Technisches Datenblatt für die 5mm Infrarot-LED SIR383C - 5mm Gehäuse - 1,6V Durchlassspannung - 875nm Wellenlänge - 150mW Leistung - Deutschsprachiges Dokument

1. Produktübersicht

Die SIR383C ist eine hochintensive 5mm Infrarot (IR) Leuchtdiode. Sie ist in einem wasserklaren Kunststoffgehäuse vergossen und für die Lichtemission mit einer Spitzenwellenlänge von 875 Nanometern (nm) ausgelegt. Dieses Bauteil ist spektral auf gängige Silizium-Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodule abgestimmt, was es zu einer idealen Quelle für verschiedene IR-Erfassungs- und Übertragungsanwendungen macht.

Zu den Hauptvorteilen dieses Bauteils gehören seine hohe Zuverlässigkeit, hohe Strahlungsintensität und niedrige erforderliche Durchlassspannung. Es ist aus bleifreien (Pb-Free) Materialien gefertigt und entspricht den relevanten Umweltvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Der Standard-Anschlussabstand von 2,54mm erleichtert die einfache Integration in Standard-Leiterplatten (PCBs).

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Kontinuierlicher 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
• Löttemperatur (T_sol): 260°C (für ≤ 5 Sekunden)
• Verlustleistung (P_d): 150 mW (bei oder unter 25°C freier Lufttemperatur)

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (T_a= 25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter den angegebenen Testbedingungen.

• Strahlungsintensität (I_e): Typisch 20 mW/sr bei I_F= 20mA. Unter gepulsten Bedingungen (I_F= 100mA, Puls ≤ 100μs, Tastverhältnis ≤ 1%) kann sie 95 mW/sr erreichen und bis zu 950 mW/sr bei I_F= 1A mit denselben Pulsbeschränkungen.
• Spitzenwellenlänge (λ_p): 875 nm (bei I_F= 20mA)
• Spektrale Bandbreite (Δλ): 80 nm (bei I_F= 20mA)
• Durchlassspannung (V_F): 1,3 V (typisch), 1,6 V (maximal) bei I_F= 20mA
• Sperrstrom (I_R): 10 μA (maximal) bei V_R= 5V
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): 20 Grad (bei I_F= 20mA)

Hinweis: Messunsicherheiten betragen ±0,1V für V_F, ±10% für I_eund ±1,0nm für λ_p.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere für Entwicklungsingenieure wesentliche Kennlinien.

3.1 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Reduktionskurve zeigt, wie der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur über 25°C abnimmt. Ein korrektes Wärmemanagement erfordert die Konsultation dieses Diagramms, um Überhitzung zu verhindern und langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen.

3.2 Spektrale Verteilung

Das Diagramm zeigt die relative Strahlungsleistung über das Wellenlängenspektrum, zentriert um den 875nm-Peak. Die 80nm Bandbreite gibt den Bereich der emittierten Wellenlängen an, was für die Abstimmung auf die Empfindlichkeitskurve des Empfangssensors wichtig ist.

3.3 Spitzenemissionswellenlänge in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Verschiebung der Spitzenwellenlänge (λ_p) bei Änderungen der Umgebungstemperatur. Das Verständnis dieser thermischen Drift ist für Anwendungen, die eine präzise Wellenlängenabstimmung erfordern, entscheidend.

3.4 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die I-V-Kennlinie ist grundlegend für den Schaltungsentwurf und zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen dem Strom durch die LED und der Spannung an ihr. Sie hilft bei der Auswahl geeigneter strombegrenzender Widerstände und der Bestimmung der Anforderungen an die Stromversorgung.

3.5 Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt die optische Ausgangsleistung (Strahlungsintensität) in Abhängigkeit vom Treiberstrom. Bei höheren Strömen ist sie typischerweise sublinear aufgrund thermischer Effekte und Wirkungsgradverluste, was die Bedeutung des Betriebs der LED in ihrem optimalen Bereich unterstreicht.

3.6 Relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Winkel

Dieses Polardiagramm definiert das räumliche Abstrahlmuster oder den Abstrahlwinkel der LED. Der 20-Grad-Abstrahlwinkel deutet auf einen relativ fokussierten Strahl hin, der für gerichtete IR-Anwendungen geeignet ist.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Die SIR383C ist in einem standardmäßigen 5mm runden LED-Gehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen sind ein Gehäusedurchmesser von 5,0mm, ein typischer Anschlussabstand von 2,54mm und eine Gesamtlänge. Die Kathode ist typischerweise durch eine abgeflachte Seite am Rand der runden LED-Linse und/oder einen kürzeren Anschluss gekennzeichnet. Alle Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Ingenieure müssen sich für die genaue Platzierung und Footprint-Gestaltung auf die detaillierte mechanische Zeichnung im Datenblatt beziehen.

5. Richtlinien für Lötung und Montage

Eine ordnungsgemäße Handhabung ist entscheidend, um die Integrität und Leistung des Bauteils zu erhalten.

5.1 Anschlussbeinformung

• Das Biegen sollte mindestens 3mm von der Basis des Epoxid-Glaskörpers entfernt erfolgen.
• Formen Sie die Anschlüsse vor dem Löten und vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses.
• Schneiden Sie die Anschlüsse bei Raumtemperatur, nicht wenn sie heiß sind.
• Stellen Sie sicher, dass die PCB-Löcher perfekt mit den LED-Anschlüssen ausgerichtet sind, um Montagespannungen zu vermeiden.

5.2 Lagerung

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

5.3 Lötung

Halten Sie einen Mindestabstand von 3mm zwischen der Lötstelle und dem Epoxid-Glaskörper ein.

• Handlötung: Lötspitzentemperatur ≤ 300°C (für max. 30W Lötkolben), Lötzeit ≤ 3 Sekunden.
• Wellen-/Tauchlötung: Vorwärmen ≤ 100°C (max. 60 Sek.), Lötbad ≤ 260°C für ≤ 5 Sekunden.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung der Anschlüsse während und unmittelbar nach dem Löten, solange das Bauteil heiß ist.
• Führen Sie Tauch-/Handlötung nicht mehr als einmal durch.
• Lassen Sie die LED langsam auf Raumtemperatur abkühlen und schützen Sie sie während des Abkühlens vor Stößen oder Vibrationen.

5.4 Reinigung

• Reinigen Sie bei Bedarf nur mit Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für ≤ 1 Minute. Anschließend an der Luft trocknen lassen.
• Vermeiden Sie Ultraschallreinigung. Falls unbedingt erforderlich, qualifizieren Sie die Prozessparameter vorab, um sicherzustellen, dass keine Schäden auftreten.

5.5 Wärmemanagement

Das thermische Management muss während der Anwendungsentwurfsphase berücksichtigt werden. Der Betriebsstrom sollte gemäß der Kurve "Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur" reduziert werden, um eine übermäßige Sperrschichttemperatur zu verhindern, die Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen kann.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Etikettenspezifikation

Das Produktetikett enthält Informationen wie Kundenteilenummer (CPN), Produktnummer (P/N), Packungsmenge (QTY) und verschiedene Leistungsklassen (CAT für Intensität, HUE für Wellenlänge, REF für Spannung) sowie Losnummer und Datumscodes.

6.2 Packungsmenge

Die Standardverpackung ist 500 Stück pro Beutel, mit 5 Beuteln pro Innenkarton. Ein Standardkarton enthält 10 Innenkartons, insgesamt also 5000 Stück.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Fernbedienungen: Ihre hohe Strahlungsintensität, insbesondere im gepulsten Betrieb, macht sie geeignet für Fernbedienungen mit großer Reichweite oder hoher Leistung.
• Rauchmelder: Verwendung in fotoelektrischen Rauchmeldern, bei denen ein IR-Strahl von Rauchpartikeln auf einen Empfänger gestreut wird.
• Infrarot-Anwendungssysteme: Allgemeine IR-Übertragung für Datenverbindungen, Annäherungssensoren, Objektzähler und Industrieautomatisierung.

