Datenblatt für 850nm Infrarot-LED im EMC-Gehäuse, 3.0x3.0x2.1mm, 1.7V, 1.7W

1. Produktübersicht

Diese Infrarot-LED ist in einem EMC-Gehäuse mit hoher Zuverlässigkeit ausgelegt und eignet sich für Sicherheitsüberwachung, Kamera-Infrarotbeleuchtung und Maschinenvisionssysteme. Die Gehäuseabmessungen betragen 3,00 mm x 3,00 mm x 2,10 mm. Sie zeichnet sich durch eine Spitzenwellenlänge von 850 nm, eine niedrige Durchlassspannung und RoHS-Konformität aus. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe ist Stufe 3.

1.1 Allgemeine Beschreibung

Dieses Produkt verwendet eine EMC- (Epoxy Molding Compound) Gehäusestruktur, die eine hervorragende Zuverlässigkeit und mechanische Festigkeit bietet. Es wird häufig in verschiedenen Sicherheitsüberwachungs- und Sensorelektronikprodukten eingesetzt. Die kompakte 3,0-mm-Quadrat-Grundfläche ermöglicht dichte Array-Designs.

1.2 Merkmale

• Niedrige Durchlassspannung (typisch 1,7 V bei 1000 mA)
• Spitzenwellenlänge λp=850 nm
• Bleifreie Reflow-Lötverarbeitung
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Stufe 3 (168 Stunden Bodenlebensdauer)
• RoHS-konform

1.3 Anwendungen

• Überwachungssysteme
• Infrarotbeleuchtung für Kameras
• Maschinenvisionssysteme

2. Technische Parameteranalyse

2.1 Optische und elektrische Eigenschaften

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten optischen und elektrischen Parameter zusammen, gemessen bei Ts=25°C mit einem Vorwärtsstrom von 1000 mA (sofern nicht anders angegeben):

Die Durchlassspannung liegt bei 1000 mA zwischen 1,4 V und 2,0 V, mit einem typischen Wert von 1,7 V. Diese niedrige Durchlassspannung reduziert die Verlustleistung und verbessert die Systemeffizienz. Die Spitzenwellenlänge beträgt 850 nm, ideal für Silizium-basierte Kamerasensoren, deren Spitzenempfindlichkeit um diese Wellenlänge liegt. Die spektrale Halbwertsbreite von 37 nm bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Effizienz und Filterkompatibilität. Der Gesamtstrahlungsfluss reicht von 450 mW bis 1120 mW, was eine hohe optische Leistung für die Fernausleuchtung ermöglicht. Der Abstrahlwinkel von 90° bietet einen breiten Strahl, der sich für die Flächenbeleuchtung eignet. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Lötstelle beträgt 16 °C/W, was auf eine gute thermische Leistung hinweist.

2.2 Absolute maximale Nennwerte

Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, dürfen folgende absolute maximale Nennwerte nicht überschritten werden:

Beachten Sie, dass der Vorwärtsstrom von 1000 mA für den Pulsbetrieb (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) gilt. Bei Dauerbetrieb muss die Wärmeableitung sorgfältig gesteuert werden, um die Sperrschichttemperatur unter 115°C zu halten. ESD-Schutz während der Handhabung ist unerlässlich.

3. Binning-System

Die LEDs werden während der Fertigung nach Gesamtstrahlungsfluss (Φe) und Spitzenwellenlänge (WLP) sortiert und gebinnt. Der Bincode wird zusammen mit den spezifischen Φe- und WLP-Werten auf dem Etikett aufgedruckt. Dies ermöglicht eine konsistente optische Leistung in Anwendungen, die aufeinander abgestimmte LED-Arrays erfordern, wie z.B. Kamerabeleuchtungspaneele.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Durchlassspannung vs. Vorwärtsstrom

Abbildung 1-6 zeigt die typische Durchlassspannung als Funktion des Vorwärtsstroms. Bei 1000 mA beträgt VF etwa 1,7 V. Die Kurve folgt dem typischen exponentiellen Verhalten einer Diode. Entwickler sollten diese Variation bei der Auslegung von Konstantstromtreibern berücksichtigen.

4.2 Vorwärtsstrom vs. relative Intensität

Abbildung 1-7 zeigt, dass die relative Strahlungsintensität bis zu 1000 mA nahezu linear mit dem Vorwärtsstrom ansteigt, was auf eine gute Effizienz hinweist. Bei niedrigeren Strömen ist die Leistung proportional geringer, aber die Linearität deutet auf eine konsistente Leistung über einen weiten Betriebsbereich hin.

