Technisches Datenblatt für die 5,0mm Infrarot-LED IR323/H0-A - 5mm Gehäuse - 1,2V Durchlassspannung - 940nm Wellenlänge - 150mW Verlustleistung

1. Produktübersicht

Die IR323/H0-A ist eine hochintensive Infrarot-Emissionsdiode in einem 5,0mm blauen Kunststoffgehäuse. Sie ist für Anwendungen konzipiert, die eine zuverlässige Infrarot-Emission im 940nm-Spektrum erfordern. Das Bauteil ist spektral auf gängige Silizium-Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodule abgestimmt, was es zu einer vielseitigen Komponente für verschiedene optoelektronische Systeme macht.

Zu den Hauptvorteilen zählen hohe Zuverlässigkeit, exzellente Strahlungsintensität und eine niedrige Durchlassspannung, die zu einem energieeffizienten Betrieb beiträgt. Das Produkt entspricht den wichtigsten Umweltvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards, und ist somit für die moderne Elektronikfertigung geeignet.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für den Betrieb innerhalb strenger Grenzen ausgelegt, um Langlebigkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Der Dauer-Durchlassstrom (IF) ist mit 100 mA spezifiziert. Für den Pulsbetrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom (IFP) von 1,0 A unter bestimmten Bedingungen zulässig (Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%). Die maximale Sperrspannung (VR) beträgt 5 V. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) erstreckt sich von -40°C bis +85°C, während die Lagertemperatur zwischen -40°C und +100°C liegen kann. Die maximale Verlustleistung (Pd) bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur beträgt 150 mW. Die Löttemperatur sollte 260°C für eine Dauer von 5 Sekunden oder weniger nicht überschreiten.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Alle Kenngrößen sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert. Die Strahlungsintensität (Ie) ist eine primäre Leistungskennzahl. Bei einem Durchlassstrom (IF) von 20mA beträgt die typische Strahlungsintensität 3,5 mW/sr, mit einem Minimum von 2,0 mW/sr. Unter Pulsbedingungen (IF=100mA, Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%) erreicht die typische Intensität 15 mW/sr. Beim Spitzenstrom von 1A unter denselben Pulsbedingungen beträgt die typische Intensität 150 mW/sr.

Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 940nm, mit einer spektralen Bandbreite (Δλ) von 45nm. Die Durchlassspannung (VF) ist niedrig, typischerweise 1,2V bei 20mA, maximal 1,5V. Bei 100mA (gepulst) beträgt VF typischerweise 1,3V (max. 1,6V). Bei 1A (gepulst) steigt VF auf typischerweise 2,6V (max. 4,0V). Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10 μA bei VR=5V. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt typischerweise 60 Grad und definiert den Emissionskegel.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt ist in verschiedenen Leistungsklassen, sogenannten Bins, basierend auf der bei IF=20mA gemessenen Strahlungsintensität erhältlich. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, eine Komponente auszuwählen, die genau ihren Empfindlichkeitsanforderungen entspricht.

• Bin H:Strahlungsintensität von 2,0 mW/sr (Min.) bis 3,2 mW/sr (Max.).
• Bin J:Strahlungsintensität von 2,8 mW/sr (Min.) bis 4,5 mW/sr (Max.).
• Bin K:Strahlungsintensität von 4,0 mW/sr (Min.) bis 6,4 mW/sr (Max.).

Messunsicherheiten werden angegeben: ±0,1V für die Durchlassspannung, ±10% für die Strahlungsintensität und ±1,0nm für die dominante Wellenlänge.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Die Derating-Kurve zeigt, wie der maximal zulässige Durchlassstrom abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Diese Grafik ist entscheidend für das thermische Management und stellt sicher, dass die LED unter allen Umgebungsbedingungen innerhalb ihres sicheren Arbeitsbereichs (SOA) betrieben wird.

4.2 Spektrale Verteilung

Das Spektralausgangs-Diagramm bestätigt die schmalbandige Emission um 940nm. Diese Wellenlänge ist ideal für die Kompatibilität mit siliziumbasierten Detektoren, die ihre maximale Empfindlichkeit im nahen Infrarotbereich haben, und ist für das menschliche Auge im Vergleich zu kürzeren IR-Wellenlängen weniger sichtbar.

4.3 Spitzen-Emissionswellenlänge vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve veranschaulicht die geringfügige Verschiebung der Spitzenwellenlänge mit Änderungen der Sperrschichttemperatur. Das Verständnis dieser Verschiebung ist wichtig für Anwendungen, bei denen eine präzise spektrale Abstimmung über einen weiten Temperaturbereich erforderlich ist.

4.4 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Die IV-Kennlinie ist nichtlinear, typisch für Dioden. Sie zeigt die Beziehung zwischen der angelegten Durchlassspannung und dem resultierenden Strom. Die Kurve ist für die Auslegung der Treiberschaltung essenziell, unabhängig davon, ob Konstantstrom- oder widerstandsbegrenzte Spannungsquellen verwendet werden.

