HIR16-213C/L423/TR8 Mini-Top Infrarot-LED Datenblatt - SMD-Gehäuse - 850nm Spitzenwellenlänge - 145° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die HIR16-213C/L423/TR8 ist eine hochzuverlässige, miniaturisierte oberflächenmontierbare (SMD) Infrarot (IR)-Emissionsdiode. Sie ist für Anwendungen konzipiert, die eine kompakte, effiziente Infrarotquelle benötigen, die mit modernen automatisierten Bestückungsprozessen kompatibel ist. Das Bauteil ist in wasserklarem Epoxidharz vergossen, was ein robustes Gehäuse bietet und gleichzeitig eine optimale Transmission des Infrarotlichts ermöglicht.

Kernvorteile:Die primären Vorteile dieser Komponente umfassen ihren kleinen doppelendigen Gehäusefußabdruck, hohe Zuverlässigkeit und volle Konformität mit Umweltvorschriften wie RoHS, EU REACH und halogenfreien Anforderungen (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Sie ist speziell spektral auf Silizium-Fotodioden und Fototransistoren abgestimmt, was sie ideal für Sensorsysteme macht.

Zielmarkt & Anwendungen:Diese IR-LED richtet sich an Entwickler und Hersteller elektronischer Systeme, die Infrarotfunktionalität benötigen. Wichtige Anwendungsbereiche sind leiterplattenmontierte Infrarotsensoren für Annäherungs- oder Objekterkennung, Infrarot-Fernbedienungen, die höhere Strahlstärke erfordern, verschiedene Arten optischer Scanner und andere Infrarot-Anwendungssysteme.

2. Technische Spezifikationen im Detail

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen wird nicht empfohlen.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F):50 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann den Diodenübergang zerstören.
• Betriebs- & Lagertemperatur (T_opr, T_stg):-40°C bis +100°C. Dieser weite Bereich gewährleistet die Eignung für industrielle und automotive Umgebungen.
• Löttemperatur (T_sol):260°C für maximal 5 Sekunden, kompatibel mit bleifreien Reflow-Profilen.
• Verlustleistung (P_c):100 mW bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur. Bei höheren Temperaturen ist eine Entlastung (Derating) erforderlich.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Strahlstärke (I_E):Typischer Wert ist 1,50 mW/sr, mit einem Minimum von 0,50 mW/sr. Dies misst die pro Raumwinkeleinheit abgegebene optische Leistung.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):850 nm (typisch), im Bereich von 840 nm bis 870 nm. Diese Wellenlänge ist nahezu optimal für siliziumbasierte Detektoren.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typisch 30 nm. Dies definiert die spektrale Breite bei halber Maximalintensität.
• Durchlassspannung (V_F):Typisch 1,45V, maximal 1,65V bei I_F=20mA. Bei einem gepulsten Strom von 100mA (Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%) steigt V_Fmax auf 2,00V.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R=5V, was auf eine gute Übergangsqualität hinweist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):145 Grad (typisch). Dieser sehr weite Abstrahlwinkel ist charakteristisch für das Linsendesign und sorgt für eine breite Abstrahlung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Bauteil ist in verschiedenen Leistungsklassen erhältlich, hauptsächlich basierend auf der Strahlstärke. Dies ermöglicht es Entwicklern, eine für ihre spezifischen Empfindlichkeits- oder Reichweitenanforderungen geeignete Güteklasse auszuwählen.

• Klasse F:Strahlstärke zwischen 0,50 und 1,50 mW/sr bei I_F=20mA.
• Klasse G:Strahlstärke zwischen 1,00 und 2,50 mW/sr.
• Klasse H:Strahlstärke zwischen 2,00 und 3,50 mW/sr.
• Klasse J:Strahlstärke zwischen 3,00 und 4,50 mW/sr.

Für die Durchlassspannung oder Spitzenwellenlänge ist im Standardangebot kein Binning angegeben, obwohl diese Parameter spezifizierte Min/Typ/Max-Werte haben.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Strahlstärke vs. Durchlassstrom

Die bereitgestellte Grafik zeigt eine nichtlineare Beziehung. Die Strahlstärke steigt mit dem Durchlassstrom, wird aber aufgrund thermischer und Effizienzgrenzen schließlich sättigen. Die Kurve ist wesentlich, um den benötigten Betriebsstrom zur Erzielung einer gewünschten optischen Ausgangsleistung zu bestimmen.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese I-V-Kurve zeigt die standardmäßige exponentielle Kennlinie einer Diode. Die typische V_Fvon 1,45V bei 20mA ist ein Schlüsselparameter für das Design der Treiberschaltung (z.B. Berechnung des Vorwiderstands).

