Technisches Datenblatt für den IR-Emitter und -Detektor LTE-C9501 - 940nm Wellenlänge - 20mA Durchlassstrom - 1,2V typische Durchlassspannung

1. Produktübersicht

Der LTE-C9501 ist ein diskretes Infrarot-Bauteil, das für ein breites Anwendungsspektrum entwickelt wurde, das zuverlässige Infrarot-Emission und -Detektion erfordert. Er ist Teil einer umfassenden Produktlinie, die den Anforderungen moderner elektronischer Systeme gerecht wird, bei denen hohe Leistung, kompakte Bauweise und Kompatibilität mit automatisierten Montageprozessen entscheidend sind.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Komponente umfassen ihre Konformität mit RoHS- und Green-Product-Standards, was Umweltfreundlichkeit gewährleistet. Sie wird auf 12-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Rollen geliefert, was sie voll kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten in modernen Leiterplatten-Montagelinien macht. Das Gehäuse ist zudem für Infrarot-Reflow-Lötprozesse ausgelegt, dem Industriestandard für Oberflächenmontage (SMT). Sein EIA-Standardgehäuse gewährleistet mechanische Kompatibilität mit anderen Bauteilen und Designbibliotheken. Das Bauteil richtet sich an Märkte wie Unterhaltungselektronik für Fernbedienungen, industrielle und kommerzielle Systeme für IR-Datenübertragung sowie Sicherheitssysteme für Alarm- und Erfassungsfunktionen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung des LTE-C9501 wird durch eine Reihe absoluter Grenzwerte und detaillierter elektrischer/optischer Kennwerte definiert. Das Verständnis dieser Parameter ist für ein zuverlässiges Schaltungsdesign unerlässlich.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen. Wichtige Grenzwerte sind eine Verlustleistung von 100 mW, ein Spitzendurchlassstrom von 800 mA unter gepulsten Bedingungen (300 pps, 10 µs Puls) und ein kontinuierlicher DC-Durchlassstrom von 60 mA. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5V aus, obwohl es nicht für den Sperrbetrieb ausgelegt ist. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +85°C, mit einem weiteren Lagertemperaturbereich von -55°C bis +100°C. Die Komponente kann Infrarot-Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden überstehen.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Diese Parameter, gemessen bei einer Standard-Umgebungstemperatur von 25°C, definieren die Leistung des Bauteils unter typischen Betriebsbedingungen. Die Strahlstärke (I_E) reicht von mindestens 1,0 mW/sr bis maximal 6,0 mW/sr bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA. Die Peak-Emissionswellenlänge (λ_p) beträgt 940 nm, was im nahen Infrarotspektrum liegt und für das menschliche Auge unsichtbar ist. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt typischerweise 50 nm. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,2V, mit einem Bereich von 1,1V bis 1,5V bei I_F=20mA. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 10 µA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5V. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 20 Grad und definiert die Winkelverteilung der emittierten Infrarotstrahlung, bei der die Intensität auf die Hälfte des Wertes auf der Achse abfällt.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um eine konsistente Leistung in der Produktion sicherzustellen, wird der LTE-C9501 basierend auf seiner Strahlstärke in verschiedene Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die die spezifischen Ausgangsanforderungen ihrer Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Strahlstärke

Die Bincode-Liste kategorisiert Bauteile in drei Gruppen basierend auf ihrer minimalen und maximalen Strahlstärke, gemessen bei I_F=20mA. Bin A umfasst Bauteile mit einer Intensität von 1,0 bis 2,0 mW/sr. Bin B umfasst 2,0 bis 3,0 mW/sr. Bin C umfasst 3,0 bis 6,0 mW/sr. Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von +/-15% für die Intensität. Dieses Binning-System ist hilfreich bei Anwendungen, bei denen eine konsistente Signalstärke entscheidend ist, wie z.B. in Datenübertragungsstrecken oder Näherungssensoren.

4. Analyse der Kennlinien

Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen, was für ein robustes Systemdesign von entscheidender Bedeutung ist.

