IRR15-22C/L491/TR8 SMD LED Datenblatt - Gehäuse 3,0x1,6x1,1mm - Durchlassspannung 1,3V(IR)/1,9V(Rot) - Leistung 100mW(IR)/130mW(Rot) - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Bei der IRR15-22C/L491/TR8 handelt es sich um ein Dual-Emitter-Oberflächenmontage-Bauteil (SMD), das eine Infrarot- (IR) und eine rote Leuchtdiode in einem einzigen, kompakten Top-View-Flachgehäuse vereint. Das Bauteil ist in klarem Kunststoff vergossen, was eine effiziente Lichttransmission für beide Wellenlängen ermöglicht. Ein wesentliches Konstruktionsmerkmal ist die spektrale Abstimmung des IR-Emitters auf Silizium-Fotodioden und Fototransistoren, wodurch es für Erfassungs- und Detektionsanwendungen optimiert ist. Das Produkt entspricht modernen Umweltstandards, ist bleifrei, RoHS-konform, EU-REACH-konform und halogenfrei.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• Niedrige Durchlassspannung:Sichert höhere Energieeffizienz und reduzierten Stromverbrauch in der Schaltung.
• Spektrale Abstimmung:Die Ausgabe der IR-Diode ist speziell auf die Empfindlichkeitskurve siliziumbasierter Fotodetektoren abgestimmt, was das Signal-Rausch-Verhältnis in optischen Sensorsystemen verbessert.
• Duale Emission:Kombiniert IR- (für Sensorik, Fernbedienung) und Rot- (für Statusanzeige, einfache Displays) Funktionalität in einem kompakten Bauraum und spart so Leiterplattenfläche.
• Umweltkonformität:Erfüllt die Anforderungen für bleifrei, RoHS, REACH und halogenfrei, was es für einen breiten globalen Markt und umweltbewusste Designs geeignet macht.
• Miniatur-SMD-Gehäuse:Das Top-View-Flachgehäuse (3,0mm x 1,6mm x 1,1mm) ist ideal für die automatisierte Bestückung und hochdichte Leiterplattenlayouts.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese Komponente richtet sich primär an Anwendungen, die zuverlässige, energieeffiziente optische Quellen für Sensorik und Anzeige benötigen. Ihre Hauptanwendung liegt inInfrarot-Anwendungssystemen, die unter anderem Folgendes umfassen:

• Näherungs- und Präsenzsensoren
• Objekterkennungs- und Zählsysteme
• Optische Encoder
• Berührungslose Schalter und Schnittstellen
• Einfache Datenübertragungsstrecken (z.B. Fernbedienungsempfänger)
• Geräte, bei denen neben einer IR-Funktion eine rote Anzeigeleuchte benötigt wird

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Dauer-Durchlassstrom (I_F):50 mA für sowohl den IR- als auch den Rot-Chip. Das Überschreiten dieses Stroms führt zu übermäßiger Erwärmung und schnellem Leistungsabfall.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Die LED hat eine begrenzte Sperrspannungsfestigkeit; eine ordnungsgemäße Schaltungsauslegung sollte Sperrspannungsbedingungen verhindern.
• Verlustleistung (P_c):100 mW für den IR-Chip und 130 mW für den Rot-Chip bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur. Dieser Parameter ist entscheidend für das thermische Management.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-25°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +100°C (Lagerung).
• Löttemperatur:260°C für maximal 5 Sekunden, konform mit typischen bleifreien Reflow-Profilen.

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

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Strahlungsstärke (I_E):Gemessen in mW/sr (Milliwatt pro Steradiant). Typische Werte sind 2,1 mW/sr (IR) und 2,3 mW/sr (Rot) bei I_F=20mA. Dies gibt die in einen bestimmten Raumwinkel abgegebene optische Leistung an.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):940 nm für IR (typisch) und 660 nm für Rot (typisch). Die IR-Wellenlänge ist ideal für Silizium-Fotodetektoren, deren maximale Empfindlichkeit bei etwa 900-1000 nm liegt.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Etwa 30 nm für IR und 20 nm für Rot, definiert die spektrale Reinheit des emittierten Lichts.
• Durchlassspannung (V_F):Typische Werte sind 1,30 V für IR und 1,90 V für Rot bei I_F=20mA. Der Rot-Chip hat eine höhere V_Faufgrund des unterschiedlichen Halbleitermaterials (AlGaInP gegenüber GaAlAs).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad. Dieser breite Abstrahlwinkel ist charakteristisch für das Top-View-Gehäuse ohne Linse mit klarem Kunststoff und bietet ein breites Abstrahlmuster.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Eigenschaften des Infrarot- (IR) Chips

