LTE-S9511TS-R IR-Emitter Datenblatt - 940nm Wellenlänge - 18° Abstrahlwinkel - 1,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTE-S9511TS-R ist ein diskreter Infrarot-Emitter, der für Anwendungen konzipiert ist, die zuverlässige und effiziente Infrarotlichtquellen erfordern. Er nutzt Galliumarsenid (GaAs)-Technologie, um Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 940nm zu emittieren, was ideal ist, um sichtbare Lichtinterferenzen zu minimieren. Das Bauteil verfügt über ein Seitenblick-Gehäuse mit einer wasserklaren Linse, die einen fokussierten Halbwertswinkel von 18 Grad bietet. Dies macht es geeignet für Anwendungen, bei denen gerichtete Infrarotsignalisierung erforderlich ist. Das Produkt entspricht den RoHS- und Green-Product-Standards, ist für automatisierte Bestückungsprozesse verpackt und mit Infrarot-Reflow-Lötverfahren kompatibel.

1.1 Kernmerkmale und Zielmarkt

Die primären Merkmale dieses IR-Emitters umfassen seine hohe Strahlungsintensität, das kompakte EIA-Standardgehäuse und seine Eignung für die automatisierte Leiterplattenbestückung. Seine Kernvorteile sind die spezifische 940nm-Wellenlänge, die aufgrund ihrer geringen Sichtbarkeit und guten Silizium-Fotodetektorantwort häufig in Fernbedienungen der Unterhaltungselektronik verwendet wird, sowie seine Seitenblick-Konfiguration, die eine horizontale Abstrahlung auf einer Leiterplatte ermöglicht. Die Zielmärkte sind primär Unterhaltungselektronik, Industrieautomatisierung und Sicherheitssysteme. Wichtige Anwendungen sind als Infrarot-Emitter in Fernbedienungen und als leiterplattenmontierte Sensorkomponente in verschiedenen Detektions- und Datenübertragungssystemen.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Die maximale Verlustleistung beträgt 140 mW bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C. Es kann einen Spitzen-Durchlassstrom von 1 Ampere unter gepulsten Bedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10μs Pulsbreite) verkraften, während der maximale kontinuierliche DC-Durchlassstrom 70 mA beträgt. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5 Volt aus. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C und der Lagertemperaturbereich von -55°C bis +100°C. Die maximale Temperatur für das Infrarot-Reflow-Löten beträgt 260°C für 10 Sekunden.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei TA=25°C. Die Strahlungsintensität (I_E) beträgt typisch 24 mW/sr bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA, mit einer Messtoleranz von ±15%. Die Spitzenemissionswellenlänge (λ_Peak) beträgt 940nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ), die die Streuung der emittierten Wellenlängen darstellt, beträgt 50nm. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typisch 1,3V, maximal 1,6V bei I_F=20mA. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2), bei dem die Intensität auf die Hälfte des Achswerts abfällt, beträgt 18 Grad.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für Entwicklungsingenieure entscheidend sind. Die Spektralverteilungskurve (Abb.1) zeigt die relative Strahlungsintensität über die Wellenlängen, zentriert bei 940nm. Die Kurve Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb.2) veranschaulicht, wie der maximal zulässige Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt, was für das thermische Management kritisch ist. Die Kurve Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb.3) zeigt die IV-Charakteristik der Diode. Die Kurve Relative Strahlungsintensität vs. Umgebungstemperatur (Abb.4) zeigt, wie die optische Ausgangsleistung mit steigender Temperatur abnimmt. Die Kurve Relative Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom (Abb.5) zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Treiberstrom und Lichtausgang. Schließlich stellt das Strahlungsdiagramm (Abb.6) den 18-Grad-Abstrahlwinkel visuell in einem Polardiagramm dar.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Umriss- und Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standardgehäuse. Die Umrisszeichnung liefert kritische Abmessungen für das Leiterplatten-Layout und die mechanische Integration. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,15mm, sofern nicht anders angegeben. Die Seitenblick-Ausrichtung ist klar gekennzeichnet.

