IR95-21C/TR7 Infrarot-LED Datenblatt - 1,9mm runde SMD-Bauform - 1,2V - 940nm - 130mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die IR95-21C/TR7 ist eine subminiaturisierte oberflächenmontierbare (SMD) Infrarot-Emissionsdiode. Sie ist in einem kompakten, doppelseitigen Gehäuse mit einer sphärischen Aufsichtslinse aus klarem Kunststoff untergebracht. Diese Komponente ist speziell für die spektrale Anpassung an Silizium-Fotodioden und Fototransistoren ausgelegt, was sie zu einer idealen Quelle für verschiedene Infrarot-Sensoranwendungen macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Dieses Bauteil bietet mehrere Schlüsselvorteile, darunter eine sehr kompakte Bauform, hohe Zuverlässigkeit und einen Betrieb mit niedriger Durchlassspannung. Die primären Zielmärkte sind die Unterhaltungselektronik, die industrielle Automatisierung und Sicherheitsausrüstungen, bei denen eine zuverlässige Infrarot-Emission auf engem Raum erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung der IR95-21C/TR7 wird durch ihre elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften unter spezifizierten Bedingungen definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F)): 65 mA
• Sperrspannung (V_R)): 5 V
• Betriebstemperatur (T_opr)): -25°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg)): -40°C bis +85°C
• Verlustleistung (P_d)): 130 mW (bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur)
• Löttemperatur (T_sol)): 260°C für ≤ 5 Sekunden

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

Diese Parameter werden bei einem Standard-Prüfstrom von 20 mA gemessen und repräsentieren die typische Leistung des Bauteils.

• Strahlungsintensität (I_e)): 3,0 mW/sr (Min), 5,0 mW/sr (Typ)
• Spitzenwellenlänge (λ_p)): 940 nm (Typ)
• Spektrale Bandbreite (Δλ)): 45 nm (Typ)
• Durchlassspannung (V_F)): 1,2 V (Typ), 1,5 V (Max)
• Sperrstrom (I_R)): 10 μA (Max) bei V_R=5V
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2)): 25° (Typ)

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für Entwicklungsingenieure von entscheidender Bedeutung sind.

3.1 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms bei steigender Umgebungstemperatur über 25°C. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement ist essenziell, um im sicheren Betriebsbereich zu bleiben.

3.2 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangskurve ist um die typische Spitzenwellenlänge von 940 nm mit einer Bandbreite von etwa 45 nm zentriert. Dies passt gut zur maximalen Empfindlichkeit gängiger Silizium-Fotodetektoren.

3.3 Relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Treiberstrom und optischer Ausgangsleistung. Die Strahlungsintensität steigt mit dem Strom, jedoch müssen Entwickler Effizienz und Wärmeentwicklung berücksichtigen.

3.4 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Durchlassspannung

Die I-V-Kennlinie zeigt die exponentielle Charakteristik der Diode. Die typische Durchlassspannung beträgt 1,2V bei 20mA, was relativ niedrig ist und das Design von stromsparenden Schaltungen unterstützt.

3.5 Relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Winkel

Dieses Polardiagramm definiert das räumliche Abstrahlmuster der LED. Der 25° Abstrahlwinkel deutet auf einen mäßig gerichteten Strahl hin, was für gezielte Sensoranwendungen nützlich ist.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Die IR95-21C/TR7 hat einen runden Körper mit 1,9mm Durchmesser und "Möwenflügel"-Anschlüssen für die Oberflächenmontage. Wichtige Abmessungen sind der Körperdurchmesser, die Gesamthöhe und der Anschlussabstand. Alle kritischen Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Das Möwenflügel-Anschlussdesign bietet eine gute mechanische Stabilität während und nach dem Lötprozess.

4.2 Polungskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch eine visuelle Markierung wie eine Kerbe, eine abgeflachte Kante oder einen kürzeren Anschluss am Gehäuse gekennzeichnet. Konsultieren Sie die detaillierte Gehäusezeichnung für die spezifische Kennzeichnungsmethode dieses Bauteils.

5. Richtlinien für Lötung und Bestückung

Ein sachgemäßer Umgang ist für SMD-Bauteile entscheidend, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

5.1 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Dieses Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich. Es muss vor dem Öffnen in der original feuchtigkeitsdichten Verpackung bei ≤ 30°C und ≤ 90% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Nach dem Öffnen sollte es bei ≤ 30°C und ≤ 60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Werden diese Bedingungen überschritten, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60 ± 5°C für 24 Stunden erforderlich.

5.2 Reflow-Lötprofil

Das Datenblatt spezifiziert ein bleifreies Löttemperaturprofil. Reflow-Lötungen sollten nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Während des Erhitzens darf kein mechanischer Stress auf den LED-Körper ausgeübt werden, und die Leiterplatte sollte nach dem Löten nicht verziehen.

5.3 Handlötung und Nacharbeit

Falls Handlötung notwendig ist, sollte ein Lötkolben mit einer Spitzentemperatur<≤ 350°C und einer Leistung ≤ 25W verwendet werden. Die Kontaktzeit pro Anschluss sollte ≤ 3 Sekunden betragen. Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und thermischen Stress auf den Epoxidharzkörper zu vermeiden.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Trägerband

Die Bauteile werden auf einem geprägten Trägerband für die automatisierte Bestückung geliefert. Die Standardmenge pro Rolle beträgt 1000 Stück. Detaillierte Abmessungen für Band und Rolle werden für die Kompatibilität mit Bestückungsautomaten bereitgestellt.

