LTE-C216R-14 IR-Emitter und -Detektor Datenblatt - 1206 Gehäuse - 850nm Wellenlänge - 60mA Strom - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der LTE-C216R-14 ist ein oberflächenmontierter Infrarot (IR)-Emitter und -Detektor, der für die Integration in moderne elektronische Baugruppen konzipiert ist. Seine Hauptfunktion ist das Emittieren und Detektieren von Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge von 850 Nanometern, was ihn für eine Vielzahl von Anwendungen in der Sensorik, Datenübertragung und Näherungserkennung geeignet macht. Das Bauteil ist in einem kompakten 1206-Gehäuse untergebracht, einem standardisierten EIA-Footprint, der eine breite Kompatibilität mit automatisierten Fertigungsprozessen und bestehenden PCB-Layouts gewährleistet.

Die Kernvorteile dieser Komponente umfassen ihre Kompatibilität mit Hochvolumen-Automatikbestückungsanlagen und ihre Robustheit in standardmäßigen Infrarot-Reflow-Lötprozessen. Dies macht sie zur idealen Wahl für kosteneffiziente Massenproduktion. Darüber hinaus entspricht sie den RoHS-Richtlinien (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und wird somit als umweltfreundliches Produkt eingestuft, was für den globalen Marktzugang und die Umweltkonformität zunehmend wichtiger wird.

Der Zielmarkt für dieses Bauteil erstreckt sich auf Unterhaltungselektronik, Industrieautomatisierung, Kommunikationsgeräte und Büromaschinen. Seine Zuverlässigkeit und das standardisierte Gehäuse machen ihn zu einem vielseitigen Baustein für Entwickler, die eine zuverlässige IR-Lösung benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Der Betrieb einer elektronischen Komponente über ihre absoluten Grenzwerte hinaus kann dauerhafte Schäden verursachen. Für den LTE-C216R-14 sind diese Grenzwerte bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C definiert.

• Verlustleistung (P_D):100 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil sicher als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (I_FP):800 mA. Dies ist der maximal zulässige Momentanstrom, typischerweise unter Impulsbedingungen spezifiziert (300 Impulse pro Sekunde, 10 μs Impulsbreite), um thermische Überlastung während kurzer Bursts zu verhindern.
• Dauer-Strom (I_F):60 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann, ohne Leistung oder Lebensdauer zu beeinträchtigen.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den Halbleiterübergang zerstören.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperaturbereich:-55°C bis +100°C. Die Komponente kann innerhalb dieser Grenzen ohne Degradation gelagert werden.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält 260°C für 10 Sekunden stand. Dies definiert seine Toleranz für bleifreie (Pb-free) Reflow-Lötprofile.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei T_A=25°C unter spezifizierten Testbedingungen gemessen und dienen als Referenz für Designberechnungen.

• Strahlungsstärke (I_E):4 (Min) bis 13 (Max) mW/sr, mit einem typischen Wert. Gemessen bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA. Dieser Parameter quantifiziert die pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) emittierte optische Leistung.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak):850 nm (Typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der der Emitter seine maximale optische Leistung abgibt. Es ist ein kritischer Parameter für die Abstimmung auf die spektrale Empfindlichkeit von Fotodetektoren.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm (Typisch). Dies gibt die Bandbreite des emittierten Lichts an und zeigt, wie stark sich die Wellenlänge um den Spitzenwert verteilt.
• Durchlassspannung (V_F):1,6 V (Typisch), 2,0 V (Maximal) bei I_F= 50 mA. Dies ist der Spannungsabfall über dem Bauteil im leitenden Zustand. Er ist wesentlich für das Design der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (Maximal) bei V_R= 5V. Dies ist der geringe Leckstrom, der fließt, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.
• Anstiegs-/Abfallzeit (T_r/T_f):30 ns (Typisch). Dies spezifiziert, wie schnell der optische Ausgang ein- und ausschalten kann (gemessen von 10% bis 90% des Ausgangs), und bestimmt die maximal mögliche Modulationsgeschwindigkeit für die Datenübertragung.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):75 Grad (Typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Ein größerer Winkel bietet eine breitere räumliche Abdeckung, aber eine geringere Intensität an einem bestimmten Punkt.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische elektrische und optische Kennlinien. Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht reproduziert werden, dienen sie dazu, das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen visuell zu veranschaulichen.

