Technisches Datenblatt für IR-Emitter und -Detektor LTE-C9501-E-T - 940nm Spitzenwellenlänge - 20 Grad Abstrahlwinkel

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer diskreten Infrarot-Komponente für die Oberflächenmontage. Das Bauteil vereint die Funktionen eines Infrarot-Emitters und -Detektors und zielt auf Anwendungen ab, die eine zuverlässige IR-Signalübertragung und -Empfang erfordern. Zu den Kernvorteilen zählen die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen, die Einhaltung der RoHS- und Green-Product-Standards sowie die Eignung für die Hochvolumenfertigung mittels Infrarot-Reflow-Lötung. Die primären Zielmärkte sind die Unterhaltungselektronik für Fernbedienungssysteme, industrielle Anwendungen für drahtlose Datenübertragung und Sicherheitssysteme für Alarm- und Erfassungsfunktionen.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Grenzwerte

Alle Grenzwerte gelten bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C. Eine Überschreitung kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 100 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):Maximal 800 mA unter gepulsten Bedingungen (300 pps, 10 μs Pulsbreite).
• DC-Durchlassstrom (IF):Maximal 60 mA Dauerstrom.
• Sperrspannung (VR):Maximal 5 V.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-55°C bis +100°C.
• Infrarot-Lötbedingung:Maximale Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Die typische Leistung wird bei TA=25°C gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Strahlungsintensität (I_E):Liegt im Bereich von 1,0 bis 6,0 mW/sr bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA. Der genaue Wert wird durch den BIN-Code bestimmt.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):940 nm (typisch). Diese Wellenlänge liegt im nahen Infrarotspektrum, ist für das menschliche Auge unsichtbar und daher ideal für Fernbedienungen und Datenverbindungen.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm (typisch). Dieser Parameter definiert die spektrale Bandbreite des emittierten IR-Lichts.
• Durchlassspannung (V_F):1,2V typisch, mit einem Bereich von 1,1V bis 1,5V bei I_F=20mA.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):20 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsintensität den halben Wert der Zentralachse (0°) erreicht. Ein engerer Abstrahlwinkel führt zu einer stärker gerichteten Strahlung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Bauteile werden anhand ihrer gemessenen Strahlungsintensität unter Standardtestbedingungen von I_F=20mA in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Komponenten mit konsistenter optischer Ausgangsleistung für ihre Anwendung auszuwählen.

• BIN A:Strahlungsintensität von 1,0 mW/sr (Min) bis 2,0 mW/sr (Max).
• BIN B:Strahlungsintensität von 2,0 mW/sr (Min) bis 3,0 mW/sr (Max).
• BIN C:Strahlungsintensität von 3,0 mW/sr (Min) bis 6,0 mW/sr (Max).

Eine Toleranz von +/-15% gilt für die Intensität innerhalb jedes Bins. In diesem Datenblatt wird kein separates Binning für Wellenlänge oder Durchlassspannung angegeben.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Diagramme, die für den Schaltungsentwurf und das Verständnis des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Spektrale Verteilung

Abbildung 1 zeigt die relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die Kurve ist bei 940 nm zentriert mit einer typischen Halbwertsbreite von 50 nm, was die spektrale Reinheit des emittierten Infrarotlichts bestätigt.

4.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Abbildung 2 veranschaulicht die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur. Die Strombelastbarkeit nimmt linear von ihrem Maximalwert bei niedrigeren Temperaturen auf Null bei der maximalen Sperrschichttemperatur ab, um durch Verhinderung thermischer Überlastung einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Abbildung 3 zeigt die IV-Kennlinie (Strom-Spannungs-Kennlinie). Sie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung, wobei die Durchlassspannung über einen weiten Bereich von Betriebsströmen relativ konstant ist (ca. 1,2V).

4.4 Relative Strahlungsintensität vs. Umgebungstemperatur und Durchlassstrom

Die Abbildungen 4 und 5 zeigen, wie sich die optische Ausgangsleistung mit Temperatur und Treiberstrom ändert. Die Ausgangsleistung nimmt typischerweise mit steigender Temperatur ab (Abbildung 4) und steigt überlinear mit dem Durchlassstrom an (Abbildung 5). Dies unterstreicht die Bedeutung eines stabilen Treiberstroms und eines guten Wärmemanagements für eine konsistente Leistung.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 ist ein polares Abstrahldiagramm, das die räumliche Verteilung des emittierten Lichts zeigt. Das Diagramm bestätigt den 20-Grad-Abstrahlwinkel, wobei die Intensität bei +/-10 Grad von der Mittelachse auf 50% abfällt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Die Komponente ist in einem standardmäßigen EIA-Gehäuse untergebracht. Die genauen Abmessungen sind in den Zeichnungen des Datenblatts angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse verfügt über eine wasserklare Kunststofflinse in Top-View-Ausführung.

