Technisches Datenblatt für die Sidelooker Infrarot-LED IR928-6C-F - 2,54mm Anschlussabstand - 940nm Wellenlänge - 50mA Strom - 75mW Leistung

1. Produktübersicht

Die IR928-6C-F ist eine hochintensive, seitlich emittierende Infrarot-Leuchtdiode (LED). Sie ist für Anwendungen konzipiert, die eine kompakte, seitlich strahlende Quelle erfordern. Das Bauteil ist in einem klaren Kunststoffgehäuse vergossen, wodurch die Infrarotstrahlung des GaAs-Chips von der Seite des Bauteils abgegeben wird. Diese Bauform ist besonders nützlich in platzbeschränkten Designs, bei denen eine von oben emittierende LED nicht geeignet ist.

Zu den wesentlichen Vorteilen dieses Bauteils zählen seine hohe Strahlungsintensität, niedrige Durchlassspannung und hohe Zuverlässigkeit. Es wird bleifrei (Pb-frei) hergestellt, ist RoHS-konform, erfüllt die EU-REACH-Verordnung und die Beschränkungen für halogenfreie Substanzen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Der Standard-Anschlussabstand von 2,54mm macht es mit gängigen Durchsteckplatinen-Layouts kompatibel.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil darf nicht über diese Grenzwerte hinaus betrieben werden, um dauerhafte Schäden zu vermeiden. Der zulässige Dauer-Durchlassstrom (IF) beträgt 50 mA. Die maximal anlegbare Sperrspannung (VR) beträgt 5 V. Der Betriebsbereich der Umgebungstemperatur (Topr) liegt zwischen -25°C und +85°C, die Lagertemperatur (Tstg) zwischen -40°C und +85°C. Die maximale Löttemperatur (Tsol) beträgt 260°C für weniger als 5 Sekunden. Die maximale Verlustleistung (Pd) bei oder unter 25°C freier Umgebungsluft beträgt 75 mW.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter sind unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C spezifiziert. Die Spitzenemissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 940nm, mit einer spektralen Bandbreite (Δλ) von 50nm, was sie für Anwendungen im nahen Infrarotspektrum geeignet macht. Die Durchlassspannung (VF) beträgt typischerweise 1,25V bei einem Durchlassstrom von 20mA, maximal 1,60V, was auf eine gute elektrische Effizienz hinweist. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10 µA bei voller 5V-Sperrvorspannung. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt 20 Grad und definiert einen relativ schmalen Infrarotstrahl, der von der Seite des Gehäuses emittiert wird.

Ein kritischer Parameter ist der Lichtstrom (IC(ON)), der der in einem Test-Phototransistor unter spezifizierten Bedingungen (IF=4mA, VCE=3,5V) erzeugte Photostrom ist. Dieser Parameter wird verwendet, um die LEDs in verschiedene Intensitätsklassen (Bins) einzuteilen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die IR928-6C-F wird basierend auf ihrer Strahlungsintensität, gemessen als IC(ON), in verschiedene Klassen sortiert. Dies gewährleistet eine konsistente Leistung in den Endanwendungen. Die Binning-Tabelle liefert Mindest- und Höchstwerte für jede Klassenbezeichnung. Beispielsweise hat die Klasse 5-2 einen IC(ON)-Bereich von 1053 bis 1870 µA, während Klasse 7-2 einen Bereich von 306 bis 441 µA aufweist. Wichtig ist, dass diese Bintabelle nur als Referenz dient und spezifische Bin-Lieferungen nicht garantiert werden, sofern nicht bei der Bestellung angegeben. Entwickler sollten die mögliche Schwankung der Ausgangsleistung innerhalb der gewählten Klasse berücksichtigen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die für Schaltungsdesign und Wärmemanagement essenziell sind.

4.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Entlastungskennlinie zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Dies ist entscheidend für die Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit und die Vermeidung von thermischem Durchgehen.

