SMD Infrarot-LED 0603 Gehäuse - 1,6x0,8x0,8mm - Spitzenwellenlänge 870nm - 65mA - 110mW - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochwertigen, winzigen oberflächenmontierbaren Infrarot (IR)-Emissionsdiode. Das Bauteil ist in einem kompakten 0603-Gehäuse untergebracht, was es für platzbeschränkte Anwendungen geeignet macht, die eine zuverlässige Infrarotemission erfordern. Seine Hauptfunktion ist die Abstrahlung von Licht im nahen Infrarotspektrum mit einer typischen Spitzenwellenlänge von 870 Nanometern (nm), die optimal auf die spektrale Empfindlichkeit von Silizium-Fotodioden und Fototransistoren abgestimmt ist. Das Kernmaterial ist AlGaAs (Aluminiumgalliumarsenid), das für seine effiziente Infrarotlicht-Erzeugung bekannt ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das Bauteil bietet mehrere Schlüsselvorteile für das moderne Elektronikdesign. Sein winziges doppelendiges SMD-Gehäuse ermöglicht eine hochdichte Leiterplattenbestückung und ist mit automatisierten Pick-and-Place-Montageprozessen kompatibel. Es ist für die Kompatibilität mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren ausgelegt und erleichtert so moderne Fertigungsabläufe. Das Produkt entspricht den wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsstandards, einschließlich RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe), EU REACH-Verordnungen und ist halogenfrei (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Diese Kombination aus geringer Größe, Leistung und Konformität macht es ideal für Unterhaltungselektronik, Industriesensoren und Kommunikationsgeräte.

Hauptanwendungen sind:

• Leiterplattenmontierte Infrarot-Näherungs- und Präsenzsensoren.
• Infrarot-Fernbedienungen, bei denen eine höhere Strahlungsstärke erforderlich ist.
• Barcodescanner und optische Encoder.
• Verschiedene Infrarot-basierte Datenübertragungs- und Erfassungssysteme.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Parameter ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und um sicherzustellen, dass die LED innerhalb ihres sicheren Arbeitsbereichs (SOA) betrieben wird.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F):65 mA. Das Überschreiten dieses Stroms, auch nur kurzzeitig, kann aufgrund von Überhitzung des Halbleiterübergangs zu katastrophalem Ausfall führen.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Die LED hat eine niedrige Sperrspannungsdurchbruchspannung. Schaltungsentwürfe müssen sicherstellen, dass die LED keiner Sperrvorspannung ausgesetzt wird, die diesen Wert überschreitet, was oft Schutzmaßnahmen in AC- oder bidirektionalen Signalumgebungen erfordert.
• Verlustleistung (P_c):110 mW bei 25°C. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann. Die tatsächlich zulässige Leistung nimmt mit steigender Umgebungstemperatur (T_a) ab. Für Hochtemperaturanwendungen ist eine Entlastung (Derating) erforderlich.
• Temperaturbereiche:Betrieb: -25°C bis +85°C; Lagerung: -40°C bis +100°C.
• Löttemperatur (T_sol):260°C für maximal 5 Sekunden. Dies definiert die Einschränkungen des Reflow-Lötprofils.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (T_a=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen. Konstrukteure sollten die typischen oder maximalen/minimalen Werte entsprechend ihren Designmargen verwenden.

• Strahlungsstärke (I_E):1,3 mW/sr (typisch) bei I_F=20mA. Die Strahlungsstärke misst die pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) abgestrahlte optische Leistung. Sie ist ein Schlüsselparameter zur Bestimmung der Signalstärke am Empfänger. Der spezifizierte Mindestwert beträgt 1,0 mW/sr.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):870 nm (typisch), mit einem Bereich von 860 nm bis 900 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum am stärksten ist. Die Abstimmung auf die maximale Empfindlichkeit des Empfängers (z.B. eines Silizium-Fotodetektors bei ~850-950nm) maximiert die Systemeffizienz.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):45 nm (typisch). Dies ist die volle Breite auf halber Höhe (FWHM) des Emissionsspektrums und gibt den Bereich der emittierten Wellenlängen an.
• Durchlassspannung (V_F):1,35 V (typisch) bei I_F=20mA, im Bereich von 1,20 V bis 1,70 V. Dieser Parameter ist wesentlich für die Berechnung des Vorwiderstandswerts: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Die Schwankung muss in robusten Designs berücksichtigt werden.
• Sperrstrom (I_R):10 µA (maximal) bei V_R=5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):140 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Ein weiter Abstrahlwinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine breite Abdeckung erfordern, wie z.B. Näherungssensoren.

3. Analyse der Leistungskennlinien

Die bereitgestellten Kennlinien bieten wertvolle Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen, was für den realen Anwendungsentwurf entscheidend ist.

3.1 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve veranschaulicht die Beziehung zwischen dem maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom und der Umgebungstemperatur. Sie zeigt die notwendige Entlastung (Derating) des Durchlassstroms bei steigender Temperatur, um innerhalb der Verlustleistungsgrenze zu bleiben. Bei Temperaturen nahe der maximalen Betriebstemperatur (+85°C) ist der zulässige Dauerstrom deutlich niedriger als der absolute Maximalwert von 65mA bei 25°C.

3.2 Spektrale Verteilung

Das Spektralverteilungsdiagramm zeigt die relative Strahlungsleistung als Funktion der Wellenlänge. Es bestätigt die Spitzenwellenlänge (λ_p) von 870nm und die typische spektrale Bandbreite (Δλ) von etwa 45nm. Die Form dieser Kurve ist wichtig für die Filterung und um die Kompatibilität mit der spektralen Empfindlichkeit des Empfängers sicherzustellen.

3.3 Spitzenemissionswellenlänge in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt, dass die Spitzenwellenlänge einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, was bedeutet, dass sie mit steigender Sperrschichttemperatur leicht zunimmt. Diese Verschiebung (typischerweise etwa 0,1-0,3 nm/°C für AlGaAs-Bauteile) ist wichtig für Präzisionserfassungsanwendungen, bei denen die Wellenlängenstabilität kritisch ist.

3.4 Durchlassspannung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Die Durchlassspannung (V_F) hat einen negativen Temperaturkoeffizienten; sie nimmt mit steigender Temperatur ab. Diese Eigenschaft muss in Konstantstrom-Treiberkreisen berücksichtigt werden, da ein niedrigerer V_Fbei hoher Temperatur die Verlustleistungsberechnung bei Verwendung eines einfachen Serienwiderstands leicht beeinflussen könnte.

3.5 Relative Strahlungsstärke in Abhängigkeit vom Winkel

Dieses Polardiagramm definiert visuell den Abstrahlwinkel (140° bei Halbwertspunkten). Das Abstrahlmuster ist für diesen Gehäusetyp typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch, was für die Modellierung der Bestrahlungsstärke auf einer Zielfläche unter verschiedenen Winkeln und Entfernungen nützlich ist.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen (0603)

Das Bauteil entspricht dem Standard-0603 (1608 metrisch) Footprint: etwa 1,6mm Länge, 0,8mm Breite und 0,8mm Höhe. Detaillierte Maßzeichnungen spezifizieren das Pad-Layout, die Bauteilkontur und die Anschlusslagen mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Ein korrektes Lötflächen-Design ist für zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität unerlässlich.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Das Datenblatt enthält ein Diagramm, das die Anode- und Kathodenanschlüsse anzeigt. Die korrekte Polarität ist für den Betrieb des Bauteils zwingend erforderlich. Typischerweise kann die Kathode durch eine Kerbe, einen grünen Indikator oder eine spezifische Pad-Form auf der Band- und Rollenverpackung gekennzeichnet sein.

4.3 Spezifikationen für Band und Rolle

Das Produkt wird in 8mm breiter, geprägter Trägerbandfolie auf 7-Zoll-Rollen geliefert. Die Abmessungen der Trägerbandfolie sind spezifiziert, um die Kompatibilität mit Standard-SMD-Montagegeräten sicherzustellen. Jede Rolle enthält 4000 Stück.

5. Richtlinien für Lötung und Montage

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

5.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL). Vorsichtsmaßnahmen umfassen:

• Die feuchtigkeitsdichte Sperrbeutelverpackung erst unmittelbar vor Gebrauch öffnen.
• Ungeöffnete Beutel bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit lagern.
• Innerhalb eines Jahres nach Versand verwenden.
• Nach dem Öffnen bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit lagern.
• Innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen des Beutels verwenden.
• Wenn die Lagerzeit überschritten wird oder der Trockenmittel-Indikator Feuchtigkeitseintritt anzeigt, das Bauteil vor der Verwendung mindestens 24 Stunden bei 60 ±5°C trocknen (backen).

