LTE-C9901 Infrarot-Emitter Datenblatt - 940nm Wellenlänge - 5mm Gehäuse - 1,4V Durchlassspannung - 100mW Verlustleistung - Technische Dokumentation auf Deutsch

1. Produktübersicht

Der LTE-C9901 ist ein diskreter Infrarot-Emitter, der für Oberflächenmontage (SMD) konzipiert ist. Er gehört zu einer breiten Palette von Infrarot-Lösungen für Anwendungen, die zuverlässige und leistungsstarke Infrarot-Emission erfordern. Das Bauteil arbeitet mit einer Spitzenwellenlänge von 940nm, was ideal ist, um sichtbare Lichtinterferenzen zu minimieren, und wird häufig in Unterhaltungselektronik und industrieller Sensorik eingesetzt.

Die zentralen Vorteile dieser Komponente sind ihre Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen und Infrarot-Reflow-Lötprozessen, was sie für die Serienfertigung geeignet macht. Ihr Aufsicht-Design mit wasserklarer Linse bietet ein breites Abstrahlverhalten. Das Produkt entspricht den RoHS- und Green-Product-Standards und gewährleistet so Umweltverantwortung.

Der Zielmarkt für diesen Infrarot-Emitter umfasst Hersteller von Fernbedienungen für Unterhaltungselektronik (Fernseher, Audiosysteme, Klimaanlagen), Infrarot-Datenübertragungssysteme, Sicherheitsalarmanlagen sowie verschiedene PCB-montierte Infrarotsensor-Anwendungen, bei denen nicht-sichtbare Lichtkommunikation oder -erfassung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und optische Eigenschaften

Der zentrale optische Parameter ist die Strahlstärke (I_E), die mit einem typischen Wert von 8,0 mW/sr bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA spezifiziert ist, mit einem Minimum von 5,0 und einem Maximum von 10,0 mW/sr. Auf die Testmessung von I_E gilt eine Toleranz von ±15%. Die Spitzenemissionswellenlänge (λ_Peak) beträgt 940nm und liegt damit im nahen Infrarotspektrum. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 50nm und definiert die Bandbreite des emittierten Lichts. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 65 Grad, wobei θ_1/2 der Winkel außerhalb der Achse ist, bei dem die Strahlstärke auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt. Dieser weite Winkel eignet sich für Anwendungen, die eine große Abdeckung erfordern.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,4V bei I_F= 20mA. Der Sperrstrom (I_R) ist mit einem Maximum von 10 μA spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (V_R) von 5V angelegt wird. Diese Parameter sind entscheidend für den Schaltungsentwurf, insbesondere für die Berechnung von Vorwiderständen und die Sicherstellung einer korrekten Vorspannung.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermisches Management

Das Bauteil hat eine maximale Verlustleistung von 100 mW. Der DC-Durchlassstrom darf 60 mA nicht überschreiten. Für gepulsten Betrieb ist unter bestimmten Bedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10 μs Pulsbreite) ein Spitzen-Durchlassstrom von 600 mA zulässig. Die maximale Sperrspannung beträgt 5V. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, der Lagertemperaturbereich von -55°C bis +100°C. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden führen. Das Bauteil hält Infrarot-Reflow-Lötprozesse mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden aus, was dem Standard für bleifreie (Pb-free) Montageprozesse entspricht.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die für Entwicklungsingenieure wesentlich sind. Die Kennlinie Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V) zeigt den exponentiellen Zusammenhang, der für die Bestimmung des Arbeitspunktes und thermischer Effekte entscheidend ist. Die Kurve Relative Strahlstärke vs. Durchlassstrom zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, und hilft, den Treiberstrom für die gewünschte Ausgangsleistung zu optimieren. Die Kurve Relative Strahlstärke vs. Umgebungstemperatur zeigt die Temperaturabhängigkeit der Ausgangsleistung, was für Anwendungen in variierenden Umgebungsbedingungen entscheidend ist. Das Strahlungsdiagramm stellt die räumliche Verteilung des emittierten Infrarotlichts grafisch dar und bestätigt den 65-Grad-Abstrahlwinkel. Schließlich veranschaulicht die Spektralverteilungskurve die Konzentration der emittierten Leistung um die 940nm Spitzenwellenlänge.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen

Die Komponente ist in einem standardmäßigen EIA-Gehäuse untergebracht. Alle kritischen Abmessungen, einschließlich Gehäusegröße, Anschlussabstand und Gesamthöhe, sind in der Umrisszeichnung angegeben. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse ist für Aufsicht-Emission ausgelegt.

4.2 Lötpad-Layout und Polarität

Empfohlene Lötpad-Abmessungen werden angegeben, um eine zuverlässige Lötstelle und korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens sicherzustellen. Anode und Kathode sind im Footprint-Diagramm eindeutig gekennzeichnet. Die Einhaltung dieser Pad-Abmessungen ist entscheidend, um das "Tombstoning" zu verhindern und eine gute thermische und elektrische Verbindung zu gewährleisten.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofil

Eine detaillierte Empfehlung für ein IR-Reflow-Profil, das für bleifreie Prozesse geeignet ist, ist enthalten. Wichtige Parameter umfassen eine Aufwärmzone (150-200°C), eine Aufwärmzeit (max. 120 Sekunden), eine Spitzentemperatur (max. 260°C) und eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (max. 10 Sekunden). Das Profil basiert auf JEDEC-Standards, um die Zuverlässigkeit der Komponente sicherzustellen. Es wird betont, dass das tatsächliche Profil für das spezifische PCB-Design, die verwendete Lötpaste und den Ofen charakterisiert werden muss.

