LTL-E7939Q3K Infrarot-LED Datenblatt - Durchsteckmontage - 850nm Wellenlänge - 20mW/sr Strahlstärke - 1,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die LTL-E7939Q3K ist eine hochleistungsfähige Infrarot-LED (IR-LED), die für die Durchsteckmontage auf Leiterplatten (PCBs) oder Panels konzipiert ist. Sie ist für Anwendungen entwickelt, die zuverlässige, schnelle optische Signalübertragung oder Beleuchtung im nahen Infrarotbereich erfordern. Das Bauteil nutzt einen AlGaAs-Halbleiterwerkstoff (Aluminiumgalliumarsenid), der für die Emission bei 850 Nanometern optimiert ist – einer gängigen Wellenlänge für IR-Kommunikation, Sensorik und Nachtsicht-Beleuchtungssysteme.

Ihre Kernvorteile umfassen eine hohe Strahlstärke, Kompatibilität mit integrierten Schaltungen aufgrund geringer Stromanforderungen und ein robustes Durchsteckgehäuse, das für verschiedene Bestückungsprozesse geeignet ist. Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie, was bedeutet, dass es ohne die Verwendung gefährlicher Stoffe wie Blei (Pb) hergestellt wird. Die primären Zielmärkte sind Industrieautomatisierung, Sicherheitssysteme (z.B. CCTV-Nachtsicht), optische Encoder, Fernbedienungen und Annäherungssensoren, bei denen zuverlässige Infrarotlichtquellen entscheidend sind.

2. Tiefgehende Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte in zuverlässigen Designs vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 120 mW. Dies ist die Gesamtleistung (Vf * If), die das Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne die maximale Sperrschichttemperatur zu überschreiten. Das Überschreiten dieses Limits birgt das Risiko eines thermischen Durchgehens und eines Ausfalls.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):1 A unter gepulsten Bedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10 μs Pulsbreite). Dieser Wert ist deutlich höher als der DC-Wert und ermöglicht kurze, hochintensive Pulse, die für die Datenübertragung nützlich sind.
• DC-Durchlassstrom (I_F):60 mA kontinuierlich. Dies ist der maximale Dauerstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch und zum katastrophalen Ausfall des PN-Übergangs der LED führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-30°C bis +85°C bzw. -40°C bis +100°C. Diese definieren die Umgebungsgrenzen für den Betrieb und die Lagerung im ausgeschalteten Zustand.
• Lötemperatur der Anschlüsse:260°C für 5 Sekunden, gemessen 2,0 mm vom LED-Körper entfernt. Dies dient als Richtlinie für Handlötprozesse, um thermische Schäden an der Epoxidlinse und den internen Chipverbindungen zu verhindern.

2.2 Elektrische / Optische Kennwerte

Dies sind die typischen und garantierten Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C).

• Strahlstärke (I_e):Mindestens 20,0 mW/sr bei I_F= 20mA. Die Strahlstärke misst die optische Leistung pro Raumwinkeleinheit (Steradiant). Dies ist ein Schlüsselparameter zur Bestimmung der effektiven Reichweite und Signalstärke in IR-Systemen. Das Datenblatt weist darauf hin, dass ein Toleranzbereich von ±15% auf den garantierten Wert anzuwenden ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Typisch 30 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Ein Winkel von 30° deutet auf einen mäßig fokussierten Strahl hin, der für gerichtete Anwendungen geeignet ist.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):Typisch 850 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. 850nm liegt im nahen Infrarotbereich, für das menschliche Auge unsichtbar, aber von Silizium-Fotodioden und vielen Kamerasensoren erfassbar.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Typisch 40 nm. Dies gibt die Wellenlängenbandbreite an, bei der die Emissionsintensität mindestens die Hälfte der Spitzenintensität beträgt. Eine Breite von 40nm ist für IR-LEDs üblich.
• Durchlassspannung (V_F):Typisch 1,3V, maximal 1,6V bei I_F= 20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand. Er ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R= 5V. Dies ist der geringe Leckstrom, der fließt, wenn die LED innerhalb ihrer sicheren Grenze in Sperrrichtung betrieben wird.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt weist auf die Verwendung eines Klassifizierungs- oder Binning-Systems für die Strahlstärke (I_e) hin. Der Hinweis lautet: \"Der Ie-Klassifizierungscode ist auf jedem Verpackungsbeutel aufgedruckt.\" Dies bedeutet, dass hergestellte LEDs basierend auf ihrer gemessenen Strahlstärke getestet und sortiert (gebinned) werden. Die Artikelnummer LTL-E7939Q3K gibt eine Mindeststrahlstärke an (18~21,5 mW/sr Min., wie in der Artikelnummernaufschlüsselungstabelle angegeben), aber einzelne Einheiten innerhalb einer Lieferung können in spezifische Teilbereiche (Bins) fallen. Entwickler sollten sich bewusst sein, dass die tatsächliche Intensität einer bestimmten LED innerhalb des garantierten Minimums und des Bin-Bereichs variieren kann. Das Datenblatt enthält keine expliziten Bins für die Wellenlänge (λ_P) oder die Durchlassspannung (V_F), sondern listet nur typische und Maximal-/Minimalwerte auf.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf mehrere typische Kennlinien, die einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen geben.