5.2 Empfohlene Lötflächengeometrie

Eine empfohlene Lötflächengeometrie für das Leiterplattendesign wird bereitgestellt, mit Abmessungen von 1,0 mm x 1,8 mm für die Pads. Diese Geometrie ist für eine zuverlässige Lötung und mechanische Stabilität während des Reflow-Prozesses optimiert.

5.3 Polungskennzeichnung

Es gelten die standardmäßigen Dioden-Polungskennzeichnungen. Die Kathode ist typischerweise auf dem Gehäuse markiert. Entwickler müssen die detaillierte Umrisszeichnung für das genaue Kennzeichnungsschema konsultieren, um die korrekte Ausrichtung während der Montage sicherzustellen.

6. Richtlinien für Lötung und Montage

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Infrarot-Reflow-Profil für bleifreie Prozesse ist enthalten. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:150-200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Maximal 10 Sekunden (empfohlen für maximal zwei Reflow-Zyklen).

Das Profil basiert auf JEDEC-Standards, um die Bauteilzuverlässigkeit zu gewährleisten. Das Datenblatt betont, dass das optimale Profil vom spezifischen Leiterplattendesign, der Lotpaste und dem Ofen abhängt, daher wird eine Leiterplatten-Charakterisierung empfohlen.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer maximalen Temperatur von 300°C für nicht mehr als 3 Sekunden pro Lötstelle. Vermeiden Sie übermäßige mechanische Belastung der Komponente.

6.3 Lagerbedingungen

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist für die Lötbarkeit entscheidend:

• Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤90% rF. Innerhalb eines Jahres nach Öffnen der Feuchtigkeitsschutzbeutel verwenden.
• Geöffnete Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤60% rF. Die Bauteile sollten innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für längere Lagerung verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder eine Stickstoffatmosphäre. Bauteile, die länger als eine Woche außerhalb der Originalverpackung gelagert wurden, müssen vor dem Löten etwa 20 Stunden bei ca. 60°C getrocknet (gebakt) werden.

6.4 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol. Vermeiden Sie aggressive oder wässrige Reiniger, die das Kunststoffgehäuse oder die Linse beschädigen könnten.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die Komponente wird in 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Rollen geliefert, kompatibel mit Standard-Automatikbestückungsgeräten. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Standards.

7.2 Aufschlüsselung der Modellnummer

Die Artikelnummer LTE-C9501-E-T identifiziert diese spezifische Variante. Die Suffixe "E" und "T" bezeichnen wahrscheinlich spezifisches Binning, Verpackung (Tape & Reel) oder andere Produktvarianten gemäß dem internen Codierungssystem des Herstellers.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Der IR-Emitter wird typischerweise von einem Transistor oder einer speziellen Treiber-IC angesteuert, um den notwendigen gepulsten Strom (z.B. für Fernbedienungscodes) bereitzustellen. Ein Vorwiderstand ist zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom (I_F) auf den gewünschten Wert einzustellen, berechnet mit (Versorgungsspannung - V_F) / I_F. Die Detektorseite, falls eine Fotodiode oder ein Fototransistor integriert ist, wäre in einer in Sperrrichtung vorgespannten Konfiguration mit einem Lastwiderstand geschaltet, um den Fotostrom in eine messbare Spannung umzuwandeln.

8.2 Designüberlegungen

• Stromversorgung:Innerhalb der absoluten Grenzwerte betreiben. Für Dauerbetrieb 60mA DC nicht überschreiten. Für gepulsten Betrieb (wie bei Fernbedienungen) sind höhere Spitzenströme bis zu 800mA zulässig, was die momentane Strahlungsleistung und Reichweite deutlich erhöht.
• Wärmemanagement:Die Verlustleistungsgrenze von 100mW muss eingehalten werden. Auf der Leiterplatte sollte ausreichend Kupferfläche um die Pads als Kühlkörper vorhanden sein, insbesondere bei Betrieb nahe der Grenzwerte.
• Optischer Pfad:Der 20-Grad-Abstrahlwinkel ist relativ eng. Emitter und Detektor präzise ausrichten. Hindernisse vermeiden und bei Bedarf Linsen oder Lichtleiter für eine andere Strahlcharakteristik in Betracht ziehen.
• Unterdrückung von Umgebungslicht:Für Detektoranwendungen hilft die 940nm-Spitzenempfindlichkeit, sichtbares Lichtrauschen zu unterdrücken. In Umgebungen mit starken IR-Quellen (wie Sonnenlicht oder Glühlampen) können zusätzliche optische Filter oder modulierte (AC-gekoppelte) Signaldetektionstechniken notwendig sein, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen IR-LEDs bietet diese Komponente spezifische Vorteile: Ihre Kompatibilität mit automatischer Bestückung und IR-Reflow-Lötung optimiert die Hochvolumenfertigung. Die Verfügbarkeit in Intensitäts-Bins (A, B, C) ermöglicht Designkonsistenz. Die 940nm-Wellenlänge ist ein gängiger Standard für Consumer-Fernbedienungen und gewährleistet Kompatibilität mit einer Vielzahl von Empfängern. Die Aufnahme detaillierter Lötprofile und Lagerrichtlinien zeigt einen Fokus auf Fertigungsfreundlichkeit.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsintensität (mW/sr) und Lichtstärke (mcd)?