4.3 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Die Entlastungskurve (Derating-Kurve) zeigt, dass der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Dies ist entscheidend für die Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit, insbesondere in Hochtemperaturanwendungen. Das Bauteil kann nicht über den gesamten Temperaturbereich mit seiner vollen Nennleistung von 50mA betrieben werden.

4.4 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangsleistung ist bei 850nm zentriert mit einer typischen Bandbreite von 30nm. Dies entspricht dem Bereich der maximalen Empfindlichkeit gängiger Silizium-Fotodetektoren und maximiert das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems.

4.5 Relative Strahlstärke vs. Winkelabweichung

Das Polardiagramm bestätigt den 145° Abstrahlwinkel, wobei die Intensität bei ±72,5° von der Mittelachse auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt. Das Abstrahlmuster erscheint nahezu lambertisch und eignet sich für die Beleuchtung großer Flächen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein kompaktes "Mini-Top" SMD-Gehäuse. Wichtige dimensionale Hinweise aus dem Datenblatt sind:

• Alle Maße sind in Millimetern.
• Standardtoleranz für nicht spezifizierte Maße beträgt ±0,1mm.
• Das Gehäuse weist ein doppelendiges Design für mechanische Stabilität während des Lötens auf.
• Die wasserklare Epoxidharzlinse ist integraler Bestandteil des Gehäusekörpers.

Polaritätskennzeichnung:Die Kathode ist typischerweise auf dem Gehäuse markiert, oft mit einem grünen Punkt, einer Kerbe oder einem kürzeren Anschluss. Für das genaue Kennzeichnungsschema muss das Diagramm im Datenblatt konsultiert werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL). Vorsichtsmaßnahmen sind entscheidend:

• Die feuchtigkeitsdichte Verpackung erst unmittelbar vor der Verwendung öffnen.
• Lagerung vor dem Öffnen: ≤30°C / ≤90% rF. Verwendung innerhalb von 1 Jahr.
• Lagerung nach dem Öffnen: ≤30°C / ≤60% rF. Verwendung innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen).
• Wird die Lagerzeit überschritten oder zeigt der Trockenmittelbeutel Feuchtigkeit an, ist vor dem Reflow-Löten ein Trocknungsvorgang (Baking) bei 60±5°C für mindestens 24 Stunden erforderlich.

6.2 Reflow-Lötung

Die Komponente ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Prozessen kompatibel.

• Ein bleifreies Temperaturprofil mit einem Spitzenwert von 260°C ist spezifiziert.
• Der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses während des Aufheizens und Abkühlens.
• Verbiegen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht.

6.3 Handlötung und Nacharbeit

Falls Handlötung notwendig ist:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Lötspitzentemperatur <350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf ≤3 Sekunden pro Anschluss.
• Verwenden Sie einen Kolben mit einer Leistung ≤25W.
• Halten Sie eine Abkühlpause von >2 Sekunden zwischen den Anschlüssen ein.
• Für Nacharbeiten wird ein Zwillingslötkolben empfohlen, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und Beschädigungen des Gehäuses zu vermeiden. Überprüfen Sie die Funktionalität des Bauteils nach jeder Nacharbeit.

6.4 Schaltungsschutz

Kritisch:Ein externer strombegrenzender Widerstand MUSS in Reihe mit der LED geschaltet werden. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass der Strom außer Kontrolle geraten kann, wenn er nicht richtig geregelt wird. Eine leichte Erhöhung der Spannung kann eine große Stromänderung verursachen, die zum sofortigen Durchbrennen führt.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Gurt- und Bandrollenspezifikationen

Das Bauteil wird in 8mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Bandrollen geliefert. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Die Abmessungen des Trägerbandes gewährleisten die Kompatibilität mit Standard-SMD-Bestückungsautomaten.

7.2 Verpackungsvorgang und Etiketten

Die Rollen sind in aluminiumbeschichteten feuchtigkeitsdichten Beuteln mit Trockenmittel verpackt. Die Etiketten auf dem Beutel enthalten wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung:

• CPN (Kundenteilenummer)
• P/N (Herstellungsteilenummer: HIR16-213C/L423/TR8)
• QTY (Menge)
• CAT (Klasse/Bin-Code, z.B. F, G, H, J)
• HUE (Spitzenwellenlänge)
• LOT No. (Fertigungslosnummer)
• Produktionsursprung

7.3 Bauteilauswahlhilfe

Die Modellnummer HIR16-213C/L423/TR8 decodiert sich wie folgt: Das Chipmaterial ist AlGaAs (Aluminiumgalliumarsenid), und die Linsenfarbe ist wasserklar. Das Suffix "TR8" kennzeichnet die 8mm-Bandrollenverpackung.

