wählen Sie einen Bin basierend auf der erforderlichen Signalstärke und Empfindlichkeit Ihrer Empfängerschaltung.

F: Warum ist die Durchlassspannung bei 1A höher als bei 20mA?

A: Dies liegt am internen Serienwiderstand des Halbleiterchips und der Bonddrähte. Mit steigendem Strom erhöht sich der Spannungsabfall über diesem Widerstand (V = I*R), was zu einer höheren Gesamt-Durchlassspannung führt.

F: Wie erreiche ich die 800 mW/sr Strahlungsintensität?

A: Diese Intensität ist unter gepulsten Bedingungen spezifiziert: ein Durchlassstrom von 1A, mit einer Pulsbreite von 100 Mikrosekunden oder weniger und einem Tastverhältnis von 1% oder weniger. Dies minimiert die Erwärmung, während ein sehr hoher momentaner optischer Ausgang ermöglicht wird.

11. Design- und Anwendungsfallstudien

Fallstudie 1: Infrarot-Fernbedienung mit großer Reichweite

Ein Entwickler benötigt eine Fernbedienung mit einer Reichweite von über 30 Metern. Er wählt die HIR333C/H0 in Bin R für maximale Ausgangsleistung. Die Schaltung verwendet einen Mikrocontroller zur Erzeugung modulierter Datenpulse. Die LED wird mit 1A-Pulsen (100μs Breite, 1% Tastverhältnis) über einen NPN-Transistorschalter angesteuert. Die hohe Spitzenintensität gewährleistet ein starkes Signal am entfernten Empfänger, während das niedrige Tastverhältnis Batterieverbrauch und Bauteilerwärmung minimal hält.

Fallstudie 2: Näherungssensor in industrieller Umgebung

Eine automatisierte Maschine benötigt einen robusten Näherungssensor. Eine IR-LED und ein Fototransistor werden sich gegenüberliegend über einen Förderweg platziert. Die LED wird mit einem konstanten Strom von 50mA betrieben (von den maximalen 100mA für Zuverlässigkeit entwertet). Die 850nm-Wellenlänge ist weniger anfällig für Störungen durch Umgebungslicht als sichtbare rote LEDs. Der 30-Grad-Strahl bietet ausreichende Abdeckung ohne übermäßige Streuung. Der Sensor erkennt, wenn ein Objekt den Strahl unterbricht.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Gebiet mit Löchern aus dem p-Gebiet innerhalb des aktiven Bereichs des Chips. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Das spezifische Material im aktiven Bereich des Chips (in diesem Fall Galliumaluminiumarsenid - GaAlAs) bestimmt die Wellenlänge der emittierten Photonen. Bei GaAlAs führt dies zu Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge um 850nm, das für das menschliche Auge unsichtbar, aber von siliziumbasierten Fotodetektoren leicht erfassbar ist.

13. Technologietrends

Der Trend bei Infrarot-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro elektrischem Watt Eingang), was entweder einen geringeren Stromverbrauch oder eine höhere Ausgangsleistung aus demselben Gehäuse ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zu höheren Modulationsgeschwindigkeiten für Datenkommunikationsanwendungen wie IrDA und optische drahtlose Netzwerke. Die Gehäusetechnik entwickelt sich weiter und umfasst oberflächenmontierbare Bauteile (SMDs) mit verbesserter thermischer Leistung für Hochleistungsanwendungen, obwohl Durchsteckgehäuse wie das 5mm-Gehäuse aufgrund ihrer mechanischen Robustheit und einfachen Prototypenfertigung beliebt bleiben. Die Integration von Treiberschaltungen und Fotodetektoren in einzelne Module ist ein weiterer gängiger Trend zur Vereinfachung des Systemdesigns.