Infrarot-Emitter-LED 940nm Seitenansicht Spezifikation - 3,0x2,8x1,9mm - Durchlassspannung 1,2V - Strahlstärke 3,0mW/sr - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen für ein diskretes Infrarot-Emitter-Bauteil. Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die eine zuverlässige Infrarotsignalübertragung erfordern, mit einer Emissionswellenlänge von 940nm. Seine Hauptfunktion ist die Umwandlung von elektrischem Strom in Infrarotstrahlung, was es zu einem Schlüsselbauteil in Kommunikations- und Sensorsystemen mit nicht sichtbarem Licht macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das Bauteil vereint hohe Leistung mit guter Fertigbarkeit. Zu den Hauptvorteilen zählen die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen und Infrarot-Reflow-Lötprozessen, was die Serienfertigung vereinfacht. Das Seitenansichtsgehäuse mit einer wasserklaren Linsenkuppel bietet einen breiten Abstrahlwinkel und eignet sich für Anwendungen, bei denen die Emissionsrichtung parallel zur bestückten Leiterplatte verläuft. Die primären Zielmärkte sind die Unterhaltungselektronik für Fernbedienungsfunktionen, Kurzstrecken-Datenübertragungssysteme sowie verschiedene Sicherheits- und Alarmsensoranwendungen.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte, objektive Interpretation der wichtigsten Spezifikationen des Bauteils, wie sie unter Standardtestbedingungen (TA=25°C) definiert sind.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb an oder über diesen Grenzwerten ist nicht garantiert. Wichtige Grenzwerte sind eine Verlustleistung von 100mW, ein Spitzen-Durchlassstrom von 1A unter gepulsten Bedingungen (300pps, 10µs Pulsbreite) und ein kontinuierlicher DC-Durchlassstrom von 50mA. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5V aus, ist jedoch nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +85°C.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen. Die Strahlstärke (I_E) beträgt mindestens 3,0 mW/sr bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,2V, maximal 1,5V bei 20mA. Die Emissionswellenlänge (λ_p) liegt bei 940nm, was im nahen Infrarotspektrum liegt und für das menschliche Auge unsichtbar ist. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 45 Grad, definiert als der volle Winkel, bei dem die Strahlstärke auf die Hälfte ihres Wertes auf der Achse abfällt.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Bauteil wird basierend auf seiner Strahlstärke in verschiedene Bins kategorisiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenter optischer Leistung für ihre Anwendung auszuwählen. Die angegebenen Bin-Codes sind J, K und L. Ein Bauteil aus Bin J hat beispielsweise eine Strahlstärke zwischen 3,0 und 4,5 mW/sr bei 20mA. Bin K reicht von 4,0 bis 6,0 mW/sr, und Bin L hat mindestens 5,0 mW/sr. Für jedes Bin gilt eine Messtoleranz von ±15%.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Spektrale Verteilung

Die Kurve der spektralen Verteilung zeigt die relative Strahlstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Sie bestätigt das Maximum bei 940nm und zeigt die spektrale Bandbreite mit einer typischen Halbwertsbreite (Δλ) von 50nm. Diese Information ist entscheidend, um den Emitter mit der spektralen Empfindlichkeit eines entsprechenden Fotodetektors abzustimmen.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese I-V-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen dem Durchlassstrom und dem Spannungsabfall über der Diode. Sie ist nichtlinear, was für eine Halbleiterdiode typisch ist. Das Verständnis dieser Kurve ist für die Auslegung einer geeigneten strombegrenzenden Treiberschaltung unerlässlich, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Es werden Kurven bereitgestellt, die die Änderung von Durchlassstrom und relativer Strahlstärke mit der Umgebungstemperatur zeigen. Diese Diagramme zeigen, dass die Durchlassspannung einen negativen Temperaturkoeffizienten hat (sinkt mit steigender Temperatur), während die optische Ausgangsleistung typischerweise mit steigender Temperatur abnimmt. Dies ist eine kritische Überlegung für Anwendungen in extremen thermischen Umgebungen.

4.4 Abstrahlcharakteristik

Ein polares Strahlungsdiagramm stellt die räumliche Verteilung des emittierten Infrarotlichts visuell dar. Das Seitenansichtsgehäuse erzeugt ein lambertstrahlerähnliches Muster, wobei die Intensität senkrecht zum Chip am höchsten ist und zu den Rändern hin abnimmt, was den 45-Grad-Abstrahlwinkel definiert.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil ist ein EIA-Standard-Oberflächenmontagegehäuse. Wichtige Abmessungen sind eine Gehäuselänge von ca. 3,0mm, eine Breite von 2,8mm und eine Höhe von 1,9mm. Detaillierte Zeichnungen mit Toleranzen (±0,1mm, sofern nicht anders angegeben) sind für das Leiterplatten-Layout verfügbar.

5.2 Lötflächenlayout

Ein empfohlenes Land Pattern (Lötflächenlayout) für die Leiterplatte ist angegeben. Dies umfasst die Abmessungen und Abstände der Lötflächen, um eine zuverlässige Lötstelle während des Reflow-Lötens sicherzustellen. Die Empfehlung beinhaltet die Verwendung einer Metallschablone mit einer Dicke von 0,1mm (4 mils) oder 0,12mm (5 mils) für den Lotpastenauftrag.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf dem Gehäuse markiert. Das Diagramm im Datenblatt sollte zur Identifizierung der Polarität konsultiert werden, was für die korrekte Ausrichtung während der Montage und die einwandfreie Funktion des Bauteils wesentlich ist.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für das Reflow-Löten

Das Bauteil ist mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen kompatibel, insbesondere für bleifreies Löten. Ein empfohlener Reflow-Profil wird bereitgestellt, mit wichtigen Parametern wie einer Aufwärmzone (150-200°C), einer Spitzentemperatur von maximal 260°C und einer Zeit oberhalb von 260°C, die auf maximal 10 Sekunden begrenzt ist. Das Profil sollte den JEDEC-Standards entsprechen.

6.2 Lagerbedingungen

Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich und mit Level 3 klassifiziert. Wenn die originale Feuchtigkeitsschutzverpackung ungeöffnet ist, sollte es bei ≤ 30°C und ≤ 90% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Nach dem Öffnen sollten die Bauteile bei ≤ 30°C und ≤ 60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung sollte ein verschlossener Behälter mit Trockenmittel verwendet werden. Bauteile, die länger als eine Woche der Umgebung ausgesetzt waren, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet werden, um ein "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Aggressive Chemikalien können das Gehäuse oder die Linse beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die Bauteile werden auf 8mm breiter Trägerfolie auf Rollen mit 13 Zoll Durchmesser geliefert. Jede Rolle enthält 6000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994 Spezifikationen. Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile im Band beträgt zwei.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die Hauptanwendung ist als Infrarot-Emitter in Fernbedienungen für Unterhaltungselektronik (Fernseher, Audiosysteme, Klimaanlagen). Es eignet sich auch für kurze IR-Datenübertragungsstrecken (z.B. IrDA-ähnliche Kommunikation), für Bewegungsmelder in Sicherheitsalarmanlagen und für Objekterkennung, wo Störungen durch sichtbares Licht vermieden werden müssen.

8.2 Designüberlegungen

Treiberkreis:Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ein Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle ist zwingend erforderlich, um den Arbeitspunkt (z.B. 20mA) einzustellen und das Bauteil vor Überstrom zu schützen. Die niedrige Durchlassspannung ermöglicht den direkten Betrieb über Niederspannungs-Logikschaltungen (3,3V, 5V) mit einem einfachen Widerstand.

Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann eine ausreichend große Kupferfläche auf der Leiterplatte für die Kathodenlötfläche helfen, Wärme abzuführen, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder Dauerbetrieb, um die Ausgangsstabilität und Lebensdauer zu erhalten.