• Spektralkurve:Zeigt die relative Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Wellenlänge, zentriert um den 850nm-Peak mit der definierten 40nm-Halbwertsbreite.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Spannung und Strom. Die Kurve weist eine Schwellenspannung auf (bei AlGaAs etwa 1,1-1,2V), nach der der Strom bei kleinen Spannungsänderungen stark ansteigt. Dies unterstreicht, warum eine Stromregelung (und keine Spannungsregelung) essenziell ist.
• Relative Strahlungsleistung vs. DC-Durchlassstrom:Zeigt, wie die optische Ausgangsleistung mit dem Treiberstrom ansteigt, typischerweise in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des Betriebsbereichs, bevor die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte abfällt.
• Relative Strahlungsleistung vs. Spitzenstrom (gepulst):Ähnlich der DC-Kurve, jedoch für gepulsten Betrieb, und zeigt die erreichbare Spitzenleistung bei Strömen bis zum Maximum von 1A.
• Relative Strahlungsleistung vs. Temperatur:Eine kritische Kurve, die die Abnahme der optischen Ausgangsleistung mit steigender Sperrschichttemperatur zeigt. Dieser thermische Derating-Faktor muss in Designs berücksichtigt werden, bei denen die Umgebungstemperatur hoch oder das Wärmemanagement schlecht ist.
• Richtcharakteristik:Ein Polardiagramm, das die Winkelverteilung des emittierten Lichts zeigt und den 30°-Abstrahlwinkel visuell definiert.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem Standard-Durchsteckgehäuse, T-1 3/4 (5mm) rund, untergebracht. Wichtige Abmessungen aus der Zeichnung sind:

• Linsendurchmesser: Ca. 5,0 mm.
• Gehäusehöhe: Ca. 8,7 mm von der Unterseite der Anschlüsse bis zur Oberseite der Linse.
• Anschlussdrahtdurchmesser: Nominal 0,56 mm.
• Anschlussabstand: Standard 2,54 mm (0,1\"), gemessen an der Stelle, an der die Anschlüsse aus dem Gehäusekörper austreten.
• Flansch/Basis: Ein Flansch erleichtert die Panelmontage und dient als mechanischer Anschlag beim Einstecken. Das unter dem Flansch hervorstehende Harz beträgt maximal 1,0 mm.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist in der Maßzeichnung gekennzeichnet. Bei einer Standard-LED ist die Kathode typischerweise der kürzere Anschlussdraht und/oder der Anschlussdraht neben einer abgeflachten Stelle am Gehäuseflansch. Für die genaue Kennzeichnung sollte die bereitgestellte Zeichnung konsultiert werden.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung ist entscheidend, um Schäden zu vermeiden.