6.2 Etikettenspezifikation

Das Rollenetikett enthält wesentliche Informationen wie Artikelnummer (P/N), Kunden-Produktionsnummer (CPN), Menge (QTY), Kategorie (CAT), Spitzenwellenlänge (HUE), Referenz (REF) und Losnummer (LOT No.).

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die Hauptanwendung ist als Infrarotquelle in Kombination mit einem Silizium-Fotodetektor. Ein strombegrenzender Widerstand ist zwingend in Reihe mit der LED erforderlich. Der Widerstandswert (R) wird mit der Formel berechnet: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Da V_Fniedrig ist (~1,2V), können selbst kleine Erhöhungen der Versorgungsspannung zu großen Stromspitzen führen, was eine präzise Widerstandsberechnung oder den Einsatz eines Konstantstrom-Treibers für kritische Anwendungen erforderlich macht.

7.2 Designüberlegungen

• Optische Ausrichtung: Der 25° Abstrahlwinkel erfordert eine sorgfältige mechanische Ausrichtung mit dem empfangenden Sensor für eine optimale Signalstärke.
• Wärmemanagement: Obwohl die Verlustleistung gering ist, sollte das Leiterplattenlayout die Platzierung wärmeerzeugender Komponenten in der Nähe vermeiden, insbesondere bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom.
• Elektrisches Rauschen: In empfindlichen analogen Sensor-Schaltungen sollten Abschirmung oder Filterung in Betracht gezogen werden, um zu verhindern, dass der gepulste LED-Treiberstrom Rauschen verursacht.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die IR95-21C/TR7 unterscheidet sich durch die Kombination aus einem sehr kompakten 1,9mm runden Gehäuse, Möwenflügel-Anschlüssen für robuste Lötstellen und einer spektralen Ausgabe, die präzise auf Silizium-Detektoren abgestimmt ist. Im Vergleich zu größeren bedrahteten IR-LEDs spart sie erheblich Leiterplattenfläche. Im Vergleich zu anderen SMD-Gehäusen können die sphärische Linse und der spezifische Abstrahlwinkel für bestimmte Barrieren- oder Näherungssensordesigns eine bessere optische Kopplung bieten.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Was passiert, wenn der Durchlassstrom von 65mA überschritten wird?

Das Überschreiten des absoluten Maximalwerts für den Durchlassstrom kann zu einem sofortigen katastrophalen Ausfall aufgrund von Überhitzung des Halbleiterübergangs führen oder die Langzeitzuverlässigkeit und Lichtausbeute des Bauteils erheblich verringern.

9.2 Kann diese LED für Dauerbetrieb verwendet werden?

Ja, aber Sie müssen sicherstellen, dass der Arbeitspunkt (I_F, T_a) innerhalb des durch die maximale Verlustleistungskurve definierten sicheren Betriebsbereichs liegt. Bei 25°C beträgt die maximale Dauerleistung 130mW. Bei höheren Umgebungstemperaturen muss der maximal zulässige Strom entsprechend reduziert werden.

9.3 Warum sind die Lagerbedingungen und die Nutzungsdauer nach dem Öffnen so kritisch?

Das Epoxid-Verpackungsmaterial kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Relflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und innere Delamination, Risse oder "Popcorning" verursachen, was die Komponente zerstört. Die spezifizierten Lagerbedingungen und die Verwendungsdauer nach dem Öffnen kontrollieren dieses Risiko.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines kompakten Papier-Präsenzsensors in einem Drucker.Die IR95-21C/TR7 ist eine ausgezeichnete Wahl. Ihre geringe Größe ermöglicht die Integration in enge mechanische Baugruppen. Der Entwickler würde sie mit einem Fototransistor paarweise anordnen, der einige Millimeter entfernt platziert wird, um einen Durchlichtsensor zu schaffen. Ein Mikrocontroller würde die LED mit einem 20mA-Strom (unter Verwendung eines geeigneten Vorwiderstands) pulsieren und den Ausgang des Fototransistors auslesen. Die 940nm Wellenlänge ist unsichtbar und stört nicht die Benutzererfahrung. Die Möwenflügel-Anschlüsse sorgen für eine robuste Lötstelle, die Vibrationen im Druckermechanismus widersteht. Die strikte Einhaltung des Reflow-Profils und der Feuchtigkeitshandhabungsverfahren ist für eine hohe Fertigungsausbeute unerlässlich.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Bei Durchlasspolung rekombinieren Elektronen aus dem n-Bereich mit Löchern aus dem p-Bereich im aktiven Bereich. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen frei. Das verwendete spezifische Material (hier Gallium-Aluminium-Arsenid - GaAlAs) bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge des emittierten Lichts definiert, hier im Infrarotspektrum um 940nm.

12. Branchentrends

Der Trend in der Optoelektronik geht weiterhin in Richtung Miniaturisierung, höherer Effizienz und Integration. SMD-Gehäuse wie dieses haben bedrahtete Bauteile in der automatisierten Bestückung weitgehend ersetzt. Zukünftige Entwicklungen könnten noch kleinere Chip-Scale-Packages (CSP), integrierte Treiberschaltungen im Gehäuse und Komponenten für höhere Modulationsgeschwindigkeiten in Datenkommunikationsanwendungen umfassen. Es gibt auch einen anhaltenden Fokus auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit und die Vereinfachung von Bestückungsprozessen, wie z.B. die Reduzierung der Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufen.