Keramik 3535 Serie 1W Infrarot-LED Datenblatt - Abmessungen 3,5x3,5x0,9mm - Spannung 1,5V - Leistung 1W - Infrarot 850nm

1. Produktübersicht

Die Keramik 3535 Serie ist eine Hochleistungs-Oberflächenmontage-LED, die für Anwendungen entwickelt wurde, die robuste und zuverlässige Infrarotbeleuchtung erfordern. Dieses 1W-Bauteil nutzt ein Keramiksubstrat, das im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffgehäusen eine überlegene Wärmemanagementfähigkeit und Langzeitstabilität bietet. Die primäre Emissionswellenlänge beträgt 850nm, was es für ein breites Spektrum an Sensorik-, Maschinenvision- und Sicherheitsanwendungen geeignet macht.

Die Kernvorteile dieser Serie umfassen ihre exzellente Wärmeableitfähigkeit dank der Keramikkonstruktion, einen weiten Öffnungswinkel von 120 Grad für eine breite Abdeckung und einen kompakten Bauraum von 3,5mm x 3,5mm, der hochdichte Leiterplattenlayouts ermöglicht. Die Zielmärkte sind Industrieautomatisierung, Überwachungssysteme, biometrische Sensoren und alle Anwendungen, die konstantes, hochintensives Infrarotlicht erfordern.

2. Technische Parameter und objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Die folgenden Parameter definieren die Grenzwerte, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Durchlassstrom (IF):500 mA (DC)
• Durchlass-Pulsstrom (IFP):700 mA (Pulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (PD):1000 mW
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +100°C
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C
• Löttemperatur (Tsld):Reflow-Löten bei 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (typisch @ Ta=25°C)

Diese Parameter repräsentieren die typische Leistung unter spezifizierten Testbedingungen.

• Durchlassspannung (VF):1,5 V (typisch), 2,0 V (maximal) bei IF=350mA. Die niedrige Durchlassspannung trägt zu einer höheren Systemeffizienz bei.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zu sofortigem Ausfall führen.
• Peak-Wellenlänge (λd):850 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die Strahlungsintensität am höchsten ist.
• Sperrstrom (IR):50 μA (maximal) bei VR=5V.
• Öffnungswinkel (2θ1/2):120 Grad. Dieser weite Winkel bietet ein breites, gleichmäßiges Beleuchtungsmuster.

2.3 Thermische Kenngrößen

Das Keramikgehäuse ist das entscheidende thermische Merkmal. Keramikmaterialien haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die Wärme effizient vom Sperrschichtübergang des LED-Chips zur Leiterplatte und Umgebung ableitet. Dies beeinflusst direkt die Lebensdauer des Bauteils und den Lichtstromerhalt. Ein korrektes thermisches Design auf der Anwendungs-Leiterplatte, einschließlich ausreichender Kupferfläche und potenzieller Kühlung, ist entscheidend, um die Sperrschichttemperatur unter dem maximalen Nennwert von 125°C zu halten, insbesondere beim Betrieb mit dem vollen Treiberstrom von 350mA.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt wird in Bins eingeteilt, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Designer sollten Bins spezifizieren, um eine Leistungsangleichung in ihren Anwendungen zu garantieren.

3.1 Binning der Durchlassspannung

LEDs werden basierend auf ihrer Durchlassspannung (VF) beim Teststrom sortiert.

• Code A:VF = 1,4V bis 1,6V
• Code B:VF = 1,6V bis 1,8V
• Code C:VF = 1,8V bis 2,0V

Hinweis: Messtoleranz beträgt ±0,08V.Die Auswahl einer engen Spannungs-Bin-Klasse kann den Entwurf der Stromregelungsschaltung vereinfachen.

