IR19-315C/TR8 0603 SMD Infrarot-LED Datenblatt - Abmessungen 1,6x0,8x0,6mm - Wellenlänge 940nm - Leistung 130mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die IR19-315C/TR8 ist eine miniaturisierte oberflächenmontierbare Infrarot-Leuchtdiode (LED) in einem standardmäßigen 0603-Gehäuse. Diese Komponente ist darauf ausgelegt, Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern (nm) zu emittieren, was optimal auf die spektrale Empfindlichkeit von Silizium-Fotodioden und Fototransistoren abgestimmt ist. Ihre Hauptfunktion besteht darin, als effiziente Infrarotquelle in verschiedenen Sensor- und Kommunikationssystemen zu dienen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese Komponente bietet mehrere Schlüsselvorteile für das moderne Elektronikdesign. Ihr miniaturisierter SMD-Bauraum ermöglicht hochdichte Leiterplattenlayouts, was für kompakte Konsumelektronik und IoT-Geräte unerlässlich ist. Das Bauteil ist aus AlGaAs (Aluminiumgalliumarsenid)-Chipmaterial gefertigt, das eine zuverlässige Leistung für die Infrarotemission bietet. Es ist in einer wasserklaren Epoxidharzlinse verkapselt, die eine minimale Absorption des emittierten IR-Lichts gewährleistet. Das Produkt ist vollständig konform mit RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe), der EU REACH-Verordnung und wird halogenfrei hergestellt, wodurch strenge Umwelt- und Sicherheitsstandards erfüllt werden. Die primären Zielanwendungen umfassen Infrarot-Fernbedienungen mit konsistenter Ausgangsleistung, leiterplattenmontierte Näherungs- oder Objekterkennungssensoren, Barcodescanner und verschiedene andere infrarotbasierte Systeme.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der Grenzwerte und Betriebseigenschaften des Bauteils ist entscheidend für ein zuverlässiges Schaltungsdesign und die langfristige Leistungsfähigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F): 65 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an die LED angelegt werden darf.
• Sperrspannung (V_R): 5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebstemperatur (T_opr): -25°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für den Normalbetrieb.
• Lagertemperatur (T_stg): -40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Verlustleistung (P_d): 130 mW bei oder unter 25°C freier Lufttemperatur. Die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Löttemperatur (T_sol): 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden, anwendbar für Reflow-Prozesse.

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

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter typischen Betriebsbedingungen. Alle Werte sind bei einer Umgebungstemperatur von 25°C spezifiziert.

• Strahlungsstärke (I_e): Dies ist die optische Leistung pro Raumwinkeleinheit, gemessen in Milliwatt pro Steradiant (mW/sr). Bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA beträgt der typische Wert 0,6 mW/sr. Im gepulsten Betrieb (I_F=100mA, Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%) kann die Strahlungsstärke bis zu 4,0 mW/sr erreichen.
• Spitzenwellenlänge (λ_p): 940 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung maximal ist.
• Spektrale Bandbreite (Δλ): Ungefähr 45 nm. Dies gibt den Bereich der emittierten Wellenlängen an, typischerweise bei halber Maximalintensität gemessen (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Durchlassspannung (V_F): Der Spannungsabfall über der LED, wenn Strom fließt. Bei I_F=20mA beträgt die typische V_F1,2V, maximal 1,5V. Dieser Wert steigt auf 1,4V (typisch) und 1,8V (max) bei I_F=100mA unter gepulsten Bedingungen.
• Sperrstrom (I_R): Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): 140 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsstärke auf die Hälfte ihres Wertes bei 0 Grad (auf der Achse) abfällt. Ein großer Abstrahlwinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine breite Abdeckung erfordern.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die IR19-315C/TR8 verwendet ein Binning-System, um Bauteile basierend auf ihrer Strahlungsstärke zu kategorisieren. Dies ermöglicht es Entwicklern, Komponenten auszuwählen, die spezifische Helligkeitsanforderungen für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Strahlungsstärke

Die Bauteile werden entsprechend ihrer gemessenen Strahlungsstärke unter einer Prüfbedingung von I_F= 20 mA in Bins (E, F, G) sortiert.