4.1 Spektrale Verteilung

Die spektrale Verteilungskurve (Abb.1) zeigt die relative Strahlstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Sie bestätigt das Maximum bei 940 nm und die spektrale Halbwertsbreite von 50 nm, was die Bandbreite des emittierten Infrarotlichts angibt. Diese Information ist wichtig für die Abstimmung auf die spektrale Empfindlichkeit entsprechender Fotodetektoren und zum Herausfiltern von Umgebungslichtrauschen.

4.2 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve (Abb.2) veranschaulicht die Beziehung zwischen dem zulässigen Durchlassstrom und der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur nimmt der maximal zulässige Durchlassstrom aufgrund der thermischen Grenzen des Halbleiterübergangs ab. Diese Entlastungskurve ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das Bauteil unter allen Umgebungsbedingungen innerhalb seines sicheren Betriebsbereichs (SOA) arbeitet.

4.3 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Durchlassspannung

Die IV-Kennlinie (Abb.3) zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Sie hilft bei der Auslegung der strombegrenzenden Schaltung für die LED. Die Form der Kurve ist typisch für eine Diode, mit einer Schwellspannung von etwa 1V.

4.4 Relative Strahlstärke in Abhängigkeit von Umgebungstemperatur und Durchlassstrom

Die Abbildungen 4 und 5 zeigen, wie sich die optische Ausgangsleistung mit Temperatur und Treiberstrom ändert. Die Ausgangsleistung nimmt im Allgemeinen mit steigender Temperatur ab (Abb.4) und mit steigendem Treiberstrom zu (Abb.5), wenn auch nicht unbedingt linear. Diese Kurven sind wesentlich für die Kompensation der Ausgangsleistung in sich ändernden Temperaturumgebungen oder für den Entwurf von Schaltungen mit konstanter Helligkeit.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Das polare Abstrahldiagramm (Abb.6) stellt den Abstrahlwinkel visuell dar. Die Intensität ist entlang der Mittelachse (0 Grad) am höchsten und nimmt symmetrisch auf die Hälfte ihres Wertes bei +/-10 Grad von der Achse ab, was die Spezifikation des gesamten Abstrahlwinkels von 20 Grad bestätigt. Dieses Muster ist wichtig für die optische Ausrichtung in Systemen wie Fernbedienungen oder Datenverbindungen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält detaillierte mechanische Zeichnungen der Komponente. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse hat eine Standard-EIA-Form mit einer wasserklaren Kunststofflinse für die Emission von oben.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Land Pattern (Lötpad-Design) für das Leiterplattenlayout wird bereitgestellt. Die Einhaltung dieser Abmessungen gewährleistet eine korrekte Lötstellenbildung während des Reflow-Lötens, gute mechanische Festigkeit und die korrekte Ausrichtung der Komponente.

5.3 Abmessungen der Band- und Rollenverpackung

Detaillierte Zeichnungen zeigen die Abmessungen des Trägerbands und der 7-Zoll-Rolle, die für die automatisierte Handhabung verwendet werden. Die Bandtaschen sind so gestaltet, dass sie die Komponente sicher halten, und ein Deckband verschließt sie. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikationen und gewährleistet so die Kompatibilität mit Standard-Bestückungsautomaten.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Ein vorgeschlagenes Infrarot-Reflow-Profil für bleifreie (Pb-free) Prozesse ist enthalten. Wichtige Parameter sind eine Vorwärmzone von 150-200°C, eine Vorwärmzeit von maximal 120 Sekunden, eine Spitzentemperatur von nicht mehr als 260°C und eine Zeit oberhalb dieser Spitze von maximal 10 Sekunden. Das Profil basiert auf JEDEC-Standards, um ein zuverlässiges Löten ohne Beschädigung der Komponente zu gewährleisten. Es wird betont, dass das optimale Profil je nach spezifischem Leiterplattendesign, Lotpaste und verwendeten Ofen variieren kann.

6.2 Lagerbedingungen

Für ungeöffnete, feuchtigkeitsgeschützte Verpackungen mit Trockenmittel sollten die Bauteile bei 30°C oder weniger und 90% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden, mit einer empfohlenen Verwendungsfrist von einem Jahr. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollte die Lagerumgebung 30°C oder 60% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten. Bauteile, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten idealerweise innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollten sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden. Bauteile, die länger als eine Woche außerhalb der Originalverpackung gelagert wurden, sollten vor der Montage bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebaket) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, werden alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol empfohlen.

