Technisches Datenblatt HIR25-21C/L289/2T - 1206 SMD Infrarot-LED mit Innenlinse - 3,2x1,6x1,1mm - 1,4V - 130mW - 850nm - Deutsche Fassung

1. Produktübersicht

Die HIR25-21C/L289/2T ist eine leistungsstarke Infrarot (IR)-Emissionsdiode in einem miniaturisierten 1206 Oberflächenmontage (SMD)-Gehäuse. Diese Komponente wurde speziell für Anwendungen entwickelt, die eine zuverlässige Infrarot-Emission erfordern, die auf Silizium-basierte Fotodetektoren abgestimmt ist. Ihre Kernfunktion ist die Umwandlung elektrischer Energie in Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge von 850 Nanometern (nm).

Das Bauteil ist mit einem GaAlAs (Gallium-Aluminium-Arsenid)-Chipmaterial aufgebaut, das für seine Effizienz im Infrarotspektrum bekannt ist. Das Gehäuse ist aus wasserklarem Kunststoff geformt und enthält eine sphärische Innenlinse. Dieses Linsendesign ist entscheidend für die Steuerung des Lichtaustrittmusters und führt zu einem typischen Abstrahlwinkel (2θ1/2) von 60 Grad. Das "wasserklare" Erscheinungsbild zeigt an, dass das Linsenmaterial sichtbares Licht nicht filtert und somit die maximale Transmission der beabsichtigten Infrarotstrahlung ermöglicht.

Ein wesentlicher Vorteil dieser LED ist ihre spektrale Abstimmung auf Silizium-Fotodioden und Fototransistoren. Siliziumdetektoren haben ihre maximale Empfindlichkeit im nahen Infrarotbereich, und die 850nm-Ausgabe dieser LED stimmt gut mit dieser Eigenschaft überein. Dies gewährleistet eine optimale Signalstärke und Systemeffizienz in Sensoranwendungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Dauer-Vorwärtsstrom (I_F): 65 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an die LED-Anode angelegt werden darf.
• Sperrspannung (V_R): 5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den PN-Übergang der LED durchschlagen.
• Verlustleistung (P_d): 130 mW bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits birgt die Gefahr einer Überhitzung.
• Betriebs- & Lagertemperatur: -25°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +85°C (Lagerung).
• Löttemperatur (T_sol): 260°C für maximal 5 Sekunden. Dies ist entscheidend für bleifreie (Pb-free) Reflow-Lötprozesse.

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

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (20mA Vorwärtsstrom, 25°C) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils.

• Strahlstärke (I_e): 4,0 mW/sr (Min), 5,0 mW/sr (Typ). Dies misst die optische Leistung pro Raumwinkeleinheit (Steradiant). Es ist ein direkter Indikator für die Helligkeit der LED in ihrer Hauptrichtung.
• Spitzenwellenlänge (λ_p): 850 nm (Typ). Die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am größten ist. Dies liegt im nahen Infrarot (NIR)-Spektrum, für das menschliche Auge unsichtbar.
• Spektrale Bandbreite (Δλ): 30 nm (Typ). Der Bereich der emittierten Wellenlängen, typischerweise bei halber Spitzenleistung gemessen (Full Width at Half Maximum - FWHM). Eine 30nm Bandbreite ist für eine IR-LED Standard.
• Vorwärtsspannung (V_F): 1,4 V (Typ), 1,7 V (Max) bei 20mA. Der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Diese niedrige Spannung ist charakteristisch für GaAlAs IR-Dioden und wichtig für die Berechnung von Vorwiderstandswerten und Stromverbrauch.
• Sperrstrom (I_R): 10 μA (Max) bei V_R=5V. Der geringe Leckstrom, der fließt, wenn die Diode in Sperrrichtung betrieben wird.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): 60° (Typ). Der volle Winkel, bei dem die Strahlstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts abfällt. Die sphärische Linse erzeugt diesen mäßig breiten Strahl.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für Entwicklungsingenieure wesentlich sind.

3.1 Vorwärtsstrom vs. Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Vorwärtsstroms mit steigender Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur nimmt die Fähigkeit der LED, Wärme abzuführen, ab, daher muss der maximale Strom reduziert werden, um innerhalb des 130mW Verlustleistungslimits zu bleiben. Entwickler müssen diese Kurve für Hochtemperaturbetrieb konsultieren.

3.2 Spektrale Verteilung

Diese Darstellung visualisiert die Lichtausgabe als Funktion der Wellenlänge, zentriert um den 850nm-Peak mit der 30nm FWHM-Bandbreite. Sie bestätigt die spektrale Abstimmung auf Siliziumdetektoren, die typischerweise eine hohe Empfindlichkeit um 800-900nm aufweisen.

3.3 Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (I-V-Kennlinie)

Diese grundlegende Kurve zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung für eine Diode. Die "Kniespannung" liegt bei etwa 1,2-1,3V. Die Kurve ist entscheidend für den Entwurf der Treiberschaltung, insbesondere für die Berechnung des Strombegrenzungswiderstands: R = (V_supply- V_F) / I_F.

3.4 Strahlstärke vs. Vorwärtsstrom

Dieses Diagramm zeigt die lineare Beziehung zwischen Treiberstrom und optischer Ausgangsleistung (Strahlstärke) innerhalb des Betriebsbereichs. Es zeigt, dass eine Erhöhung des Stroms die Lichtausgabe proportional erhöht, bis zu den thermischen Grenzen des Bauteils.

3.5 Relative Strahlstärke vs. Winkelabweichung

Diese Polardiagramm veranschaulicht das Abstrahlmuster oder Strahlprofil. Es bestätigt visuell den 60° Abstrahlwinkel und zeigt, wie die Intensität mit zunehmendem Winkel von der Mittelachse (0°) abnimmt. Dies ist entscheidend für den Entwurf optischer Systeme, um sicherzustellen, dass der Empfänger innerhalb des effektiven Strahls der LED liegt.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Bauteilabmessungen

Die Komponente folgt dem Standard-1206-SMD-Fußabdruck: etwa 3,2mm Länge, 1,6mm Breite und 1,1mm Höhe. Detaillierte Maßzeichnungen im Datenblatt spezifizieren alle kritischen Maße einschließlich Pad-Abstand (typisch 2,0mm), Bauteilhöhe und Linsenkümmung mit Toleranzen von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise markiert, oft durch eine Kerbe, einen grünen Streifen oder eine andere Pad-Größe/Form auf der Band- und Rollenverpackung. Die Zeichnung im Datenblatt zeigt die Kathodenseite an. Die korrekte Polarität ist während der Bestückung unerlässlich, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

4.3 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf 8mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Rollen aufgewickelt ist. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Abmessungen des Trägerbands (Taschengröße, Teilung usw.) werden für die Programmierung automatisierter Pick-and-Place-Maschinen bereitgestellt.

5. Richtlinien für Löten, Bestückung und Handhabung

5.1 Kritische Vorsichtsmaßnahmen

• Strombegrenzung ist obligatorisch: Ein externer Vorwiderstand muss immer verwendet werden. Die niedrige Vorwärtsspannung und die steile I-V-Kennlinie der LED bedeuten, dass eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung einen großen, zerstörerischen Anstieg des Stroms verursachen kann.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Das Kunststoffgehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich. Bauteile müssen in ihrer original feuchtigkeitsdichten Verpackung unter kontrollierten Bedingungen (10-30°C, ≤60% RH) gelagert werden. Nach dem Öffnen beträgt die "Floor Life" unter denselben Bedingungen 168 Stunden (7 Tage). Eine Überschreitung erfordert ein Trocknen (z.B. 96 Stunden bei 60°C) vor dem Reflow-Löten, um "Popcorning" oder Gehäuserisse zu verhindern.

5.2 Lötprozess

• Reflow-Löten: Ein bleifreies (Pb-free) Temperaturprofil wird empfohlen, mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden. Der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.
• Handlöten: Falls erforderlich, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C und einer Leistung unter 25W. Die Kontaktzeit pro Anschluss sollte weniger als 3 Sekunden betragen, mit Pausen zwischen dem Löten jedes Anschlusses. Für Reparaturarbeiten wird ein Doppelspitzen-Lötkolben empfohlen, um thermische Belastung zu minimieren.
• Vermeidung von mechanischer Belastung: Wenden Sie während des Erhitzens keine mechanische Belastung auf die LED an und biegen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht, da dies die internen Verbindungen oder das Gehäuse beschädigen kann.

6. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsszenarien

• Leiterplattenmontierte Infrarotsensoren: Verwendung als Sender in Annäherungssensoren, Objekterkennung und Linienfolgerobotern.
• Infrarot-Fernbedienungen: Geeignet für Fernbedienungen mit hohem Leistungsbedarf, die eine größere Reichweite oder stärkere Signaldurchdringung bieten.
• Scanner: Barcodescanner, Dokumentenscanner und andere optische Scansysteme.
• Allgemeine Infrarotsysteme: Sicherheitssysteme (IR-Beleuchtung für Kameras), Datenübertragung (IrDA) und Industrieautomatisierung.

6.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung: Immer einen Strombegrenzungswiderstand einplanen. Berechnen Sie den Widerstandswert und die Nennleistung basierend auf der Versorgungsspannung und dem gewünschten Vorwärtsstrom (z.B. 20mA für typische Spezifikationen). Für gepulsten Betrieb (wie bei Fernbedienungen) können höhere Spitzenströme möglich sein, wenn das Tastverhältnis niedrig ist, aber die Durchschnittsleistung darf die Nennwerte nicht überschreiten.
• Optisches Design: Berücksichtigen Sie den 60° Abstrahlwinkel bei der Ausrichtung des Senders mit einem Fotodetektor. Für größere Reichweiten können externe Linsen oder Reflektoren verwendet werden, um den Strahl zu kollimieren. Für breitere Abdeckung kann der native Winkel ausreichend sein.
• Thermisches Management: Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen zur Wärmeableitung, insbesondere beim Betrieb nahe dem Maximalstrom oder bei hohen Umgebungstemperaturen.
• Elektrische Störungen: In empfindlichen analogen Sensoranwendungen sollten Sie die Modulation des IR-Signals und die Verwendung von synchroner Detektion in Betracht ziehen, um Umgebungslicht und elektrische Störungen zu unterdrücken.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-SMD-LEDs für sichtbares Licht oder älteren bedrahteten IR-LEDs bietet die HIR25-21C/L289/2T mehrere Vorteile:

