Technisches Datenblatt für den Infrarot-Emitter und -Detektor LTE-R38386AS-ZF - 850nm Wellenlänge - 1A Durchlassstrom - 3,6V Maximalspannung - 3,6W Verlustleistung

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für ein diskretes Infrarot-Bauteil, das für Anwendungen mit hoher Leistung, hoher Geschwindigkeit und weitem Abstrahlwinkel konzipiert ist. Das Bauteil ist ein Infrarot-Emitter mit einer Spitzenwellenlänge von 850nm, der in AlGaAs-Technologie für hohe Geschwindigkeit gefertigt ist. Es gehört zu einer breiteren Produktlinie, die verschiedene Infrarot-Emitter und -Detektoren wie GaAs-940nm-IREDs, PIN-Fotodioden und Fototransistoren umfasst. Die Komponente ist RoHS-konform entwickelt und als "Green Product" klassifiziert.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser Komponente sind eine Hochleistungs-LED-Lichtquelle, hohe Performance mit langer Lebensdauer und die Fähigkeit, hohe Treiberströme zu verarbeiten. Diese Eigenschaften machen sie für anspruchsvolle Infrarot-Anwendungen geeignet. Die Zielmärkte und Anwendungen liegen primär in der Konsum- und Industrieelektronik, insbesondere dort, wo zuverlässige Infrarotsignalübertragung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter des Bauteils, wie unter Standardtestbedingungen (TA=25°C) spezifiziert.

2.1 Absolute Maximalwerte (Grenzwerte)

Das Bauteil ist für den Betrieb innerhalb strenger Grenzwerte ausgelegt, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten und Schäden zu vermeiden. Die maximale Verlustleistung beträgt 3,6 Watt. Es kann einen Spitzendurchlassstrom von 5 Ampere unter Impulsbedingungen (300 Impulse pro Sekunde, 10μs Impulsbreite) und einen kontinuierlichen Gleichstrom-Durchlassstrom von 1 Ampere verkraften. Die maximal zulässige Sperrspannung beträgt 5 Volt. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht ist mit 9 K/W spezifiziert, was für das Wärmemanagement-Design entscheidend ist. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, der Lagertemperaturbereich von -55°C bis +100°C. Die Komponente hält Infrarot-Lötungen bei 260°C für maximal 10 Sekunden stand.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Unter einer Testbedingung von 1A Durchlassstrom (IF) weist das Bauteil eine Strahlstärke (IE) mit einem typischen Wert von 320 mW/sr und einem Minimum von 200 mW/sr auf. Der gesamte Strahlungsfluss (Фe) beträgt typischerweise 1270 mW. Die Spitzenemissionswellenlänge (λPeak) liegt bei 850 nm, mit einer spektralen Halbwertsbreite (Δλ) von 50 nm, die seine optische Bandbreite definiert. Die Durchlassspannung (VF) liegt zwischen 2,5V (min) und 3,6V (max), mit einem typischen Wert von 3,1V bei 1A. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Die Signal-Anstiegs- und Abfallzeiten (Tr/Tf) betragen typischerweise 30 Nanosekunden (gemessen von 10% bis 90%). Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt 150 Grad, wobei θ1/2 der Winkel von der Achse ist, bei dem die Strahlstärke halb so groß ist wie auf der Mittelachse.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die für den Schaltungsentwurf und die Leistungsvorhersage unter variierenden Bedingungen wesentlich sind.

3.1 Spektrale Verteilung

Abbildung 1 zeigt die relative Strahlstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die Kurve ist bei 850 nm zentriert, was die Spitzenemissionswellenlänge bestätigt. Die Halbwertsbreite von 50 nm zeigt die spektrale Breite des emittierten Infrarotlichts.

3.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Abbildung 2 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen dem zulässigen Durchlassstrom und der Umgebungstemperatur. Diese Derating-Kurve ist entscheidend, um den maximal sicheren Betriebsstrom bei erhöhten Temperaturen zu bestimmen und so die Überschreitung der Sperrschichttemperaturgrenze zu vermeiden.

3.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Abbildung 3 zeigt die IV-Kennlinie (Strom-Spannungs-Kennlinie). Sie zeigt den nichtlinearen Zusammenhang, der für Dioden typisch ist, und wird zur Berechnung der Verlustleistung (Vf * If) und zum Entwurf einer geeigneten strombegrenzenden Schaltung verwendet.

3.4 Relative Strahlstärke vs. Umgebungstemperatur und Durchlassstrom

Die Abbildungen 4 und 5 zeigen, wie sich die optische Ausgangsleistung (relativ zu ihrem Wert bei IF=1A) mit der Umgebungstemperatur bzw. dem Durchlassstrom ändert. Diese Diagramme helfen Entwicklern, Effizienzschwankungen und Ausgangsstabilität unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu verstehen.

