Technisches Datenblatt für IR-Emitter und -Detektor LTE-C9511-E - 940nm Wellenlänge - 20mA Durchlassstrom - 1,5V Durchlassspannung

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen eines diskreten Infrarot-Bauteils, das für Anwendungen entwickelt wurde, die zuverlässige Infrarot-Emission und -Detektion erfordern. Das Bauteil ist ein oberflächenmontierbares (SMD) Bauelement mit einer Spitzenwellenlänge von 940nm und eignet sich für eine Vielzahl optoelektronischer Systeme.

1.1 Merkmale

• Konform mit RoHS- und Green-Product-Standards.
• Verpackt in 8mm-Tape auf 7\"-Spulen für die automatisierte Bestückung.
• Kompatibel mit automatischen Bestückungsgeräten und Infrarot-Reflow-Lötprozessen.
• Standard-EIA-Gehäuse-Footprint.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp) von 940nm.
• Wasserklares Kunststoffgehäuse mit Aufsichtslinse.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 3.

1.2 Anwendungen

• Infrarot-Emitter für Fernbedienungen.
• Platinenmontierter Infrarotsensor für Annäherungserkennung, Datenübertragung oder Sicherheitsalarme.

2. Abmessungen

Das Bauteil entspricht einem standardmäßigen SMD-Gehäuse. Alle Hauptabmessungen sind in den Zeichnungen des Datenblatts mit einer Standardtoleranz von ±0,15mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Das Gehäuse ist für eine zuverlässige Platzierung und Verlötung auf Leiterplatten ausgelegt.

3. Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C.

• Verlustleistung (Pd):100 mW
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):1 A (unter gepulsten Bedingungen: 300 pps, 10μs Pulsbreite)
• DC-Durchlassstrom (IF):50 mA
• Sperrspannung (VR):5 V
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-55°C bis +100°C
• Bedingung für Infrarot-Reflow-Lötung:Maximale Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden.

4. Elektrische und optische Kenngrößen

Typische Leistungsparameter werden bei TA=25°C unter spezifizierten Testbedingungen gemessen und beschreiben das erwartete Betriebsverhalten.

• Strahlstärke (I_E):4,0 (Min), 6,0 (Typ) mW/sr bei I_F= 20mA.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak):940 nm (Typ) bei I_F= 20mA.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm (Typ) bei I_F= 20mA.
• Durchlassspannung (V_F):1,2 (Typ), 1,5 (Max) V bei I_F= 20mA.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (Max) bei V_R= 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):20 (Min), 25 (Typ) Grad. θ_1/2ist der Winkel außerhalb der Achse, bei dem die Strahlstärke halb so groß ist wie der axiale Wert.

4.1 Bin-Code-Liste

Die Bauteile werden basierend auf der gemessenen Strahlstärke bei 20mA in Bins gruppiert, um Konsistenz im Anwendungsdesign zu gewährleisten.

• Bin-Code K:4 bis 6 mW/sr
• Bin-Code L:5 bis 7,5 mW/sr
• Bin-Code M:6 bis 9 mW/sr
• Bin-Code N:7 bis 10,5 mW/sr

5. Typische Kennlinien

Die folgenden Kurven veranschaulichen das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen und bieten tiefere Einblicke für den Schaltungsentwurf.

5.1 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangskurve zeigt die relative Strahlstärke über die Wellenlängen, zentriert um das 940nm-Maximum mit einer typischen Halbwertsbreite von 50nm, und definiert die spektrale Reinheit des Infrarotlichts.

5.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese I-V-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen dem angelegten Durchlassstrom und dem resultierenden Spannungsabfall über dem Bauteil, was entscheidend für die Bestimmung der erforderlichen Treiberspannung und Verlustleistung ist.

5.3 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm zeigt die erforderliche Reduzierung (Derating) des maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstroms bei steigender Umgebungstemperatur, was für das thermische Management und die Zuverlässigkeit wesentlich ist.

5.4 Relative Strahlstärke vs. Durchlassstrom

Zeigt, wie sich die optische Ausgangsleistung mit steigendem Treiberstrom skaliert, und hilft dabei, die Stromstärke für die gewünschte Helligkeit/Intensität zu optimieren.

5.5 Relative Strahlstärke vs. Umgebungstemperatur

Zeigt den typischen Rückgang der optischen Ausgangsleistung bei steigender Sperrschichttemperatur, was eine wichtige Überlegung für Anwendungen in variierenden thermischen Umgebungen ist.

5.6 Abstrahlcharakteristik

Ein Polardiagramm, das die Winkelverteilung der emittierten Infrarotstrahlung darstellt, charakterisiert durch den typischen Abstrahlwinkel von 25 Grad. Dies definiert den Emissionskegel und ist entscheidend für die Ausrichtung des Emitters mit einem Detektor.

6. Mechanische und Verpackungsinformationen

6.1 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Empfohlene Leiterplatten-Land-Pattern-Abmessungen werden bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, mechanische Stabilität und Wärmeableitung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten.

6.2 Tape-and-Reel-Verpackungsabmessungen

Detaillierte Zeichnungen spezifizieren die Trägerbandabmessungen, Taschenabstände und Spulenspezifikationen, die mit Standard-SMD-Bestückungsgeräten kompatibel sind.

• Spulendurchmesser: 7 Zoll.
• Stückzahl pro Spule: 1500 Stück.
• Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikationen.