Diese Kurven umfassen typischerweise:

• I-V (Strom-Spannungs)-Kennlinie:Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung, die für LEDs nichtlinear ist. Dies hilft bei der Bestimmung des dynamischen Widerstands und der erforderlichen Treiberspannung für einen Zielstrom.
• Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht, wie die optische Ausgangsleistung mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist im Betriebsbereich im Allgemeinen linear, kann aber bei sehr hohen Strömen sättigen.
• Spitzenwellenlänge vs. Temperatur:Zeigt, wie sich die emittierte Wellenlänge mit Änderungen der Sperrschichttemperatur verschiebt, was für temperaturabhängige Anwendungen entscheidend ist.
• Abstrahlcharakteristik:Ein Polardiagramm, das die räumliche Verteilung der emittierten Lichtintensität zeigt.

Ingenieure nutzen diese Kurven, um ihr Design zu optimieren, sicherzustellen, dass das Bauteil in seinem effizientesten und zuverlässigsten Bereich arbeitet, und die Leistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen vorherzusagen.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Die Komponente verwendet einen standardmäßigen 1206-Gehäuse-Footprint. Das Datenblatt enthält detaillierte mechanische Zeichnungen mit allen kritischen Abmessungen in Millimetern. Wichtige Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe des Bauteilkörpers sowie die Platzierung und Größe der Lötpads auf dem Bauteil selbst. Die Toleranz für diese Abmessungen beträgt typischerweise ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Einhaltung dieser Abmessungen ist entscheidend für ein erfolgreiches PCB-Land-Pattern-Design und die automatisierte Montage.

4.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlener Lötpad-Footprint für die Leiterplatte wird bereitgestellt. Dieses Layout ist so ausgelegt, dass es während des Reflow-Lötens eine zuverlässige Lötstellenbildung gewährleistet und Probleme wie "Tombstoning" (Bauteil stellt sich auf) oder unzureichende Lötung minimiert. Die Einhaltung dieser empfohlenen Pad-Abmessungen, die üblicherweise etwas größer als die Anschlüsse des Bauteils sind, um eine ordnungsgemäße Lötnahtbildung zu ermöglichen, ist eine bewährte Methode für Fertigbarkeit und langfristige Zuverlässigkeit.

4.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Für die automatisierte Montage werden die Bauteile auf 8-mm-Tape auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Tape-and-Reel-Spezifikationen entsprechen den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Standards und gewährleisten so die Kompatibilität mit Standard-Pick-and-Place-Maschinen. Hinweise geben an, dass leere Bauteiltaschen mit Deckband versiegelt sind und pro Spule maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile ("Lampen") zulässig sind, was Standard-Qualitätssicherungsmaßnahmen für Tape-and-Reel-Verpackungen sind.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist für Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozesse qualifiziert, insbesondere für solche, die bleifreies (Pb-free) Lot verwenden. Ein vorgeschlagenes Reflow-Profil wird bereitgestellt, mit Schlüsselparametern wie einer Vorwärmphase (150-200°C), einer maximalen Spitzentemperatur von 260°C und einer Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (typischerweise etwa 217°C für bleifreies Lot) von nicht mehr als 10 Sekunden. Das Datenblatt betont, dass das optimale Profil vom spezifischen PCB-Design, den Komponenten, der Lötpaste und dem Ofen abhängt, und empfiehlt, JEDEC-Standardprofile als Basis zu verwenden, während die Spezifikationen des Lötpastenherstellers eingehalten werden.

5.2 Handlöten

Falls Handlöten erforderlich ist, sollte dies mit einer Lötspitzentemperatur von maximal 300°C durchgeführt werden, und die Kontaktzeit sollte auf maximal 3 Sekunden begrenzt werden. Dies sollte nur einmal erfolgen, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und dem internen Halbleiterchip zu verhindern.

5.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Das Datenblatt warnt ausdrücklich vor der Verwendung nicht spezifizierter chemischer Flüssigkeiten, die das Gehäusematerial beschädigen könnten. Empfohlene Reinigungsmethoden umfassen das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute.

5.4 Lagerung und Handhabung

Feuchtigkeitsempfindlichkeit ist ein kritischer Faktor für oberflächenmontierbare Bauteile. Die LEDs werden in einer feuchtigkeitsdichten Barrieretüte mit Trockenmittel versandt. Während sie versiegelt sind, sollten sie bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollte die Lagerumgebung 30°C und 60% RH nicht überschreiten. Aus der versiegelten Tüte entnommene Komponenten sollten idealerweise innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung müssen sie in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre gelagert werden. Komponenten, die länger als eine Woche außerhalb der Trockentüte gelagert wurden, erfordern vor dem Löten einen Trocknungsprozess (Backen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden), um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning"-Schäden während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6. Anwendungsvorschläge

6.1 Typische Anwendungsszenarien

Der LTE-C216R-14 ist für gewöhnliche elektronische Geräte vorgesehen. Häufige Anwendungen umfassen:

• Näherungssensoren:Erkennen der An- oder Abwesenheit eines Objekts durch Reflexion seines IR-Lichts.
• Optische Schalter:Unterbrechen eines IR-Strahls zur Erkennung von Bewegung oder Position.
• Datenübertragung:Einfache Infrarot-Datenverbindungen (z.B. Fernbedienungen, Kurzstrecken-Serienkommunikation) durch Modulation des Treiberstroms.
• Objektzählung:In Automatisierungslinien, wo Objekte einen Strahl unterbrechen.
• Integration in Bürogeräte, Kommunikationsgeräte und Haushaltsgeräte.

Das Datenblatt enthält einen wichtigen Hinweis: Für Anwendungen, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (Luftfahrt, Medizingeräte, Sicherheitssysteme), ist eine Konsultation mit dem Hersteller vor der Integration erforderlich.

6.2 Treiberschaltungs-Design

Ein grundlegendes Prinzip für den Einsatz von LEDs wird hervorgehoben: Es sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs zu gewährleisten, empfiehlt das Datenblatt dringend, einen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Dies kompensiert geringfügige Schwankungen in der Durchlassspannungs- (V_F) Kennlinie von Bauteil zu Bauteil. Das direkte Parallelschalten von LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da die LED mit der etwas niedrigeren V_F unverhältnismäßig mehr Strom zieht, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenzieller Überlastung dieses Bauteils führt.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Obwohl in diesem eigenständigen Datenblatt kein direkter Vergleich mit anderen Teilenummern bereitgestellt wird, lassen sich die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale des LTE-C216R-14 ableiten:

• Standardisierter Footprint (1206/EIA):Bietet im Vergleich zu proprietären Gehäusen einen einfachen Austausch und vertrautes Design.
• Bleifrei & RoHS-konform:Erfüllt moderne Umweltvorschriften, was für ältere oder Nischenkomponenten möglicherweise nicht zutrifft.
• Automatisierungsfreundlich:Seine Tape-and-Reel-Verpackung und Kompatibilität mit Pick-and-Place- und Reflow-Prozessen machen ihn sehr geeignet für kosteneffiziente, hochvolumige Fertigung.
• Ausgewogene Leistung:Mit einem 75-Grad-Abstrahlwinkel, 850nm Wellenlänge und 30ns Geschwindigkeit bietet er einen ausgewogenen Satz von Eigenschaften für allgemeine IR-Anwendungen.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese IR-LED direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 1,6V bei 50mA. Ein direkter Anschluss an einen 5V-Pin würde versuchen, einen sehr hohen, zerstörerischen Strom durch sie zu treiben. Sie müssen einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Um beispielsweise 20mA aus einer 5V-Versorgung zu erreichen: R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω (verwenden Sie einen Standard-180Ω oder 150Ω Widerstand).

F2: Was ist die maximale mögliche Datenrate mit diesem Emitter?
A: Die Anstiegs-/Abfallzeit von 30 ns deutet auf eine theoretische maximale Modulationsbandbreite im Bereich von zehn MHz hin. Praktische Datenraten für zuverlässige Kommunikation sind jedoch niedriger, oft im Bereich von hunderten kbps bis zu einigen Mbps, abhängig von der Treiberschaltung, dem Detektor und Umgebungsrauschen.

F3: Warum sind die Lagerbedingungen nach dem Öffnen der Tüte so streng (≤60% RH)?
A: Oberflächenmontierbare Kunststoffgehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und internen Druck erzeugen, der das Gehäuse reißen oder interne Verbindungen delaminieren kann – ein Ausfall, der als "Popcorning" bekannt ist. Die strengen Lagerbedingungen und Backanforderungen sind vorbeugende Maßnahmen dagegen.