3.5 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 ist ein polares Abstrahldiagramm, das die räumliche Verteilung des emittierten Infrarotlichts zeigt. Die breite, glatte Keule bestätigt den 150-Grad-Abstrahlwinkel, was für Anwendungen mit großer Abdeckung oder Ausrichtungstoleranz wichtig ist.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Umrissabmessungen

Das Dokument enthält eine detaillierte mechanische Zeichnung der Komponente. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnung umfasst wichtige Merkmale, die für das PCB-Footprint-Design und die mechanische Integration notwendig sind.

4.2 Vorgeschlagene Lötpad-Abmessungen

Ein empfohlenes PCB-Landpattern (Lötpad-Layout) wird bereitgestellt, um eine korrekte Lötstellenbildung, mechanische Stabilität und thermische Leistung während des Bestückungsprozesses zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser Abmessungen wird für eine zuverlässige Fertigung empfohlen.

4.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist im Gehäuseabmessungsdiagramm deutlich markiert. Die korrekte Polarisierungsausrichtung während der Bestückung ist für die Funktionsfähigkeit des Bauteils unerlässlich.

5. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Bestückung sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und Leistung des Bauteils.

5.1 Lagerbedingungen

Für versiegelte Verpackungen sollte die Lagerung bei 30°C oder weniger und 90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) oder weniger erfolgen, mit einer empfohlenen Verwendungsfrist von einem Jahr. Für geöffnete Verpackungen sollte die Umgebung 30°C oder 60% RH nicht überschreiten. Bauteile, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung wird die Lagerung in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator empfohlen. Bauteile, die länger als eine Woche außerhalb der Verpackung gelagert wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebaked) werden.

5.2 Reinigung

Falls eine Reinigung notwendig ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden.

5.3 Lötparameter

Detaillierte Lötbedingungen werden sowohl für Reflow- als auch für Handlötprozesse bereitgestellt. Für Reflow-Löten: Vorwärmen bei 150–200°C für maximal 120 Sekunden, mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für maximal 10 Sekunden (maximal zwei Reflow-Zyklen erlaubt). Für die Verwendung eines Lötkolbens: eine maximale Temperatur von 300°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss. Das Dokument verweist auf JEDEC-Standardprofile als Grundlage für die Prozesseinrichtung und betont die Notwendigkeit einer platinenspezifischen Charakterisierung aufgrund von Variationen im Design, Lotpasten und Geräten.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Abmessungen der Band- und Rollenverpackung

Die Komponente wird auf 7-Zoll-Rollen geliefert, mit 600 Stück pro Rolle. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikationen. Detaillierte Abmessungen für die Trägerbahn und die Rolle werden angegeben. Hinweise spezifizieren, dass leere Bauteiltaschen mit Deckband verschlossen sind und maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Teile erlaubt sind.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Bestimmungsgemäße Verwendung und Vorsichtsmaßnahmen

Das Bauteil ist für gewöhnliche elektronische Geräte in Büro-, Kommunikations- und Haushaltsanwendungen bestimmt. Eine vorherige Konsultation ist erforderlich, bevor es in Anwendungen eingesetzt wird, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, insbesondere wenn ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, Medizinsysteme, Sicherheitseinrichtungen).

7.2 Treiberschaltungs-Design

Da eine LED ein strombetriebenes Bauteil ist, muss ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit jeder LED geschaltet werden, wenn mehrere Bauteile parallel verbunden sind. Diese Praxis, im Datenblatt als "Schaltungsmodell (A)" dargestellt, ist wesentlich, um eine gleichmäßige Intensität über alle LEDs hinweg sicherzustellen. Die alternative Schaltung ohne individuelle Widerstände ("Schaltungsmodell (B)") kann aufgrund der natürlichen Durchlassspannungsverteilung (Vf) zwischen den LEDs zu Helligkeitsschwankungen führen, was ein Stromungleichgewicht verursacht.

7.3 Wärmemanagement

Angesichts der Verlustleistungsangabe von 3,6W und eines thermischen Widerstands (Rθj) von 9 K/W ist ein effektives Wärmemanagement auf der Leiterplatte notwendig. Entwickler müssen für ausreichende Kupferfläche oder Kühlkörper sorgen, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in erhöhten Umgebungstemperaturen, wie durch die Derating-Kurve angezeigt.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Dieser 850nm-AlGaAs-IRED ist für Hochgeschwindigkeitsanwendungen positioniert. Im Vergleich zu Standard-940nm-GaAs-IREDs, die häufig in Fernbedienungen verwendet werden, kann die 850nm-Wellenlänge eine bessere Performance mit siliziumbasierten Detektoren bieten (die eine höhere Empfindlichkeit im Bereich von 800-900nm haben) und wird üblicherweise in Datenübertragungs- und Überwachungssystemen eingesetzt. Die hohe Ausgangsleistung (typ. 320 mW/sr) und die schnelle Schaltgeschwindigkeit (typ. 30 ns) sind entscheidende Unterscheidungsmerkmale für Anwendungen, die starke Signale oder hohe Datenraten erfordern.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Strahlstärke (mW/sr) und Gesamtstrahlungsfluss (mW)?

