IR29-01C/L510/R/TR8 LED Datenblatt - 1,2mm runde SMD-Bauform - 1,6V Durchlassspannung - 940nm Infrarot - 100mW Leistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die IR29-01C/L510/R/TR8 ist eine subminiaturseitensichtige Infrarot (IR)-Emissionsdiode für Oberflächenmontage. Sie verfügt über ein kompaktes, doppelseitiges Gehäuse aus wasserklarem Kunststoff mit sphärischer Toplinse, optimiert für effiziente Infrarotemission. Das spektrale Ausgangssignal ist speziell auf Silizium-Fotodioden und Fototransistoren abgestimmt, was sie zu einer idealen Quelle für IR-Erfassungssysteme macht. Ihre Hauptvorteile sind die kleine Bauform, die niedrige Durchlassspannung und die Einhaltung moderner Umweltstandards wie RoHS, REACH und halogenfreie Anforderungen.

1.1 Kernmerkmale und Zielmarkt

Zu den Hauptmerkmalen dieses Bauteils gehört sein miniaturisiertes SMD-Gehäuse, das hochdichte Leiterplattenlayouts ermöglicht. Die niedrige Durchlassspannung trägt zu einem energieeffizienten Betrieb bei. Es wird auf 8mm breitem Trägerband auf einer 7-Zoll-Rolle geliefert, kompatibel mit automatisierten Bestückungsprozessen. Das Bauteil ist bleifrei (Pb-frei) und erfüllt strenge Umweltvorschriften, einschließlich Grenzwerten für Brom (Br) und Chlor (Cl). Diese IR-LED richtet sich primär an Entwickler und Ingenieure, die Infrarot-basierte Systeme wie Annäherungssensoren, Objekterkennung, Encoder und Datenübertragungsmodule entwickeln, bei denen eine zuverlässige, abgestimmte IR-Emission entscheidend ist.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Dies sind keine Betriebsbedingungen.

• Dauer-Durchlassstrom (IF):50 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an die LED angelegt werden darf.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):500 mA. Dieser hohe Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einer Pulsbreite ≤ 100 μs und einem Tastverhältnis ≤ 1% zulässig. Dieser Wert ist nützlich für Anwendungen, die kurze, hochintensive Pulse erfordern.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Sperrspannung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur (Topr, Tstg):-40°C bis +100°C. Dieser weite Bereich gewährleistet Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen.
• Löttemperatur (Tsol):260°C für maximal 5 Sekunden, definiert das Reflow-Lötprofil.
• Verlustleistung (Pc):100 mW bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur. Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Die elektro-optischen Kenngrößen (typisch bei Ta=25°C) definieren die erwartete Leistung unter normalen Betriebsbedingungen.

• Strahlstärke (IE):Typisch 25 mW/sr bei IF=20mA und 100 mW/sr bei IF=70mA (gepulst). Die Strahlstärke misst die pro Raumwinkeleinheit abgegebene optische Leistung und gibt die Helligkeit der IR-Quelle an.
• Spitzenwellenlänge (λp):940 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die abgegebene optische Leistung maximal ist, perfekt abgestimmt auf die maximale Empfindlichkeit gängiger Silizium-Fotodetektoren.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typisch 30 nm. Dies definiert den Bereich der emittierten Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge.
• Durchlassspannung (VF):Typisch 1,30V, maximal 1,60V bei IF=20mA. Bei IF=70mA (gepulst) ist sie typisch 1,50V mit einem Maximum von 2,00V. Diese niedrige VF ist vorteilhaft für Niederspannungsschaltungsdesigns.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5V, was auf eine gute Qualität des pn-Übergangs hinweist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):15 Grad. Dieser enge Abstrahlwinkel deutet auf einen fokussierten Strahl hin, was charakteristisch für seitsichtige LEDs mit Linse ist und für gerichtete IR-Anwendungen nützlich ist.

3. Kennliniendiagramm-Analyse

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die tiefere Einblicke in das Bauteilverhalten unter variierenden Bedingungen geben.

3.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur. Um Überhitzung zu verhindern und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss der Durchlassstrom bei Betrieb über 25°C reduziert werden. Die Kurve zeigt typischerweise einen linearen Abfall vom Nennstrom bei 25°C auf null bei der maximalen Sperrschichttemperatur.