• Bin E: Strahlungsstärke reicht von mindestens 0,2 mW/sr bis maximal 1,0 mW/sr.
• Bin F: Strahlungsstärke reicht von mindestens 0,5 mW/sr bis maximal 1,5 mW/sr.
• Bin G: Strahlungsstärke reicht von mindestens 1,0 mW/sr bis maximal 2,5 mW/sr.

Diese Einteilung gewährleistet Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge und ermöglicht eine vorhersehbare optische Leistung im Endprodukt.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Diese sind für fortgeschrittenes Design und das Verständnis nichtlinearer Effekte unerlässlich.

4.1 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur. Die Verlustleistungsfähigkeit der LED nimmt mit steigender Temperatur ab, um Überhitzung zu verhindern. Entwickler müssen dieses Diagramm konsultieren, wenn das Bauteil in erhöhten Umgebungstemperaturen betrieben wird, um sicherzustellen, dass der Treiberstrom den sicheren Arbeitsbereich nicht überschreitet.

4.2 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der spektralen Verteilung zeigt die relative optische Ausgangsleistung über verschiedene Wellenlängen. Es bestätigt das Maximum bei 940nm und die ungefähre spektrale Bandbreite von 45nm. Dies ist entscheidend, um die Kompatibilität mit der spektralen Empfindlichkeit des Empfangssensors sicherzustellen.

3.3 Spitzenemissionswellenlänge in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm zeigt, wie sich die Spitzenwellenlänge (λ_p) mit Änderungen der Sperrschichttemperatur verschiebt. Typischerweise nimmt die Wellenlänge mit der Temperatur leicht zu (ein positiver Koeffizient). Diese Verschiebung muss bei Präzisionssensoranwendungen berücksichtigt werden, bei denen der Filter oder die Empfindlichkeit des Empfängers eng abgestimmt ist.

4.4 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die I-V-Kennlinie ist grundlegend für das Schaltungsdesign. Sie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die "Kniespannung" liegt bei etwa 1,2V. Diese Kurve wird verwendet, um den notwendigen Vorwiderstandswert zu berechnen, um den Strom auf ein gewünschtes Niveau zu begrenzen, wenn die LED von einer Spannungsquelle gespeist wird, wie in den Vorsichtsmaßnahmen betont.

4.5 Relative Strahlungsstärke in Abhängigkeit vom Winkel

Dieses Polardiagramm stellt den Abstrahlwinkel visuell dar. Es zeigt, wie die Intensität abnimmt, wenn sich der Beobachtungswinkel von der Mittelachse (0°) entfernt, und bei ±70° auf 50% abfällt (daher der gesamte Abstrahlwinkel von 140°). Diese Information ist entscheidend für das Design des Strahlengangs und die Ausrichtung in einem System.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht dem standardmäßigen 0603 (1608 metrisch) SMD-Gehäuse. Wichtige Abmessungen umfassen eine Bauteillänge von 1,6 mm, eine Breite von 0,8 mm und eine Höhe von 0,6 mm. Das Land Pattern (empfohlene Leiterplatten-Pad-Anordnung) und die Anschlussabmessungen werden angegeben, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Alle Maßtoleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf dem Bauteilgehäuse markiert. Das Diagramm im Datenblatt zeigt die Kathodenseite an, die gemäß dem empfohlenen Footprint korrekt auf der Leiterplatte ausgerichtet werden muss. Falsche Polarität verhindert, dass das Bauteil Licht emittiert, und das Anlegen einer Sperrspannung ist zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Lötung sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und Leistung des Bauteils.