Die bereitgestellten Kurven für den IR-Chip liefern wichtige Konstruktionshinweise:

• Spektrale Verteilung:Die Kurve zeigt einen scharfen Peak bei 940 nm mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 30 nm, was die gute spektrale Abstimmung auf Siliziumdetektoren bestätigt.
• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Diese exponentielle Kurve ist essenziell für die Auswahl des Vorwiderstands. Eine kleine Spannungsänderung führt zu einer großen Stromänderung, was die Notwendigkeit einer Konstantstromquelle oder eines genau berechneten Serienwiderstands unterstreicht.
• Relative Intensität vs. Durchlassstrom:Zeigt, dass die Strahlungsstärke bis zum Maximalwert linear mit dem Strom ansteigt, was eine Helligkeitsmodulation über die Stromsteuerung ermöglicht.
• Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Entlastungsanforderung. Der maximal zulässige Durchlassstrom nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab, um ein Überschreiten der Verlustleistungsgrenze zu verhindern.

3.2 Eigenschaften des Roten Chips

Die Kurven für den Roten Chip folgen ähnlichen Prinzipien, jedoch mit materialspezifischen Unterschieden:

• Spektrale Verteilung:Zentriert bei 660 nm (Tiefrot) mit einer schmaleren Bandbreite (~20 nm), was zu einer gesättigten roten Farbe führt.
• I-V-Kurve, Intensität vs. Strom und thermische Entlastung:Diese Kurven sind analog zu denen des IR-Chips, jedoch mit anderen Spannungs- und Verlustleistungswerten, wie in den Tabellen für Absolute Maximalwerte und Elektro-optische Kenngrößen angegeben.

3.3 Winkelabhängige Eigenschaften

DieRelative Lichtstrom vs. Winkelverschiebung-Kurve (vermutlich von einem gekoppelten Detektor) veranschaulicht das räumliche Abstrahlmuster. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel führt zu einer lambertstrahlerähnlichen Verteilung, bei der die Intensität bei 0° (senkrecht zur Emissionsfläche) am höchsten ist und bei ±60° auf die Hälfte abfällt. Dies ist wichtig für die Auslegung von Lichtwegen und die Sicherstellung einer ausreichenden Signalstärke am Empfänger.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem Miniatur-SMD-Gehäuse ausgeführt. Wichtige Abmessungen (in mm) umfassen eine Baugröße von etwa 3,0 x 1,6 bei einer Höhe von 1,1. Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung oder eine Kerbe am Gehäuse gekennzeichnet. Die Maßzeichnung zeigt den Anschlussabstand und Empfehlungen für das Lötflächenmuster (Land Pattern) auf der Leiterplatte, die für zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität entscheidend sind.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polung ist lebenswichtig. Das Gehäusediagramm im Datenblatt zeigt die Anoden- und Kathodenanschlüsse. Das Anlegen einer umgekehrten Polung, die die 5V-Sperrspannungsfestigkeit überschreitet, kann die Diodenstrecke sofort zerstören.

5. Löt-, Bestückungs- und Handhabungsrichtlinien

5.1 Kritische Vorsichtsmaßnahmen

• Überstromschutz:Ein externer Vorwiderstand istzwingend erforderlich. Die steile I-V-Kurve bedeutet, dass bereits eine kleine Spannungserhöhung einen zerstörerischen Stromstoß verursachen kann.
• Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität:Das Bauteil ist feuchtigkeitssensitiv (MSL). Es muss in der Original-Feuchtigkeitsschutztüte mit Trockenmittel gelagert werden. Nach dem Öffnen sollte es innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden, es sei denn, es wird erneut getrocknet (60°C für 24 Stunden).

