Technisches Datenblatt für die 0,8 mm flache Top-Infrarot-LED HIR25-21C/L423/TR8 - Abmessungen 2,0x1,25x0,8 mm - Spannung 1,35 V - Leistung 100 mW - Wasserklares Linsengehäuse - Deutschsprachiges Technikdokument

1. Produktübersicht

Die HIR25-21C/L423/TR8 ist eine miniaturisierte oberflächenmontierbare (SMD) Infrarot-Emissionsdiode. Sie ist in einem kompakten, doppelseitigen Gehäuse mit einer extrem niedrigen Bauhöhe von 0,8 mm untergebracht, was sie für platzbeschränkte Anwendungen geeignet macht. Das Bauteil ist in wasserklarem Kunststoff mit einer flachen Top-Linse vergossen, die ein spezifisches Abstrahlmuster liefert. Ihr Kern-Halbleitermaterial ist Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs), das für eine optimale spektrale Abstimmung auf Silizium-Fotodioden und Fototransistoren ausgelegt ist und so eine hohe Effizienz in Detektionssystemen gewährleistet.

Das Produkt ist mit einer niedrigen Flussspannungseigenschaft ausgelegt, was zur Gesamtsystemleistungseffizienz beiträgt. Es entspricht vollständig modernen Umwelt- und Sicherheitsstandards, einschließlich bleifrei (Pb-frei), Einhaltung der EU-REACH-Verordnung und Erfüllung halogenfreier Anforderungen (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). Das Bauteil wird auf 8 mm breitem Band geliefert, das auf 7-Zoll-Rollen aufgewickelt ist, was automatisierte Montageprozesse erleichtert.

2. Tiefgehende Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind unter Umgebungstemperaturbedingungen (Ta) von 25°C definiert. Das Überschreiten dieser Werte kann dauerhafte Schäden verursachen. Die Sperrspannung (V_R) ist mit 5 V spezifiziert. Der Durchlassstrom (I_F) hat einen Maximalwert von 100 mA. Die Verlustleistung (P_D) ist mit 100 mW bewertet. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, während der Lagertemperaturbereich von -40°C bis +100°C reicht. Die Löttemperatur muss sorgfältig kontrolliert werden, mit einem Spitzenwert von 260°C für 10 Sekunden gemäß dem bleifreien Reflow-Profil.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Die wichtigsten Leistungsparameter werden typischerweise bei I_F=20 mA und Ta=25°C gemessen. Die Flussspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,35 V. Die Strahlungsstärke (I_e) ist mit einem Mindestwert spezifiziert, der die optische Ausgangsleistung definiert. Die Spitzenemissionswellenlänge (λ_p) liegt im Infrarotspektrum, typischerweise um 940 nm, was perfekt mit der Spitzenempfindlichkeit gängiger siliziumbasierter Empfänger übereinstimmt. Die spektrale Bandbreite (Halbwertsbreite) ist ebenfalls definiert und gibt den Bereich der emittierten Wellenlängen an. Der Abstrahlwinkel wird durch das Flachtop-Linsendesign bestimmt und liefert ein spezifisches Abstrahlmuster, das für gezielte Anwendungen geeignet ist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die Artikelnummer HIR25-21C/L423/TR8 beinhaltet eine Binning-Struktur, um eine konsistente Leistung zu gewährleisten. Während das Datenblatt einen allgemeinen Geräteauswahlleitfaden mit GaAlAs-Chipmaterial und wasserklarem Linsengehäuse bietet, werden spezifische Bins für Parameter wie Spitzenwellenlänge (HUE) und Strahlungsstärke (CAT) während der Produktion verwaltet. Kunden erhalten Bauteile innerhalb spezifizierter Toleranzbereiche für diese Schlüsselparameter, was garantiert, dass das Gerät in ihrer spezifischen Schaltung und Anwendung wie erforderlich funktioniert. Die Codes 'L423' und 'TR8' in der Artikelnummer beziehen sich jeweils auf spezifische Leistungs-Bins und Band-/Rollen-Verpackungsspezifikationen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die einen tieferen Einblick in das Geräteverhalten über die tabellarischen Daten hinaus bieten.

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

Diese Kurve veranschaulicht die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der Spannung an ihren Anschlüssen. Sie zeigt typischerweise eine exponentielle Beziehung mit einer definierten "Knie"-Spannung. Die niedrige Flussspannungseigenschaft dieser LED wird hier visuell bestätigt, da sie bei einer niedrigeren Spannung im Vergleich zu einigen Alternativen signifikant zu leiten beginnt, was für Niederspannungsschaltungsdesigns vorteilhaft ist.

4.2 Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt die optische Ausgangsleistung (Strahlungsstärke) in Abhängigkeit vom Treiberstrom. Es zeigt typischerweise einen linearen Zusammenhang innerhalb des empfohlenen Betriebsstrombereichs, was bestätigt, dass die Lichtausgabe direkt proportional zum Strom ist. Diese Linearität ist entscheidend für Anwendungen, die modulierte Signale erfordern, wie z.B. bei der Infrarot-Datenübertragung.

4.3 Strahlungsstärke vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt, wie die optische Ausgangsleistung mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Wie bei allen LEDs sinkt der Wirkungsgrad dieses Infrarot-Emitters mit steigender Temperatur. Das Verständnis dieser Entlastung ist entscheidend für die Entwicklung von Systemen, die über den gesamten Temperaturbereich zuverlässig arbeiten, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen. In Hochleistungs- oder Hochtemperaturanwendungen kann eine angemessene Wärmemanagement erforderlich sein, um eine konstante Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten.

4.4 Spektrale Verteilung

Ein Spektralverteilungsdiagramm zeigt die relative Strahlungsleistung über verschiedene Wellenlängen. Es zeigt einen klaren Peak bei der Nennwellenlänge (z.B. 940 nm) mit einer charakteristischen Form und Halbwertsbreite. Diese visuelle Darstellung bestätigt die gute spektrale Abstimmung auf Silizium-Fotodetektoren, deren Empfindlichkeitskurve in derselben Nahinfrarotregion ihren Höhepunkt hat.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat einen sehr kompakten Bauraum. Die Gehäuseabmessungen betragen 2,0 mm Länge, 1,25 mm Breite und 0,8 mm Höhe (Nennwerte). Detaillierte mechanische Zeichnungen liefern alle kritischen Abmessungen einschließlich Anschlussabstand, Lötflächenpositionen und Linsengeometrie. Die Toleranzen für die meisten Abmessungen betragen ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Anode und Kathode sind auf dem Gehäuse klar gekennzeichnet, um eine korrekte Polaritätsidentifikation während der Montage zu ermöglichen.

5.2 Empfohlene Lötflächengeometrie

Ein vorgeschlagenes Land Pattern (Footprint) für das Leiterplattendesign wird bereitgestellt. Dies umfasst Empfehlungen für Lötflächengröße und -abstand, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass dies nur als Referenz dient und Designer die Lötflächenabmessungen basierend auf ihren spezifischen Leiterplattenfertigungskapazitäten und Anwendungsanforderungen, wie thermischen oder mechanischen Belastungsüberlegungen, anpassen sollten.

5.3 Abmessungen der Trägerbandverpackung

Das Bauteil wird in geprägter Trägerbandverpackung für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Die Bandbreite beträgt 8 mm. Detaillierte Abmessungen für die Tasche, die die LED aufnimmt, den Abstand zwischen den Taschen (Teilung) und die Positionierung der Transportlöcher werden angegeben. Jede Rolle enthält 2000 Stück (PCS).

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel sollte erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Nach dem Öffnen sollten die LEDs bei 30°C oder weniger und 60% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden. Sie müssen innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen des Beutels verwendet werden. Wird die Lagerzeit überschritten oder zeigt das Trockenmittel Feuchtigkeitsaufnahme an, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60 ± 5°C für 24 Stunden erforderlich, um ein "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.2 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Löttemperaturprofil wird empfohlen. Zu den Schlüsselparametern gehören eine Aufwärmphase, ein allmählicher Temperaturanstieg, eine Spitzentemperatur von nicht mehr als 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (typischerweise 217°C) von 30-60 Sekunden. Die Spitzentemperatur sollte maximal 10 Sekunden gehalten werden. Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und dem Halbleiterchip zu vermeiden.

6.3 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten. Die Lötspitzentemperatur sollte unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit pro Anschluss sollte auf 3 Sekunden oder weniger begrenzt sein. Ein Niedrigleistungslötkolben (25 W oder weniger) wird empfohlen. Zwischen dem Löten der beiden Anschlüsse sollte ein Kühlintervall von mindestens 2 Sekunden eingehalten werden. Nacharbeit nach dem Löten wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, sollte ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und so thermische Spannungen zu vermeiden, die eine Lötfläche anheben könnten, während die andere noch verlötet ist. Das Schadenspotenzial während der Nacharbeit ist hoch und sollte vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist 2000 Stück pro 7-Zoll-Rolle auf 8 mm breitem Trägerband. Die Artikelnummer HIR25-21C/L423/TR8 umfasst die Produktserie, spezifische Leistungs-Bins und den Verpackungstyp. Die Etiketten auf der Rolle enthalten die Artikelnummer (P/N), die Losnummer (LOT No), die Menge (QTY), die Spitzenwellenlänge (HUE), den Rang (CAT) und die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL-X).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Leiterplattenmontierter Infrarotsensor:Die LED wird als Lichtquelle in Näherungssensoren, Objekterkennung und Linienfolgerobotern verwendet. Sie wird oft mit einem Fototransistor oder einer Fotodiode gepaart. Ein strombegrenzender Widerstand ist zwingend in Reihe mit der LED erforderlich, um Überstromschäden zu verhindern, da die Flussspannung der LED einen negativen Temperaturkoeffizienten hat und kein zuverlässiger Strombegrenzer ist.

Infrarot-Fernbedienung:Für Fernbedienungen mit hohen Leistungsanforderungen kann diese LED ausreichende Strahlungsstärke für größere Reichweiten oder durch Hindernisse liefern. Sie wird typischerweise mit gepulsten Strömen betrieben, die höher sind als der kontinuierliche DC-Nennwert (z.B. 100 mA Pulse), um helle Lichtblitze für die Datenübertragung zu erzeugen.

Scanner und Infrarot-Anwendungssysteme:Verwendung in Barcodescannern, Gestenerkennungssystemen und optischen Encodern.

8.2 Designüberlegungen

Stromversorgung:Immer einen Reihenwiderstand oder Konstantstromtreiber verwenden. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_versorgung- V_F) / I_F.

Wärmemanagement:Obwohl das Gehäuse klein ist, kann Dauerbetrieb mit hohen Strömen in hohen Umgebungstemperaturen zu Überhitzung und reduzierter Lebensdauer führen. Bei Bedarf für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Wärmeleitungen sorgen.

Optische Ausrichtung:Die Flachtop-Linse liefert ein spezifisches Strahlprofil. Für optimale Kopplung mit einem Empfänger ist die relative Platzierung und eventuell notwendige Linsen oder Blenden zu berücksichtigen.

ESD-Schutz:Obwohl in diesem Datenblatt nicht explizit als empfindlich angegeben, ist der Umgang mit allen Halbleiterbauelementen unter ESD-Vorsichtsmaßnahmen eine gute Praxis.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale der HIR25-21C/L423/TR8 sind ihreultraniedrige Bauhöhe von 0,8 mm, die dünner ist als viele Standard-SMD-LEDs, und ihrFlachtop-wasserklares Linsengehäuse. Im Vergleich zu gewölbten Linsen kann die Flachtop-Variante ein fokussierteres oder anders geformtes Abstrahlmuster bieten, was in spezifischen Sensoranwendungen vorteilhaft sein kann, bei denen Licht auf eine bestimmte Weise gerichtet werden muss. Die niedrige Flussspannung trrägt zur Energieeffizienz bei. Die Verwendung von GaAlAs-Material und präzises Binning gewährleisten eine ausgezeichnete und konsistente Abstimmung auf Siliziumdetektoren, was im Vergleich zu LEDs mit breiterem oder nicht abgestimmtem Spektrum das Signal-Rausch-Verhältnis in Sensorsystemen verbessern kann.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Warum ist ein Reihenwiderstand zwingend erforderlich?

A: Die I-V-Kurve einer LED ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Spannung über den Kniepunkt hinaus verursacht einen sehr großen, potenziell zerstörerischen Stromanstieg. Ein Widerstand stellt eine lineare Beziehung zwischen Versorgungsspannung und Strom her und stabilisiert den Arbeitspunkt.

F: Kann ich diese LED mit Pulsen über 100 mA betreiben?

