SMD LED BR15-22C/L586/R/TR8 Datenblatt - Gehäuse 3,2x1,6x1,1mm - Spannung 1,3-2,6V - Leistung 100-125mW - Infrarot 905nm & Rot 660nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die BR15-22C/L586/R/TR8 ist eine Dual-Emitter-SMD-LED (Surface-Mount Device), die sowohl eine Infrarot- (IR) als auch eine rote Leuchtdiode in einem einzigen, miniaturisierten Top-View-Flachgehäuse vereint. Das Bauteil ist in wasserklarem Kunststoff vergossen, was eine effiziente Lichtübertragung ermöglicht. Ein wesentliches Konstruktionsmerkmal ist seine spektrale Ausgangsleistung, die speziell auf die Empfindlichkeit von Silizium-Fotodioden und Fototransistoren abgestimmt ist. Dies macht sie zu einer idealen Quelle für optische Erfassungs- und Detektionssysteme.

Die Kernvorteile dieser Komponente umfassen eine niedrige Flussspannung, die zu einer höheren Energieeffizienz in Schaltungsdesigns beiträgt. Sie ist bleifrei (Pb-frei) gefertigt und entspricht den wichtigsten Umweltvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm). Dies gewährleistet ihre Eignung für die moderne, umweltbewusste Elektronikfertigung.

Der primäre Zielmarkt und das Haupteinsatzgebiet sind Infrarot-Anwendungssysteme, wie Annäherungssensoren, Objekterkennung, Encoder und andere optoelektronische Schnittstellen, bei denen eine zuverlässige und abgestimmte Lichtemission entscheidend ist.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Dauer-Durchlassstrom (IF): 50 mA für sowohl den IR- als auch den Rot-Chip.
• Sperrspannung (VR): 5 V. Eine Überschreitung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Betriebstemperatur (Topr): -40°C bis +85°C. Dies definiert den Umgebungstemperaturbereich für einen zuverlässigen Betrieb.
• Lagertemperatur (Tstg): -40°C bis +100°C.
• Löttemperatur (Tsol): 260°C für maximal 5 Sekunden, entscheidend für Reflow-Lötprozesse.
• Verlustleistung (Pc): 100 mW für den IR-Emitter und 125 mW für den Rot-Emitter bei oder unter 25°C freier Lufttemperatur. Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C, die das erwartete Verhalten unter normalen Betriebsbedingungen liefern.

• Strahlungsstärke (IE): Für den IR-Emitter (BR) beträgt der typische Wert 0,50 mW/sr bei IF=20mA. Für den Rot-Emitter sind es 1,50 mW/sr bei gleichem Strom. Dies misst die optische Leistung pro Raumwinkel.
• Spitzenwellenlänge (λp): Der IR-Emitter hat sein Maximum bei 905 nm, während der Rot-Emitter bei 660 nm sein Maximum erreicht. Dies definiert die dominante Farbe des emittierten Lichts.
• Spektrale Bandbreite (Δλ): Etwa 30 nm für beide Emitter, was die Streuung der Wellenlängen um das Maximum angibt.
• Flussspannung (VF): Der IR-Chip hat eine typische VF von 1,30V (max. 1,80V), und der Rot-Chip hat eine typische VF von 1,80V (max. 2,60V) bei IF=20mA. Eine niedrige VF ist ein Schlüsselmerkmal für die Leistungseffizienz.
• Sperrstrom (IR): Maximal 10 µA bei VR=5V für beide Chips, was den Leckstrom im gesperrten Zustand angibt.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2): 140 Grad. Dieser breite Abstrahlwinkel ist charakteristisch für das Top-View-Gehäuse ohne Linse und sorgt für eine breite Abstrahlung.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Eigenschaften des Infrarot-Emitters (905nm)

Die bereitgestellten Diagramme veranschaulichen den Zusammenhang zwischen den Schlüsselparametern für den IR-Chip. DieStrahlungsstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom-Kurve zeigt einen nahezu linearen Anstieg der optischen Ausgangsleistung mit dem Strom bis zum Maximalwert. DieDurchlassstrom in Abhängigkeit von der Flussspannung-Kurve zeigt die exponentielle I-V-Kennlinie der Diode, die für die Auslegung von strombegrenzenden Schaltungen entscheidend ist. DasSpektrale Verteilungsdiagrammbestätigt das Maximum bei 905nm mit der definierten Bandbreite. DieDurchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur-Kurve ist wesentlich, um die Entlastungsanforderungen zu verstehen; mit steigender Temperatur sinkt der maximal zulässige Dauerstrom, um eine Überhitzung zu verhindern.

3.2 Eigenschaften des Rot-Emitters (660nm)

Ähnliche Kurven sind für den Rot-Emitter angegeben. Bemerkenswert ist, dass die Strahlungsstärke bei einem gegebenen Strom im Vergleich zum IR-Emitter höher ist. Das Spektraldiagramm zeigt einen scharfen Peak bei 660nm im sichtbaren roten Spektrum. Die elektrischen Eigenschaften (I-V-Kurve) folgen dem gleichen Diodengesetz, jedoch mit einer höheren typischen Flussspannung.