Optische Ausrichtung:Die Seitenansichtsbauform ist ideal, wenn das IR-Signal parallel zur Leiterplattenoberfläche abgestrahlt werden muss. Ein geeignetes mechanisches Design des Gehäuses ist erforderlich, um einen freien Weg für den IR-Strahl zu gewährleisten.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs emittiert dieses Bauteil im Infrarotspektrum (940nm) und ist somit unsichtbar. Im Vergleich zu anderen IR-Emittern sind seine Hauptunterscheidungsmerkmale das Seitenansichtsgehäuse für spezifische Montageorientierungen, ein relativ breiter 45-Grad-Abstrahlwinkel für gute Abdeckung und die Einhaltung von RoHS- und Umweltstandards. Die Kombination aus GaAs-Material für 940nm-Emission bietet für gängige Fernbedienungsanwendungen ein gutes Verhältnis von Effizienz und Kosten.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck der 5V-Sperrspannungsangabe, wenn das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist?

A: Diese Angabe zeigt die maximale Sperrspannung an, die der Diodenübergang ohne Durchbruch aushalten kann, falls es im Schaltkreis zu einer versehentlichen oder gelegentlichen Verpolung kommt. Es ist eine Robustheitsspezifikation, kein Betriebszustand.

F: Wie wähle ich den richtigen Bin-Code aus?

A: Wählen Sie basierend auf der für Ihr Übertragungsbudget (Entfernung, Empfängerempfindlichkeit) erforderlichen minimalen Strahlstärke. Bin L bietet die höchste garantierte Ausgangsleistung. Für kostenbewusste Anwendungen, bei denen eine geringere Intensität akzeptabel ist, können Bin J oder K geeignet sein.

F: Kann ich dieses Bauteil direkt mit einer Spannungsquelle betreiben?

A: Nein. Die Durchlassspannung variiert mit der Temperatur und zwischen einzelnen Bauteilen. Der Betrieb mit einer konstanten Spannung, selbst der typischen 1,2V, kann aufgrund der exponentiellen I-V-Charakteristik der Diode zu übermäßigem Strom und Bauteilversagen führen. Verwenden Sie immer eine Strombegrenzung.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines einfachen IR-Fernbedienungssenders.

Ein häufiger Anwendungsfall ist die Kodierung von Tastendrücken in modulierte IR-Signale. Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin kann verwendet werden, um eine Trägerfrequenz (z.B. 38kHz) und ein Modulationsmuster zu erzeugen. Dieses Signal steuert einen Transistorschalter (z.B. NPN oder N-Kanal-MOSFET) in Reihe mit dem IR-Emitter. Der Anode des Emitters wird über den Transistor mit der Versorgungsspannung (z.B. 3V von zwei AA-Batterien) verbunden, die Kathode mit Masse. Ein Widerstand in Reihe mit dem Emitter setzt den Pulsstrom auf z.B. 20mA. Das Seitenansichtsgehäuse ermöglicht es, die Fernbedienung so zu gestalten, dass die Leiterplatte parallel zur Vorderseite liegt, mit einem Fenster für den IR-Strahl.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Ein Infrarot-Emitter ist eine Halbleiter-p-n-Diode, die aus Materialien wie Galliumarsenid (GaAs) hergestellt wird. Wird eine Durchlassspannung angelegt, injizieren Elektronen aus dem n-Gebiet und Löcher aus dem p-Gebiet über den Übergang. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie ab. In einer Leuchtdiode wird diese Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Bandlückenenergie des Halbleitermaterials (in diesem Fall GaAs) bestimmt die Wellenlänge der emittierten Photonen, die bei diesem Bauteil im Infrarotbereich (940nm) liegt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei diskreten Infrarotbauteilen geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro Watt Eingangsleistung), was eine längere Batterielaufzeit in tragbaren Geräten ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung der Gehäuse bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung. Darüber hinaus werden Bauteile mit integrierten Treibern oder Logik für einfachere Systementwürfe immer häufiger. Die Basistechnologie für Standard-940nm-Emitter ist ausgereift, aber Prozessverbesserungen konzentrieren sich auf die Ausbeute, Konsistenz (engere Binning) und Kostensenkung für die Massenmärkte der Unterhaltungselektronik.