4.3 Temperatur vs. relative Intensität

Abbildung 1-8 zeigt, dass die relative Intensität mit steigender Lötstellentemperatur (Ts) abnimmt. Bei 85°C sinkt die Intensität auf etwa 80 % des Werts bei 25°C. Dieser thermische Effekt muss in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder beim Betrieb der LED nahe ihrem maximalen Strom berücksichtigt werden.

4.4 Spektrale Verteilung

Abbildung 1-9 zeigt das Emissionsspektrum mit einem Maximum bei 850 nm und einer Halbwertsbreite von 37 nm. Das Spektrum ist typisch für Infrarot-LEDs auf GaAs-Basis. Diese schmale Emission passt gut zu gängigen Silizium-Photodetektoren.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 1-10 zeigt das Abstrahlmuster mit einem Halbwinkel von 45° (volle Breite bei halbem Maximum 90°). Das Muster ist annähernd lambertsch und sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung einer großen Fläche.

4.6 Temperatur vs. Vorwärtsstrom

Abbildung 1-11 zeigt den maximal zulässigen Vorwärtsstrom in Abhängigkeit von der Lötstellentemperatur. Bei Ts=25°C beträgt der maximale Strom 1000 mA; bei Ts=85°C sinkt er auf etwa 500 mA. Diese Derating-Kurve ist entscheidend für das Wärmemanagement.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das LED-Gehäuse hat Abmessungen von 3,00 mm x 3,00 mm x 2,10 mm (LxBxH). Der Gehäusekörper ist schwarz mit einer infrarot-transparenten Linse. Die Anoden- und Kathodenpads sind in der Unteransicht gekennzeichnet. Das Kathodenpad hat eine größere Fläche für die Wärmeableitung. Das empfohlene Lötpaddesign ist in Abbildung 1-5 mit spezifischen Abmessungen (0,69 mm, 1,45 mm, 0,46 mm usw.) angegeben, um eine ordnungsgemäße mechanische und thermische Befestigung zu gewährleisten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Polarität ist auf dem Gehäuse markiert: Anode (positiv) und Kathode (negativ) sind angegeben. Die Unteransicht zeigt die Pad-Positionen.

5.3 Abmessungen von Trägerband und Rolle

Die LEDs sind in einem Trägerband mit den in Abbildung 2-1 gezeigten Abmessungen verpackt. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Die Rollenabmessungen sind: A=12,7±0,3 mm, B=330,2±2 mm, C=79,5±1 mm, D=14,3±0,2 mm. Das Band hat eine Polungsmarkierung zur Angabe der Ausrichtung.

5.4 Etiketteninformationen

Das Etikett enthält die Teilenummer, Spezifikationsnummer, Chargennummer, Bincode (einschließlich Gesamtstrahlungsfluss und Spitzenwellenlängen-Bin), Durchlassspannungs-Bin, Menge und Datum. Das Etikett enthält außerdem einen Barcode für die Rückverfolgbarkeit.

6. Löt- und Montageanleitung

6.1 SMT-Reflow-Lötprofil

Das empfohlene Reflow-Lötprofil ist in Abbildung 3-1 dargestellt. Schlüsselparameter: Vorheizen von 150°C auf 200°C für 60-120 s; Zeit über 217°C: max. 60 s; Spitzentemperatur: 260°C für max. 10 s; Abkühlrate: max. 6°C/s. Die Gesamtzeit von 25°C bis zur Spitze sollte weniger als 8 Minuten betragen. Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Wenn zwischen den beiden Reflows mehr als 24 Stunden vergehen, können die LEDs durch Feuchtigkeitsaufnahme beschädigt werden.

6.2 Handlöten

Wenn Handlöten erforderlich ist, muss die Lötkolbentemperatur unter 300°C und die Kontaktzeit weniger als 3 Sekunden betragen. Es ist nur ein Handlötvorgang zulässig.

6.3 Reparatur

Eine Reparatur nach dem Löten wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, verwenden Sie einen Doppelspitzenlötkolben und stellen Sie sicher, dass die LED-Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden.

6.4 Vorsichtsmaßnahmen

Das Vergussmaterial ist Silikon, das weich ist. Üben Sie keinen übermäßigen Druck auf die Oberseite aus. Vermeiden Sie die Montage von LEDs auf verzogenen Leiterplatten und verbiegen Sie die Platine nach dem Löten nicht. Wenden Sie während des Abkühlens keine mechanische Kraft oder Vibration an. Schnelles Abkühlen sollte vermieden werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsmenge

Standardverpackung: 3000 Stück pro Rolle. Die LEDs werden in ein Trägerband eingelegt und gemäß EIA-481 auf eine Rolle gewickelt.

