IR-LED 0402 SMD Datenblatt - Abmessungen 1,0x0,5x0,5mm - Durchlassspannung 1,5V - Spitzenwellenlänge 940nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochzuverlässigen, miniaturisierten Oberflächenmontage-Infrarot-Emissionsdiode. Das Bauteil ist in einem kompakten 0402-Gehäuse untergebracht, aus wasserklarem Epoxidharz geformt und spektral auf Silizium-Fotodioden und Fototransistoren abgestimmt, was es ideal für Sensoranwendungen macht.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Zuverlässigkeit:Konzipiert für konstante Leistung in anspruchsvollen Anwendungen.
• Miniaturisierte Bauform:Das zweiseitige 0402-Gehäuse ermöglicht eine hochdichte Bestückung auf der Leiterplatte.
• Prozesskompatibilität:Geeignet für Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei, RoHS-konform, entspricht der EU REACH-Verordnung und erfüllt halogenfreie Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Zielanwendungen

• Leiterplattenmontierte Infrarotsensoren
• Infrarot-Fernbedienungen mit hohem Leistungsbedarf
• Optische Scanner
• Verschiedene Infrarot-Anwendungssysteme

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

Parameter	Symbol	Wert	Einheit	Anmerkungen
Dauer-Durchlassstrom	IF	50	mA
Sperrspannung	VR	5	V
Betriebstemperatur	Topr	-40 bis +100	°C
Lagertemperatur	Tstg	-40 bis +100	°C
Löttemperatur	Tsol	260	°C	Lötzeit ≤ 5 Sekunden.
Verlustleistung (Ta=25°C)	Pd	100	mW

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter Standardtestbedingungen (IF=20mA, sofern nicht anders angegeben).

Parameter	Symbol	Min.	Typ.	Max.	Einheit	Bedingung
Strahlstärke	Ie	0.5	2.35	--	mW/sr	IF=20mA
Spitzenwellenlänge	λp	--	940	--	nm	IF=20mA
Spektrale Bandbreite (FWHM)	Δλ	--	45	--	nm	IF=20mA
Durchlassspannung	VF	--	1.5	1.9	V	IF=20mA
Sperrstrom	IR	--	--	10	μA	VR=5V
Abstrahlwinkel (Halbwinkel)	2θ1/2	--	120	--	Grad	IF=20mA

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere für Entwicklungsingenieure wesentliche Kennlinien.

3.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie)

Die Kurve zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Durchlassstrom (IF) und Durchlassspannung (VF). Am typischen Arbeitspunkt von 20mA beträgt die Durchlassspannung etwa 1,5V. Entwickler müssen einen Vorwiderstand in Reihe schalten, um ein Überschreiten des maximalen Durchlassstroms zu verhindern, da bereits eine kleine Spannungserhöhung zu einem großen, potenziell zerstörerischen Stromanstieg führen kann.

3.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Entlastungskennlinie zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Das Bauteil kann seinen vollen Nennstrom bis etwa 25°C führen. Darüber hinaus muss der Maximalstrom linear auf null bei der maximalen Sperrschichttemperatur (impliziert durch die 100°C Betriebsgrenze) reduziert werden. Dies ist entscheidend für die Langzeitzuverlässigkeit in Hochtemperaturumgebungen.

3.3 Spektrale Verteilung

Das Spektralausgangsdiagramm bestätigt die Spitzenemissionswellenlänge bei 940nm mit einer typischen spektralen Bandbreite (Halbwertsbreite) von 45nm. Diese Wellenlänge ist nahezu optimal für siliziumbasierte Fotodetektoren, die in diesem Bereich eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, was das Signal-Rausch-Verhältnis in Sensoranwendungen maximiert.

3.4 Relative Strahlstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Strahlungsleistung im typischen Arbeitsbereich (bis etwa 40-50mA) nahezu linear mit dem Durchlassstrom ansteigt. Diese vorhersehbare Beziehung vereinfacht das Design optischer Systeme.

3.5 Relative Strahlstärke vs. Winkelabweichung

Das Polardiagramm zeigt das Abstrahlverhalten, charakterisiert durch einen breiten Halbwinkel von 120 Grad. Dies ergibt einen breiten, diffusen Infrarotstrahl, ideal für Anwendungen, die eine großflächige Abdeckung oder Näherungserkennung erfordern, bei denen die Ausrichtung nicht kritisch ist.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen (0402)

Das Bauteil entspricht einem standardmäßigen 0402 (imperial) / 1005 (metrisch) Footprint. Wichtige Abmessungen sind eine Gehäuselänge von ca. 1,0mm, eine Breite von 0,5mm und eine Höhe von 0,5mm. Anschlussabmessungen und -abstände sind für das Leiterplatten-Land-Pattern-Design angegeben. Alle Maßtoleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse ist zweiseitig. Die Polarität wird typischerweise durch eine Markierung auf der Kathodenseite (-) oder durch eine durch die klare Linse sichtbare interne Chipstruktur angezeigt. Für das genaue Kennzeichnungsschema sollte die Zeichnung im Datenblatt konsultiert werden.