F4: Wie interpretiere ich den Strahlungsstärkewert (mW/sr)?
A: Er misst die optische Leistungsdichte. Ein Wert von 10 mW/sr bedeutet, dass das Bauteil 10 Milliwatt optische Leistung in einen Ein-Steradiant-Kegel des Raums in die Richtung abgibt, in die es zeigt. Um die Gesamtleistung zu ermitteln, müsste man diese Intensität über den gesamten Abstrahlwinkel (75 Grad oder ~1,84 sr) integrieren.

9. Design-in Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Papierpräsenzsensors für einen Drucker.
Ziel:Erkennen, ob sich Papier im Zuführtray befindet.
Umsetzung:Platzieren Sie den LTE-C216R-14-Emitter auf einer Seite des Papierwegs und einen passenden Fotodetektor (oder verwenden Sie den Detektorteil einer ähnlichen Komponente) direkt gegenüber. Wenn kein Papier vorhanden ist, erreicht der IR-Strahl den Detektor und erzeugt ein Signal (z.B. logisch HIGH). Wenn Papier vorhanden ist, blockiert es den Strahl, wodurch das Detektorsignal abfällt (logisch LOW).
Designüberlegungen:

• Stromeinstellung:Betreiben Sie den Emitter mit 20mA unter Verwendung eines Reihenwiderstands für eine konsistente, langlebige Ausgabe.
• Ausrichtung:Der 75-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine gewisse Toleranz für mechanische Fehlausrichtung.
• Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungslicht:Da moduliertes 850nm-Licht verwendet wird, kann das System durch Hinzufügen einer einfachen Modulations-/Demodulationsschaltung oder Verwendung eines Detektors mit Tageslichtfilter unempfindlich gegenüber Umgebungslichtstörungen gemacht werden.
• Löten:Befolgen Sie das empfohlene Reflow-Profil, um zuverlässige Verbindungen auf der Leiterplatte sicherzustellen, ohne die Komponente zu beschädigen.

10. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. Bei einer IR-LED ist die Halbleiterbandlücke so ausgelegt, dass diese freigesetzte Energie einem Photon im Infrarotspektrum entspricht (bei diesem Bauteil etwa 850nm). Die erzeugten Photonen werden als Licht emittiert. Die Detektorfunktion, falls in einer gepaarten Komponente vorhanden, arbeitet umgekehrt: Einfallende Infrarotphotonen mit ausreichender Energie erzeugen in einem Fotodiodenhalbleiter Elektron-Loch-Paare, die bei Sperrvorspannung einen messbaren Fotostrom erzeugen.

11. Technologietrends

Das Gebiet der Optoelektronik entwickelt sich weiter. Trends, die für Komponenten wie den LTE-C216R-14 relevant sind, umfassen:

• Erhöhte Integration:Bewegung hin zur Kombination von Emitter, Detektor und Steuerlogik (wie ein modulierter Treiber und Signalaufbereiter) in einem einzigen Gehäuse für einfachere Systemgestaltung.
• Höhere Effizienz:Entwicklung von Halbleitermaterialien und -strukturen, die mehr elektrische Eingangsleistung in optische Ausgangsleistung umwandeln, wodurch Stromverbrauch und Wärmeentwicklung reduziert werden.
• Miniaturisierung:Während das 1206-Gehäuse Standard ist, gibt es Bestrebungen zu noch kleineren Footprints (z.B. 0805, 0603), um Leiterplattenplatz in zunehmend kompakten Geräten zu sparen.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Verbesserungen bei Gehäusematerialien und -prozessen, um höheren Reflow-Temperaturen und härteren Umweltbedingungen standzuhalten und die Produktlebensdauer zu verlängern.
• Intelligente Sensorik:Integration grundlegender Intelligenz auf Komponentenebene, wie Umgebungslichtunterdrückung oder digitaler Ausgang, um die Schnittstelle zu Mikrocontrollern zu vereinfachen.

Diese Trends zielen darauf ab, Entwicklern leistungsfähigere, zuverlässigere und einfacher zu verwendende Bausteine für die nächste Generation elektronischer Produkte bereitzustellen.