4.5 Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt die überlineare Beziehung zwischen Treiberstrom und optischer Ausgangsleistung. Die Strahlungsintensität steigt mit dem Strom signifikant an, insbesondere im gepulsten Hochstrombereich, und unterstreicht die Fähigkeit des Bauteils für Helligkeits-Pulsanwendungen.

4.6 Relative Strahlungsintensität vs. Winkelabweichung

Das Polardiagramm visualisiert den Abstrahlwinkel und zeigt, wie die emittierte Intensität abnimmt, wenn der Winkel von der Mittelachse (0°) zunimmt. Der typische 60-Grad-Abstrahlwinkel (bei dem die Intensität auf die Hälfte abfällt) wird durch diese Kurve bestätigt, was für die Auslegung der optischen Ausrichtung und Abdeckung entscheidend ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungszeichnung

Die mechanische Zeichnung spezifiziert die physikalischen Abmessungen der LED. Zu den Hauptmaßen gehören der Gesamtdurchmesser von 5,0mm, der Anschlussabstand von 2,54mm (Standard für Durchsteckbauteile) und der Abstand von der Basis zu verschiedenen Punkten auf der Linse. Die Zeichnung enthält eine Drauf- und eine Seitenansicht mit angegebenen kritischen Toleranzen (typischerweise ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben). Die Anode (Pluspol) wird typischerweise durch den längeren Anschluss identifiziert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Anschlussbiegung

Die Anschlüsse sollten an einer Stelle mindestens 3mm von der Basis des Epoxid-Glaskörpers entfernt gebogen werden. Das Biegen muss vor dem Löten und bei Raumtemperatur erfolgen, um Belastungen des Gehäuses oder Beschädigungen der internen Bonddrähte zu vermeiden. Die Leiterplattenlöcher müssen präzise mit den LED-Anschlüssen ausgerichtet sein, um Montagespannungen zu verhindern.

6.2 Lagerung

LEDs sollten 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) verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre und Trockenmittel. Nach dem Öffnen der feuchtigkeitsempfindlichen Verpackung sollten die Bauteile innerhalb von 24 Stunden verwendet werden.

6.3 Lötprozess

Das Löten muss so durchgeführt werden, dass die Lötstelle mindestens 3mm vom Epoxid-Glaskörper entfernt ist. Empfohlene Bedingungen sind:

• Handlöten:Lötspitzentemperatur max. 300°C (max. 30W), Lötzeit max. 3 Sekunden.
• Wellen-/Tauchlöten:Vorwärmtemperatur max. 100°C (max. 60 Sekunden), Lötbad-Temperatur max. 260°C für max. 5 Sekunden.

Ein empfohlenes Lötprofil-Diagramm wird bereitgestellt, das einen allmählichen Anstieg, eine definierte Zeit über der Liquidustemperatur und ein kontrolliertes Abkühlen zeigt. Vermeiden Sie schnelle thermische Zyklen. Tauch- oder Handlöten sollte nicht mehr als einmal durchgeführt werden. Schützen Sie die LED im heißen Zustand vor mechanischen Stößen.

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 nicht empfohlen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Etikettenspezifikation

Das Etikett auf der Verpackung enthält wichtige Informationen: Kundeneigene Artikelnummer (CPN), Artikelnummer (P/N), Packmenge (QTY), Strahlungsintensitätsklasse (CAT), Dominante Wellenlängenklasse (HUE), Durchlassspannungsklasse (REF), Losnummer (LOT No.) und einen Monatscode (X).

7.2 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind in antistatischen Beuteln verpackt. Der Standard-Verpackungsfluss ist: 200-500 Stück pro Beutel, 5 Beutel pro Innenkarton und 10 Innenkartons pro Master- (Außen-)Karton.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Freiluft-Übertragungssysteme:Für kurze drahtlose Datenverbindungen, Fernbedienungen oder Näherungssensoren.
• Optoelektronische Schalter & Objekterkennung:In Verbindung mit einem Fotodetektor zur Erfassung der Anwesenheit, Position oder Bewegung eines Objekts.
• Diskettenlaufwerke:Historisch zur Erfassung der Disk-Präsenz oder Spurposition verwendet.
• Rauchmelder:Eingesetzt in Abschwächungsmeldern, bei denen Rauchpartikel einen IR-Strahl streuen oder blockieren.
• Allgemeine Infrarotsysteme:Jede Anwendung, die eine zuverlässige Quelle für 940nm Infrarotlicht benötigt.