3.2 Strahlstärke vs. Durchlassstrom

Diese Darstellung veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Treiberstrom (IF) und der optischen Ausgangsleistung (Strahlstärke). Sie ist im normalen Betriebsbereich im Allgemeinen linear, was bestätigt, dass die optische Ausgangsleistung direkt proportional zum Strom ist. Bei sehr hohen Strömen kann die Effizienz jedoch aufgrund thermischer Effekte sinken.

3.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese I-V-Kennlinie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die "Kniespannung" liegt etwa beim typischen VF-Wert. Das Verständnis dieser Kurve ist für das Design der strombegrenzenden Treiberschaltung essenziell.

3.4 Spektrale Verteilung

Dieses Diagramm zeigt die relative Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Wellenlänge, zentriert bei 940 nm mit einer definierten Bandbreite. Es bestätigt visuell die spektrale Abstimmung auf Siliziumdetektoren, die ihre maximale Empfindlichkeit im Bereich von 800-1000 nm haben.

3.5 Relative Strahlstärke vs. Winkelabweichung

Dieses Polardiagramm definiert das Abstrahlverhalten oder Strahlprofil der LED. Der 15-Grad-Abstrahlwinkel (volle Breite bei halbem Maximum, FWHM) wird hier bestätigt. Das seitsichtige Design mit Linse erzeugt dieses gerichtete Emissionsmuster, was für die Ausrichtung der LED mit einem Detektor in einer Sensorbaugruppe entscheidend ist.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist ein 1,2mm rundes subminiatur SMD-Gehäuse. Die detaillierte Maßzeichnung gibt alle kritischen Maße an, einschließlich Gehäusedurchmesser, Höhe, Anschlussabstand und Pad-Abmessungen. Die wichtigsten Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Präzise Abmessungen sind für das Leiterplatten-Layout und die korrekte Platzierung während der Bestückung von entscheidender Bedeutung.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch eine visuelle Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, wie z.B. eine Kerbe, eine abgeflachte Kante oder eine grüne Markierung. Die Maßzeichnung im Datenblatt sollte dieses Kennzeichen klar zeigen, um eine falsche Montage während der Bestückung zu verhindern.

4.3 Trägerband- und Rollenabmessungen

Das Produkt wird auf 8mm breitem, geprägtem Trägerband auf einer Rolle mit 7 Zoll Durchmesser geliefert. Das Datenblatt enthält detaillierte Zeichnungen der Taschenabmessungen, der Teilung und der Rollenspezifikationen. Diese Verpackung unterstützt automatisierte Hochgeschwindigkeits-Bestückungsgeräte. Die Standardrolle enthält 1500 Stück.

5. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Lötung sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Bauteilleistung und -zuverlässigkeit.

5.1 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies (Pb-freies) Reflow-Löttemperaturprofil wird empfohlen. Die Spitzentemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 240°C sollte begrenzt sein (typischerweise auf 5 Sekunden gemäß den absoluten Maximalwerten). Die Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen müssen kontrolliert werden, um thermischen Schock zu minimieren. Reflow-Lötung sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

5.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Temperatur der Lötspitze sollte unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit mit jedem Anschluss sollte auf 3 Sekunden oder weniger begrenzt sein. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W) wird empfohlen. Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses ausreichend Abkühlzeit, um Hitzeschäden am Kunststoffgehäuse zu verhindern.

5.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel verpackt. Wichtige Vorsichtsmaßnahmen umfassen:

• Öffnen Sie den Beutel erst bei Gebrauchsbereitschaft.
• Lagern Sie ungeöffnete Beutel bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit.
• Verwenden Sie die Bauteile innerhalb eines Jahres nach Versand.
• Nach dem Öffnen verwenden Sie die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) unter denselben Lagerbedingungen.
• Wenn die Lagerzeit überschritten wird oder das Trockenmittel Feuchtigkeit anzeigt, ist vor dem Löten eine Trocknung bei 60±5°C für mindestens 24 Stunden erforderlich, um den "Popcorn"-Effekt während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Verpackungsverfahren

Die Bauteile sind in einem aluminiumlaminierten, feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel ist mit wichtigen Informationen gekennzeichnet, einschließlich der Artikelnummer (P/N), der Menge (QTY), der Losnummer (LOT No.) und anderen relevanten Codes wie der Spitzenwellenlänge (HUE).