5.2 Lötbedingungen

• Reflow-Löten:Ein bleifreies Temperaturprofil wird empfohlen, mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden. Der Reflow-Vorgang sollte nicht öfter als zweimal durchgeführt werden.
• Handlöten:Falls erforderlich, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C, erhitzen Sie jeden Anschluss für <3 Sekunden und verwenden Sie einen Niedrigleistungskolben (<25W). Lassen Sie die Lötstellen zwischen den Vorgängen abkühlen.
• Reparatur:Nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, verwenden Sie einen Zweispitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung der Lötstellen zu vermeiden.

6. Verpackung und Bestellinformationen

6.1 Verpackungsspezifikation

Die Bauteile werden auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Spulen aufgewickelt ist. Die Standardpackungsmenge beträgt 2000 Stück pro Spule. Die Abmessungen der Trägerbahn gewährleisten die Kompatibilität mit Standard-SMD-Bestückungsautomaten.

6.2 Etikettierung und Rückverfolgbarkeit

Die Verpackung enthält Etiketten auf der Feuchtigkeitsschutztüte und der Spule. Diese Etiketten enthalten Rückverfolgbarkeitsinformationen wie Artikelnummer (P/N), Losnummer (LOT No.), Menge (QTY) und Produktionsort. Dies ist für die Qualitätskontrolle und das Lieferkettenmanagement wesentlich.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Schaltungsdesign

Beim Entwurf der Treiberschaltung:

1. Berechnen Sie den Vorwiderstand (R_s):Verwenden Sie die Formel R_s= (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt, um unter allen Bedingungen ausreichenden Strom sicherzustellen. Zum Beispiel für die rote LED bei 20mA mit einer 5V-Versorgung: R_s= (5V - 2,5V) / 0,02A = 125Ω. Verwenden Sie den nächsthöheren Normwert (z.B. 130Ω oder 150Ω).
2. PWM für Dimmung in Betracht ziehen:Zur Intensitätssteuerung verwenden Sie Pulsweitenmodulation (PWM) anstelle einer analogen Stromreduzierung, da dies eine konsistente Farbe (für Rot) und Wellenlänge beibehält.
3. Thermisches Management:Stellen Sie sicher, dass das Leiterplattenlayout ausreichend Kupferfläche für die Wärmeableitung bietet, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom oder bei erhöhten Umgebungstemperaturen.

7.2 Optisches Design

• Für die Sensorik (IR):Richten Sie den IR-Emitter und den Fotodetektor optisch aus. Verwenden Sie Blenden, Linsen oder Lichtleiter, um das Erfassungsfeld zu definieren und Störlicht zu blockieren. Der breite 120°-Winkel kann eine Abschirmung erfordern, um einen gerichteteren Strahl für die Fernerkennung zu erzeugen.
• Für die Anzeige (Rot):Die klare Linse und der weite Winkel bieten gute Sichtbarkeit. Erwägen Sie die Verwendung eines Diffusors, wenn eine weichere, gleichmäßigere Anzeige gewünscht ist.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Unterscheidung der IRR15-22C/L491/TR8 liegt in ihremDual-Wellenlängen-, Einzelgehäuse-Design. Im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten LEDs bietet sie:

• Platzersparnis:Reduziert den Leiterplatten-Bauraum um 50%.
• Vereinfachte Bestückung:Ein Bestückungsvorgang anstelle von zwei.
• Kosteneffizienz:Potentiell geringere Gesamtkosten für Bauteile und Bestückung.
• Optimierte IR-Leistung:Der spezifische 940nm GaAlAs-Chip ist für optimale Leistung mit Siliziumdetektoren ausgewählt, was im Vergleich zu generischen IR-LEDs möglicherweise eine bessere Empfindlichkeit und Reichweite bietet.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

9.1 Kann ich die IR- und die rote LED gleichzeitig ansteuern?

Ja, aber sie müssen von separaten Strombegrenzungsschaltungen (Widerstände oder Treiber) angesteuert werden. Sie teilen sich ein gemeinsames Gehäuse, haben jedoch unabhängige Halbleiterchips und elektrische Anschlüsse.

