SMD Infrarot-LED 0,8mm Höhe Flachtop - 1,6V - 875nm - 110mW - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine miniaturisierte, oberflächenmontierbare Infrarot (IR)-Emissionsdiode. Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die eine kompakte, zuverlässige Infrarotlichtquelle benötigen, die auf Silizium-Fotodetektoren abgestimmt ist.

1.1 Kernmerkmale und Positionierung

Die LED zeichnet sich durch ihre außergewöhnlich geringe Bauhöhe von 0,8 mm aus, was sie für platzbeschränkte Leiterplattenlayouts geeignet macht. Sie verfügt über eine aus klarem Kunststoff geformte Flachtop-Linse, die ein spezifisches Abstrahlverhalten erzeugt. Das Bauteil ist aus einem GaAlAs (Gallium-Aluminium-Arsenid)-Chipmaterial aufgebaut, das für die Infrarot-Emission optimiert ist. Ein wesentlicher Designvorteil ist ihre spektrale Ausgangsleistung, die eng an die Empfindlichkeitskurve gängiger Silizium-Fotodioden und -Fototransistoren angepasst ist und so die Detektionseffizienz in Sensorsystemen maximiert.

1.2 Konformität und Umweltspezifikationen

Die Komponente entspricht den wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsrichtlinien. Sie wird als bleifreies (Pb-free) Produkt hergestellt. Sie erfüllt auch halogenfreie Anforderungen, indem der Gehalt an Brom (Br) und Chlor (Cl) einzeln auf weniger als 900 ppm und die Summe auf weniger als 1500 ppm begrenzt wird. Das Produkt ist so ausgelegt, dass es innerhalb der Parameter der RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe)-Richtlinie bleibt.

2. Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt beschreibt detailliert die absoluten Grenzwerte und die Standardbetriebseigenschaften der Infrarot-LED. Alle Parameter sind, sofern nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F):65 mA
• Sperrspannung (V_R):5 V
• Betriebstemperatur (T_opr):-25°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +85°C
• Löttemperatur (T_sol):260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden.
• Verlustleistung (P_d):110 mW (bei oder unter 25°C freier Lufttemperatur).

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die typische Leistung des Bauteils unter Standardtestbedingungen (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• Strahlungsintensität (I_e):0,2 mW/sr (Minimum), 0,5 mW/sr (Typisch). Dies misst die pro Raumwinkeleinheit emittierte optische Leistung.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):875 nm (Typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am stärksten ist.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):80 nm (Typisch). Dies gibt den Bereich der emittierten Wellenlängen an, typischerweise bei halber Spitzenintensität (FWHM) gemessen.
• Durchlassspannung (V_F):1,3 V (Typisch), 1,6 V (Maximal). Der Spannungsabfall über der LED bei einem Strom von 20mA.
• Sperrstrom (I_R):10 µA (Maximal). Der Leckstrom bei einer Sperrspannung von 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):145° (Typisch). Der volle Winkel, bei dem die Strahlungsintensität die Hälfte der Spitzenintensität (bei 0°) beträgt. Die Flachtop-Linse trägt zu diesem weiten Abstrahlwinkel bei.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Diese Kurven sind für Entwicklungsingenieure wesentlich, um die Leistung in realen Anwendungen vorherzusagen.

3.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Reduzierung (Derating) des maximal zulässigen Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur. Um thermische Schäden zu vermeiden, muss der Durchlassstrom bei Betrieb über 25°C reduziert werden. Die Verlustleistungsgrenze von 110mW ist ein kritischer Faktor in dieser Derating-Berechnung.

3.2 Spektrale Verteilung

Das Diagramm zeigt die relative optische Ausgangsleistung über das Wellenlängenspektrum. Es bestätigt die Spitzenemission bei etwa 875nm und die spektrale Bandbreite von ~80nm und unterstreicht die Übereinstimmung mit der Empfindlichkeit von Siliziumdetektoren (die bei etwa 800-900nm ihren Höhepunkt erreicht).

3.3 Relative Intensität vs. Durchlassstrom

Diese Darstellung veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Treiberstrom und der Lichtausgabe. Sie zeigt typischerweise einen sublinearen Verlauf, bei dem eine Erhöhung des Stroms abnehmende Zuwächse der Strahlungsintensität bringt, insbesondere wenn thermische Effekte signifikant werden. Dies beeinflusst Entscheidungen über den Treiberstrom für gewünschte Ausgangsleistung gegenüber Effizienz und Bauteillebensdauer.