4.2 Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow- oder Wellenlötens zu gewährleisten. Die Abmessungen sind für das Gehäuse optimiert und helfen, "Tombstoning" oder schlechte Benetzung zu verhindern. Für den Lotpastenauftrag wird eine Metallschablonenstärke von 0,12mm (5 mils) empfohlen.

4.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Das Bauteil wird auf 8mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Spulen geliefert, die mit Standard-Automatikbestückungsgeräten kompatibel sind. Jede Spule enthält 1500 Stück. Die Verpackungsspezifikationen, einschließlich Taschenabmessungen, Bandbreite und Spulennabengröße, folgen den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Standards. Das Band ist mit einem Deckband versiegelt, um die Bauteile vor Feuchtigkeit und Verunreinigung zu schützen.

5. Bestückungs- und Handhabungsrichtlinien

5.1 Lötprozess

Das Bauteil ist mit Infrarot-Reflow-Lötverfahren kompatibel, insbesondere für bleifreie (Pb-free) Lote. Ein detaillierter Reflow-Profilvorschlag wird bereitgestellt, der eine Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden betont. Das Profil umfasst Vorwärmphasen, um thermischen Schock zu minimieren. Für manuelles Löten wird eine Lötkolbentemperatur unter 300°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss empfohlen. Die Richtlinien betonen, dass das endgültige Profil für das spezifische Leiterplattendesign, die Komponenten und die verwendete Lotpaste charakterisiert werden sollte.

5.2 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die Komponente hat einen Feuchtigkeitsempfindlichkeitsgrad (MSL) von 3. Wenn die originale feuchtigkeitsdichte Beutel mit Trockenmittel ungeöffnet ist, sollte sie bei ≤30°C und ≤90% r.F. gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald der Beutel geöffnet ist, sollten die Komponenten bei ≤30°C und ≤60% r.F. gelagert werden. Wenn sie länger als eine Woche (168 Stunden) Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren, ist vor dem Löten ein Ausheizen bei 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um "Popcorn"-Risse während des Reflow-Lötens zu verhindern.

5.3 Reinigung und Ansteuerungsmethode

Wenn nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Das Dokument betont, dass LEDs strombetriebene Bauteile sind. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs zu gewährleisten, sollte ein individueller strombegrenzender Widerstand in Reihe zu jeder LED geschaltet werden. Dies kompensiert geringfügige Unterschiede in der Durchlassspannung (V_F) zwischen einzelnen Bauteilen.

6. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist als Infrarot-Emitter in Fernbedienungen der Unterhaltungselektronik für Fernseher, Audiosysteme und Set-Top-Boxen. Seine 940nm-Wellenlänge ist für das menschliche Auge nahezu unsichtbar, was die wahrgenommene Lichtverschmutzung reduziert. Er eignet sich auch für Kurzstrecken-Infrarot-Datenübertragungsstrecken, Sensoren für Sicherheitssysteme (z.B. Lichtschranken) und Industrieautomatisierung, wo berührungslose Signalisierung benötigt wird. Das Seitenblick-Gehäuse ist vorteilhaft, wenn der IR-Strahl parallel zur Leiterplattenoberfläche abgestrahlt werden muss, z.B. bei Kantenerkennungsanwendungen oder in schlanken Geräten.

6.2 Designüberlegungen

Entwickler müssen Folgendes berücksichtigen:Thermisches Management:Die Reduzierung des maximalen Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur (Abb.2) muss eingehalten werden, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.Stromansteuerung:Eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle mit einem Reihenwiderstand ist zwingend erforderlich. Die Ansteuerung mit einer einfachen Spannungsquelle führt zu thermischem Durchgehen und Ausfall.Optische Ausrichtung:Der enge 18°-Abstrahlwinkel erfordert eine präzise Ausrichtung mit dem empfangenden Fotodetektor oder dem beabsichtigten Übertragungsweg.Leiterplatten-Layout:Befolgen Sie die empfohlenen Lötpad-Abmessungen, um eine ordnungsgemäße mechanische Stabilität und Lötstellenzuverlässigkeit sicherzustellen.