6.2 Bauteilauswahlführer

Das spezifische Bauteil IR29-01C/L510/R/TR8 verwendet Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs) als Chipmaterial und eine wasserklare Linse. Die Artikelnummer selbst kodiert wahrscheinlich Schlüsselattribute: IR für Infrarot, 29 kann sich auf eine Serie oder Größe beziehen, 01C könnte ein Variantencode sein, L510 könnte die Spitzenwellenlängenklasse angeben, R für Rollenverpackung und TR8 für 8mm Band.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese IR-LED eignet sich für eine Vielzahl von Infrarot-Erfassungs- und Übertragungsanwendungen, einschließlich:

• Annäherungs- und Präsenzerkennung:Verwendung in automatischen Wasserhähnen, Seifenspendern, Händetrocknern und berührungslosen Schaltern.
• Objekterkennung und -zählung:In Verkaufsautomaten, Industrieautomation und Förderbandsystemen.
• Optische Encoder:Für Positions- und Geschwindigkeitserfassung in Motoren und rotierenden Geräten.
• IR-Datenübertragung:In Fernbedienungen und Kurzstrecken-Datenverbindungen (erfordert geeignete Modulation).
• Sicherheitssysteme:Als unsichtbare Lichtquelle für Nachtsichtkameras und Lichtschranken.

7.2 Designüberlegungen und Schaltungsschutz

Strombegrenzung ist zwingend erforderlich:Wie im Datenblatt ausdrücklich gewarnt, muss stets ein externer strombegrenzender Widerstand in Reihe mit der LED verwendet werden. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten (sinkt mit steigender Temperatur). Ohne Widerstand kann eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung oder eine Verringerung von VF aufgrund von Erwärmung zu einem großen, unkontrollierten Anstieg des Stroms führen, was sofortiges thermisches Durchgehen und Bauteilversagen verursacht.

Treiber-Schaltungsdesign:Für Gleichstrombetrieb ist ein einfacher Reihenwiderstand, berechnet mit dem Ohmschen Gesetz (R = (Vcc - VF) / IF), ausreichend. Für gepulsten Betrieb zur Erzielung höherer Spitzenintensität kann ein durch einen Impulsgenerator angesteuerter Transistor- oder MOSFET-Schalter verwendet werden. Stellen Sie sicher, dass die Pulsbreite und das Tastverhältnis innerhalb der spezifizierten Grenzen bleiben (≤100μs, ≤1%).

Optische Ausrichtung:Der 15-Grad-enge Strahl erfordert eine sorgfältige mechanische Ausrichtung mit dem empfangenden Fotodetektor, um die Signalstärke zu maximieren. Berücksichtigen Sie das Abstrahldiagramm beim Design des Sensorgehäuses.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Infrarot-LEDs mit Top-Emission bietet das seitsichtige Gehäuse der IR29-01C einen deutlichen Vorteil in Anwendungen, bei denen die Leiterplatte parallel zur Erfassungsebene montiert werden muss. Dies macht Lichtleiter oder zusätzliche Optik zur Umlenkung des Strahls um 90 Grad überflüssig, vereinfacht das mechanische Design und reduziert die Bauteilanzahl. Ihre 940nm-Wellenlänge bietet eine gute Balance zwischen der Empfindlichkeit von Siliziumdetektoren und geringerer Sichtbarkeit im Vergleich zu 850nm-Quellen, was sie im Betrieb weniger auffällig macht. Die miniaturisierte Größe von 1,2mm ermöglicht sehr kompakte Sensordesigns.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Warum ist ein strombegrenzender Widerstand absolut notwendig?
A1: Die I-V-Kennlinie der LED ist exponentiell. Eine geringe Änderung der Durchlassspannung (die selbst mit der Temperatur abnimmt) kann eine große Stromänderung verursachen. Ohne einen Reihenwiderstand zur Stabilisierung des Stroms tritt thermisches Durchgehen auf, das die LED schnell zerstört.