6.1 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel verpackt. Wichtige Vorsichtsmaßnahmen umfassen:

• Öffnen Sie den Beutel erst, wenn Sie bereit zur Verwendung sind.
• Lagern Sie ungeöffnete Beutel bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF).
• Verwenden Sie die Bauteile innerhalb eines Jahres nach Versand.
• Nach dem Öffnen bei ≤30°C und ≤60% RLF lagern und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwenden.
• Wenn die Lagerzeit überschritten wird oder das Trockenmittel Feuchtigkeit anzeigt, ist vor dem Löten eine Trocknung bei 60 ±5°C für mindestens 24 Stunden erforderlich.

6.2 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Prozessen kompatibel. Ein bleifreies Löttemperaturprofil wird empfohlen, mit einer Spitzentemperatur von 260°C für nicht mehr als 5 Sekunden. Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Spannungen am LED-Gehäuse während des Erhitzens und Verzug der Leiterplatte nach dem Löten müssen vermieden werden.

6.3 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten notwendig ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C, erhitzen Sie jeden Anschluss für nicht mehr als 3 Sekunden und verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung von 25W oder weniger. Lassen Sie eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden zwischen den Anschlüssen. Nacharbeit wird nicht empfohlen, aber falls unvermeidbar, sollte ein Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen, um mechanische Spannungen an den Lötstellen zu vermeiden. Die Auswirkung der Nacharbeit auf die Bauteileigenschaften sollte vorab überprüft werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die Bauteile werden auf 8 mm breiter, geprägter Trägerbandrolle auf einer Standardrolle mit 7 Zoll Durchmesser geliefert. Jede Rolle enthält 4000 Stück (4k Stück/Rolle). Detaillierte Trägerbandabmessungen, einschließlich Taschengröße, Teilung und Transportloch-Spezifikationen, werden angegeben, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten sicherzustellen.

7.2 Verpackungsvorgang

Die Rollen sind zusammen mit Trockenmittel in einem aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeutel versiegelt. Etiketten auf dem Beutel liefern wichtige Informationen wie Artikelnummer (P/N), Kundenartikelnummer (CPN), Menge (QTY), Binning-Klasse (CAT), Spitzenwellenlänge (HUE), Losnummer (LOT No.) und Herkunftsland.

8. Anwendungsdesign-Empfehlungen

8.1 Strombegrenzung ist zwingend erforderlich

Die wichtigste Designregel ist die zwingende Verwendung eines Vorwiderstands zur Strombegrenzung. Die Durchlassspannung einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und kann zwischen einzelnen Bauteilen leicht variieren. Eine kleine Spannungserhöhung kann einen großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg verursachen. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung beim gewünschten Strom I_F.

ist.

8.2 Wärmemanagement

Obwohl das 0603-Gehäuse eine begrenzte thermische Masse hat, sollte der Verlustleistung Beachtung geschenkt werden, insbesondere bei höheren Strömen oder hohen Umgebungstemperaturen. Die Derating-Kurve muss befolgt werden. Eine ausreichende Kupferfläche, die mit den thermischen Pads (falls vorhanden) oder den Bauteilanschlüssen verbunden ist, kann helfen, Wärme in die Leiterplatte abzuleiten.

8.3 Optische Design-Überlegungen

Der 140° breite Abstrahlwinkel macht diese LED geeignet für Anwendungen, die eine breite Ausleuchtung erfordern, wie z.B. Näherungssensoren. Für größere Reichweiten oder gerichtete Strahlen können sekundäre Optiken (Linsen) erforderlich sein. Die 940nm Wellenlänge ist für das menschliche Auge unsichtbar, was sie ideal für unauffälligen Betrieb macht, aber es ist wichtig zu beachten, dass einige Consumer-Digitalkamera-Sensoren sie erkennen können, was als purpurnes Leuchten erscheinen kann.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die IR19-315C/TR8 unterscheidet sich innerhalb der Kategorie der 0603 Infrarot-LEDs durch ihre spezifische Kombination aus AlGaAs-Material und 940nm Spitzenwellenlänge. AlGaAs-LEDs bieten im Allgemeinen eine gute Effizienz und Zuverlässigkeit bei dieser Wellenlänge. Im Vergleich zu GaAs-basierten LEDs können AlGaAs-Bauteile leicht unterschiedliche Durchlassspannungs- und Temperaturcharakteristiken aufweisen. Der große 140° Abstrahlwinkel ist ein bemerkenswertes Merkmal im Vergleich zu einigen Wettbewerbern mit engeren Strahlen, was sie vielseitiger für flächenbasierte Sensoranwendungen macht.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Welchen Zweck haben die Binning-Codes (E, F, G)?