7.2 Designüberlegungen

• Stromtreibung: Verwenden Sie eine Konstantstromquelle oder einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit der LED. Beziehen Sie sich auf die I-V- und Reduktionskurven.
• Pulsen für höhere Ausgangsleistung: Für Anwendungen, die sehr hohe momentane Intensität erfordern (z.B. Übertragung über große Reichweiten), verwenden Sie die gepulsten Treiberspezifikationen (I_FPbis zu 1A mit strengen Tastverhältnisgrenzen).
• Spektrale Abstimmung: Stellen Sie sicher, dass der Empfänger (Fototransistor, Fotodiode oder IR-Modul) eine Spitzenempfindlichkeit um 875nm für optimale Signalstärke aufweist.
• Optisches Design: Der 20-Grad-Abstrahlwinkel kann Linsen oder Reflektoren erfordern, um das gewünschte Strahlprofil zu erreichen.
• PCB-Layout: Halten Sie sich genau an die mechanischen Abmessungen und beachten Sie die 3mm Mindestabstandsregel zwischen Lötstelle und Gehäuse.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen 5mm IR-LEDs bietet die SIR383C eine ausgewogene Kombination von Merkmalen:

• Hohe Intensität: Ihre typische Strahlungsintensität von 20 mW/sr bei 20mA ist für Standard-5mm-Gehäuse wettbewerbsfähig.
• Präzise Wellenlänge: Der 875nm-Peak ist ein gängiger Standard und gewährleistet breite Kompatibilität mit Empfängern.
• Robuste Spezifikationen: Klar definierte gepulste Betriebswerte (bis zu 1A) bieten Designflexibilität für Anwendungen mit hohen Burst-Anforderungen.
• Umfassende Konformität: RoHS-, REACH- und Halogenfrei-Konformität zukunftssichert Designs für den globalen Markt.
• Detaillierte Anwendungshinweise: Das Datenblatt bietet umfangreiche Anleitungen zu Handhabung, Lötung und Lagerung, was für die Fertigungsausbeute und Produktzuverlässigkeit entscheidend ist.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen den Nennwerten für kontinuierlichen und gepulsten Durchlassstrom?

Der kontinuierliche Durchlassstrom (100mA) ist der maximale Gleichstrom, den die LED unter Berücksichtigung thermischer Grenzen dauerhaft ohne Schaden verkraften kann. Der Spitzen-Durchlassstrom (1A) ist ein viel höherer Strom, der nur für sehr kurze Pulse (≤100μs) bei einem niedrigen Tastverhältnis (≤1%) zulässig ist. Dies ermöglicht kurze, hochintensive Lichtblitze, ohne den LED-Chip zu überhitzen.

9.2 Wie identifiziere ich die Kathode (negativer Anschluss)?

Die Kathode wird typischerweise durch zwei Merkmale angezeigt: 1) Eine abgeflachte Seite am Rand der runden LED-Linse, und 2) Der Kathodenanschluss ist normalerweise kürzer als der Anodenanschluss. Überprüfen Sie die Polarität immer vor dem Löten, um eine Sperrvorspannung zu vermeiden.

9.3 Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

Nein, Sie sollten sie nicht direkt anschließen. Die Durchlassspannung der LED liegt bei etwa 1,3-1,6V. Ein direkter Anschluss an eine höhere Spannungsquelle ohne strombegrenzenden Widerstand führt zu übermäßigem Stromfluss, der die LED möglicherweise sofort zerstört. Verwenden Sie immer einen in Reihe geschalteten Widerstand, berechnet als R = (V_versorgung- V_F) / I_F.

9.4 Warum ist die Lagerbedingung auf 3 Monate begrenzt?

Das Kunststoffgehäuse kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Bei nachfolgenden Hochtemperaturprozessen wie dem Löten kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit sich schnell ausdehnen und innere Delamination oder Risse ("Popcorning") verursachen. Die 3-Monats-Grenze geht von Standard-Fabrikbedingungen aus. Für längere Lagerung wird die Trockenbeutel-Methode (Stickstoff mit Trockenmittel) vorgeschrieben, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern.

10. Praktisches Designbeispiel

Szenario: Entwurf eines IR-Fernbedienungssenders mit großer Reichweite.

Ziel: Erreichen einer Reichweite von über 30 Metern in einer typischen Wohnzimmerumgebung.