7.2 Feuchtigkeitsbeständige Verpackung

Jede Rolle wird zusammen mit einem Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsanzeigekarte in einen Feuchtigkeitssperrbeutel (MBB) gelegt. Der Beutel wird dann versiegelt, um eine feuchtigkeitsarme Umgebung zu gewährleisten. Das Etikett enthält Informationen zur Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe.

7.3 Karton

Mehrere Rollen werden mit geeigneter Polsterung für den Transport in einem Karton verpackt.

7.4 Lagerbedingungen

Vor dem Öffnen des Aluminiumfolienbeutels bei ≤30°C und ≤75% relativer Luftfeuchtigkeit bis zu einem Jahr ab Verpackungsdatum lagern. Nach dem Öffnen müssen die LEDs innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden, wenn sie bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Wenn die Lagerzeit überschritten ist oder das Trockenmittel verblasst ist, ist ein Backen bei 60±5°C für ≥24 Stunden vor der Verwendung erforderlich.

8. Handhabungshinweise

8.1 Schwefel- und Halogenbeschränkungen

Die Betriebsumgebung und die damit in Kontakt kommenden Materialien dürfen keine Schwefelelemente oder -verbindungen enthalten, die 100 PPM überschreiten. Der Brom- und Chlorgehalt muss jeweils unter 900 PPM liegen, mit einer Gesamtsumme unter 1500 PPM. Dies hilft, Korrosion und Verfärbung der LED zu verhindern.

8.2 VOCs und Materialkompatibilität

Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) aus Befestigungsmaterialien können in die Silikonvergussmasse eindringen und bei Einwirkung von Hitze und Licht Verfärbungen verursachen. Es wird empfohlen, alle Materialien auf Kompatibilität in der spezifischen Anwendungsumgebung zu testen. Verwenden Sie keine Klebstoffe, die organische Dämpfe abgeben.

8.3 Handhabung der Silikonoberfläche

Die Silikonlinsenoberfläche ist weich und zieht leicht Staub an. Handhaben Sie das Bauteil mit einer Pinzette oder geeignetem Werkzeug von der Seite. Vermeiden Sie direkten Kontakt mit der Linsenoberfläche. Wenn eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie Isopropylalkohol. Ultraschallreinigung wird nicht empfohlen, da sie die LED beschädigen kann.

8.4 Schaltungsdesign-Überlegungen

Gestalten Sie die Treiberschaltung so, dass der Strom unter dem absoluten Maximalwert begrenzt wird. Verwenden Sie einen Strombegrenzungswiderstand oder einen Konstantstromtreiber. Leichte Spannungsverschiebungen können aufgrund der steilen I-V-Kennlinie große Stromänderungen verursachen. Legen Sie keine Sperrspannung an die LED an, da dies zu Migration und Schäden führen kann.

8.5 Thermische Auslegung

Das Wärmemanagement ist entscheidend. Die Sperrschichttemperatur darf zu keinem Zeitpunkt 115°C überschreiten. Sorgen Sie für eine ausreichende Wärmeableitung über die Kupferfläche der Leiterplatte und thermische Durchkontaktierungen. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Lötstelle beträgt 16 °C/W, so dass bei einer Verlustleistung von 1,7 W der Temperaturanstieg von der Lötstelle zur Sperrschicht etwa 27 °C beträgt. Stellen Sie sicher, dass die Umgebungstemperatur plus Anstieg unter 115°C bleibt.

8.6 ESD-Schutz

Die LED hat eine ESD-Spannungsfestigkeit von 2000 V (HBM). Dennoch ist ein ESD-Schutz während der Handhabung und Montage erforderlich. Verwenden Sie geerdete Arbeitsplätze, antistatische Armbänder und leitfähige Verpackungen.

9. Anwendungsempfehlungen

Die 850-nm-Infrarot-LED ist ideal für Sicherheitskameras, Nachtsichtbeleuchtung und Maschinenvisionsbeleuchtung. Für eine optimale Leistung entwerfen Sie einen Konstantstromtreiber mit Pulsweitenmodulations- (PWM) Dimmfähigkeit. Verwenden Sie Wärmeableitungstechniken wie thermische Durchkontaktierungen und Kupferflächen auf der Leiterplatte. Der Abstrahlwinkel von 90° eignet sich für die Ausleuchtung großer Flächen; für einen schmaleren Strahl können externe Optiken verwendet werden. Stellen Sie sicher, dass die spektrale Emission der LED mit der Empfindlichkeitsspitze des Kamerasensors übereinstimmt (typischerweise um 850 nm für Siliziumsensoren).