8. Anwendungsdesign-Vorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

In einer typischen Treiberschaltung ist die LED über einen strombegrenzenden Widerstand mit einer Versorgungsspannung (V_CC) verbunden. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_CC- V_F) / I_F. Zum Beispiel, mit V_CC=5V, V_F=1,45V und I_F=20mA, R = (5 - 1,45) / 0,02 = 177,5 Ω. Ein Standard-180-Ω-Widerstand wäre geeignet. Für gepulsten Betrieb bei höheren Strömen (z.B. 100mA) muss sichergestellt werden, dass der Treiber (oft ein Transistor) den Spitzenstrom bewältigen kann und dass das Tastverhältnis sehr niedrig gehalten wird (≤1%), um Überhitzung zu vermeiden.

8.2 Optische Design-Überlegungen

Der weite 145° Abstrahlwinkel macht diese LED hervorragend geeignet für Anwendungen, die breite, diffuse Beleuchtung erfordern, wie z.B. Annäherungssensoren, die einen großen Bereich abdecken müssen. Für größere Reichweiten oder gerichtetere Anwendungen können sekundäre Optiken (Linsen) erforderlich sein, um den Strahl zu kollimieren. Die wasserklare Linse ist optimal für die Nahinfrarot-Transmission mit minimaler Absorption.

8.3 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, muss die Verlustleistung berücksichtigt werden, insbesondere bei höheren Strömen oder in Umgebungen mit hoher Temperatur. Stellen Sie sicher, dass das Leiterplatten-Pad-Layout eine ausreichende Wärmeableitung bietet und dass die maximale Sperrschichttemperatur nicht überschritten wird. Die Entlastungskurve für Durchlassstrom vs. Temperatur ist die primäre Richtlinie.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-5mm- oder 3mm-Durchsteck-IR-LEDs bietet dieses SMD-Bauteil erhebliche Vorteile:

• Größe & Automatisierung:Das miniaturisierte SMD-Gehäuse ermöglicht kleinere Leiterplattendesigns und ist voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungs- und Reflow-Lötprozessen, was die Montagekosten senkt.
• Abstrahlwinkel:Der 145° Abstrahlwinkel ist für eine SMD-IR-LED außergewöhnlich weit und bietet eine gleichmäßigere Abdeckung als viele Konkurrenzprodukte mit engeren Strahlen.
• Konformität:Die volle Konformität mit RoHS-, REACH- und halogenfreien Standards ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für Produkte, die auf globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften abzielen.
• Spektrale Abstimmung:Die 850nm-Spitze ist gezielt auf Siliziumdetektoren abgestimmt, ein Merkmal, das bei allen generischen IR-LEDs nicht optimiert sein mag.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Strahlstärke (mW/sr) und Strahlungsleistung (mW)?

Strahlstärke ist die pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) abgegebene optische Leistung. Strahlungsleistung ist die in alle Richtungen abgegebene gesamte optische Leistung. Für eine LED mit bekannter Intensität und Abstrahlwinkelverteilung kann die Gesamtleistung durch Integration der Intensität über die volle Abstrahlkugel berechnet werden. Das Datenblatt gibt die Intensität an, was nützlicher ist, um die Bestrahlungsstärke auf einem Detektor in einer bestimmten Entfernung und unter einem bestimmten Winkel zu berechnen.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 50mA betreiben?

Sie können sie nur mit 50mA Gleichstrom betreiben, wenn die Umgebungstemperatur bei oder unter 25°C liegt und Sie ein angemessenes Thermomanagement haben. Die Entlastungskurve zeigt, dass der maximal zulässige kontinuierliche Strom mit steigender Temperatur abnimmt. Für einen zuverlässigen Betrieb über den gesamten Temperaturbereich wird ein niedrigerer Strom oder gepulster Betrieb empfohlen.

10.3 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand zwingend erforderlich?

LEDs sind stromgesteuerte, nicht spannungsgesteuerte Bauteile. Ihre I-V-Kennlinie ist sehr steil. Eine kleine Erhöhung der Durchlassspannung (aufgrund von Temperatur- oder Versorgungsschwankungen) kann einen sehr großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg verursachen. Der Reihenwiderstand sorgt für Gegenkopplung und stabilisiert den Arbeitspunkt.