3.3 Winkelabhängige Eigenschaften

Es wird auf ein Diagramm mit dem TitelRelativer Lichtstrom in Abhängigkeit von der Winkelabweichungverwiesen. Diese Kurve ist für das Anwendungsdesign von entscheidender Bedeutung, da sie zeigt, wie sich die von einem Detektor wahrgenommene Intensität mit dem Winkel zwischen LED und Detektor ändert. Der 140-Grad-Abstrahlwinkel ist als der Winkel definiert, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Wertes auf der Achse (0 Grad) abfällt.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem kompakten SMD-Gehäuse erhältlich. Wichtige Abmessungen (in mm) sind eine Gehäuselänge von ca. 3,2, eine Breite von 1,6 und eine Höhe von 1,1. Detaillierte Zeichnungen spezifizieren das Pad-Layout, die Bauteilkontur und Toleranzen (typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben), die für das PCB-Footprint-Design entscheidend sind.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse enthält Markierungen oder ein spezielles Pad-Design (oft eine abgeschrägte Ecke oder ein Punkt), um die Kathode anzuzeigen. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

4.3 Spezifikationen für Trägerband und Rolle

Das Produkt wird auf Trägerband und Rolle für die automatisierte Bestückung geliefert. Die Abmessungen des Trägerbands sind spezifiziert, wobei eine Standardrolle 2000 Stück enthält. Diese Informationen sind für die Einrichtung von Bestückungsautomaten erforderlich.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Lagerung und Handhabung

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Vorsichtsmaßnahmen umfassen: Die versiegelte Feuchtigkeitsschutzverpackung bis zur Verwendung geschlossen halten; ungeöffnete Beutel bei ≤30°C/90% r.F. lagern und innerhalb eines Jahres verwenden; nach dem Öffnen bei ≤30°C/60% r.F. lagern und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwenden. Wird die Lagerzeit überschritten, ist eine Trocknung bei 60±5°C für mindestens 24 Stunden erforderlich.

5.2 Reflow-Löten

Ein bleifreies Löttemperaturprofil wird empfohlen. Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden, um thermische Belastung zu vermeiden. Während des Erhitzens sollte keine mechanische Belastung auf das LED-Gehäuse ausgeübt werden. Die Leiterplatte sollte nach dem Löten nicht verziehen.

5.3 Handlöten

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 Kolben mit einer Leistung von 25W oder weniger. Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses eine Abkühlpause von mehr als 2 Sekunden.

5.4 Nacharbeit und Reparatur

Eine Reparatur nach dem Löten wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, sollte ein Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und so die thermische Belastung über das Gehäuse zu minimieren. Das potenzielle Risiko einer Beschädigung der LED-Eigenschaften muss vorab bewertet werden.

6. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die wichtigste Designregel ist derÜberstromschutz. Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Aufgrund der exponentiellen I-V-Kennlinie der Diode kann eine kleine Spannungserhöhung einen großen, zerstörerischen Stromanstieg verursachen. Der Widerstandswert muss basierend auf der Versorgungsspannung (Vs), dem gewünschten Durchlassstrom (If) und der Flussspannung der LED (Vf) mit der Formel berechnet werden: R = (Vs - Vf) / If. Separate Widerstände sind erforderlich, wenn die IR- und Rot-Emitter unabhängig voneinander angesteuert werden sollen.

6.2 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann ein ordnungsgemäßes PCB-Layout die Wärmeableitung unterstützen. Sorgen Sie für eine ausreichende Kupferfläche, die mit den Wärmepads (falls vorhanden) oder den Bauteilanschlüssen verbunden ist. Halten Sie sich an die in den Maximalwerten implizierten Leistungsentlastungsrichtlinien – der Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen erfordert eine Reduzierung des Durchlassstroms.

6.3 Optisches Design

Nutzen Sie den 140-Grad-breiten Abstrahlwinkel für Anwendungen, die eine breite Abdeckung erfordern. Für größere Reichweiten oder gerichteteres Erfassen können externe Linsen oder Reflektoren erforderlich sein. Die wasserklare Linse eignet sich für Anwendungen, bei denen das genaue Chip-Abstrahlmuster ohne Farbfilterung gewünscht wird.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Differenzierung der BR15-22C/L586/R/TR8 liegt in ihrerDual-Wellenlängen-Fähigkeitinnerhalb eines einzigen, kompakten SMD-Gehäuses. Dies spart im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten LEDs Leiterplattenfläche. Ihrespektrale Abstimmung auf Siliziumdetektorenist optimiert, was potenziell das Signal-Rausch-Verhältnis in Erfassungsanwendungen verbessert. Dieniedrige Flussspannung, insbesondere für den IR-Emitter, bietet einen Effizienzvorteil. Die Einhaltung strenger Umweltstandards (RoHS, REACH, halogenfrei) macht sie für eine breite Palette globaler Märkte geeignet.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich die IR- und Rot-LEDs gleichzeitig mit ihrem maximalen Strom von jeweils 50mA betreiben?