5.2 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Lötprofil wird empfohlen. Zu den wichtigsten Parametern gehört eine Spitzentemperatur von 260°C, wobei die Zeit über 240°C die empfohlene Grenze (impliziert durch die maximale Zeit von 5 Sekunden bei 260°C) nicht überschreiten sollte. Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden, um übermäßige thermische Belastung des Epoxidgehäuses und der Bonddrähte zu vermeiden.

5.3 Handlötung und Nacharbeit

Falls Handlötung erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C und wenden Sie die Hitze an jedem Anschluss für nicht mehr als 3 Sekunden an. Verwenden Sie einen Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W). Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses eine Abkühlpause von mehr als 2 Sekunden. Für Nacharbeiten wird ein Doppelspitzen-Lötkolben empfohlen, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Spannungen zu vermeiden. Die Machbarkeit und Auswirkung von Nacharbeiten auf die Bauteileigenschaften sollte vorab überprüft werden.

6. Anwendungsdesign-Überlegungen

6.1 Strombegrenzung ist zwingend erforderlich

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil.Ein serieller strombegrenzender Widerstand ist unbedingt erforderlich.Die Durchlassspannung (V_F) hat einen engen Bereich, und eine kleine Erhöhung der angelegten Spannung über V_Fhinaus verursacht einen großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Durchlassstroms (I_F). Der Widerstandswert wird basierend auf der Versorgungsspannung (V_versorgung), dem gewünschten Durchlassstrom (I_F) und der Durchlassspannung (V_F) berechnet, wobei der ungünstigste V_F-Wert (Minimum) verwendet wird, um sicherzustellen, dass der Strom den maximalen Designwert nicht überschreitet.

6.2 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 110mW) Wärme. Für Dauerbetrieb bei hohen Strömen oder in erhöhter Umgebungstemperatur ist der Wärmewiderstand der Leiterplatte zu berücksichtigen. Eine ausreichende Kupferfläche (thermische Entlastungspads) um die Lötpads herum hilft, Wärme abzuleiten und eine niedrigere Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten, was die Langzeitzuverlässigkeit verbessert und eine Verschlechterung der Lichtleistung verhindert.

6.3 Optisches Design

Der 140-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Abstrahlung. Für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Strahl benötigen, können externe Linsen oder Reflektoren verwendet werden. Umgekehrt kann der native Winkel für eine sehr großflächige Abdeckung ausreichend sein. Die wasserklare Linse ist für Anwendungen geeignet, bei denen der genaue Emissionspunkt nicht kritisch ist; wenn eine spezifische Farbe oder Diffusion für die Montageausrichtung benötigt wird, muss dies berücksichtigt werden, da die Linse dies nicht bietet.

6.4 Schaltungsschutz

In Umgebungen, in denen Sperrspannungstransienten möglich sind (z.B. induktive Lasten, Hot-Plugging), sollte die Hinzufügung einer Schutzdiode parallel zur LED (Kathode an Anode) in Betracht gezogen werden, um jegliche Sperrspannung unterhalb der maximalen Nennspannung von 5V zu begrenzen.

7. Vergleich und Auswahlhilfe

Dieses Bauteil gehört zu einer Familie von IR-LEDs. Das Hauptauswahlkriterium aus der bereitgestellten Anleitung ist das Chipmaterial (AlGaAs) und die Linsenfarbe (Wasserklar). Bei der Auswahl einer IR-LED müssen Ingenieure folgende Schlüsselparameter vergleichen:

• Wellenlänge (λ_p):Abstimmung auf die maximale Empfindlichkeit des Empfängers (Fotodiode, Fototransistor oder IC). 870nm ist ein gängiger Standard.
• Strahlungsstärke (I_E):Eine höhere Intensität liefert ein stärkeres Signal, was eine größere Reichweite oder einen niedrigeren Treiberstrom ermöglicht.
• Abstrahlwinkel:Ein enger Winkel bietet größere Reichweite und stärker fokussiertes Licht; ein weiter Winkel bietet breitere Abdeckung.
• Gehäusegröße:Das 0603-Gehäuse bietet einen sehr kleinen Platzbedarf für miniaturisierte Designs.
• Durchlassspannung:Ein niedrigerer V_F-Wert kann in batteriebetriebenen Niederspannungsschaltungen vorteilhaft sein.

