Technisches Datenblatt für IR-Emitter und -Detektor LTLE-32F0L-032A - T-1 3/4-Gehäuse - 850nm Wellenlänge - 1,95V Durchlassspannung - 180mW Verlustleistung

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer diskreten Infrarot (IR)-Emitter- und Detektorkomponente. Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die Infrarotlicht-Emission und -Erkennung erfordern, und arbeitet mit einer Spitzenwellenlänge von 850 Nanometern (nm). Es ist in einem verbreiteten T-1 3/4-Rundgehäuse mit klarer, transparenter Ummantelung untergebracht, was es für eine Vielzahl optoelektronischer Systeme geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Komponente bietet mehrere Schlüsselvorteile, darunter Hochgeschwindigkeitsbetrieb, niedriger Stromverbrauch und hohe Effizienz. Sie entspricht den umweltrelevanten Standards für bleifreie (Pb-free) und RoHS-konforme Produktion. Zu den Hauptanwendungen zählen der Einsatz als 850nm IR-Emitter, die Integration in Nachtsichtsysteme für Kameras sowie verschiedene Sensoranwendungen, bei denen Infrarotlicht zur Annäherungserkennung, Datenübertragung oder Objekterkennung genutzt wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte, objektive Interpretation der Schlüsselparameter des Bauteils.

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Verlustleistung (Pd):180 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):1 A. Dies ist der maximal zulässige Strom unter gepulsten Bedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10μs Pulsbreite). Eine Überschreitung kann zu katastrophalem Ausfall führen.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):100 mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden darf.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den Halbleiterübergang zerstören.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, innerhalb dessen der Betrieb des Bauteils gemäß seiner Spezifikationen garantiert ist.
• Lagertemperaturbereich:-55°C bis +100°C.
• Lötemperatur der Anschlüsse:320°C für 3 Sekunden, gemessen 4,0mm vom Bauteilkörper entfernt.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter spezifischen Testbedingungen bei TA=25°C.

• Strahlungsstärke (I_E):28 mW/sr (typisch). Dies misst die abgegebene optische Leistung pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 50mA. Es ist eine Schlüsselmetrik für die Helligkeit des Emitters.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak):850 nm. Die Wellenlänge, bei der der Emitter die meiste optische Leistung abgibt. Diese liegt im nahen Infrarotspektrum, für das menschliche Auge unsichtbar, aber von Silizium-Fotodioden und vielen Kamerasensoren erfassbar.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm. Dies gibt die spektrale Bandbreite an; den Wellenlängenbereich, über den signifikante optische Leistung emittiert wird. Ein Wert von 50nm ist typisch für Standard-GaAs/AlGaAs IR-Emitter.
• Durchlassspannung (V_F):1,6V (Min), 1,95V (Typ), nicht spezifiziert Max bei I_F=50mA. Dies ist der Spannungsabfall über dem Bauteil im leitenden Zustand. Sie ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Treiberschaltung.
• Sperrstrom (I_R):100 μA (Max) bei V_R=5V. Der geringe Leckstrom, der fließt, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):60 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Er definiert die Strahlaufweitung des emittierten Lichts.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Bauteilverhalten unter variierenden Bedingungen veranschaulichen.

3.1 Spektrale Verteilung

Abbildung 1 zeigt die relative Strahlungsstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die Kurve ist bei 850nm zentriert und weist die spezifizierte Halbwertsbreite von 50nm auf, was die spektralen Eigenschaften bestätigt. Diese Information ist entscheidend, um die Kompatibilität mit der spektralen Empfindlichkeit des vorgesehenen Detektors (z.B. einer Silizium-Fotodiode oder eines IR-Filters der Kamera) sicherzustellen.

3.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Abbildung 3 zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Diese Kurve ist exponentieller Natur, typisch für eine Diode. Sie zeigt, dass die Durchlassspannung mit dem Strom ansteigt. Entwickler nutzen diese Kurve, um einen geeigneten strombegrenzenden Widerstand auszuwählen, um den gewünschten Arbeitspunkt (z.B. 50mA für die spezifizierte Strahlungsstärke) zu erreichen, ohne die Maximalwerte zu überschreiten.

3.3 Temperaturabhängigkeit

Die Abbildungen 2 und 4 veranschaulichen die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf die Bauteilleistung.

• Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb. 2):Zeigt wahrscheinlich, wie die Durchlassspannung bei festem Strom mit steigender Temperatur abnimmt (negativer Temperaturkoeffizient), eine typische Eigenschaft von LEDs.
• Relative Strahlungsstärke vs. Umgebungstemperatur (Abb. 4):Zeigt, dass die optische Ausgangsleistung des Emitters mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Diese Entlastung ist kritisch für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen; der Treiberstrom muss möglicherweise erhöht werden (innerhalb der Grenzen), um eine konstante Lichtausgabe aufrechtzuerhalten, oder es ist ein Wärmemanagement erforderlich.

3.4 Relative Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom

Abbildung 5 zeigt, wie die optische Ausgangsleistung mit dem Treiberstrom ansteigt. Diese Beziehung ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer und Effizienzgrenzen schließlich sättigen. Der Betrieb nahe dem typischen 50mA-Punkt gewährleistet gute Effizienz und Langlebigkeit.

3.5 Strahlungsdiagramm

Abbildung 6 ist ein Polardiagramm, das die Winkelverteilung der emittierten Lichtintensität zeigt und den 60-Grad-Abstrahlwinkel visuell darstellt. Die Intensität ist entlang der Mittelachse (0°) am höchsten und nimmt zu den Rändern hin ab.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges T-1 3/4 (5mm) Rundgehäuse. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen: alle Maße in mm (Zoll), eine Toleranz von ±0,25mm sofern nicht anders angegeben, einen maximalen Harzüberstand unter dem Flansch von 0,5mm und den Anschlussabstand gemessen am Austrittspunkt des Gehäuses. Die genaue mechanische Zeichnung liefert kritische Informationen für das Leiterplatten-Layout, um korrekten Sitz und Ausrichtung sicherzustellen.

4.2 Abmessungen der Band- und Rolle-Verpackung

Für die automatisierte Bestückung werden die Bauteile auf geprägter Trägerbahn geliefert. Abschnitt 6 enthält eine detaillierte Tabelle der Bandabmessungen, einschließlich Durchmesser der Zuführlöcher (D: 3,8-4,2mm), Bauteilabstand (P: 12,5-12,9mm), Taschenabmessungen (P1, P2, H) und Bandbreite (W3: 17,5-19,0mm). Ein Klebeband (Breite W1: 12,5-13,5mm) verschließt die Bauteile in den Taschen. Diese Spezifikationen sind wesentlich für die Programmierung von Bestückungsautomaten und den Entwurf von Zuführsystemen.

5. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Sachgemäße Handhabung ist für die Zuverlässigkeit entscheidend.

5.1 Lagerung

Bauteile sollten bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Wenn sie aus der original Feuchtigkeitssperrbeutel entnommen wurden, sollten sie innerhalb von drei Monaten verwendet werden. Für längere Lagerung außerhalb der Beutel sollte ein verschlossener Behälter mit Trockenmittel oder ein Stickstoff-Exsikkator verwendet werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Lötens zu \"Popcorning\" führen kann.

5.2 Reinigung

Falls Reinigung notwendig ist, verwenden Sie alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol. Aggressive Chemikalien können die Epoxidlinse beschädigen.

5.3 Anschlussformung

Biegen Sie die Anschlüsse an einer Stelle mindestens 3mm von der Linsenbasis entfernt. Verwenden Sie den Gehäusekörper nicht als Drehpunkt. Die Formung muss bei Raumtemperatur und vor dem Löten erfolgen. Verwenden Sie beim Einfügen in die Leiterplatte minimalen Kraftaufwand, um mechanische Spannung zu vermeiden.

5.4 Lötparameter

Halten Sie einen Mindestabstand von 3mm zwischen Linsenbasis und Lötstelle ein. Tauchen Sie die Linse niemals in Lötzinn.

• Lötkolben:Max. 350°C für max. 3 Sekunden (nur einmal).
• Wellenlöten:Vorwärmen ≤100°C für ≤60 Sek., Lötwellentemperatur ≤320°C für ≤3 Sek. Die Eintauchposition muss mindestens 2mm von der Linsenbasis entfernt sein.
• Wichtiger Hinweis:Übermäßige Temperatur oder Zeit kann die Linse verformen oder das Bauteil zerstören. Infrarot (IR)-Rekonvektion ist für dieses Durchsteckbauteil NICHT geeignet.

6. Anwendungs- und Entwurfsüberlegungen

6.1 Treiberschaltungsentwurf

Dies ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer Emitter zu gewährleisten, muss ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mitjeder einzelnen LEDgeschaltet werden (Schaltung A). Das einfache Parallelschalten von LEDs mit einem einzigen gemeinsamen Widerstand (Schaltung B) wird aufgrund von Schwankungen in der Durchlassspannung (V_F) jedes Bauteils nicht empfohlen, was zu ungleichmäßiger Stromverteilung und damit ungleichmäßiger Helligkeit führt.