3.2 Binning der Peak-Wellenlänge

Für dieses spezifische Modell (T1901PIA) wird die Wellenlänge wie folgt gebinnt:

• Code I2:λd = 845nm bis 865nm. Dieser enge 20nm-Bereich ist geeignet für Anwendungen, die empfindlich auf spezifische Infrarotwellenlängen reagieren, wie z.B. bestimmte Arten von Nachtsichtgeräten oder optischen Sensoren.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt liefert grafische Daten, die für den Schaltungs- und thermischen Entwurf essenziell sind.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Diese Kurve zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Der typische VF-Wert von 1,5V bei 350mA ist ein zentraler Punkt. Designer nutzen diese Kurve, um geeignete strombegrenzende Widerstände auszuwählen oder Konstantstromtreiber zu entwerfen. Die Kurve verschiebt sich mit der Temperatur; die Spannung sinkt bei steigender Sperrschichttemperatur für einen gegebenen Strom.

4.2 Relative Strahlungsleistung vs. Sperrschichttemperatur

Dieses Diagramm veranschaulicht die thermische Drosselung der LED-Ausgangsleistung. Infrarot-LEDs zeigen im Vergleich zu sichtbaren LEDs generell einen geringeren Effizienzabfall mit der Temperatur, dennoch nimmt die Ausgangsleistung mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Dies muss im Wärmemanagement berücksichtigt werden, um eine konsistente Leistung über die Lebensdauer des Produkts und über verschiedene Betriebstemperaturen hinweg sicherzustellen.

4.3 Spektrale Verteilungskurve

Die Kurve bestätigt die dominante Peak-Wellenlänge von 850nm und zeigt die spektrale Bandbreite. Die schmale Bandbreite ist typisch für hochwertige Infrarot-Emitter. Das Verständnis des Spektrums ist entscheidend für die Kombination mit passenden Fotodetektoren oder Kamerassensoren, die eine spezifische spektrale Empfindlichkeit aufweisen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Umrisszeichnung

Das Bauteil hat einen quadratischen Keramikkörper mit den Maßen 3,5mm x 3,5mm. Die Gesamthöhe beträgt etwa 0,9mm. Detaillierte Maßzeichnungen mit Toleranzen (z.B. ±0,10mm für .X-Maße, ±0,05mm für .XX-Maße) werden für ein präzises Leiterplattenlayout bereitgestellt.

5.2 Empfohlene Lötflächenanordnung und Schablonendesign

A land pattern design is suggested to ensure reliable soldering and optimal thermal transfer. The pad layout typically includes two anode/cathode pads and a central thermal pad. The stencil design (solder paste mask) is also specified, often recommending a reduced aperture for the large thermal pad to prevent solder bridging and excessive paste volume. Following these recommendations is crucial for achieving a reliable solder joint and maximizing heat dissipation from the thermal pad into the PCB.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf der Oberseite des Gehäuses markiert, oft durch einen grünlichen Farbton oder eine Kerbe/abgeschrägte Ecke auf der Linse. Der Leiterplatten-Footprint sollte einen Polaritätsmarker enthalten, der diesem Merkmal entspricht, um eine falsche Platzierung zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Die LED ist kompatibel mit Standard-Infrarot- oder Konvektions-Reflow-Prozessen. Die maximale Peak-Temperatur beträgt 260°C, wobei die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (z.B. 217°C) 10 Sekunden nicht überschreiten darf. Ein empfohlenes Reflow-Profil sollte eingehalten werden, um thermischen Schock zu vermeiden. Das Keramikgehäuse ist generell widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeitsaufnahme als Kunststoffgehäuse, dennoch können je nach verwendeten Materialien Standardvorsichtsmaßnahmen für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSD) gelten.

6.2 Handhabungs- und Lagerungshinweise

Lagern Sie LEDs in einer trockenen, antistatischen Umgebung. Vermeiden Sie mechanische Belastung der Linse. Beachten Sie ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung. Reinigen Sie nach dem Löten nicht mit Ultraschallreinigern, da dies die interne Struktur beschädigen kann.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Verpackung

Das Produkt wird auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Spulen aufgewickelt ist und für automatisierte Bestückungsmaschinen geeignet ist. Die Bandabmessungen (Taschengröße, Teilung) sind standardisiert. Spulenmengen betragen typischerweise mehrere tausend Stück pro Spule.