Das Hauptunterscheidungsmerkmal dieses spezifischen Bauteils ist die Kombination aus einem standardmäßigen 0603-Footprint mit einer relativ hohen Strahlungsstärke und einem weiten Abstrahlwinkel, was es für universelle IR-Erfassungs- und Kommunikationsanwendungen geeignet macht.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

8.1 Welchen Zweck hat die 870nm Wellenlänge?

870nm liegt im nahen Infrarotspektrum und ist für das menschliche Auge unsichtbar. Sie wird effizient von kostengünstigen und gängigen siliziumbasierten Fotodetektoren erfasst, die ihre maximale Empfindlichkeit bei etwa 800-950nm haben. Dies macht sie ideal für Erfassungs-, Fernbedienungs- und Optokoppler-Anwendungen.

8.2 Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

No.Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Zum Beispiel, um bei I_F=20mA aus einer 3,3V-Versorgung zu betreiben, unter Annahme eines typischen V_Fvon 1,35V: R = (3,3V - 1,35V) / 0,020A = 97,5Ω. Verwenden Sie einen Standard-100Ω-Widerstand. Überprüfen Sie stets, dass der Strom im ungünstigsten V_F conditions.

-Fall den Maximalwert nicht überschreitet.

8.3 Wie beeinflusst die Temperatur die Leistung?

Mit steigender Temperatur: Die Strahlungsleistung nimmt typischerweise ab, die Durchlassspannung sinkt und die Spitzenwellenlänge nimmt leicht zu. Für einen stabilen Betrieb sollte die Treiberschaltung diese Schwankungen berücksichtigen, insbesondere wenn über den gesamten Bereich von -25°C bis +85°C gearbeitet wird.

8.4 Ist ein Kühlkörper erforderlich?_FFür Dauerbetrieb mit dem absoluten Maximalstrom (65mA) bei Raumtemperatur beträgt die Verlustleistung P = V_F* I

≈ 1,35V * 0,065A ≈ 88mW, was unter der Nennleistung von 110mW liegt. Bei hohen Umgebungstemperaturen ist jedoch eine Entlastung (Derating) erforderlich. Ein gutes Leiterplatten-Wärmedesign (Kupferpads) reicht normalerweise aus; ein separater Kühlkörper ist für 0603-Gehäuse nicht typisch.

9. Praktisches Anwendungsbeispiel: Einfacher IR-Näherungssensor

1. Ein häufiger Anwendungsfall ist ein reflektierender Objektsensor. Die IR-LED wird neben einem Fototransistor platziert. Ein Mikrocontroller pulst die LED (z.B. mit 20mA). Das Licht wird von einem nahen Objekt reflektiert und vom Fototransistor erfasst, dessen Ausgang vom Mikrocontroller gelesen wird. Entwurfsschritte:LED-Ansteuerung:
2. Verwenden Sie einen GPIO-Pin und einen NPN-Transistor (oder einen MOSFET) mit einem Serienwiderstand, um die LED mit dem gewünschten Strom zu pulsen. Das Pulsieren ermöglicht einen höheren Momentanstrom (für stärkeres Signal) bei niedriger Durchschnittsleistung.Empfängerschaltung:
3. Der Fototransistor ist in einer Emitterschaltung mit einem Pull-up-Widerstand geschaltet, um eine Spannungsausgabe zu erzeugen. Der Wert des Kollektorwiderstands bestimmt Empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit.Optische Überlegungen:
4. Eine kleine Barriere zwischen LED und Fototransistor auf der Leiterplatte hilft, direkte Übersprecheffekte zu reduzieren. Der weite 140°-Abstrahlwinkel der LED hilft, einen breiten Bereich vor dem Sensor auszuleuchten.Signalverarbeitung:

Der Mikrocontroller kann synchrone Detektion verwenden (nur Lesen des Empfängers während des LED-Pulses), um Umgebungslichtstörungen zu unterdrücken.

10. Funktionsprinzip und Technologietrends

10.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Eine Infrarot-LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Bei Durchlassvorspannung rekombinieren Elektronen aus dem n-Gebiet mit Löchern aus dem p-Gebiet im aktiven Bereich (aus AlGaAs). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Bandlückenenergie des AlGaAs-Materials bestimmt die Wellenlänge der emittierten Photonen, die in diesem Fall im 870nm-Infrarotbereich liegt. Das wasserklare Epoxidgehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und wirkt als Linse, die das Abstrahlmuster formt.

10.2 Branchentrends