Die Binning-Codes kategorisieren die LEDs basierend auf ihrer gemessenen Strahlungsstärke. Dies ermöglicht es Entwicklern, einen konsistenten Helligkeitslevel für ihr Produkt auszuwählen. Beispielsweise würde eine Anwendung, die eine höhere optische Ausgangsleistung erfordert, Bauteile der Bin G spezifizieren.

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

Nein, Sie dürfen sie nicht direkt anschließen. Die niedrige Durchlassspannung der LED (typisch 1,2V) bedeutet, dass ein direkter Anschluss an eine 3,3V- oder 5V-Quelle ohne Strombegrenzungswiderstand einen übermäßigen Stromfluss verursachen und das Bauteil sofort zerstören würde. Ein Vorwiderstand ist immer erforderlich.

10.3 Warum ist die 940nm Wellenlänge bedeutsam?

940nm ist eine sehr gebräuchliche Wellenlänge für Infrarotsysteme, da sie in einen Bereich fällt, in dem Silizium-Fotodetektoren (Fotodioden, Fototransistoren) eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Sie ist außerdem weniger sichtbar für Umgebungslichtrauschen im Vergleich zu kürzeren IR-Wellenlängen wie 850nm und für das menschliche Auge unsichtbar, was für Konsumelektronik wünschenswert ist.

10.4 Wie oft kann ich dieses Bauteil reflowlöten?

Das Datenblatt spezifiziert, dass Reflow-Löten nicht mehr als zweimal durchgeführt werden sollte. Jeder Reflow-Zyklus setzt die Komponente thermischen Belastungen aus, die die internen Bonddrähte oder die Epoxidverkapselung potenziell verschlechtern können.

11. Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Einfacher Näherungssensor

Eine häufige Anwendung ist ein einfacher reflektierender Objektsensor. Die IR19-315C/TR8 wird auf einer Leiterplatte neben einem Silizium-Fototransistor platziert. Die LED wird mit einem gepulsten Strom (z.B. 20mA, 1kHz, 50% Tastverhältnis) über einen Widerstand angesteuert. Wenn sich ein Objekt nähert, reflektiert es das IR-Licht auf den Fototransistor, der leitend wird und ein Signal erzeugt. Der gepulste Betrieb hilft, das Signal vom Umgebungs-IR-Licht zu unterscheiden. Der große Abstrahlwinkel der LED gewährleistet eine gute Abdeckung des Detektionsbereichs.

11.2 Infrarot-Fernbedienungssender

Für Fernbedienungen, die größere Reichweite oder höhere Ausgangsleistung erfordern, kann die LED im gepulsten Modus mit höheren Strömen betrieben werden, z.B. 100mA mit einem sehr niedrigen Tastverhältnis (z.B. ≤1%). Dies nutzt die höhere gepulste Strahlungsstärke (bis zu 4,0 mW/sr) aus, während die Durchschnittsleistung und Wärmeentwicklung innerhalb der Grenzen bleiben. Das Signal wird typischerweise mit einer Trägerfrequenz (z.B. 38kHz) moduliert, um dem Empfänger zu ermöglichen, Rauschen herauszufiltern.

12. Funktionsprinzip

Die IR19-315C/TR8 ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten AlGaAs-Material mit Löchern aus dem p-dotierten Material im aktiven Bereich. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung des AlGaAs-Halbleiters bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge der emittierten Photonen vorgibt – in diesem Fall etwa 940nm, was im nahen Infrarotspektrum liegt.

13. Technologietrends