6.3 Vergleich und Auswahl

Im Vergleich zu Standard-5mm- oder 3mm-runden IR-LEDs spart dieses Seitenblick-SMD-Gehäuse vertikalen Platz. Im Vergleich zu Emittern mit breiterem Winkel bietet sein schmaler Strahl eine höhere Intensität auf der Achse, was für größere Reichweiten oder geringeren Stromverbrauch vorteilhaft ist. Die 940nm-Wellenlänge bietet im Vergleich zur häufigeren 850nm-Wellenlänge weniger sichtbares rotes Glimmen, was in Verbraucheranwendungen erwünscht ist. Entwickler sollten diese Komponente auswählen, wenn das Design eine oberflächenmontierte, seitlich abstrahlende IR-Quelle mit fokussiertem Strahl für Fernbedienungen oder Näherungssensorik erfordert.

7. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (λ_Peak) und dominanter Wellenlänge (λ_d)?

A: Die Spitzenwellenlänge ist die Wellenlänge, bei der die emittierte optische Leistung maximal ist (940nm für dieses Bauteil). Die dominante Wellenlänge leitet sich aus der Farbwahrnehmung ab und ist für monochromatische IR-Bauteile weniger relevant; sie ist für sichtbare LEDs kritischer.

F: Kann ich diese LED direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Ein Mikrocontroller-Pin kann typischerweise nicht sicher oder konstant 20mA liefern. Sie müssen einen durch den Mikrocontroller gesteuerten Transistorschalter (z.B. NPN oder MOSFET) verwenden, um den LED-Strom zu handhaben, und immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand einfügen.

F: Warum sind die Lagerbedingungen nach dem Öffnen der Beutel so streng?

A: Die Kunststoffverpackung absorbiert Feuchtigkeit. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und innere Delamination oder "Popcorning" verursachen, was die Komponente reißt und zerstört. Der Ausheizprozess entfernt diese absorbierte Feuchtigkeit.

F: Wie berechne ich den Wert des Reihenwiderstands?

A: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Zum Beispiel mit einer 5V-Versorgung, einer typischen V_Fvon 1,3V und einem gewünschten I_Fvon 20mA: R = (5 - 1,3) / 0,02 = 185 Ohm. Verwenden Sie den nächstgelegenen Normwert (z.B. 180 oder 200 Ohm) und stellen Sie sicher, dass die Leistungsfähigkeit des Widerstands ausreicht (P = I²* R).

8. Technische Prinzipien und Trends

8.1 Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Emissionsdiode (IRED) arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge dieser Photonen wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Galliumarsenid (GaAs) hat eine Bandlücke, die Infrarotstrahlung entspricht, speziell bei etwa 940nm in diesem Bauteil. Das Seitenblick-Gehäuse enthält eine geformte Epoxidlinse, die das emittierte Licht in den spezifizierten Abstrahlwinkel formt.

8.2 Branchentrends

Der Trend bei diskreten IR-Komponenten geht zu höherer Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro elektrischer Eingangsleistung), kleineren Gehäusegrößen zur Ermöglichung der Miniaturisierung von Endgeräten und erhöhter Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsprotokollen für Anwendungen wie IrDA. Ein weiterer Fokus liegt auf der Verbesserung der Zuverlässigkeit und Konsistenz für Automobil- und Industriemärkte. Die Integration des Emitters mit einer Treiberschaltung oder einem Fotodetektor in ein einzelnes Modul ist ein weiterer gängiger Trend, der das Design für Endanwender vereinfacht. Der Wechsel zu bleifreien und RoHS-konformen Materialien und Prozessen, wie bei dieser Komponente zu sehen, ist ein universeller Industriestandard.