A: Möglicherweise, aber nur unter spezifischen gepulsten Bedingungen (niedriges Tastverhältnis, kurze Pulsbreite), wie in den Entlastungskurven definiert, die in diesem Auszug nicht bereitgestellt werden. Das Überschreiten des absoluten Maximalwerts unter jeglichen Bedingungen riskiert sofortige Beschädigung.

F: Was bedeutet "spektrale Abstimmung auf Si-Fotodetektor"?

A: Es bedeutet, dass die Spitzenwellenlänge und spektrale Breite des von der LED emittierten Lichts eng mit dem Spitzenempfindlichkeitsbereich einer Standard-Silizium-Fotodiode oder eines Fototransistors übereinstimmen. Dies maximiert das vom Detektor für eine gegebene optische Leistung erzeugte elektrische Signal und verbessert so die Systemeffizienz und Reichweite.

F: Wie kritisch ist die 7-tägige Standzeit nach dem Öffnen des Beutels?

A: Sehr kritisch, wenn die Bauteile einem Reflow-Lötprozess unterzogen werden. Aufgenommene Feuchtigkeit kann während des Hochtemperatur-Reflow-Prozesses verdampfen und interne Delamination oder Rissbildung ("Popcorning") verursachen. Wird die Standzeit überschritten, ist eine Trocknung erforderlich.

11. Praktische Anwendungsbeispiele

Fall 1: Berührungsloser Objekterkennungsschalter.Die LED ist auf einer Seite eines Spalts montiert, und ein Fototransistor ist gegenüber angebracht. Ein Objekt, das den Spalt durchquert, unterbricht den Infrarotstrahl und verursacht eine Änderung des Ausgangssignals des Fototransistors. Die niedrige Bauhöhe ermöglicht die Integration dieses Sensors in sehr dünne Geräte. Die konsistente Wellenlänge gewährleistet eine zuverlässige Auslösung über Temperaturschwankungen hinweg.

Fall 2: Verbesserte TV-Fernbedienung.Ein Designer benötigt eine Fernbedienung, die aus größeren Winkeln oder durch leichte Hindernisse funktioniert. Der Einsatz dieser LED mit einem höheren gepulsten Treiberstrom kann eine größere Strahlungsstärke als eine Standard-IR-LED liefern und so die Leistung verbessern. Die flache Linse kann auch dazu beitragen, das Licht für eine breitere Abdeckung leicht anders zu streuen.

Fall 3: Miniatur-Optischer Encoder.In einem kleinen Drehgeber sind LED und Detektor auf beiden Seiten einer kodierten Scheibe platziert. Das dünne 0,8-mm-Gehäuse ist entscheidend, um in die enge mechanische Baugruppe des Encoders zu passen. Die gute spektrale Abstimmung gewährleistet ein sauberes digitales Signal vom Detektor, während sich die Scheibe dreht.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wird eine Flussspannung angelegt, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie freigesetzt. Im hier verwendeten GaAlAs-Material entspricht diese Energie einem Photon im Infrarotspektrum (typischerweise um 940 nm Wellenlänge). Die spezifische Zusammensetzung der Gallium-, Aluminium- und Arsenid-Atome bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Wellenlänge des emittierten Lichts. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, und die flache Oberfläche dient als Primärlinse, um das Abstrahlmuster des emittierten Lichts zu formen.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der Trend bei SMD-Infrarot-LEDs geht weiterhin in Richtunghöherer Effizienz(mehr Strahlungsleistung pro elektrischem Watt Eingang),kleinerer Gehäusegrößenfür immer kompaktere Geräte underhöhter Zuverlässigkeitunter rauen Bedingungen. Es gibt auch Entwicklungen bei der Herstellung von LEDs mit spezifischen, schmalen spektralen Ausgängen für fortschrittliche Sensoranwendungen und der Integration mehrerer Emitter (z.B. unterschiedlicher Wellenlängen) in ein einziges Gehäuse. Das Streben nach geringerem Stromverbrauch in batteriebetriebenen IoT-Geräten treibt niedrigere Flussspannung und höhere Effizienz voran. Darüber hinaus zielen Fortschritte bei Verkapselungsmaterialien darauf ab, die thermische Leistung und Feuchtigkeitsbeständigkeit zu verbessern, was möglicherweise einige der strengen Handhabungsanforderungen lockern könnte.