5.2 Manuelles Löten und Reinigung

Falls manuelles Löten erforderlich ist, sollte die Lötkolbentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Pad begrenzt werden. Für die Reinigung werden nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol empfohlen.

5.3 Lagerung und Handhabungshinweise

Für ungeöffnete, feuchtigkeitsgeschützte Verpackungen mit Trockenmittel sollte das Bauteil bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollten die Lagerbedingungen ≤30°C und ≤60% RH betragen. Komponenten, die länger als eine Woche Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebacken) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Bauteil wird auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen in 8mm-Trägerbändern geliefert, die mit automatischen Pick-and-Place-Maschinen kompatibel sind. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikationen. Leere Bauteiltaschen sind mit einem Deckband versiegelt. Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Teile im Band beträgt zwei.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Ein Infrarot-Emitter ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Intensität beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs sicherzustellen, wird dringend empfohlen, für jede LED einen eigenen strombegrenzenden Vorwiderstand in Reihe zu schalten (Schaltung A), anstatt einen einzelnen Widerstand für mehrere LEDs zu verwenden (Schaltung B). Dies kompensiert leichte Schwankungen in der Durchlassspannung (V_F) einzelner Emitter. Der Wert des Vorwiderstands (R_S) kann mit der Formel berechnet werden: R_S= (V_CC- V_F) / I_F, wobei V_CC die Versorgungsspannung ist, V_F die Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom I_F.

7.2 Anwendungsbereich und Einschränkungen

Diese Komponente ist für gewöhnliche elektronische Geräte wie Bürogeräte, Kommunikationsgeräte und Haushaltsgeräte vorgesehen. Sie ist nicht für Anwendungen konzipiert oder qualifiziert, bei denen hohe Zuverlässigkeit für Leben oder Sicherheit entscheidend ist (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme), ohne vorherige Absprache und spezifische Qualifizierung.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu sichtbaren Standard-LEDs ist die 940nm Wellenlänge für das menschliche Auge unsichtbar, was sie ideal für diskrete Anwendungen macht. Der 65-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen guten Kompromiss zwischen Strahlbündelung und Abdeckungsbereich. Die SMD-Bauform und die Kompatibilität mit Reflow-Lötprozessen bieten einen deutlichen Vorteil gegenüber bedrahteten Infrarot-LEDs in modernen, automatisierten Fertigungslinien und reduzieren Herstellungskosten und Leiterplattenfläche.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Zweck der 940nm Wellenlänge?

A: 940nm liegt im nahen Infrarotspektrum. Sie ist für das menschliche Auge weitgehend unsichtbar, was Lichtverschmutzung in der Anwendung reduziert. Sie passt auch gut zur Empfindlichkeit von Silizium-Fotodioden und Fototransistoren, die üblicherweise als Empfänger verwendet werden.

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

A: Nein. Ein Mikrocontroller-Pin kann typischerweise nicht genügend Strom liefern oder aufnehmen (max. 60mA DC für diese LED) und hat nicht genügend Spannungsreserve. Sie müssen eine Treiberschaltung, wie z.B. einen Transistorschalter, mit einem in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand verwenden, wie in den Anwendungshinweisen beschrieben.

F: Warum ist ein Trocknen (Baking) notwendig, wenn die Verpackung länger als eine Woche geöffnet war?

A: Kunststoff-SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und innere Delamination, Risse oder "Popcorning" verursachen, was die Komponente zerstört. Das Trocknen entfernt diese aufgenommene Feuchtigkeit.

10. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Einfacher Fernbedienungssender.Der LTE-C9901 kann als Sendeelement in einer IR-Fernbedienung verwendet werden. Ein Mikrocontroller erzeugt ein moduliertes Signal (z.B. 38kHz Träger), das einen Transistor schaltet, der die LED ansteuert. Der Vorwiderstand wird basierend auf der Batteriespannung (z.B. 3V) und dem gewünschten Pulsstrom (z.B. 50mA) unter Verwendung des typischen V_F-Werts von 1,4V berechnet.

Beispiel 2: Näherungssensor.Gepaart mit einem Fototransistor kann der Emitter einen reflektierenden Objektsensor bilden. Der Emitter strahlt IR-Licht aus, und ein nahes Objekt reflektiert einen Teil des Lichts zurück zum Fototransistor. Die Änderung im Ausgangssignal des Fototransistors zeigt die Anwesenheit des Objekts an. Der 65-Grad-Abstrahlwinkel des Emitters hilft, einen angemessenen Detektionsbereich abzudecken.

11. Funktionsprinzip

Ein Infrarot-Emitter ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (aus Materialien wie GaAs oder AlGaAs) und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Materialzusammensetzung (in diesem Fall mit einem Peak von 940nm) bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Die Strahlstärke ist im normalen Arbeitsbereich direkt proportional zum Durchlassstrom.

12. Branchentrends

Der Trend bei Infrarot-Komponenten geht zu höherer Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro elektrischer Eingangsleistung), kleineren Gehäusegrößen für dichtere PCB-Layouts und erhöhter Integration. Dazu gehören Bauteile mit integrierten Treibern, modulierter Ausgangsleistung oder kombinierten Emitter-Sensor-Paaren in einem einzigen Gehäuse. Es gibt auch einen kontinuierlichen Drang zu verbesserter Zuverlässigkeit und Leistung über breitere Temperaturbereiche, um den Anforderungen der Automobil- und Industrieanwendungen gerecht zu werden. Der Übergang zu bleifreier und RoHS-konformer Fertigung, wie bei dieser Komponente zu sehen, ist ein universeller Standard in der Elektronikindustrie.