A: Nein. Der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 50mA pro Chip. Ein gleichzeitiger Betrieb beider mit 50mA würde wahrscheinlich die Gesamtgehäuse-Verlustleistungsgrenzen (Pc) überschreiten und zu Überhitzung führen. Die Treiberströme müssen basierend auf der Gesamtleistung und den thermischen Bedingungen entlastet werden.

F: Warum ist ein strombegrenzender Widerstand absolut notwendig?

A: Eine LED ist ein strombetriebenes Bauteil. Ihre Flussspannung ändert sich leicht mit Strom und Temperatur. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle (selbst eine geregelte) führt zu einem unkontrollierten Stromanstieg, bis das Bauteil ausfällt, da kein Innenwiderstand zur Strombegrenzung vorhanden ist. Der Widerstand sorgt für einen stabilen, vorhersehbaren Strom.

F: Was bedeutet "spektral auf Silizium-Fotodetektor abgestimmt"?

A: Silizium-Fotodioden und -Fototransistoren haben eine spezifische spektrale Empfindlichkeitskurve; sie sind für bestimmte Wellenlängen (typischerweise im nahen Infrarot- und Rotbereich) am empfindlichsten. Die Spitzenwellenlängen dieser LED (905nm IR und 660nm Rot) sind so gewählt, dass sie in die Hochsensitivitätszonen dieser Detektoren fallen und so das für eine gegebene optische Leistung erzeugte elektrische Signal maximieren.

F: Wie ist der "Abstrahlwinkel" von 140 Grad zu interpretieren?

A: Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsstärke auf die Hälfte (50%) ihres Wertes fällt, wenn sie direkt auf der Achse (0 Grad) gemessen wird. Die Abstrahlung ist also effektiv innerhalb eines sehr breiten ±70-Grad-Kegels vom Zentrum aus nutzbar.

9. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines Annäherungssensors für ein Mobilgerät

Die BR15-22C/L586/R/TR8 kann in einem Annäherungssensor verwendet werden, um zu erkennen, wenn sich ein Objekt (wie das Ohr eines Benutzers während eines Anrufs) in der Nähe des Telefons befindet. Der IR-Emitter (905nm) wird gepulst. Eine nahegelegene Silizium-Fotodiode detektiert das reflektierte IR-Licht. Der Rot-Emitter wird in diesem spezifischen Modus nicht verwendet, könnte aber für andere Funktionen wie eine Statusanzeige genutzt werden. Die Designschritte umfassen: 1) Berechnung des strombegrenzenden Widerstands für die IR-LED basierend auf der Ausgangsspannung des Treiber-ICs und dem gewünschten Pulsstrom (z.B. 20mA für gute Intensität). 2) Platzierung von LED und Fotodiode auf der Leiterplatte mit einer optischen Barriere zwischen ihnen, um direkte Übersprecheffekte zu verhindern. 3) Genaue Einhaltung des Reflow-Lötprofils, um das feuchtigkeitsempfindliche Gehäuse nicht zu beschädigen. 4) Implementierung einer Firmware, die die LED pulst und das Fotodiodensignal ausliest, wobei ein Schwellenwert zur Bestimmung des "Nah"- oder "Fern"-Zustands verwendet wird.

10. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Flussspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Der IR-Emitter verwendet Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs), das eine Bandlücke entsprechend 905nm Infrarotlicht aufweist. Der Rot-Emitter verwendet Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP), das 660nm rotes Licht erzeugt. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtaustrittsmuster.

11. Technologietrends und Kontext

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der BR15-22C/L586/R/TR8 wird von Trends zur Miniaturisierung, Automatisierung und Multifunktionalität in der Elektronik vorangetrieben. Der Übergang zu bleifreier und halogenfreier Fertigung spiegelt das globale Bestreben nach umweltverträglichen Komponenten wider. In Erfassungsanwendungen besteht eine kontinuierliche Nachfrage nach höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt) und engerer spektraler Abstimmung, um die Systemleistung zu verbessern und den Stromverbrauch zu reduzieren. Die Integration mehrerer Wellenlängen oder Funktionen in einzelne Gehäuse ist ein logischer Schritt, um Platz und Kosten in zunehmend komplexen Geräten zu sparen. Darüber hinaus zielen Verbesserungen bei Gehäusematerialien und -design darauf ab, die Zuverlässigkeit unter thermischer Belastung und Feuchtigkeitseinwirkung zu erhöhen, was für Automotive-, Industrie- und Consumer-Anwendungen entscheidend ist.