• Größe & Montage: Das 1206 SMD-Gehäuse ermöglicht eine hochdichte, automatisierte Leiterplattenbestückung und spart Platz und Kosten im Vergleich zu bedrahteten Bauteilen.
• Optische Leistung: Die integrierte sphärische Linse bietet ein konsistentes, kontrolliertes Abstrahlmuster (60°), das zuverlässiger ist als bei LEDs ohne Linse oder mit flachem Fenster.
• Spektrale Präzision: Die Spitzenwellenlänge von 850nm ist ein Standard, der für Siliziumdetektoren optimiert ist und einen guten Kompromiss zwischen Detektorempfindlichkeit und Unterdrückung von Umgebungslicht bietet (Sonnenlicht hat bei 850nm weniger IR-Anteil im Vergleich zu 940nm).
• Konformität: Das Produkt ist bleifrei, konform mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) und erfüllt moderne Umweltvorschriften.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

8.1 Welchen Zweck hat die "wasserklare" Linse bei einer IR-LED?

Der "wasserklare" Kunststoff ist über ein breites Spektrum hinweg hochtransparent, einschließlich sichtbarem Licht und nahem Infrarot. Seine Hauptfunktion ist der Schutz des Halbleiterchips und die Formgebung zu einer spezifischen Form (sphärische Linse), die das Lichtaustrittsmuster steuert. Er filtert das IR-Licht nicht; tatsächlich ermöglicht er die maximale Transmission der 850nm-Wellenlänge.

8.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit ihrem Maximalstrom von 65mA betreiben?

Sie können sie nur mit 65mA betreiben, wenn Sie garantieren können, dass die Umgebungstemperatur niedrig genug ist und das thermische Design ausreicht, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, sodass die 130mW Verlustleistung nicht überschritten wird. Bei höheren Umgebungstemperaturen reduziert sich der maximal zulässige Strom erheblich. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb wird der Betrieb unter den typischen 20mA-Bedingungen empfohlen.

8.3 Wie identifiziere ich Anode und Kathode?

Die Gehäusezeichnung im Datenblatt zeigt die Kathode an. Auf der physischen Band- und Rollenverpackung ist die Kathodenseite der Tasche oft markiert. Am Bauteil selbst suchen Sie nach einer subtilen Markierung wie einer Kerbe, einem Punkt oder einem grünen Streifen. Im Zweifelsfall beziehen Sie sich auf die Verpackungsbeschriftung oder das Datenblatt des Herstellers.

8.4 Warum sind Lagerung und Handhabung bezüglich Feuchtigkeit so streng?

Die Kunststoff-Formmasse kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses verwandelt sich diese aufgenommene Feuchtigkeit schnell in Dampf und erzeugt einen hohen Innendruck. Dies kann zu Delamination im Gehäuse, Rissen im Kunststoff oder "Popcorning" führen, was zu sofortigem Ausfall oder reduzierter Langzeitzuverlässigkeit führt. Die MSL (Moisture Sensitivity Level)-Vorsichtsmaßnahmen verhindern dies.

9. Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine Leuchtdiode (LED). Wenn eine Vorwärtsspannung, die ihre Bandlückenspannung (etwa 1,4V) überschreitet, an Anode und Kathode angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des GaAlAs-Halbleiterchips injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Zusammensetzung des GaAlAs-Materials bestimmt die Energie dieser Photonen, was der Infrarot-Wellenlänge von 850nm entspricht. Die sphärische Linse formt und richtet dieses emittierte Licht dann in einen 60-Grad-Strahl.

10. Branchentrends

Infrarot-LEDs entwickeln sich weiter, angetrieben durch mehrere Schlüsseltrends. Es gibt eine wachsende Nachfrage nach höherer Strahlstärke und Effizienz in kleineren Gehäusen, um kompaktere und leistungsfähigere Sensoren zu ermöglichen. Integration ist ein weiterer bedeutender Trend, wobei IR-Emitter mit Treibern, Fotodetektoren und sogar Mikrocontrollern zu einzelnen Modulen oder System-in-Package (SiP)-Lösungen kombiniert werden. Darüber hinaus treibt die Ausweitung der Anwendungen in der Automobilindustrie (Innenraumüberwachung, LiDAR), Unterhaltungselektronik (Gesichtserkennung, Gestensteuerung) und dem industriellen IoT die Entwicklung von Bauteilen mit verbesserter Zuverlässigkeit, breiteren Betriebstemperaturbereichen und erhöhter Widerstandsfähigkeit gegen raue Umgebungen voran. Die Einhaltung strenger Umwelt- und Sicherheitsvorschriften bleibt eine grundlegende Anforderung für alle elektronischen Komponenten.