7.2 Modellnummernsystem

Die Artikelnummer (z.B. T1901PIA) kodiert Schlüsselattribute:

• T:Serienkennzeichner.
• 19:Gehäusecode für Keramik 3535.
• P:Die-Anzahl-Code für einen einzelnen Hochleistungs-Chip.
• I:Farbcode für Infrarot (IR).
• A:Interner Code oder Bin-Code.
• Zusätzliche Suffixe können die Spannungs-Bin-Klasse, Wellenlängen-Bin-Klasse usw. anzeigen.

Andere im System definierte Codes umfassen Farbe (R, G, B, Y, W, etc.), Die-Anzahl (S, P, 2, 3) und Linsentyp (00 für keine, 01 für Linse).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Überwachung & Sicherheit:Beleuchtung für CCTV-Kameras mit IR-Sperrfiltern, die unsichtbares Nachtsichtlicht bereitstellt.
• Maschinenvision:Strukturiertes Licht, Kontrastverbesserung oder Fehlererkennung in automatisierten Inspektionssystemen.
• Biometrische Sensoren:Iris-Erkennung, Gesichtserkennung oder Fingerabdruckscanner.
• Näherungs- & Gestenerkennung:Verwendung in Unterhaltungselektronik und Automobilanwendungen.
• Optische Schalter & Encoder:Bereitstellung der Lichtquelle für unterbrechungsbasierte Sensorik.

8.2 Designüberlegungen

• Treiber-Schaltung:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber für eine stabile Ausgangsleistung. Die niedrige VF ermöglicht den Betrieb mit Niederspannungsversorgungen. Erwägen Sie die Verwendung eines Schaltreglers für einen hocheffizienten Betrieb bei Volllast.
• Wärmemanagement:Dies ist von größter Bedeutung. Verbinden Sie die thermische Fläche mit einer großen Kupferfläche auf der Leiterplatte mit mehreren Wärmedurchkontaktierungen zu inneren Lagen oder einem Kühlkörper auf der Unterseite. Für Hochleistungs- oder Hochtemperatur-Umgebungsanwendungen wird eine thermische Simulation empfohlen.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Strahl kann sekundäre Optik (Linsen, Diffusoren) erfordern, um das Licht für spezifische Anwendungen zu formen. Die Keramikgehäuseoberfläche ist möglicherweise nicht ideal für die direkte optische Kopplung; eine Primärlinse ist oft integriert.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Kunststoff-3535-LEDs bietet diese Keramikversion signifikante Vorteile:

• Überlegene thermische Leistung:Geringerer thermischer Widerstand von der Sperrschicht zur Leiterplatte, was zu einer niedrigeren Betriebssperrschichttemperatur, einem höheren maximalen Treiberstrompotenzial und einer deutlich längeren Lebensdauer bei hoher Leistung führt.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Keramik ist inert und degradiert oder vergilbt nicht unter Hochtemperatur- oder hoher UV-Belastung, im Gegensatz zu einigen Kunststoffen. Sie ist auch widerstandsfähiger gegen mechanische Rissbildung.
• Stabile optische Ausgangsleistung:Besseres Wärmemanagement führt zu stabilerer Wellenlänge und Strahlungsleistung über die Zeit und Temperaturzyklen hinweg.
• Der Kompromiss ist typischerweise ein etwas höherer Stückpreis im Vergleich zu Kunststoffgehäusen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Durchlassstrom (IF) und Pulsstrom (IFP)?