7. Bestückungs- und Handhabungsrichtlinien

7.1 Lagerbedingungen

Aufgrund der Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 3 müssen spezifische Lagerprotokolle eingehalten werden. Ungeöffnete, werksversiegelte Packungen mit Trockenmittel sollten unter 30°C und 90% r.F. gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Einmal geöffnet, sollten die Bauteile unter 30°C und 60% r.F. gelagert und idealerweise innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Eine verlängerte Lagerung außerhalb der Originalverpackung erfordert einen Trockenschrank oder einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel. Bauteile, die länger als eine Woche gelagert wurden, sollten vor dem Löten etwa 20 Stunden bei ca. 60°C getrocknet (gebakt) werden, um \"Popcorning\"-Schäden zu verhindern.

7.2 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol (IPA) verwendet werden. Scharfe oder aggressive chemische Reiniger müssen vermieden werden.

7.3 Lötempfehlungen

Das Bauteil ist mit Infrarot-Reflow-Lötung kompatibel. Ein JEDEC-konformes Temperaturprofil wird empfohlen.

• Reflow-Lötung:Maximale Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden (max. zwei Reflow-Zyklen).
• Handlötung (Lötkolben):Maximale Lötspitzentemperatur von 300°C für maximal 3 Sekunden pro Pad.

Das genaue Profil sollte für das spezifische Leiterplattendesign, die verwendete Lötpaste und den Ofen charakterisiert werden.

7.4 Treiberschaltungsentwurf

Da eine Infrarot-Leuchtdiode (IRED) ein stromgesteuertes Bauteil ist, ist ein serieller strombegrenzender Widerstand für einen stabilen Betrieb zwingend erforderlich. Die empfohlene Schaltungskonfiguration (Schaltung A) sieht einen individuellen Widerstand in Reihe mit jeder IRED vor, selbst wenn mehrere Bauteile parallel an eine Spannungsquelle angeschlossen sind. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Stromverteilung und konsistente Strahlstärke über alle Bauteile hinweg und verhindert Helligkeitsschwankungen, die bei einer einfachen Parallelschaltung ohne individuelle Widerstände (Schaltung B) auftreten können.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Komponente ist für universelle Infrarot-Anwendungen konzipiert. Ihre 940nm-Wellenlänge ist aufgrund der hohen Transmission durch viele Kunststoffe und geringen Sichtbarkeit ideal für Fernbedienungssysteme. Sie eignet sich auch für Kurzstrecken-Datenverbindungen, Objekterkennung und Annäherungssensorik in Unterhaltungselektronik, Bürogeräten und einfachen industriellen Steuerungen.

8.2 Designüberlegungen

• Optische Ausrichtung:Der 25-Grad-Abstrahlwinkel erfordert eine sorgfältige mechanische Ausrichtung zwischen dem Emitter und dem entsprechenden Fotodetektor (z.B. Fototransistor oder Fotodiode) für eine optimale Signalstärke.
• Stromeinstellung:Betreiben Sie den IRED für die Prüfung der Schlüsselparameter bei oder unterhalb des empfohlenen DC-Durchlassstroms von 20mA. Verwenden Sie die Leistungskurven, um den geeigneten Strom für die erforderliche Strahlstärke auszuwählen, wobei Verlustleistung und thermische Effekte zu berücksichtigen sind.
• Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungslicht:
• Bei Verwendung als Teil eines Sensorsystems sollte der Einsatz modulierter IR-Signale und entsprechender gefilterter Detektoren in Betracht gezogen werden, um Störungen durch Umgebungslichtquellen wie Sonnenlicht oder Glühlampen zu unterdrücken.
• Thermisches Management:Stellen Sie sicher, dass das Leiterplattenlayout eine ausreichende Wärmeableitung bietet, insbesondere bei Betrieb nahe der Maximalwerte oder in hohen Umgebungstemperaturen, um die Langzeitzuverlässigkeit zu gewährleisten.

8.3 Funktionsprinzip

Das Bauteil funktioniert als Infrarot-Leuchtdiode (LED). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Durchlassspannung (V_F) überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im Halbleiterübergang und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifischen Halbleitermaterialien (z.B. GaAs) sind so gewählt, dass sie Photonen im Infrarotspektrum (940nm) erzeugen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind, aber von siliziumbasierten Fotodetektoren erfasst werden können.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen Strahlstärke und Lichtstärke?

Strahlstärke (gemessen in mW/sr) ist die optische Leistung pro Raumwinkel im Infrarotspektrum. Lichtstärke (gemessen in Candela) wird durch die Empfindlichkeit des menschlichen Auges gewichtet und ist für diese nicht sichtbare Infrarotquelle nicht anwendbar.

9.2 Kann ich diese IRED direkt von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin ansteuern?

Nein. Ein Mikrocontroller-Pin kann typischerweise nicht zuverlässig 20mA liefern und verfügt nicht über eine Stromregelung. Verwenden Sie immer eine Treiberschaltung (wie einen Transistor) mit einem seriellen strombegrenzenden Widerstand, wie im Datenblatt gezeigt, um der IRED einen stabilen, geregelten Strom bereitzustellen.

9.3 Warum sind die Lagerbedingungen so spezifisch (MSL 3)?

Das Kunststoffgehäuse kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen, internen Druck erzeugen und möglicherweise Delamination oder Risse (\"Popcorning\") verursachen. Die MSL-Einstufung und die Backanweisungen verhindern diesen Fehlermodus.

9.4 Wie wähle ich den richtigen Wert für den Serienwiderstand?

Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Zum Beispiel, mit einer Versorgungsspannung von 5V, einer typischen V_Fvon 1,2V und einem gewünschten I_Fvon 20mA: R = (5 - 1,2) / 0,02 = 190 Ohm. Wählen Sie den nächstgelegenen Standardwiderstandswert unter Berücksichtigung der Nennleistung (P = I²R).