HIR-S06-P120/L649-P03/TR Infrarot-LED Datenblatt - 850nm - 3,45V - 1A - 890mW - SMD-Gehäuse

1. Produktübersicht

Die HIR-S06-P120/L649-P03/TR ist eine Hochleistungs-Infrarot-LED (IR-LED), die für Anwendungen konzipiert ist, die eine starke, effiziente Infrarotbeleuchtung erfordern. Es handelt sich um ein oberflächenmontierbares Bauteil (SMD) in einem kompakten, flachdeckeligen Gehäuse mit einer wasserklaren Epoxidlinse. Die Hauptfunktion dieser Komponente ist die Emission von Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge von 850 Nanometern (nm), die optimal auf die spektrale Empfindlichkeit von siliziumbasierten Fotodetektoren wie Fotodioden und Fototransistoren abgestimmt ist. Ihre Kernvorteile umfassen eine hohe Strahlungsleistung bei kompakter Bauform, die Einhaltung von Umweltvorschriften (RoHS, REACH, halogenfrei) und die Eignung für automatisierte Bestückungsprozesse.

1.1 Hauptmerkmale und Anwendungen

Das Bauteil zeichnet sich durch seine hohe Effizienz und kleine Bauform aus. Zu den Hauptmerkmalen gehören eine Spitzenwellenlänge (λp) von 850 nm, die Eignung für die Oberflächenmontagetechnik (SMT) sowie die Konformität mit bleifreien, EU-REACH- und halogenfreien Standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Es bietet außerdem eine elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD) von 2kV. Die primären Zielmärkte und Anwendungen sind Systeme, die unsichtbare Beleuchtung für Bildgebung oder Erfassung benötigen. Die häufigste Anwendung ist als Infrarotlichtquelle für CCD-Kameras, wo sie die notwendige Ausleuchtung für Nachtsicht- oder Schwachlichtaufnahmen bereitstellt. Sie eignet sich auch für verschiedene andere Infrarotsysteme, wie Sicherheitssysteme, Maschinelles Sehen, Annäherungssensoren und optische Schalter.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte dürfen im Betrieb niemals überschritten werden. Für die HIR-S06-P120/L649-P03/TR sind die wichtigsten Grenzwerte:

• Dauer-Durchlassstrom (IF):1000 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich durch die LED fließen darf.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +100°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Sperrschichttemperatur (Tj):115°C. Die maximal zulässige Temperatur an der Halbleitersperrschicht selbst.
• Verlustleistung (Pd):3 W bei IF=700mA. Dies gibt die maximale Leistung an, die das Gehäuse unter einer spezifischen Testbedingung als Wärme abführen kann. Das Datenblatt empfiehlt ausdrücklich, für dieses Bauteil einen Kühlkörper zu verwenden, um die thermische Belastung effektiv zu managen und ein Überschreiten der Sperrschichttemperaturgrenze zu verhindern.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter, gemessen bei einer Standard-Umgebungstemperatur von 25°C, definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen. Die Werte werden typischerweise als Minimum, Typisch und Maximum angegeben.

• Gesamte Strahlungsleistung (Po):Dies ist die gesamte von der LED in alle Richtungen emittierte optische Leistung, gemessen in Milliwatt (mW). Der typische Wert steigt mit dem Treiberstrom: 340 mW bei 350 mA, 650 mW bei 700 mA und 890 mW bei 1 A. Dies demonstriert die Hochleistungsfähigkeit des Bauteils.
• Strahlstärke (Ie):Gemessen in mW/sr (Milliwatt pro Steradiant), ist dies die optische Leistung pro Raumwinkeleinheit. Sie ist ein Maß für die Helligkeit der LED in einer bestimmten Richtung. Typische Werte sind 115 mW/sr (350 mA), 220 mW/sr (700 mA) und 290 mW/sr (1 A).
• Spitzenwellenlänge (λp):850 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung ihr Maximum erreicht. 850nm ist eine gängige Wellenlänge für IR-Beleuchtung, da sie für das menschliche Auge unsichtbar ist, aber von Siliziumsensoren und vielen Kamerasensoren gut erfasst wird.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):25 nm (typisch). Dies definiert den Bereich der emittierten Wellenlängen, typischerweise gemessen bei halber Maximalleistung (Halbwertsbreite - FWHM). Eine Bandbreite von 25nm deutet auf eine relativ schmale spektrale Ausgabe um 850nm herum hin.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED, wenn Strom fließt. Sie steigt mit dem Strom: 3,10 V (350 mA), 3,25 V (700 mA), 3,45 V (1 A). Dies ist entscheidend für den Entwurf der Treiberschaltung.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn das Bauteil innerhalb seiner maximalen Nennwerte in Sperrrichtung betrieben wird.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, in dem die Strahlstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Ein Winkel von 120 Grad zeigt ein sehr breites Strahlprofil an, das für die Beleuchtung großer Flächen geeignet ist.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Leistungskurven, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind.

3.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve)

Dieses Diagramm (Abb.1) zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom (IF) und der daran anliegenden Spannung (VF). Sie ist nichtlinear. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, die Betriebsspannung für einen gegebenen Treiberstrom zu bestimmen, was für die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder den Entwurf eines Konstantstromtreibers entscheidend ist. Die Spannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. sie nimmt leicht ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt.

3.2 Durchlassstrom vs. Strahlstärke / Gesamtleistung

Diese Diagramme (Abb.2 & Abb.3) stellen die optische Ausgangsleistung (entweder Strahlstärke oder Gesamtleistung) gegen den Durchlassstrom dar. Sie zeigen typischerweise eine sublineare Beziehung; die optische Ausgangsleistung steigt mit dem Strom, aber der Wirkungsgrad (Ausgang pro Eingangswatt) kann bei sehr hohen Strömen aufgrund zunehmender thermischer Effekte und des Droop-Effekts abnehmen. Die Analyse dieser Kurven hilft bei der Auswahl eines optimalen Betriebspunkts, der Ausgangsleistung mit Effizienz und Bauteillebensdauer in Einklang bringt.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung

Das Bauteil wird in einem SMD-Gehäuse geliefert. Die Maßzeichnungen geben die genauen Längen-, Breiten-, Höhenmaße, Anschlussabstände und die Linsengeometrie an. Wichtige Hinweise aus dem Datenblatt: Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit Standardtoleranzen von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Ein kritischer Handhabungshinweis wird gegeben:Das Bauteil nicht an der Linse anfassen.Das Ausüben von Kraft auf die Linse kann zu einem mechanischen Versagen des Gehäuses führen.

4.2 Polaritätskennzeichnung und Bestückungsfläche

Die Gehäusezeichnung zeigt deutlich die Kathoden- und Anodenanschlüsse. Die korrekte Polarität muss beim Leiterplattenlayout und der Bestückung beachtet werden. Das empfohlene Lötpad-Layout (Land Pattern) wird typischerweise aus den Gehäuseabmessungen abgeleitet, um eine zuverlässige Lötung und mechanische Festigkeit zu gewährleisten.

5. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Als SMD-Bauteil ist es für Reflow-Lötprozesse vorgesehen. Obwohl spezifische Reflow-Profilparameter (Vorwärmen, Halten, Reflow-Spitzentemperatur, Zeit oberhalb der Liquidustemperatur) in diesem Auszug nicht detailliert sind, folgen sie im Allgemeinen Standardprofilen für ähnliche kunststoffgekapselte Komponenten, typischerweise mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C. Die bleifreie und halogenfreie Konformität zeigt die Eignung für moderne, umweltfreundliche Fertigungsprozesse. Die Lagerempfehlung entspricht dem Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +100°C), und die Bauteile sollten bis zur Verwendung in ihrer feuchtigkeitsbeständigen Verpackung aufbewahrt werden.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Rolle und Band-Spezifikationen

Das Bauteil wird auf Trägerband in Rollen für die automatisierte Pick-and-Place-Bestückung geliefert. Die Abmessungen des Trägerbands sind angegeben. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Abwickelrichtung ist ebenfalls in der Zeichnung angegeben, um eine korrekte Maschineneinrichtung zu gewährleisten.