• Anschlussformung:Muss vor dem Löten bei Raumtemperatur erfolgen. Biegungen sollten mindestens 3 mm von der Basis der LED-Linse entfernt vorgenommen werden. Die Basis des Anschlussrahmens sollte nicht als Drehpunkt verwendet werden.
• Leiterplattenbestückung:Minimale Verbiegekraft verwenden, um mechanische Belastung der Anschlüsse zu vermeiden.
• Löten:
  • Mindestens 2 mm Abstand zwischen Linsenbasis und Lötstelle einhalten.
  • Vermeiden Sie das Eintauchen der Linse in das Lot.
  • Belasten Sie die Anschlüsse während des Lötens nicht, solange die LED heiß ist.
  • Handlöten:Lötkolbentemperatur ≤ 350°C, Zeit ≤ 3 Sekunden (nur einmal).
  • Wellenlöten:Vorwärmen ≤ 100°C für ≤ 60 Sek., Lötwellentemperatur ≤ 260°C, Kontaktzeit ≤ 5 Sek.
  • IR-Reflow-Löten ist für dieses Durchsteckgehäuse NICHT geeignet.
• Reinigung:Bei Bedarf alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwenden.
• Lagerung:Außerhalb der Originalverpackung innerhalb von 3 Monaten verwenden. Für längere Lagerung einen verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder eine Stickstoffatmosphäre verwenden. Die Lagerung sollte 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

• Einzelverpackung:1000 Stück pro antistatischem Verpackungsbeutel.
• Innenkarton:6 Verpackungsbeutel (insgesamt 6.000 Stück).
• Außenkarton:8 Innenkartons (insgesamt 48.000 Stück).
• Artikelnummer:LTL-E7939Q3K. Die Aufschlüsselung deutet auf Folgendes hin: LTL (Lampe), E79 (Serie/Code), 39 (wahrscheinlich bezogen auf Abstrahlwinkel oder Intensitäts-Bin), Q3K (spezifischer Variantencode). Die Linsenfarbe ist \"Wasserklar\" (transparent).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarotbeleuchtung:Für CCTV-Kameras bei Anwendungen mit wenig Licht oder Nachtsicht-Sicherheitssystemen.
• Optische Schalter & Encoder:In schlitzförmigen oder reflektiven optischen Sensoren für Positionserfassung, Motor-Drehzahlregelung und Drehgeber.
• Datenübertragung:In Infrarot-Datenübertragungsgeräten (IrDA-konform) oder einfachen Kurzstrecken-Serialschnittstellen, unter Ausnutzung ihrer Hochgeschwindigkeitsfähigkeit.
• Annäherungs- und Objekterkennung:In Verbindung mit einem Fotodetektor zum Erfassen der An- oder Abwesenheit eines Objekts.

8.2 Designüberlegungen

• Treiber-Schaltung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere beim Parallelschalten mehrerer LEDs, sollte ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit JEDER LED geschaltet werden (Schaltungsmodell A). Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs von einer Spannungsquelle mit nur einem Widerstand (Schaltungsmodell B) wird aufgrund von Schwankungen der individuellen LED-Durchlassspannung (Vf) nicht empfohlen, da dies zu ungleichmäßiger Stromverteilung und Helligkeit führt.
• Wärmemanagement:Obwohl das Durchsteckgehäuse Wärme über seine Anschlüsse abführt, sollte auf das Leiterplattenlayout und die Umgebungsbedingungen geachtet werden, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur die Grenzwerte überschreitet, was die Ausgangsleistung und Lebensdauer verringert.
• ESD-Schutz:Die LED ist anfällig für elektrostatische Entladungen. Handhabungsverfahren sollten die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Matten und Ionisatoren umfassen. ESD-Schäden können sich als hoher Sperrstrom, niedrige Durchlassspannung oder Ausfall der Lichtemission bei niedrigen Strömen manifestieren.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-sichtbaren LEDs oder leistungsschwächeren IR-LEDs bietet die LTL-E7939Q3K eine ausgewogene Kombination aushoher Strahlstärke (20 mW/sr min.)und einemmoderaten, fokussierten Abstrahlwinkel (30°). Dies macht sie für Anwendungen mit größerer Reichweite oder höherer Signalstärke besser geeignet als Weitwinkel-Geräte mit geringer Leistung. Ihre AlGaAs-Konstruktion ist typisch für 850nm-Emission und bietet eine gute Effizienz. Der Hauptunterscheidungsfaktor in ihrer Klasse ist die explizite Spezifikation für Hochgeschwindigkeitsbetrieb, was sie für gepulste Anwendungen über einfache Beleuchtung hinaus zu einem Kandidaten macht.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein. Sie müssen einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand verwenden. Zum Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, Vf=1,3V und einem gewünschten I_F=20mA wäre der Widerstandswert R = (5V - 1,3V) / 0,02A = 185Ω. Ein 180Ω- oder 220Ω-Widerstand wäre geeignet. Ein direkter Anschluss würde die LED aufgrund von Überstrom wahrscheinlich zerstören.