9.2 Warum ist ein Vorwiderstand absolut notwendig?

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und variiert von Exemplar zu Exemplar. Eine Spannungsquelle ohne Serienwiderstand würde einen unkontrollierten Stromfluss verursachen, der sofort zu thermischem Durchgehen und Zerstörung führt.

9.3 Was ist die typische Lebensdauer dieser LED?

Die LED-Lebensdauer wird typischerweise als der Punkt definiert, an dem der Lichtstrom auf 50% seines Anfangswerts abgefallen ist (L70/L50). Obwohl in diesem Datenblatt nicht explizit angegeben, haben ordnungsgemäß betriebene SMD-LEDs (innerhalb der Spezifikationen, mit gutem thermischem Management) oft eine Lebensdauer von über 50.000 Stunden.

9.4 Wie interpretiere ich den Strahlungsstärke-Wert (mW/sr) für mein Sensordesign?

Die Strahlungsstärke beschreibt die optische Leistung pro Raumwinkel. Um die von einem Detektor empfangene Leistung (in mW) abzuschätzen, müssen Sie die aktive Fläche des Detektors und seinen Abstand/Winkel zur LED kennen. Die Winkelverschiebungskurve hilft bei dieser Berechnung für achsenversetzte Ausrichtung.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

10.1 Einfacher Näherungssensor

Szenario:Erkennen, wenn sich ein Objekt innerhalb von 5 cm von einem Gerät befindet.
Umsetzung:Montieren Sie die IRR15-22C/L491/TR8 auf einer Leiterplatte. Steuern Sie den IR-Emitter mit einem 20mA Konstantstrom an (unter Verwendung eines aus einer 3,3V-Versorgung berechneten Widerstands). Platzieren Sie einen Silizium-Fototransistor gegenüber, mit einer kleinen Barriere dazwischen, um direkte optische Kopplung zu verhindern. Wenn ein Objekt in den Spalt eintritt, reflektiert es IR-Licht vom Emitter zum Detektor. Der Ausgangsstrom des Detektors steigt, der durch einen Lastwiderstand in eine Spannung umgewandelt und vom ADC oder Komparator eines Mikrocontrollers ausgelesen werden kann. Die rote LED kann an einen GPIO-Pin angeschlossen werden, um eine visuelle "Erkennung aktiv"- oder "Objekt vorhanden"-Anzeige zu bieten.

11. Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiter-pn-Übergangsbauteile. Wird eine Durchlassspannung angelegt, injizieren Elektronen aus dem n-Gebiet und Löcher aus dem p-Gebiet in den Übergangsbereich. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) ab. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Die IRR15-22C/L491/TR8 verwendetGaAlAs (Galliumaluminiumarsenid)für den IR-Emitter (940nm) undAlGaInP (Aluminiumgalliumindiumphosphid)für den Rot-Emitter (660nm). Die klare Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtaustrittsmuster.

12. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie dieser folgt mehreren wichtigen Branchentrends:

• Miniaturisierung:Kontinuierliche Verkleinerung der Gehäusegröße (z.B. von 0603 auf 0402 auf 0201), um kleinere Endprodukte zu ermöglichen.
• Multi-Chip-Packages (MCPs):Integration mehrerer LED-Chips (verschiedene Farben oder gleiche Farbe) in einem Gehäuse für höhere Ausgangsleistung, Farbmischung oder Multifunktionalität, wie bei diesem Dual-Wellenlängen-Bauteil zu sehen.
• Höhere Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz (IQE) und der Lichteinkoppeleffizienz führen bei gleichem Eingangsstrom zu höherer Strahlungsstärke und verbessern so die Systemleistungsbilanz.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Fortschritte bei Verkapselungsmaterialien (Epoxid, Silikon) und Die-Attach-Techniken verbessern die Leistung unter hoher Temperatur und Feuchtigkeit und verlängern die Betriebslebensdauer.
• Intelligente Integration:Ein wachsender Trend ist die Integration von Steuer-ICs (Treiber, Sensoren) innerhalb des LED-Gehäuses, wodurch "intelligente LED"-Module entstehen, die das Systemdesign vereinfachen.