10. Zuverlässigkeitstests

10.1 Testgegenstände und -bedingungen

Das Produkt hat Zuverlässigkeitstests gemäß JEDEC-Standards durchlaufen, darunter: Reflow (260°C, 10 s, 3 Mal), Temperaturzyklus (-40°C bis 100°C, 100 Zyklen), Temperaturschock (-40°C bis 100°C, 300 Zyklen), Hochtemperaturlagerung (100°C, 1000 h), Tieftemperaturlagerung (-40°C, 1000 h), Lebensdauertest (25°C, 1000 mA, 1000 h) und Hochtemperatur-/Hochfeuchtigkeits-Lebensdauertest (85°C/85% rF, 1000 mA, 1000 h). Alle Tests wurden mit Akzeptanzkriterien von 0 Ausfällen pro 10 Proben bestanden.

10.2 Ausfallkriterien

Als Ausfall wird definiert: Durchlassspannung überschreitet obere Spezifikationsgrenze (U.S.L) x 1,1; Sperrstrom überschreitet U.S.L x 2,0; Gesamtstrahlungsfluss fällt unter untere Spezifikationsgrenze (L.S.L) x 0,7.

11. Funktionsprinzip

Diese Infrarot-LED basiert auf einem Halbleiter-pn-Übergang aus Galliumarsenid (GaAs) oder verwandten III-V-Verbindungen. In Durchlassrichtung gepolt rekombinieren Elektronen mit Löchern im aktiven Bereich und geben dabei Energie in Form von Photonen ab. Die Bandlückenenergie bestimmt die Photonenwellenlänge; für 850 nm wird typischerweise GaAs mit etwas Aluminiumgehalt verwendet. Das EMC-Gehäuse verkapselt den Chip und sorgt für Wärmeableitung und Schutz.

12. Entwicklungstrends

Die Nachfrage nach Infrarot-LEDs wächst weiter mit der Ausweitung von Überwachungssystemen, autonomen Fahrzeugen (LiDAR) und der industriellen Automation. Zukünftige Trends umfassen höhere Leistungsdichten, kleinere Gehäuse und verbesserte Effizienz. Die Integration von IR-LEDs mit fortschrittlichen Treibern und intelligenten Steuerungssystemen wird eine adaptive Beleuchtung ermöglichen. Auch der Trend zu längeren Wellenlängen (940 nm) für verdeckte Beleuchtung nimmt zu, aber 850 nm bleibt aufgrund der besseren Sensor-Empfindlichkeit für Standardkameras dominant.

13. Häufig gestellte Fragen

F: Was ist der maximale Dauer-Vorwärtsstrom? A: Das absolute Maximum beträgt 1000 mA, jedoch nur für den Pulsbetrieb (1/10 Tastverhältnis). Für kontinuierlichen DC-Betrieb muss der Strom basierend auf der Temperatur reduziert werden. Bei 25°C Umgebungstemperatur und guter Wärmeableitung beträgt der typische Dauerstrom etwa 500 mA, um die Sperrschichttemperatur sicher zu halten.

F: Wie sollte ich mit Bauteilen der MSL-Stufe 3 umgehen? A: In versiegelten Feuchtigkeitssperrbeuteln lagern. Nach dem Öffnen innerhalb von 168 Stunden verwenden oder vor dem Reflow 24 Stunden bei 60°C backen.

F: Kann ich diese LED in Außenkameras verwenden? A: Ja, aber stellen Sie sicher, dass der Betriebstemperaturbereich zwischen -40°C und +85°C liegt und das Gehäuse ein ausreichendes Wärmemanagement bietet.

F: Welcher LED-Treiber wird empfohlen? A: Ein Konstantstromtreiber mit einer Stromstärke, die auf Ihrer thermischen Auslegung basiert. Wenn Sie beispielsweise mit 700 mA betreiben, kann ein 1,5-W-Treiber ausreichen.

14. Praktische Anwendungsfälle

Fall 1: Nachtsicht bei Bullet-Kameras – Ein 3x3-Array dieser LEDs wird in einer Bullet-Kamera verwendet und sorgt für eine effektive Ausleuchtung von bis zu 30 Metern. Der 90°-Abstrahlwinkel deckt das Sichtfeld der Kamera ab. Das thermische Design verwendet eine Aluminiumkern-Leiterplatte zur Wärmeableitung.

Fall 2: Maschinenvisionsinspektion – In einer Fabrik verwendet eine Zeilenkamera ein Hochleistungs-IR-LED-Array (12 LEDs) zur Beleuchtung beweglicher Teile. Der Pulsbetrieb mit 500 mA und 50% Tastverhältnis sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung ohne Überhitzung.