6.2 Feuchtigkeitsbeständige Verpackung

Die Komponenten werden in aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeuteln mit Trockenmittel zur Kontrolle der Luftfeuchtigkeit versandt. Der Beutel enthält ein Etikett mit wichtigen Informationen. Während die spezifischen Etikettenfelder (wie CPN, P/N, QTY, CAT, HUE, REF, LOT No.) aufgeführt sind, stellt das Datenblatt fest, dass die Artikelnummer HIR-S06-P120/L649-P03/TR in diesem Dokument kein detailliertes Binning-System für Strahlstärke, Wellenlänge oder Spannung zu verwenden scheint, da alle typischen Werte ohne Rangcodes aufgeführt sind. Das Produkt wird durch seine vollständige Artikelnummer identifiziert.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Die Hauptanwendung ist die Beleuchtung für CCD/CMOS-Kameras bei schwachem Licht oder ohne Licht, was Nachtsichtfunktionalität in Überwachungskameras, Fahrzeugsystemen und Verbrauchergeräten ermöglicht. Weitere Anwendungen umfassen aktive Infrarotbeleuchtung für Annäherungs- und Präsenzerkennung, optische Encoder, Datenübertragung über kurze Strecken (ähnlich IrDA) sowie Objektzählung oder -sortierung in der Industrieautomation.

7.2 Kritische Designüberlegungen

• Thermisches Management:Dies ist für eine Hochleistungs-LED von größter Bedeutung. Das Datenblatt empfiehlt ausdrücklich die Verwendung eines Kühlkörpers. Das Leiterplattenlayout sollte ausreichende Wärmeleitungen und Kupferflächen enthalten, die mit dem thermischen Pad (falls vorhanden) oder den Anschlüssen der LED verbunden sind, um Wärme von der Sperrschicht abzuleiten. Das Überschreiten von Tj=115°C wird die Lebensdauer drastisch verkürzen und kann zu sofortigem Ausfall führen.
• Treiberschaltung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein Konstantstromtreiber wird dringend empfohlen, um eine stabile optische Ausgangsleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber muss in der Lage sein, bis zu 1A zu liefern, wobei die Durchlassspannungsanforderungen zu beachten sind. Ein Schutz gegen Sperrspannung sollte in Betracht gezogen werden.
• Optisches Design:Der breite Abstrahlwinkel von 120 Grad bietet eine große Abdeckung. Für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Strahl benötigen, können Sekundäroptiken (Linsen) verwendet werden. Die wasserklare Linse ist für die 850nm-Wellenlänge geeignet.
• ESD-Schutz:Obwohl für 2kV ESD ausgelegt, sollten während der Montage und Integration die üblichen ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen befolgt werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Niedrigleistungs-IR-LEDs ist das Hauptunterscheidungsmerkmal der HIR-S06-P120/L649-P03/TR ihre hohe Strahlungsleistung (bis zu 890mW) aus einem SMD-Gehäuse. Dies ermöglicht eine hellere Beleuchtung oder die Fähigkeit, größere Flächen auszuleuchten oder größere Reichweiten zu erzielen. Die 850nm-Wellenlänge ist ein gängiger Standard, der einen guten Kompromiss zwischen der Empfindlichkeit von Siliziumsensoren und relativer Unsichtbarkeit bietet. Im Vergleich zu 940nm-LEDs erzeugt 850nm bei sehr hoher Leistung oft ein schwaches rotes Glimmen, kann aber mit vielen siliziumbasierten Sensoren eine höhere Leistung bieten. Der breite Abstrahlwinkel ist ein Vorteil für die Flächenbeleuchtung, aber ein potenzieller Nachteil, wenn ein schmaler Strahl erforderlich ist, wo ein Bauteil mit einem engeren Abstrahlwinkel oder Sekundäroptiken besser geeignet wäre.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einer 5V-Versorgung nur mit einem Widerstand betreiben?

A: Möglich, aber eine sorgfältige Berechnung ist erforderlich. Bei 1A und Vf=3,45V wäre ein Vorwiderstand (5V - 3,45V)/1A = 1,55 Ohm, der 1,55W verbraucht. Dies ist ineffizient und erzeugt erhebliche Wärme im Widerstand. Ein Konstantstromtreiber wird für Leistung und Zuverlässigkeit dringend empfohlen.