A: Die Strahlstärke misst die optische Leistung, die pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) entlang der Mittelachse abgegeben wird, und zeigt an, wie konzentriert der Strahl ist. Der Gesamtstrahlungsfluss ist die integrierte optische Leistung, die in alle Richtungen abgegeben wird. Der weite 150°-Abstrahlwinkel dieses Bauteils bedeutet, dass sein Gesamtfluss deutlich höher ist, als seine axiale Intensität für einen Emitter mit engem Winkel vermuten lassen würde.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Es wird nicht empfohlen. LEDs benötigen eine Stromregelung. Die Durchlassspannung (Vf) hat einen Bereich (2,5V bis 3,6V). Eine Konstantspannungsquelle, die innerhalb dieses Bereichs eingestellt ist, könnte zu übermäßigen Stromschwankungen zwischen den Bauteilen führen, was einige überlasten und zu inkonsistenter Helligkeit oder Beschädigung führen könnte. Immer einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber verwenden.

F: Wie interpretiere ich den Abstrahlwinkel von 150 Grad (2θ1/2)?

A: Der Abstrahlwinkel ist der volle Winkel, in dem die Intensität mindestens die Hälfte der Spitzenintensität (auf der Achse) beträgt. Daher ist θ1/2 75 Grad von der Achse entfernt. Licht wird mit nutzbarer Intensität über diesen sehr weiten 150-Grad-Kegel abgestrahlt.

10. Design- und Anwendungsbeispiele

Fall 1: Näherungssensor / Objekterkennung:Der Emitter kann mit einem separaten Fototransistor- oder Fotodioden-Detektor gepaart werden. Der weite Abstrahlwinkel vereinfacht die Ausrichtung. Ein Objekt, das zwischen Emitter und Detektor hindurchgeht, unterbricht den Strahl und löst ein Erkennungssignal aus. Die hohe Leistung ermöglicht längere Erfassungsabstände oder den Betrieb in Umgebungen mit etwas Umgebungs-IR-Rauschen.

Fall 2: Einfache Infrarot-Datenverbindung:Die schnelle Anstiegs-/Abfallzeit von 30 ns ermöglicht eine Modulation bei hohen Frequenzen (im MHz-Bereich), geeignet für Kurzstrecken-Datenübertragung. Durch Ansteuerung mit einem modulierten Strom von einem Mikrocontroller oder Encoder-IC und Verwendung einer abgestimmten Empfängerschaltung mit einer Fotodiode kann eine grundlegende serielle Kommunikationsverbindung aufgebaut werden.

Fall 3: Multi-Emitter-Array für Beleuchtung:Für Anwendungen, die eine Flächenbeleuchtung im Infrarotspektrum erfordern (z.B. für CCTV-Kameras mit Nachtsicht), können mehrere Einheiten auf einer Leiterplatte angeordnet werden. Die Treiberschaltung muss für jeden Emitter individuelle strombegrenzende Widerstände enthalten (gemäß Schaltung A), um trotz Vf-Schwankungen eine gleichmäßige Ausgangsleistung über das Array hinweg sicherzustellen.

11. Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine Infrarot-Leuchtdiode (IRED). Es arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn ein Durchlassstrom angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (aus AlGaAs) und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Materialzusammensetzung (AlGaAs) und Struktur sind so ausgelegt, dass die Energiebandlücke einer Photonenwellenlänge von 850 Nanometern entspricht, die im nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt, für das menschliche Auge unsichtbar, aber von siliziumbasierten Sensoren detektierbar ist.

12. Branchentrends und Kontext

Infrarotkomponenten entwickeln sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz, höherer Geschwindigkeit und größerer Integration. Trends umfassen die Entwicklung von VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) für präzisere, hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation (z.B. in LiDAR und optischen Datenverbindungen) und die Integration von Emittern mit Treibern und Detektoren mit Verstärkern in einzelne Module. Dennoch bleiben diskrete Bauteile wie dieser IRED aufgrund ihrer Kosteneffektivität, Designflexibilität und Zuverlässigkeit in einer Vielzahl von etablierten und aufkommenden Anwendungen, von der Konsumelektronik bis zur Industrieautomatisierung und IoT-Sensoren, von entscheidender Bedeutung. Der Fokus auf RoHS- und Green-Product-Konformität spiegelt den branchenweiten Wandel hin zu umweltbewusster Fertigung wider.