4.2 Spektrale Verteilung

Dieses Diagramm veranschaulicht die relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge, zentriert um das 940nm-Maximum. Die 50nm Bandbreite ist sichtbar und zeigt die Streuung der emittierten Wellenlängen.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Die IV-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Diese Kurve ist für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung notwendig.

4.4 Relative Strahlungsintensität vs. Winkelabweichung

Dieses Polardiagramm stellt den 20-Grad-Abstrahlwinkel visuell dar und zeigt, wie die Intensität des emittierten Infrarotlichts abnimmt, wenn man sich von der zentralen Achse senkrecht zur Seite des Gehäuses wegbewegt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Gehäuse ist ein seitlich abstrahlendes Durchsteckbau-Design. Anode und Kathode sind in der Gehäusezeichnung klar gekennzeichnet. Eine detaillierte Maßzeichnung wird bereitgestellt, alle Maße sind in Millimetern angegeben mit Standardtoleranzen von ±0,3mm, sofern nicht anders angegeben. Die Anschlussbeine haben einen Standardabstand von 2,54mm (0,1 Zoll). Die Zeichnung spezifiziert kritische Abstände, wie den empfohlenen Mindestabstand (3mm) vom Epoxidharz-Gehäuse zu jedem Biege- oder Lötpunkt der Anschlussbeine, um mechanische und thermische Belastung des Gehäuses zu vermeiden.

6. Richtlinien für Lötung und Montage

6.1 Anschlussbeine formen

Die Anschlussbeine müssen vor dem Löten geformt werden. Das Biegen muss mindestens 3mm vom Boden des Epoxidharz-Gehäuses entfernt erfolgen. Der Anschlussrahmen muss während des Biegens sicher gehalten werden, um Belastung des Epoxidharzes zu vermeiden, was die LED zum Brechen bringen oder die internen Bonddrähte beschädigen kann. Das Schneiden der Anschlussbeine sollte bei Raumtemperatur erfolgen.

6.2 Lötprozess

Es werden Parameter sowohl für Handlötung als auch für Tauch-/Wellenlötung spezifiziert. Für Handlötung wird eine Lötspitzentemperatur von max. 300°C (max. 30W) mit einer Lötzeit von max. 3 Sekunden empfohlen. Für Wellenlötung wird ein Vorwärmen von max. 100°C für max. 60 Sekunden, gefolgt von einem Lötbad bei max. 260°C für max. 5 Sekunden spezifiziert. In allen Fällen muss die Lötstelle mindestens 3mm vom Epoxidharz-Gehäuse entfernt sein. Ein Lötprofil-Diagramm zeigt die empfohlene Temperatur-Zeit-Beziehung für die Wellenlötung. Das Löten sollte nicht mehr als einmal durchgeführt werden. Nach dem Löten muss die LED vor mechanischen Stößen geschützt werden, bis sie auf Raumtemperatur abgekühlt ist.

6.3 Lagerbedingungen

Nach dem Versand sollten LEDs bei 10-30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) bis zu 3 Monate gelagert werden. Für längere Lagerung (bis zu einem Jahr) sollten sie in einem versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre bei 10-25°C und 20-60% RH aufbewahrt werden. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollten die Bauteile innerhalb von 24 Stunden oder so bald wie möglich verwendet und bei 10-25°C und 20-60% RH gelagert werden. Schnelle Temperaturwechsel bei hoher Luftfeuchtigkeit sollten vermieden werden, um Kondensation zu verhindern.

6.4 Reinigung und ESD

Ultraschallreinigung wird nicht empfohlen, da sie das Gehäuse beschädigen kann. Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Richtige ESD-Vorkehrungen, wie die Verwendung geerdeter Arbeitsplätze und Handgelenkbänder, werden während der Handhabung dringend empfohlen.