IF (500mA)ist der maximale kontinuierliche Gleichstrom, den die LED verarbeiten kann.IFP (700mA)ist der maximal zulässige Strom in kurzen Pulsen (≤10ms Breite, ≤10% Tastverhältnis). Das Pulsieren ermöglicht eine höhere momentane Strahlungsleistung, was bei Stroboskop- oder gepulsten Sensorikanwendungen nützlich ist, aber die Durchschnittsleistung darf das 1W-Limit nicht überschreiten.

10.2 Wie wähle ich die korrekte Spannungs-Bin-Klasse aus?

Wenn Ihr Design einen einfachen Reihenwiderstand zur Strombegrenzung verwendet, sorgt eine engere VF-Bin-Klasse (z.B. alle Code B) für einen konsistenteren Strom und damit eine konsistentere Helligkeit über alle LEDs in einem Array hinweg. Für Designs, die aktive Konstantstromtreiber verwenden, ist die Spannungs-Bin-Klasse weniger kritisch, da der Treiber die Spannung anpasst, um den eingestellten Strom aufrechtzuerhalten.

10.3 Kann ich diese LED ohne Kühlkörper betreiben?

Bei der vollen Nennleistung von 350mA/1W ist ein korrekter Wärmeleitpfad zwingend erforderlich. Das Keramikgehäuse hilft, muss aber mit dem Wärmemanagementsystem der Leiterplatte verbunden sein. Für niedrigere Treiberströme (z.B. 100-200mA) oder Pulsbetrieb sind die Anforderungen weniger streng, dennoch wird eine thermische Analyse empfohlen.

11. Praktische Anwendungsfallstudie

Szenario: Hochgeschwindigkeits-Industrie-Barcodescanner.Ein Scanner muss Codes auf sich schnell bewegenden Paketen lesen. Das System verwendet ein gepulstes 850nm-Infrarot-LED-Array zur Zielbeleuchtung. Die Keramik 3535 LED wird aufgrund ihrer Fähigkeit gewählt, hohe Pulsströme (bis zu 700mA) für helle, kurze Lichtblitze zu verarbeiten, um klare Bilder ohne Bewegungsunschärfe zu erfassen. Die thermische Stabilität des Keramikgehäuses gewährleistet eine konsistente Pulsamplitude und Wellenlänge über lange Betriebsperioden in einer warmen Fabrikumgebung. Der weite 120-Grad-Strahl ermöglicht es, mit weniger LEDs das Scanfeld abzudecken. Die Leiterplatte ist mit dicken Kupferlagen und Wärmedurchkontaktierungen unter der thermischen Fläche jeder LED ausgelegt, um die während des Pulsbetriebs erzeugte Durchschnittswärme abzuleiten.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) arbeitet nach demselben Elektrolumineszenzprinzip wie eine sichtbare LED. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Für 850nm-Emission werden häufig Materialien wie Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) verwendet. Das Keramikgehäuse dient hauptsächlich als mechanisch robustes und wärmeleitfähiges Gehäuse für den Halbleiterchip, die Bonddrähte und die Primäroptik (falls vorhanden).

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der Trend bei Hochleistungs-Infrarot-LEDs geht hin zu höherer Wandsteckdosen-Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Watt-Eingangsleistung) und erhöhter Leistungsdichte. Dies treibt die Einführung fortschrittlicher Chip-Technologien (Flip-Chip, Dünnschicht) und Verpackungsmaterialien wie Keramik und Metallkernsubstrate für optimales Wärmemanagement voran. Es gibt auch einen Fokus auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter rauen Bedingungen (hohe Temperatur, hohe Luftfeuchtigkeit). Darüber hinaus ist die Integration von Treibern und Sensoren mit der LED in intelligente Module ein wachsender Trend, der das Systemdesign für Endanwender vereinfacht. Die Nachfrage nach spezifischen, schmalen Wellenlängenbändern für Sensorikanwendungen treibt weiterhin Fortschritte im epitaktischen Materialwachstum und der Bauteiltechnik voran.