F2: Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A2: Nein. Mikrocontroller-Pins haben eine begrenzte Stromquellen-/Senkenfähigkeit (oft max. 20-40mA) und sind nicht für den direkten Betrieb von LEDs ausgelegt. Verwenden Sie stets eine vom MCU-Pin gesteuerte Treiberschaltung (z.B. einen Transistor) mit einem in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand zur LED.

F3: Was ist der Unterschied zwischen Strahlstärke (mW/sr) und Lichtstärke (mcd)?
A3: Lichtstärke (gemessen in Candela) wird durch die Empfindlichkeit des menschlichen Auges (photopische Kurve) gewichtet, die im Infrarotspektrum nahezu null ist. Strahlstärke misst die tatsächliche pro Raumwinkel abgegebene optische Leistung, was sie zur korrekten Metrik für IR-Bauteile macht, die für Maschinen und nicht für menschliche Erkennung bestimmt sind.

F4: Wie interpretiere ich den 15-Grad-Abstrahlwinkel?
A4: Dies ist der volle Winkel bei halbem Maximum (FWHM). Die Strahlstärke ist bei 0 Grad (geradeaus aus der Seite des Gehäuses) am höchsten und fällt bei ±7,5 Grad von der Mittellinie auf 50% ihres Maximalwerts, was die gesamte Strahlbreite auf 15 Grad macht.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Design eines Papierhandtuchspender-Sensors.Die IR29-01C ist ein idealer Kandidat. Sie würde am Rand einer Leiterplatte montiert, seitlich über den Ausgabeschlitz blickend. Ein passender Silizium-Fototransistor würde auf der gegenüberliegenden Seite platziert. Unter normalen Bedingungen wird der IR-Strahl erfasst. Wenn eine Hand den Strahl unterbricht, löst der Mikrocontroller den Motor zum Ausgeben eines Handtuchs aus. Das seitsichtige Gehäuse ermöglicht die vertikale Montage der Leiterplatte hinter der Frontplatte, wobei LED und Detektor durch kleine Löcher blicken, was ein sehr schlankes Design ergibt. Die 940nm-Wellenlänge ist unsichtbar, sodass kein störendes rotes Leuchten vorhanden ist. Der Entwickler muss den geeigneten Reihenwiderstand für einen 20mA-Treiberstrom von einer 5V-Systemschiene berechnen (R ≈ (5V - 1,3V) / 0,02A = 185Ω, ein 180Ω oder 200Ω Standardwert wäre geeignet).

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode, die nicht sichtbares Infrarotlicht emittiert, wenn sie elektrisch in Durchlassrichtung vorgespannt wird. Elektronen rekombinieren mit Löchern innerhalb des Bauteils und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Für die IR29-01C wird das Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs)-Materialsystem verwendet, um Photonen mit einer Spitzenenergie entsprechend einer 940nm-Wellenlänge zu erzeugen. Das wasserklare Epoxidgehäuse fungiert als Linse und formt das emittierte Licht zu einem fokussierten Strahl. Die Seitsicht-Bauweise wird erreicht, indem der Halbleiterchip seitlich im Gehäuse montiert wird, wodurch das Licht parallel zur Leiterplattenebene emittiert wird.

12. Entwicklungstrends

Der Trend bei subminiatur IR-LEDs wie der IR29-01C geht zu noch kleineren Gehäusegrößen (z.B. Chip-Scale-Packages), höherer Strahlstärke und Effizienz sowie breiteren Betriebstemperaturbereichen zur Unterstützung von Automobil- und Industrieanwendungen. Integration ist ein weiterer Schlüsseltrend, wobei Bauteile den IR-Emitter, Treiber und manchmal einen Fotodetektor in einem einzigen Modul kombinieren. Es gibt auch einen Fokus auf die Verbesserung der Geschwindigkeit (Modulationsfähigkeit) für Datenkommunikationsanwendungen wie die Infrared Data Association (IrDA) und Fernbedienungen für Unterhaltungselektronik. Darüber hinaus wird die Entwicklung fortgesetzt, um die Zuverlässigkeit und Robustheit gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD) und rauen Umgebungsbedingungen zu verbessern.