6.5 Wärmemanagement

Ein ordnungsgemäßes thermisches Design ist unerlässlich. Der Betriebsstrom muss gemäß der Entlastungskennlinie reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur 25°C übersteigt. Die Temperatur um die LED in der finalen Anwendung muss kontrolliert werden, um Leistung und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die Standardpackmenge beträgt 1000 Stück pro Beutel, 8 Beutel pro Karton und 10 Kartons pro Versandkarton, insgesamt 80.000 Stück pro Versandkarton. Eine Etikettenspezifikation wird bereitgestellt, die die auf der Verpackung gedruckten Informationen detailliert, einschließlich Felder für Kundenteilenummer (CPN), Teilenummer (P/N), Menge (QTY), Klasse (CAT), Referenz (REF) und Losnummer (LOT No.).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die IR928-6C-F ist ideal für Anwendungen, die eine kompakte, seitlich emittierende Infrarotquelle benötigen. Typische Anwendungen sind optische Computermäuse, bei denen die Seitenemission von einer Oberfläche zu einem Sensor reflektiert wird. Sie wird auch in optoelektronischen Schaltern, Objekterkennungssystemen, Annäherungssensoren und verschiedenen Infrarot-Fernsteuerungs- oder Datenübertragungssystemen eingesetzt, bei denen ihre spezifische Wellenlänge und Bauform vorteilhaft sind.

8.2 Designüberlegungen

Beim Entwurf mit dieser LED sind folgende Punkte zu beachten: Stellen Sie sicher, dass die Bohrungsausrichtung der Leiterplatte perfekt mit den LED-Anschlussbeinen übereinstimmt, um mechanische Belastung zu vermeiden. Implementieren Sie geeignete strombegrenzende Widerstände basierend auf der Durchlassspannung und dem gewünschten Betriebsstrom (innerhalb des Maximums von 50mA bleiben). Verwenden Sie die Entlastungskennlinie, um einen sicheren Betriebsstrom für die erwartete maximale Umgebungstemperatur auszuwählen. Positionieren Sie die LED so, dass ihre seitlich abstrahlende Fläche korrekt auf das Ziel oder den Sensor ausgerichtet ist. Berücksichtigen Sie die durch das Binning-System definierte Intensitätsschwankung in der Empfindlichkeit der Empfangsschaltung (z.B. Phototransistor oder Photodiode).

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Unterscheidung der IR928-6C-F liegt in ihrer seitlich abstrahlenden Gehäusegeometrie, die bei Standard-Infrarot-LEDs nicht üblich ist. Im Vergleich zu von oben emittierenden LEDs ermöglicht sie eine flachere Installation, wenn die Strahlung horizontal ausgerichtet werden muss. Ihre 940nm Wellenlänge ist ein gängiger Standard und bietet eine gute Kompatibilität mit siliziumbasierten Fotodetektoren, die in diesem Bereich eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Die Kombination aus relativ hoher Strahlungsintensität (wie durch ihre Bins definiert) und einem schmalen 20-Grad-Abstrahlwinkel bietet im Vergleich zu LEDs mit breiteren Abstrahlwinkeln einen stärker gerichteten Strahl, was die Signalstärke in ausgerichteten Systemen potenziell erhöht.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck des IC(ON)-Parameters und des Binning-Systems?

A: IC(ON) ist ein Maß für die Strahlungsleistung der LED unter standardisierten Testbedingungen. Das Binning-System gruppiert LEDs mit ähnlichen Ausgangsleistungen. Dies ermöglicht es Entwicklern, einen Konsistenzgrad für ihre Anwendung auszuwählen; für kritische Anwendungen kann eine engere Bin-Klasse (z.B. 6-1) spezifiziert werden, um eine einheitliche Leistung über alle Einheiten in einer Produktionscharge sicherzustellen.

F: Warum ist der 3mm-Abstand für das Biegen und Löten der Anschlussbeine so wichtig?