F: Warum wird ein Kühlkörper empfohlen, obwohl die Betriebstemperatur bis zu 100°C beträgt?

A: Der 100°C-Wert gilt für die Umgebungslufttemperatur (Ta). Die kritische Grenze ist die Sperrschichttemperatur (Tj) von 115°C. Die Verlustleistung (bis zu ~3,45W bei 1A) erwärmt die Sperrschicht über die Umgebungstemperatur hinaus. Ein Kühlkörper verringert den Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebungsluft und hält Tj bei hoher Leistung und/oder hoher Ta innerhalb der Grenzwerte.

F: Ist diese LED für den kontinuierlichen 24/7-Betrieb geeignet?

A: Ja, vorausgesetzt, die absoluten Maximalwerte werden nicht überschritten und ein angemessenes thermisches Management ist implementiert. Der Betrieb bei oder unterhalb des typischen 700mA-Zustands mit einem guten Kühlkörper wäre ein konservativer und zuverlässiger Designpunkt für den Dauerbetrieb.

F: Was ist die typische Lebensdauer dieses Bauteils?

A: Die Lebensdauer (oft definiert als der Punkt, an dem die Lichtausbeute auf 70% des Anfangswerts abfällt) hängt stark von den Betriebsbedingungen ab, hauptsächlich der Sperrschichttemperatur. Bei Betrieb innerhalb der Spezifikationen mit ausreichender Kühlung sind für solche LEDs Lebensdauern von Zehntausenden Stunden typisch.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Designfall: Nachtsicht-Überwachungskameramodul

Ein Entwickler erstellt ein kompaktes Überwachungskameramodul für den Außeneinsatz. Das Modul enthält einen CCD-Sensor und benötigt IR-Beleuchtung für den Nachtbetrieb. Die HIR-S06-P120/L649-P03/TR wird aufgrund ihrer hohen Ausgangsleistung und des SMD-Gehäuses ausgewählt. Vier LEDs sind symmetrisch um das Kameraobjektiv auf der Leiterplatte angeordnet. Ein dedizierter Konstantstromtreiber-IC liefert 700mA an jede LED. Die Leiterplatte ist mit großen Kupferflächen gestaltet, die über mehrere Wärmeleitungen mit den LED-Pads verbunden sind, und das gesamte Kameragehäuse dient als Kühlkörper. Der breite 120-Grad-Strahl jeder LED überlappt sich, um ein gleichmäßiges, großflächiges Beleuchtungsfeld zu schaffen, das für das Sichtfeld der Kamera geeignet ist. Die 850nm-Wellenlänge gewährleistet eine gute Sensorantwort, während sie weitgehend unsichtbar bleibt.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Typ-Material und Löcher aus dem p-Typ-Material in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie freigesetzt. In einer Standard-LED wird diese Energie als Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Die HIR-S06-P120/L649-P03/TR verwendet einen Gallium-Aluminium-Arsenid-Chip (GaAlAs), der eine Bandlücke aufweist, die Infrarotlicht bei etwa 850nm entspricht. Die wasserklare Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das emittierte Licht in den spezifizierten Abstrahlwinkel.

12. Technologietrends und Kontext

Hochleistungs-Infrarot-LEDs sind eine ausgereifte, aber sich weiterentwickelnde Technologie. Trends umfassen eine steigende Wandsteckdosen-Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt), was die thermische Belastung reduziert. Es gibt auch einen Trend zu höheren Leistungsdichten in kleineren Gehäusen, was noch größeren Wert auf fortschrittliche thermische Managementlösungen wie integrierte Heat Slugs oder Flip-Chip-Designs legt. Die Nachfrage wird durch das Wachstum in Märkten wie Automobil (LiDAR, Fahrerüberwachung), Sicherheit und Maschinelles Sehen getrieben. Während 850nm aufgrund der Sensor-Kompatibilität eine dominante Wellenlänge bleibt, gibt es auch einen signifikanten Einsatz von 940nm für Anwendungen, die vollständige Unsichtbarkeit erfordern (kein rotes Glimmen). Die Integration von IR-LEDs mit Treibern und Sensoren zu kompletten Modulen ist ein weiterer anhaltender Trend, der den Entwurf für Endanwender vereinfacht.