8.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Verwenden Sie eine Konstantstromquelle oder einen Reihenstrombegrenzungswiderstand, um den gewünschten Durchlassstrom (IF) einzustellen. Berücksichtigen Sie den Durchlassspannungsabfall (VF) bei der Berechnung der Stromversorgungsanforderungen.
• Thermisches Management:Halten Sie sich an die Derating-Kurve. Für Dauerbetrieb bei hohen Strömen oder erhöhten Umgebungstemperaturen sollten Sie eine Kühlkörper-Montage oder Zwangsluftkühlung in Betracht ziehen, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten.
• Optisches Design:Der 60-Grad-Abstrahlwinkel definiert die Strahlaufweitung. Verwenden Sie Linsen oder Blenden, wenn ein anderes Strahlprofil erforderlich ist. Stellen Sie eine korrekte Ausrichtung mit dem empfangenden Sensor sicher.
• Elektrischer Schutz:Integrieren Sie Schutz gegen Sperrspannungsspitzen und elektrostatische Entladung (ESD), da die maximale Sperrspannung nur 5V beträgt.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die IR323/H0-A unterscheidet sich durch die Kombination aus einem standardmäßigen 5mm-Durchsteckgehäuse, einer präzise definierten 940nm Wellenlänge und hoher Strahlungsintensität. Im Vergleich zu generischen IR-LEDs bietet sie garantierte Leistungsklassen (Bins), umfassende Umweltkonformität (RoHS, REACH, halogenfrei) und detaillierte, zuverlässige Datenblatt-Spezifikationen, die durch typische Kennlinien untermauert werden. Die niedrige Durchlassspannung ist ein Vorteil für batteriebetriebene Anwendungen, da sie den Stromverbrauch in der Treiberschaltung reduziert.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Bin H, J und K?

A: Die Bins repräsentieren verschiedene garantierte Mindest- und Höchstwerte für die Strahlungsintensität bei 20mA. Bin K bietet die höchste Ausgangsleistung, gefolgt von J und dann H. Wählen Sie basierend auf der erforderlichen Empfindlichkeit Ihrer Empfängerschaltung.

F: Kann ich diese LED direkt mit einer 5V-Versorgung betreiben?

A: Nein. Die Durchlassspannung beträgt bei 20mA nur etwa 1,2-1,5V. Ein direkter Anschluss an 5V würde einen übermäßigen Strom verursachen und die LED zerstören. Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden, um den Strom zu begrenzen. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung und einem Ziel-IF=20mA, R = (5V - 1,2V) / 0,02A = 190 Ohm (verwenden Sie einen Standard-200-Ohm-Widerstand).

F: Warum ist der Spitzenstrom (1A) so viel höher als der Dauerstrom (100mA)?

A: Dies liegt an thermischen Grenzen. Bei hohen Dauerströmen baut sich Wärme in der Halbleitersperrschicht auf. Im Pulsbetrieb (sehr kurze Pulse mit niedrigem Tastverhältnis) hat die Sperrschicht keine Zeit, sich zu überhitzen, was viel höhere Momentanströme für kurze Zeiträume ermöglicht.

F: Ist die blaue Gehäusefarbe von Bedeutung?

A: Der blaue Kunststoff ist ein Epoxidharz, das für das von ihm emittierte 940nm Infrarotlicht durchlässig ist. Die Farbe dient der visuellen Identifikation und hat einen minimalen Filtereffekt auf die Ausgangswellenlänge.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Entwurf eines einfachen Objekterkennungssensors:Kombinieren Sie die IR323/H0-A mit einem Fototransistor. Platzieren Sie die LED und den Fototransistor einander gegenüber über einem Weg. Wenn ein Objekt den Infrarotstrahl unterbricht, sinkt das Signal vom Fototransistor. Die 940nm Wellenlänge ist unsichtbar und verhindert Störungen durch Umgebungslicht. Die hohe Strahlungsintensität gewährleistet ein starkes Signal für eine zuverlässige Erkennung über eine Entfernung von mehreren Zentimetern bis zu einem Meter, abhängig von Ausrichtung und Optik. Die niedrige Durchlassspannung ermöglicht es, den Sensor von einer 3,3V-Mikrocontroller-Platine mit einem einfachen Transistorschalter und einem strombegrenzenden Widerstand für die LED zu versorgen.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Das verwendete spezifische Halbleitermaterial (Galliumaluminiumarsenid - GaAlAs) bestimmt die Bandlücke, die wiederum die Wellenlänge der emittierten Photonen definiert – in diesem Fall etwa 940nm, was im nahen Infrarotspektrum liegt. Das Kunststoffgehäuse verkapselt und schützt den Halbleiterchip und fungiert gleichzeitig als Primärlinse, um den emittierten Lichtstrahl zu formen.

13. Technologietrends

Die Infrarot-LED-Technologie entwickelt sich ständig weiter. Allgemeine Trends umfassen eine steigende Strahlungsintensität und Leistungseffizienz (mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung), was größere Reichweiten oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung, wobei oberflächenmontierbare (SMD) Gehäuse für die automatisierte Montage immer häufiger werden als Durchstecktypen. Darüber hinaus ist Integration ein Schlüsseltrend, wobei LEDs mit Treibern, Modulatoren oder sogar Sensoren zu einzelnen Modulen für spezifische Anwendungen wie Gestenerkennung oder Time-of-Flight (ToF) Entfernungsmessung kombiniert werden. Die zugrundeliegende Materialwissenschaft konzentriert sich auf die Verbesserung von Zuverlässigkeit, thermischer Leistung und Wellenlängenstabilität.