6.4 Handlöten

Wenn Handlöten mit einem Lötkolben erforderlich ist, sollte die Lötspitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf maximal 3 Sekunden pro Lötstelle begrenzt werden.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Der LTE-C9501 eignet sich als Infrarot-Emitter in Fernbedienungen für Unterhaltungselektronik (Fernseher, Audiosysteme). Er ist auch in Kurzstrecken-IR-Datenübertragungssystemen anwendbar, wie z.B. in einigen älteren Datenverbindungen oder einfacher Sensor-Telemetrie. Darüber hinaus kann er in Sicherheitsalarmanlagen als Teil eines Infrarot-Lichtschrankensensors oder in Näherungserkennungsanwendungen eingesetzt werden.

7.2 Designüberlegungen

Stromtreiber:Verwenden Sie stets einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder einen Konstantstromtreiber, um den Durchlassstrom (I_F) einzustellen. Überschreiten Sie nicht die absoluten Grenzwerte für DC- oder Pulsstrom. Beachten Sie die Entlastungskurve für den Hochtemperaturbetrieb.
Optisches Design:Berücksichtigen Sie den 20-Grad-Abstrahlwinkel bei der Auslegung von Linsen oder Reflektoren, um den IR-Strahl zu kollimieren oder zu fokussieren. Stellen Sie für den Empfang sicher, dass der passende Fotodetektor (Fotodiode oder Fototransistor) eine geeignete spektrale Empfindlichkeit um 940 nm aufweist.
Elektrisches Design:Obwohl das Bauteil eine Sperrspannung von 5V tolerieren kann, ist es nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Stellen Sie sicher, dass die Schaltungsentwürfe die Anwendung einer signifikanten Sperrspannung während des Normalbetriebs oder von Transienten verhindern.
Thermisches Management:Stellen Sie sicher, dass das Leiterplattenlayout eine ausreichende Wärmeableitung bietet, insbesondere bei Betrieb nahe der maximalen Stromgrenzwerte, um Überhitzung und vorzeitigen Leistungsabfall zu verhindern.

7.3 Hinweise und Zuverlässigkeit

Die Komponente ist für Standard-Elektronikgeräte vorgesehen. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, Medizingeräte, Sicherheitssysteme), sind spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich. Halten Sie sich stets an die spezifizierten Lager-, Handhabungs- und Lötbedingungen, um die Zuverlässigkeit und Leistung der Komponente zu erhalten.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während sich das Datenblatt auf ein einzelnes Bauteil konzentriert, umfassen die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale des LTE-C9501 in seiner Kategorie seine spezifische 940-nm-Wellenlänge, die einen guten Kompromiss zwischen Ausgangsleistung und Kompatibilität mit Silizium-Fotodetektoren bietet und dabei weniger sichtbar ist als 850-nm-Quellen. Die wasserklare Linse (im Gegensatz zu getönten) maximiert die Lichtausbeute. Seine Verpackung und Kompatibilität mit automatisierten SMT-Prozessen machen ihn für die Serienfertigung geeignet. Die Verfügbarkeit von Strahlstärke-Bins ermöglicht Designflexibilität und Kostenoptimierung basierend auf der erforderlichen Signalstärke.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Zweck der 940-nm-Wellenlänge?
A: 940-nm-Infrarotlicht ist für das menschliche Auge unsichtbar, was es ideal für diskrete Betriebsweisen in Fernbedienungen und Sicherheitssystemen macht. Es wird auch effizient von gängigen Silizium-Fotodioden und -Fototransistoren erfasst.

F: Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A: Nein. Sie müssen einen Strombegrenzungswiderstand in Reihe schalten. Berechnen Sie den Widerstandswert mit dem Ohmschen Gesetz: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Zum Beispiel bei einer 3,3-V-Versorgung, V_F=1,2V und I_F=20mA: R = (3,3 - 1,2) / 0,02 = 105 Ohm. Verwenden Sie den nächsthöheren Standardwert, wie 100 Ohm.