6.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Die Komponente ist empfindlich gegenüber ESD und Stromspitzen. Präventive Maßnahmen sind zwingend erforderlich:

• Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder und antistatische Handschuhe.
• Stellen Sie sicher, dass alle Geräte, Arbeitsplätze und Lagerregale ordnungsgemäß geerdet sind.
• Verwenden Sie Ionisatoren, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Kunststofflinse aufbauen können.

6.3 Anwendungsbereich und Zuverlässigkeit

Das Bauteil ist für gewöhnliche elektronische Geräte (Büro, Kommunikation, Haushalt) vorgesehen. Für Anwendungen, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (Luftfahrt, Medizin, Sicherheitssysteme), sind vor der Verwendung spezielle Beratung und Qualifizierung erforderlich, da die Standard-Zuverlässigkeitsdaten für solche kritischen Anwendungen möglicherweise nicht ausreichen.

7. Technischer Vergleich und Trends

7.1 Differenzierung

Die 850nm Wellenlänge bietet einen Kompromiss zwischen guter Siliziumdetektor-Empfindlichkeit und geringerer Absorption in vielen Materialien im Vergleich zu längeren IR-Wellenlängen. Das T-1 3/4-Gehäuse ist ein Industriestandard und gewährleistet breite Kompatibilität mit Sockeln und Leiterplattenlayouts. Die klare Linse (im Gegensatz zu getönter) maximiert die Lichtausbeute für die Emitterfunktion.

7.2 Funktionsprinzip

Als IR-Emitter (IRED): Bei Durchlasspolung oberhalb der Schwellenspannung rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Halbleiterbereich (wahrscheinlich GaAs/AlGaAs) und setzen Energie in Form von Photonen mit der charakteristischen 850nm Wellenlänge frei. Die klare Epoxidlinse formt und richtet diese Lichtausgabe.

Als Detektor (Fotodiode): Wenn Photonen mit ausreichender Energie auf den Halbleiterübergang treffen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare, die einen Fotostrom erzeugen, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird. Dieser Strom ist proportional zur einfallenden Lichtintensität.

7.3 Entwurfstrends

Die Industrie strebt weiterhin nach höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt), verbesserter Geschwindigkeit für Datenübertragung und erhöhter Zuverlässigkeit. Oberflächenmontage-Bauteile (SMD) werden für die automatisierte Bestückung immer häufiger, obwohl Durchsteckbauteile wie dieses für Prototypen, Hochleistungsanwendungen oder Szenarien, die eine robuste mechanische Befestigung erfordern, nach wie vor wichtig sind.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einem 5V- oder 3,3V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Sie müssen einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand verwenden. Um beispielsweise 50mA aus einer 5V-Versorgung mit einer typischen V_F von 1,95V zu erreichen: R = (5V - 1,95V) / 0,05A = 61 Ohm. Ein 62-Ohm-Widerstand wäre geeignet. Überprüfen Sie stets die tatsächliche V_F und die Belastbarkeit des Widerstands.

F: Was ist der Unterschied zwischen \"Strahlungsstärke\" (mW/sr) und \"Abstrahlwinkel\"?

A: Strahlungsstärke misst die Konzentration der optischen Leistung in eine bestimmte Richtung (pro Steradiant). Der Abstrahlwinkel beschreibt die Winkelausbreitung dieses Strahls. Ein Bauteil mit hoher Strahlungsstärke, aber engem Abstrahlwinkel erzeugt einen sehr fokussierten, intensiven Punkt. Dieses Bauteil hat einen moderaten Abstrahlwinkel von 60°, was einen guten Kompromiss zwischen Strahlkonzentration und Abdeckung bietet.

F: Warum ist die Lagerfeuchtigkeit wichtig?

A: Die Epoxid-Ummantelung kann Feuchtigkeit aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und internen Druck erzeugen, der das Gehäuse zum Reißen bringen oder interne Verbindungen ablösen kann – ein Ausfall, der als \"Popcorning\" bekannt ist.

F: Kann ich dies für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung wie IR-Fernbedienungen verwenden?

A: Obwohl es als \"hochgeschwindig\" aufgeführt ist, hängt die Eignung von der erforderlichen Datenrate ab. Die 10μs-Pulsbewertung für den Spitzenstrom deutet darauf hin, dass es mäßig schnelle Pulse verarbeiten kann. Für sehr hochgeschwindige Kommunikation (z.B. IrDA) wären speziell für schnellere Anstiegs-/Abfallzeiten charakterisierte Komponenten besser geeignet.