A: Strahlungsintensität misst die gesamte optische Leistung pro Raumwinkel, relevant für IR-Bauteile. Lichtstärke misst die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit, gewichtet mit der photopischen Empfindlichkeitskurve, und wird für sichtbare LEDs verwendet. Für dieses IR-Bauteil ist Strahlungsintensität die korrekte Metrik.

F: Kann ich dies für kontinuierliche Datenübertragung verwenden?

A: Ja, aber Sie müssen innerhalb des DC-Durchlassstromlimits von 60mA bleiben. Für höhere Geschwindigkeiten oder größere Reichweiten ist gepulster Betrieb (innerhalb der 800mA Spitzenbelastbarkeit) effektiver, da er eine höhere momentane optische Leistung ermöglicht.

F: Wie wähle ich das richtige BIN?

A: Wählen Sie basierend auf der benötigten optischen Leistung für Ihre Verbindungsbilanz. BIN C (3-6 mW/sr) bietet die höchste Ausgangsleistung und Reichweite. BIN A oder B kann für Kurzstreckenanwendungen ausreichend und kostengünstiger sein.

F: Wird eine externe Linse benötigt?

A: Das Bauteil hat eine integrierte Top-View-Linse, die einen 20-Grad-Strahl liefert. Eine externe Linse ist typischerweise nicht erforderlich, es sei denn, Sie benötigen Strahlkollimation (engerer Winkel) oder Fokussierung.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines einfachen IR-Fernbedienungssenders für ein Haushaltsgerät.

Designschritte:

1. Bauteilauswahl:Wählen Sie diesen IR-Emitter (z.B. BIN C für gute Reichweite).

2. Treiber-Schaltung:Verwenden Sie einen Mikrocontroller-GPIO-Pin, um das modulierte Trägersignal (z.B. 38kHz) zu erzeugen. Dieses Signal steuert einen Transistor (z.B. NPN) in Schalterkonfiguration. Der Kollektor des Transistors ist mit der Anode des IR-Emitters verbunden, die Kathode mit Masse. Ein Vorwiderstand in Reihe mit dem Emitter setzt den Strom: R = (Vcc - V_CE(sat)- V_F) / I_F. Angenommen Vcc=3,3V, V_CE(sat)=0,2V, V_F=1,2V und gewünschter I_F=100mA (gepulst), R = (3,3 - 0,2 - 1,2) / 0,1 = 19Ω (verwenden Sie einen Standard-20Ω-Widerstand). Stellen Sie sicher, dass der Transistor den Spitzenstrom verkraftet.

3. Leiterplattenlayout:Platzieren Sie den Emitter am Rand der Leiterplatte. Verwenden Sie die empfohlenen Lötflächenabmessungen. Sorgen Sie für eine kleine Kupferfläche zur Wärmeableitung.

4. Test:Überprüfen Sie die Ausgabe mit einem IR-Empfängermodul oder einer Digitalkamera (die das 940nm-Licht als schwaches violettes Leuchten sehen kann).

12. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz für den Emitterteil. Wenn ein Durchlassstrom an den Halbleiterchip (wahrscheinlich GaAs-basiert für 940nm-Emission) angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) mit einer Wellenlänge frei, die der Bandlückenenergie des Materials (940nm) entspricht. Der Detektorteil, falls vorhanden, arbeitet nach dem Prinzip des photoelektrischen Effekts. Einfallende Infrarotphotonen mit ausreichender Energie erzeugen im Halbleiter Elektron-Loch-Paare, die bei Anlegen einer Sperrspannung einen Fotostrom erzeugen. Dieser Strom ist proportional zur Intensität des einfallenden IR-Lichts.

13. Branchentrends

Der Markt für diskrete IR-Komponenten bleibt stabil, angetrieben durch etablierte Anwendungen wie Fernbedienungen, Näherungssensoren und optische Schalter. Trends umfassen die Integration von IR-Emittern und -Detektoren in komplexere Module mit integrierten Treibern und Logik (z.B. Näherungssensormodule mit I2C-Ausgang). Es gibt auch einen kontinuierlichen Druck hin zu höherer Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro mA Treiberstrom) und kleineren Gehäusegrößen, um in immer kompaktere Consumer-Geräte zu passen. Die Betonung der RoHS-Konformität und umweltfreundlichen Fertigung, wie in diesem Datenblatt zu sehen, ist ein universeller Industriestandard.