Designschritte:

1. Treibmethode Auswahl: Um die Reichweite zu maximieren, benötigen wir hohe momentane optische Leistung. Daher verwenden wir gepulste Ansteuerung mit dem maximalen Nennwert I_FPvon 1A.
2. Pulsparameter: Setzen Sie die Pulsbreite auf 100μs und das Tastverhältnis auf 1% (z.B. 100μs EIN, 9900μs AUS). Dies stellt sicher, dass wir innerhalb der absoluten Maximalwerte bleiben.
3. Schaltungsentwurf: Ein einfacher Transistorschalter (z.B. NPN oder N-Kanal MOSFET), gesteuert von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin, kann verwendet werden. Ein kleiner Basis-/Gate-Widerstand begrenzt den Steuerstrom. Ein Reihenwiderstand zwischen Stromversorgung und LED kann dennoch erforderlich sein, um den exakten 1A-Pulsstrom unter Berücksichtigung der Sättigungsspannung des Transistors einzustellen.
4. Stromversorgung: Die Versorgungsspannung muss hoch genug sein, um V_F(≈1,5V bei hohem Strom) plus den Spannungsabfall über dem Transistor und eventuellen Reihenwiderstand zu überwinden. Eine 5V-Versorgung ist typischerweise ausreichend.
5. Modulation: Die IR-Pulse sollten mit einer Trägerfrequenz (z.B. 38kHz) moduliert werden, die mit dem vorgesehenen Empfänger kompatibel ist. Dies geschieht, indem die 1A-Pulse innerhalb des 100μs-Envelopes mit der 38kHz-Rate ein- und ausgeschaltet werden.
6. Thermische Betrachtung: Obwohl das Tastverhältnis sehr niedrig ist, überprüfen Sie, ob die Durchschnittsleistung (P_avg= V_F* I_{F_avg}) innerhalb des 150mW-Nennwerts liegt. Mit 1A-Pulsen bei 1% Tastverhältnis ist I_{F_avg}= 10mA. P_avg≈ 1,5V * 0,01A = 15mW, was deutlich innerhalb der Grenzen liegt.

Dieser Ansatz nutzt die gepulste Fähigkeit der LED, um eine deutlich höhere Reichweite zu erreichen, als ein kontinuierlicher 20mA-Betrieb ermöglichen würde.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode, die nicht sichtbares Infrarotlicht emittiert, wenn sie elektrisch in Durchlassrichtung vorgespannt wird. Elektronen rekombinieren mit Löchern innerhalb des Bauteils und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Wellenlänge des emittierten Lichts (z.B. 875nm) wird durch die Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt, in diesem Fall Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs). Die wasserklare Epoxidlinse filtert das IR-Licht nicht, was eine hohe Transmissionseffizienz ermöglicht. Die Strahlungsintensität ist ein Maß für die pro Raumwinkeleinheit emittierte optische Leistung und gibt an, wie fokussiert und leistungsstark der emittierte Strahl ist.

12. Entwicklungstrends

Das Gebiet der Infrarot-LEDs entwickelt sich weiter. Allgemeine Trends in der Branche sind:

• Erhöhter Wirkungsgrad: Entwicklung neuer Halbleitermaterialien und Chipstrukturen (z.B. Flip-Chip, Dünnschicht), um höhere Strahlungsintensität und Wandsteckereffizienz (optische Leistung aus / elektrische Leistung ein) bei gleicher oder kleinerer Gehäusegröße zu erreichen.
• Miniaturisierung: Nachfrage nach kleineren Gehäusegrundflächen (z.B. 0402, 0603 SMD), um kompaktere elektronische Geräte zu ermöglichen, insbesondere in der Unterhaltungselektronik und Wearables.
• Verbesserte Zuverlässigkeit: Verbesserungen bei Gehäusematerialien und -prozessen, um höheren Löttemperaturen (kompatibel mit bleifreien Anforderungen), härteren Umweltbedingungen und längeren Betriebslebensdauern standzuhalten.
• Integrierte Lösungen: Wachstum kombinierter Sender-Sensor-Module und anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs), die Treiber, Modulatoren und Logik enthalten, was das Systemdesign für Endanwender vereinfacht.
• Wellenlängendiversifizierung: Verfügbarkeit von IR-LEDs mit verschiedenen Spitzenwellenlängen (z.B. 850nm, 940nm, 1050nm), um unterschiedliche Anwendungen zu bedienen, wie z.B. die Vermeidung von Störungen durch Umgebungslicht (940nm ist weniger sichtbar) oder die Anpassung an spezifische Sensorempfindlichkeiten.