F: Warum ist der gepulste Stromwert (1A) so viel höher als der DC-Wert (60mA)?

A: Während eines sehr kurzen Pulses hat die im Halbleiterübergang erzeugte Wärme keine Zeit, sich auf das Gehäuse und die Umgebung auszubreiten. Daher steigt die Sperrschichttemperatur nicht so dramatisch an, was einen viel höheren Momentanstrom ohne thermische Schäden ermöglicht. Das Tastverhältnis (300pps * 10μs = 0,3%) ist sehr niedrig, wodurch die Durchschnittsleistung deutlich innerhalb der Grenzen bleibt.

F: Die Linse ist \"Wasserklar\". Warum emittiert sie unsichtbares Infrarotlicht?

A: Die klare Epoxidlinse ist sowohl für sichtbare als auch für infrarote Wellenlängen transparent. Die Unsichtbarkeit des Lichts ist eine Eigenschaft des Halbleitermaterials (AlGaAs), das Photonen bei 850nm emittiert – einer Wellenlänge außerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des menschlichen Auges. Die klare Linse wird oft bei verdeckten Anwendungen oder dort bevorzugt, wo ein sichtbares rotes Leuchten (typisch für 660nm-LEDs) unerwünscht ist.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines einfachen Objektzählers mit einem Lichtschranken-Sensor.

Zwei dieser IR-LEDs können mit zwei passenden Fototransistoren verwendet werden, um einen Zwei-Kanal-Lichtschranken-Sensor zum Zählen von Objekten auf einem Förderband zu erstellen. Jede LED wird von einer Konstantstromquelle angesteuert, die über eine Transistorschaltung oder einen speziellen LED-Treiber-IC auf 20mA eingestellt ist, um eine stabile Ausgangsintensität unabhängig von Versorgungsspannungsschwankungen zu gewährleisten. Die LEDs sind auf einer Seite des Förderbands positioniert, die Fototransistoren auf der gegenüberliegenden Seite. Wenn ein Objekt den Strahl unterbricht, ändert sich der Ausgangszustand des Fototransistors. Der 30°-Abstrahlwinkel der LED ermöglicht eine gewisse Toleranz bei der Ausrichtung und liefert gleichzeitig einen ausreichend kollimierten Strahl, um Übersprechen zwischen den beiden eng beieinander liegenden Kanälen zu minimieren. Die hohe Strahlstärke stellt sicher, dass ein starkes Signal den Detektor erreicht und auch in Umgebungen mit etwas Umgebungs-IR-Licht ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis bietet.

12. Prinzipielle Einführung

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung an ihren P-N-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem N-Typ-Material mit Löchern aus dem P-Typ-Material. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Für die LTL-E7939Q3K entspricht die Bandlücke der AlGaAs-Legierung Photonenenergien von etwa 1,46 Elektronenvolt, was Licht mit einer Wellenlänge nahe 850 Nanometern im Infrarotbereich ergibt. Die Epoxidlinse dient zum Schutz des Halbleiterchips, zur Formung des Abstrahlmusters und zur Verbesserung der Lichtauskopplung aus dem Chip.

13. Entwicklungstrends

Das Gebiet der Infrarot-LEDs entwickelt sich ständig weiter. Zu den Trends gehört die Entwicklung von Bauteilen mit höherer Wandlungseffizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt Eingangsleistung), was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Es wird auch kontinuierlich an höheren Modulationsgeschwindigkeiten für schnellere Datenkommunikationsanwendungen gearbeitet, wie z.B. in Li-Fi (Light Fidelity) oder fortschrittlichen optischen Sensoren. Verpackungsinnovationen zielen darauf ab, ein besseres Wärmemanagement zu bieten, was höhere Treiberströme und größere optische Leistung bei kleineren Bauformen ermöglicht. Darüber hinaus ist die Integration von LEDs mit Treibern und Steuerschaltungen in intelligente Module ein wachsender Trend, der die Systementwicklung für Endanwender vereinfacht. Das grundlegende Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitern bleibt unverändert, aber Materialwissenschaft und Verpackungstechnologie treiben kontinuierliche Leistungsverbesserungen voran.