F: Was ist der Unterschied zwischen Strahlstärke (mW/sr) und Lichtstärke?
A: Strahlstärke misst die optische Leistung (in Watt) pro Raumwinkel, relevant für alle Wellenlängen. Lichtstärke wird durch die Empfindlichkeit des menschlichen Auges gewichtet und für sichtbares Licht verwendet. Da es sich hier um ein IR-Bauteil handelt, ist die Strahlstärke die korrekte Metrik.

F: Warum ist die Feuchtigkeitsempfindlichkeit bei der Lagerung wichtig?
A: Kunststoffgekapselte SMD-Bauteile können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während der hohen Hitze beim Reflow-Löten kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und zu innerer Delamination oder Rissen ("Popcorning") führen, was das Bauteil zerstören kann. Richtige Lagerung und Trocknung verhindern dies.

10. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Einfacher IR-Sender für Fernbedienung:Kombinieren Sie den LTE-C9501 mit einem 38-kHz-Modulations-IC (oder einem Mikrocontroller, der ein 38-kHz-PWM-Signal erzeugt) und einem Transistorschalter. Der Strombegrenzungswiderstand stellt I_Fauf 20-40mA für eine gute Reichweite ein. Der 20-Grad-Strahl bietet einen angemessenen Abdeckungsbereich, um mit einer Fernbedienung auf ein Gerät zu zielen.

Beispiel 2: IR-Näherungssensor:Platzieren Sie einen LTE-C9501-Emitter und einen passenden Fototransistor nebeneinander, in die gleiche Richtung zeigend. Ein vorbeilaufendes Objekt reflektiert IR-Licht zurück zum Detektor. Verwenden Sie gepulsten Betrieb des Emitters und synchrone Detektion in der Empfängerschaltung, um Umgebungslicht zu unterdrücken. Das Binning-System ermöglicht die Auswahl eines Emitters mit ausreichender Ausgangsleistung für die erforderliche Erfassungsdistanz.

Beispiel 3: Datenverbindung:Für einfache serielle Datenübertragung über kurze Distanzen steuern Sie die LED mit dem Datensignal über eine stromverstärkende Schaltung an. Die Hochgeschwindigkeitsfähigkeit des zugrundeliegenden Halbleitermaterials (impliziert durch die Produktlinienbeschreibung) unterstützt Modulation für Daten. Auf der Empfängerseite würde eine passende Fotodiode mit einem Transimpedanzverstärker verwendet werden.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Der LTE-C9501 ist als Infrarot-Emitter eine Leuchtdiode (LED). Sein Kern ist ein Halbleiterchip, typischerweise aus Galliumarsenid (GaAs) für 940-nm-Emission. Wenn eine Durchlassspannung an den P-N-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung (Bandlücke) des Halbleiters bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts, die in diesem Fall 940 nm im Infrarotbereich beträgt. Das wasserklare Epoxidgehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und enthält eine Linse, die das emittierte Licht in das spezifizierte 20-Grad-Abstrahlmuster formt.

12. Technologietrends und Kontext

Diskrete Infrarotkomponenten wie der LTE-C9501 bleiben grundlegende Bausteine in der Elektronik. Wichtige Trends, die dieses Feld beeinflussen, sind die anhaltende Nachfrage nach Miniaturisierung und höherer Integration, was zu Kombinationsgehäusen führt, die sowohl Emitter als auch Detektor in einem Gehäuse enthalten können. Es gibt auch einen Trend zu höherer Effizienz (mehr optische Ausgangsleistung pro elektrischem Eingang) und höherer Geschwindigkeit für schnellere Datenübertragung. Die Einführung bleifreier (Pb-free) und RoHS-konformer Fertigungsprozesse, wie bei dieser Komponente zu sehen, ist heute ein universeller Standard. Darüber hinaus ist die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsautomaten und Reflow-Lötprozessen für eine kosteneffiziente Massenproduktion unerlässlich. Während anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und Module immer häufiger werden, bieten diskrete Bauteile Designflexibilität, Kostenvorteile in großen Stückzahlen und sind oft die bevorzugte Lösung für kundenspezifische oder optimierte optische Designs.