10.4 Wie interpretiere ich die "Klasse" (F, G, H, J)?

Die Klasse ist ein Binning-Code für die Strahlstärke. Sie ermöglicht es Ihnen, ein Bauteil mit einer garantierten minimalen optischen Ausgangsleistung für Ihre Anwendung auszuwählen. Wenn Ihr Sensor beispielsweise mindestens 2,0 mW/sr benötigt, sollten Sie Klasse H oder J spezifizieren. Die Verwendung einer niedrigeren Klasse (F oder G) könnte zu einem Bauteil führen, das die Empfindlichkeitsanforderungen Ihres Systems nicht erfüllt.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Design-Fallstudie: Einfacher Annäherungssensor

Ziel:Erkennen, wenn sich ein Objekt innerhalb von 10cm zum Sensor befindet.

Design:Platzieren Sie die HIR16-213C/L423/TR8 IR-LED und einen passenden Silizium-Fototransistor nebeneinander auf einer Leiterplatte, in die gleiche Richtung zeigend. Betreiben Sie die LED mit einem konstanten Strom von 20mA (unter Verwendung des berechneten Vorwiderstands). Wenn kein Objekt vorhanden ist, strahlt das IR-Licht weg und der Fototransistor empfängt sehr wenig reflektiertes Licht. Wenn ein Objekt in die Erfassungszone eintritt, reflektiert etwas IR-Licht zurück auf den Fototransistor, wodurch dessen Kollektorstrom ansteigt. Diese Stromänderung kann durch einen Komparator verstärkt und in ein digitales Signal umgewandelt werden.

Komponentenauswahl-Begründung:Der weite 145° Abstrahlwinkel der LED gewährleistet ein breites Erfassungsfeld. Die 850nm Wellenlänge gewährleistet maximale Empfindlichkeit des Fototransistors. Die Auswahl einer LED der Klasse H oder J bietet eine höhere Strahlstärke, erhöht die Menge des reflektierten Lichts und potenziell die Erfassungsreichweite oder Zuverlässigkeit.

Wichtige Berechnungen:Der Wert des Treiberwiderstands (wie in Abschnitt 8.1 berechnet). Das erwartete Signalniveau am Fototransistor hängt von der Reflektivität des Objekts ab und müsste empirisch charakterisiert werden, um die Schwelle des Komparators korrekt einzustellen.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Licht emittierende Diode (IR-LED) ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wird eine Durchlassspannung angelegt, injizieren Elektronen aus dem n-Halbleiter und Löcher aus dem p-Halbleiter über den Übergang. Wenn sich diese Ladungsträger im aktiven Bereich (in diesem Fall der AlGaAs-Chip) rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Materialzusammensetzung (AlGaAs) bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge der emittierten Photonen definiert – in diesem Fall im nahen Infrarotspektrum um 850 Nanometer. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und fungiert als Primärlinse, um die Winkelverteilung des emittierten Lichts zu formen.

13. Technologietrends

Die Infrarot-LED-Technologie entwickelt sich weiter, parallel zu breiteren Optoelektronik-Trends. Wichtige Richtungen sind:

• Erhöhte Effizienz:Die Entwicklung neuer Halbleitermaterialien und epitaktischer Strukturen zielt darauf ab, bei gleichem elektrischem Eingang mehr optische Leistung (höhere Strahlstärke) zu erzeugen, wodurch der Systemstromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert werden.
• Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren Konsumelektronik- und IoT-Geräten treibt noch kleinere Gehäusefußabdrücke bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung voran.
• Integrierte Lösungen:Es gibt einen Trend dahin, den IR-Emitter, Detektor und manchmal die Steuerlogik in ein einzelnes Modul oder Gehäuse zu kombinieren, was das Design vereinfacht und die Leistung für spezifische Anwendungen wie Gestenerkennung oder aktive 3D-Bildgebung verbessert.
• Wellenlängendiversifizierung:Während 850nm und 940nm üblich sind, werden andere Wellenlängen für spezialisierte Anwendungen entwickelt, wie z.B. Spektroskopie oder augensichere Systeme.
• Verbesserte Zuverlässigkeit & Konformität:Da sich Vorschriften verschärfen und Produktlebensdauern verlängern, bleibt der Fokus auf robuste Gehäuse, verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit und garantierte Konformität mit globalen Umwelt- und Sicherheitsstandards von größter Bedeutung.

Haftungsausschluss:Die hier dargestellten Informationen sind abgeleitet aus und repräsentieren den technischen Inhalt des bereitgestellten Datenblatts. Typische Werte sind nicht garantiert. Entwickler müssen das offizielle Datenblatt für absolute Maximalwerte und Anwendungsanweisungen konsultieren. Der Hersteller übernimmt keine Verantwortung für Schäden, die durch die Verwendung außerhalb der spezifizierten Bedingungen entstehen. Alle Spezifikationen können vom Hersteller geändert werden.