5. Löt- und Bestückungsrichtlinien

5.1 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich. Es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um "Popcorning" oder Delaminierung während des Reflow-Lötens zu verhindern:

• Im Original-Feuchtigkeitsschutzbeutel bei ≤30°C / ≤90% r.F. lagern.
• Innerhalb eines Jahres nach Versand verwenden.
• Nach Öffnen des Beutels bei ≤30°C / ≤60% r.F. lagern und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwenden.
• Wird die Lagerzeit überschritten oder zeigt der Trockenmittelindikator Feuchtigkeit an, muss das Bauteil vor der Verwendung mindestens 24 Stunden bei 60±5°C getrocknet (gebakt) werden.

5.2 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes bleifreies Reflow-Temperaturprofil wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind:

• Aufheiz- und Haltezone.
Maximale Temperaturanstiegsrate.
• Maximale Bauteiltemperatur nicht über 260°C.
• Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (z.B. 217°C).
• Abkühlrate.

Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

5.3 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten notwendig ist:

• Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C verwenden.
• Leistung des Lötkolbens auf 25W oder weniger begrenzen.
• Kontaktzeit pro Anschluss sollte ≤3 Sekunden betragen.
• Mindestens 2 Sekunden Pause zwischen dem Löten jedes Anschlusses einhalten.

Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein Zwillingslötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung des Gehäuses zu vermeiden. Die Auswirkung der Nacharbeit auf die Bauteileigenschaften muss vorab überprüft werden.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Band- und Rollenspezifikationen

Das Bauteil wird auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Rollen aufgewickelt ist. Eine Standardrolle enthält 3000 Stück. Detaillierte Trägerbahnabmessungen (Taschengröße, Teilung, Bandbreite) und Rollenspezifikationen sind für die Einrichtung von automatischen Bestückungsmaschinen angegeben.

6.2 Verpackungsvorgang

Rollen werden in versiegelten Aluminium-Feuchtigkeitssperrbeuteln mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsindikatorkarte verpackt, um trockene Lagerbedingungen zu gewährleisten.

6.3 Etiketteninformationen

Das Verpackungsetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Verifizierung:

• CPN (Kunden-Teilenummer)
• P/N (Hersteller-Teilenummer: IR16-213C/L510/TR8)
• QTY (Menge)
• CAT (Binning-/Rank-Code)
• HUE (Spitzenwellenlänge)
• LOT No. (Fertigungslosnummer)
• Ursprungsland

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Treiberschaltungsdesign

Der kritischste Designaspekt ist die Strombegrenzung. Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ein Vorwiderstand (R_s) muss basierend auf der Versorgungsspannung (V_cc), dem gewünschten Durchlassstrom (I_F) und der Durchlassspannung der LED (V_F) berechnet werden: R_s= (V_cc- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung und 20mA Zielstrom: R_s≈ (5V - 1,5V) / 0,02A = 175Ω. Ein Standard-180Ω-Widerstand wäre geeignet. Immer den tatsächlichen Strom unter Worst-Case-V_F(min) überprüfen, um sicherzustellen, dass die Maximalwerte nicht überschritten werden.

7.2 Thermomanagement

Obwohl das 0402-Gehäuse eine begrenzte thermische Masse hat, sollte die Verlustleistung beachtet werden, insbesondere bei Hochstrom- oder Hochtemperaturanwendungen. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte ausreichend Kupferfläche um die Lötpads als Kühlkörper bietet, und befolgen Sie die Strom-Entlastungsrichtlinien in Abhängigkeit von der Temperatur.

7.3 Optisches Design

Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LED geeignet für Anwendungen, die eine breite Ausleuchtung erfordern. Für größere Reichweiten oder stärker gebündelte Strahlen können sekundäre Optiken (Linsen) erforderlich sein. Die wasserklare Linse gewährleistet eine minimale Absorption des emittierten Infrarotlichts.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen Infrarot-LEDs bietet dieses 0402-Bauteil eine entscheidende Balance:

• vs. Größere Gehäuse (z.B. 5mm):Deutlich kleinerer Platzbedarf und niedrigere Bauhöhe, ermöglicht Miniaturisierung. Typischerweise geringere gesamte Strahlungsleistung, aber höhere Eignung für Arrays oder dichte Platzierung.
• vs. Andere SMD IR-LEDs (z.B. 0603):Das 0402-Gehäuse ermöglicht die höchstmögliche Bauteildichte auf einer Leiterplatte, ein entscheidender Vorteil in platzbeschränkter moderner Elektronik wie ultra-kompakten Fernbedienungen oder Sensoren.
• vs. Nicht-konforme Bauteile:Volle Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards ist heute eine zwingende Voraussetzung für die meisten kommerziellen und industriellen Produkte, was die Lieferkette und die Endproduktzertifizierung vereinfacht.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Welchen Zweck hat die 940nm Wellenlänge?

940nm liegt im nahen Infrarotspektrum. Sie ist für das menschliche Auge unsichtbar, stimmt aber gut mit der Spitzenempfindlichkeit kostengünstiger Silizium-Fotodioden und -Fototransistoren überein. Sie erfährt auch weniger Störung durch Umgebungslicht im Vergleich zu sichtbaren roten LEDs, was die Signalintegrität in Sensoranwendungen verbessert.

9.2 Warum ist ein Vorwiderstand absolut notwendig?

Die I-V-Kennlinie einer LED ist exponentiell. Jenseits der Kniespannung führt eine winzige Spannungserhöhung zu einem sehr großen Stromanstieg. Ohne einen Vorwiderstand zur Strombegrenzung wird die LED, direkt an eine Spannungsquelle (selbst eine kleine Batterie) angeschlossen, fast sicher über ihren maximalen Nennstrom getrieben, was zu sofortiger Überhitzung und Ausfall führt.

9.3 Kann ich diese für Datenübertragung (wie IR-Fernbedienungen) verwenden?

Ja, dies ist eine Hauptanwendung. Ihre schnelle Schaltgeschwindigkeit (impliziert durch das GaAlAs-Material) und Kompatibilität mit Hochstromimpulsen machen sie geeignet für modulierte Datenübertragung in Fernbedienungen, IR-Datenverbindungs- (IrDA) Systemen und zur optischen Isolierung.

9.4 Wie interpretiere ich die \"Strahlstärke\"-Spezifikation?

Eine Strahlstärke (I_e) von 2,35 mW/sr (typisch) bedeutet, dass die LED entlang ihrer Hauptachse 2,35 Milliwatt optischer Leistung pro Steradiant (eine Einheit des Raumwinkels) emittiert. Dies ist ein Maß dafür, wie \"hell\" die IR-Quelle in ihrer Hauptrichtung ist. Der gesamte Strahlungsfluss (Leistung in mW) kann durch Multiplikation der Strahlstärke mit dem Raumwinkel des Strahls abgeschätzt werden.

10. Design- und Anwendungsbeispiel

10.1 Einfacher Näherungssensor

Eine häufige Anwendung ist ein reflektionsbasierter Näherungssensor. Die IR-LED wird auf einer Leiterplatte neben einem Fototransistor platziert. Ein Mikrocontroller steuert die LED mit einem gepulsten Strom (z.B. 20mA Impulse). Der Fototransistor detektiert von einem Objekt reflektiertes IR-Licht. Die Stärke des detektierten Signals korreliert mit der Entfernung und dem Reflexionsgrad des Objekts. Der breite Abstrahlwinkel dieser LED gewährleistet eine gute Abdeckung zur Erkennung von Objekten, die möglicherweise nicht perfekt ausgerichtet sind.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Bei Durchlasspolung rekombinieren Elektronen aus dem n-Gebiet mit Löchern aus dem p-Gebiet im aktiven Gebiet (GaAlAs-Chip). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge der emittierten Photonen (in diesem Fall 940nm) wird durch die Bandlückenenergie des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse verkapselt und schützt den Chip, während es das Infrarotlicht mit minimalem Verlust durchlässt.

12. Branchentrends

Der Trend in der Optoelektronik, wie in der gesamten Elektronik, geht zu Miniaturisierung, höherer Integration und verbesserter Effizienz. Das 0402-Gehäuse repräsentiert das fortwährende Bestreben nach kleineren passiven und aktiven Bauteilen. Zukünftige Entwicklungen können umfassen:

• Erhöhte Leistungsdichte:Verbesserung der Lumenausbeute (Strahlungsleistung pro elektrischer Eingangsleistung) immer kleinerer Chips.
• Integrierte Lösungen:Kombination von IR-Emitter, Treiber und Detektor in einem einzigen Modul oder Gehäuse, um das Design zu vereinfachen und die Leistung zu verbessern.
• Neue Wellenlängen:Entwicklung von Emittern bei anderen IR-Wellenlängen (z.B. 850nm, 1050nm) für spezifische Anwendungen wie augensichere Systeme oder andere Sensoroptimierungen.
• Fortschrittliche Gehäusetechnik:Verwendung von Materialien mit besserer Wärmeleitfähigkeit, um die Wärme in leistungsstarken, miniaturisierten Bauteilen zu managen.