3.4 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Die IV (Strom-Spannungs)-Kurve ist grundlegend für den Schaltungsentwurf. Sie zeigt die exponentielle Beziehung und ermöglicht es Entwicklern, den notwendigen Vorwiderstand für eine gegebene Versorgungsspannung zu berechnen, um den Zieltreiberstrom (z.B. 20mA) zu erreichen. Der typische V_F-Wert von 1,3V ist ein Schlüsselwert für diese Berechnungen.

3.5 Relative Strahlungsintensität vs. Winkelabweichung

Dieses Polardiagramm stellt das Abstrahlverhalten oder den Abstrahlwinkel visuell dar. Der 145° Abstrahlwinkel wird hier bestätigt und zeigt, wie die Intensität mit zunehmendem Winkel von der Mittelachse (0°) abnimmt. Dies ist entscheidend für die Ausrichtung der LED auf einen Detektor in Sensoranwendungen.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem sehr kompakten Oberflächenmontagegehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen sind eine Gehäusegröße von etwa 1,6mm x 1,2mm mit einer Gesamthöhe von 0,8mm. Die Anoden- und Kathoden-Pads befinden sich auf der Unterseite des Gehäuses. Detaillierte mechanische Zeichnungen im Datenblatt liefern alle kritischen Abmessungen mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Ein vorgeschlagenes Landmuster (Footprint) für das Leiterplattendesign wird als Referenz angegeben, Entwicklern wird jedoch empfohlen, dieses basierend auf ihrem spezifischen Bestückungsprozess und Zuverlässigkeitsanforderungen anzupassen.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse enthält einen Polaritätsindikator, typischerweise eine Kerbe oder eine Markierung an einem Ende, um die Anode von der Kathode zu unterscheiden. Die korrekte Ausrichtung ist für den Schaltungsbetrieb entscheidend.

4.3 Verpackung für die Bestückung

Die Bauteile werden auf Gurt und Rolle geliefert, um mit automatischen Pick-and-Place-Bestückungsgeräten kompatibel zu sein. Die Gurtbreite beträgt 8mm, aufgewickelt auf einer Standardrolle mit 7 Zoll Durchmesser. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Die Abmessungen des Trägergurts werden angegeben, um die Kompatibilität mit Zuführsystemen sicherzustellen.

5. Richtlinien für Lötung und Bestückung

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

5.1 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel sollte erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Vor dem Öffnen bei 10-30°C mit ≤90% r.F. lagern. Nach dem Öffnen beträgt die "Floor Life" 168 Stunden (7 Tage) bei Lagerung bei 10-30°C und ≤60% r.F. Nicht verwendete Teile müssen mit Trockenmittel neu verpackt werden. Wenn die Floor Life oder Haltbarkeit überschritten wird, ist vor der Verwendung ein Trocknen bei 60°C ±5°C für 96 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

5.2 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes bleifreies Reflow-Löttemperaturprofil wird bereitgestellt. Wichtige Parameter umfassen eine Aufwärmphase, eine definierte Aufheizrate, eine Spitzentemperatur von maximal 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (TAL), die für die verwendete Lotpaste geeignet ist. Reflow-Lötung sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden. Spannungen am LED-Gehäuse während der Erwärmung und Verzug der Leiterplatte nach dem Löten müssen vermieden werden.

5.3 Handlötung und Nacharbeit

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Lötspitzentemperatur sollte unter 350°C liegen und an jedem Anschluss nicht länger als 3 Sekunden angewendet werden. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W) wird empfohlen. Zwischen dem Löten der beiden Anschlüsse sollte ein Abkühlintervall von mindestens 2 Sekunden eingehalten werden. Nacharbeit an der bereits gelöteten LED wird stark abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und die Komponente ohne mechanische Belastung anzuheben. Die Auswirkung der Nacharbeit auf die Bauteileigenschaften muss vorab überprüft werden.

6. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

6.1 Primäre Anwendungsszenarien

• Leiterplattenmontierte Infrarotsensoren:Näherungserkennung, Objekterkennung, Linienverfolgung.
• Infrarot-Fernbedienungen:Geeignet für Designs, die eine höhere Ausgangsleistung für größere Reichweite benötigen.
• Scanner:Barcodeleser, Dokumentenscanner.
• Allgemeine Infrarotsysteme:Jede Anwendung, die eine kompakte, effiziente IR-Quelle in Kombination mit einem Siliziumdetektor erfordert.

6.2 Kritische Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Ein externer Vorwiderstand ist ZWINGEND ERFORDERLICH. Die exponentielle IV-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungserhöhung einen großen, zerstörerischen Stromanstieg verursachen kann. Der Widerstandswert wird mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.
• berechnet. Thermisches Management:Die Verlustleistungsgrenze von 110mW muss eingehalten werden. Berücksichtigen Sie die Kupferfläche auf der Leiterplatte (thermische Pads) zur Wärmeableitung, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen oder erhöhten Umgebungstemperaturen.
• Optische Ausrichtung:Der weite 145° Abstrahlwinkel vereinfacht die Ausrichtung, reduziert aber die Intensität an einem bestimmten Punkt. Für fokussierte Strahlen können externe Optiken erforderlich sein.
• Elektrischer Schutz:Die niedrige Sperrspannungsfestigkeit (5V) bedeutet, dass darauf geachtet werden muss, Sperrspannungsbedingungen zu vermeiden, die durch induktive Lasten oder fehlerhafte Leiterplattenlayouts verursacht werden könnten.

6.3 Vergleichs- und Auswahlfaktoren

Bei der Auswahl einer IR-LED sind folgende Schlüsselfaktoren zu unterscheiden:
Gehäusegröße/Höhe:Das 0,8mm Profil dieses Bauteils ist ein großer Vorteil für ultradünne Designs.
Abstrahlwinkel:Die Flachtop-Weitwinkellinse ist ideal für breite Abdeckung, während gewölbte Linsen fokussiertere Strahlen bieten.
Wellenlänge:Die 875nm Spitze ist ein Standardwert, der auf Silizium abgestimmt ist. Andere Wellenlängen (z.B. 940nm) bieten geringere Sichtbarkeit, können aber eine etwas geringere Detektorantwort haben.
Strahlungsintensität:Die typische Ausgangsleistung von 0,5mW/sr ist für viele mittelreichweitige Anwendungen geeignet. Bauteile mit höherer Ausgangsleistung sind verfügbar, können aber Kompromisse bei Größe oder Abstrahlwinkel erfordern.

7. Kennzeichnung und Bestellinformationen

Das Rollenetikett enthält wesentliche Informationen für die Rückverfolgbarkeit und Produktionskontrolle. Felder umfassen typischerweise: Kundenteilenummer (CPN), Herstellertyp (P/N), Losnummer (LOT No), Menge (QTY), Spitzenwellenlänge (H.E.), Leistungsklasse (CAT), Referenzcode (REF), Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL-X) und Herstellungsland (Made In). Die spezifische Teilenummer für dieses Bauteil ist SIR19-21C/TR8, wobei "TR8" die 8mm Gurt-auf-Rolle-Verpackung angibt.

8. Technische Prinzipien und Trends

8.1 Funktionsprinzip

Eine Infrarot-LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Im Durchlassbetrieb rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (dem GaAlAs-Chip) und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie des GaAlAs-Materials bestimmt die Photonenwellenlänge, was zu Infrarotlicht um 875nm führt. Die klare Epoxidharzlinse schützt den Chip und formt das emittierte Lichtmuster.

8.2 Branchentrends

Der Trend in der SMD-Optoelektronik geht weiterhin in Richtung Miniaturisierung, höherer Effizienz und größerer Integration. Die Nachfrage nach noch kleineren Gehäusegrundflächen und geringeren Höhen für dünnere Unterhaltungselektronik steigt. Fortschritte im Chipdesign und Verpackungsmaterialien zielen darauf ab, höhere Strahlungsintensität aus kleineren Bauteilen bei gleichbleibender oder verbesserter Zuverlässigkeit zu erzielen. Die Integration mit Treibern und Sensoren in Multi-Chip-Modulen (MCMs) oder System-in-Package (SiP)-Lösungen ist ebenfalls ein wachsendes Feld, das den Entwurf vereinfacht und Leiterplattenplatz spart.