A: Das Epoxidharz-Gehäuse und die internen Verbindungen (Bonddrähte) vom Chip zu den Anschlussbeinen sind empfindlich gegenüber Hitze und mechanischer Belastung. Das Anwenden von Hitze oder Kraft zu nah am Gehäuse kann das Epoxidharz schmelzen, zum Brechen bringen oder die empfindlichen Bonddrähte zerstören, was zu sofortigem oder latentem Ausfall der LED führt.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Dies wird nicht empfohlen. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat eine Toleranz und variiert mit der Temperatur. Der Betrieb mit konstanter Spannung kann zu großen, unkontrollierten Stromschwankungen führen, die möglicherweise den Maximalwert überschreiten und die LED zerstören. Verwenden Sie immer einen Konstantstromtreiber oder einen einfachen Vorwiderstand in Reihe mit einer Spannungsquelle, um den Strom einzustellen.

F: Was bedeuten "bleifrei" und "halogenfrei" für meine Anwendung?

A: Dies sind Aussagen zur Umwelt- und Regelkonformität. Bleifrei bedeutet, dass das Bauteil kein Blei enthält und Vorschriften wie RoHS entspricht. Halogenfrei bedeutet, dass es sehr niedrige Gehalte an Brom (Br) und Chlor (Cl) enthält, Substanzen, die in einigen Umweltvorschriften und für bestimmte Hochzuverlässigkeits- oder Hochtemperaturanwendungen problematisch sein können, bei denen halogenhaltige Nebenprodukte stören könnten.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Objekterkennungssensor

In einem einfachen Lichtschranken-Sensor kann eine IR928-6C-F mit einem gegenüber platzierten Phototransistor gepaart werden. Die LED wird mit einem Konstantstrom von z.B. 20mA betrieben. Wenn ein Objekt zwischen die LED und den Phototransistor gelangt, unterbricht es den 940nm-Infrarotstrahl. Der Ausgang des Phototransistors ändert sich, was von einem Komparator oder Mikrocontroller erkannt werden kann, um eine Aktion auszulösen. Das seitlich emittierende Gehäuse ermöglicht es, sowohl LED als auch Sensor flach auf derselben Leiterplatte zu montieren, wobei ihre aktiven Seiten einander über einen Spalt hinweg zugewandt sind, was eine sehr kompakte Sensorbaugruppe ergibt. Der 20-Grad-Abstrahlwinkel hilft, das Licht auf den Empfänger zu konzentrieren und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis. Der Entwickler muss eine geeignete IC(ON)-Bin-Klasse auswählen, um sicherzustellen, dass über die gewünschte Erfassungsdistanz hinreichend Signalstärke den Phototransistor erreicht.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine die Schwellenspannung überschreitende Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleitermaterials (in diesem Fall Galliumarsenid, GaAs). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge von 940nm wird durch die Bandlückenenergie des GaAs-Materials bestimmt. Das klare Epoxidharz-Gehäuse wirkt als Linse und formt das emittierte Licht in den spezifizierten 20-Grad-Abstrahlwinkel von der Seite des Bauteils. Das "Sidelooker"-Design wird erreicht, indem der Halbleiterchip vertikal innerhalb des Gehäuses montiert wird, so dass seine lichtemittierende Fläche zur Seitenwand zeigt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei Infrarot-LEDs, einschließlich seitlich emittierender Typen, geht zu höherer Effizienz (mehr Strahlungsleistung pro elektrischem Watt Eingangsleistung), was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Es gibt auch einen Trend zu erhöhter Zuverlässigkeit und Langlebigkeit, insbesondere für Automotive- und Industrieanwendungen. Die Miniaturisierung schreitet voran, obwohl Durchsteckbauformen wie die IR928-6C-F für Prototyping, Hobbyanwendungen und Anwendungen, bei denen manuelle Montage oder höhere mechanische Festigkeit erforderlich ist, beliebt bleiben. Oberflächenmontage-Bauteile (SMD) von seitlich emittierenden IR-LEDs werden für automatisierte Hochvolumenproduktion immer üblicher. Die 940nm Wellenlänge bleibt aufgrund ihrer guten Übereinstimmung mit Siliziumdetektoren und ihrer relativen Unsichtbarkeit im Vergleich zu sichtbarem oder 850nm IR-Licht, das ein schwaches rotes Leuchten haben kann, ein Industriestandard.