SMD Infrarot LED RE30AX Datenblatt - Abmessungen 3,00x3,00x2,10mm - Spannung 1,7V - Leistung 0,9W - 850nm Spitzenwellenlänge - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Diese technische Dokumentation erläutert detailliert die Spezifikationen und Anwendungsrichtlinien für eine hochleistungsfähige oberflächenmontierte Infrarot (IR) Leuchtdiode (LED). Das Bauteil verfügt über ein EMC (Epoxid-Formmasse)-Gehäuse, das ausgezeichnete mechanische Festigkeit, thermische Stabilität und Zuverlässigkeit für anspruchsvolle Betriebsumgebungen bietet.

Kernvorteile:Die Hauptvorteile dieser Komponente umfassen einen kompakten SMD-Bauraum (3,0 mm x 3,0 mm), einen hohen gesamten Strahlungsfluss und einen breiten Abstrahlwinkel von 100 Grad, der eine großflächige Ausleuchtung gewährleistet. Sie ist für die Kompatibilität mit standardmäßigen bleifreien Reflow-Lötprozessen ausgelegt.

Zielmarkt:Die primären Anwendungsbereiche für diese IR-LED sind Sicherheits- und Überwachungssysteme, wo sie als unsichtbare Lichtquelle für Nachtsichtkameras dient. Sie eignet sich ebenfalls hervorragend für Maschinelles-Sehen-Systeme in der Industrieautomation, um eine zuverlässige Objekterkennung und Positionierung bei schwachen Lichtverhältnissen zu ermöglichen.

1.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem kompakten, rechteckigen Gehäuse mit den Abmessungen 3,00 mm Länge, 3,00 mm Breite und 2,10 mm Höhe untergebracht. Die Maßtoleranzen betragen typischerweise ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse weist eine klare Polaritätskennzeichnung auf, um die korrekte Ausrichtung während der Leiterplattenbestückung sicherzustellen. Das empfohlene Lötflächenmuster (Footprint) wird bereitgestellt, um eine optimale thermische und elektrische Leistung sowie eine zuverlässige mechanische Befestigung auf der Leiterplatte zu gewährleisten.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte, objektive Interpretation der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils.

2.1 Elektrische & Optische Kenngrößen

Alle Messwerte sind bei einer standardmäßigen Lötstellen-Temperatur (Ts) von 25°C angegeben.

• Durchlassspannung (V_F):Bei einem Durchlassstrom (I_F) von 500 mA beträgt der typische Spannungsabfall über der LED 1,7 V, mit einem Minimum von 1,4 V. Diese niedrige Durchlassspannung trägt zu einer höheren Systemeffizienz bei.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Die primäre Wellenlänge des emittierten Infrarotlichts beträgt 850 nm, was nahe dem Empfindlichkeitsmaximum vieler siliziumbasierter Bildsensoren liegt, während es für das menschliche Auge unsichtbar bleibt.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Die spektrale Breite bei halber Maximalintensität beträgt typischerweise 30 nm, was die Reinheit des emittierten Infrarotlichts definiert.
• Gesamter Strahlungsfluss (Φ_e):Dieser Parameter misst die gesamte optische Ausgangsleistung in Milliwatt. Bei I_F= 500 mA beträgt der typische Wert 350 mW, mit einem Bereich von 280 mW (min) bis 450 mW (max).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Der Winkel, bei dem die Strahlstärke die Hälfte der maximalen Intensität beträgt, liegt bei 100 Grad und ermöglicht so ein breites Strahlprofil.
• Wärmewiderstand (R_θJ-S):Der Wärmewiderstand von Sperrschicht zu Lötstelle beträgt 16 °C/W. Dieser Wert ist entscheidend für die Berechnung der Sperrschichttemperatur während des Betriebs, um die langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen.

2.2 Absolute Maximalwerte

Dies sind die Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzen über längere Zeit wird nicht empfohlen.

• Maximale Verlustleistung (P_D):0,9 W.
• Maximaler Dauer-Durchlassstrom (I_F):500 mA.
• Maximale Sperrspannung (V_R):5 V. Eine Überschreitung kann zu sofortigem Durchbruch führen.
• Elektrostatische Entladung (ESD)-Toleranz:Die Bewertung nach dem Human Body Model (HBM) beträgt 2000 V. Einhaltung ordnungsgemäßer ESD-Handhabungsverfahren ist zwingend erforderlich.
• Temperaturbereiche:Betriebstemperatur: -40°C bis +85°C. Lagertemperatur: -40°C bis +100°C.
• Maximale Sperrschichttemperatur (T_J):105°C. Der Betriebsstrom muss reduziert werden, um T_Junter diesem Grenzwert zu halten.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kurve)

Die IV-Kurve zeigt eine nichtlineare Beziehung, die für Halbleiterdioden typisch ist. Wenn der Strom von 0 auf 600 mA ansteigt, erhöht sich die Durchlassspannung von etwa 1,3 V auf 1,7 V. Diese Kurve ist entscheidend für die Auswahl geeigneter strombegrenzender Schaltungen und zum Verständnis der Verlustleistung.

3.2 Relative Intensität vs. Durchlassstrom

Diese Darstellung zeigt, dass die optische Ausgangsleistung (relative Intensität) bis zum Nennmaximum nahezu linear mit dem Treiberstrom ansteigt. Diese vorhersagbare Beziehung ermöglicht es Konstrukteuren, die Helligkeit durch Anpassen des Treiberstroms einzustellen.

3.3 Relative Intensität vs. Umgebungstemperatur

Die Grafik zeigt einen Rückgang der optischen Ausgangsleistung bei steigender Umgebungstemperatur. Von 25°C auf 85°C fällt die relative Intensität auf etwa 85-90% ihres Raumtemperaturwerts. Dieser thermische Abfall muss bei Entwürfen für eine stabile Leistung über den gesamten Betriebstemperaturbereich berücksichtigt werden.

3.4 Spektrale Verteilung

Das Spektrogramm bestätigt eine Spitzenemission bei 850 nm mit einer relativ schmalen Bandbreite, die um das typische Empfindlichkeitsmaximum von Siliziumsensoren zentriert ist. Die Form ist charakteristisch für eine auf AlGaAs basierende LED-Struktur.

3.5 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm visualisiert den 100-Grad-Abstrahlwinkel und zeigt ein nahezu lambertstrahlendes Abstrahlmuster, bei dem die Intensität über den zentralen Abstrahlkegel hinweg recht gleichmäßig ist, bevor sie bei größeren Winkeln abfällt.

3.6 Lötstellentemperatur vs. Durchlassstrom

Diese Kurve verdeutlicht die thermische Kopplung zwischen der LED-Sperrschicht und ihrer Lötstelle. Bei einem gegebenen Durchlassstrom steigt die Lötstellentemperatur an. Diese Daten werden zusammen mit dem Wärmewiderstand für ein präzises Wärmemanagement-Design verwendet.

4. Verpackungs- & SMT-Montageinformationen

4.1 Verpackungsspezifikation

Das Produkt wird in Tape-and-Reel-Verpackung für die automatisierte SMT-Montage geliefert. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Die Abmessungen der Trägerbahn (Taschenabstand, Breite, Tiefe) und der Rolle (Durchmesser, Nabenmaß) entsprechen den EIA-Standardspezifikationen, um die Kompatibilität mit Standard-Bestückungsautomaten zu gewährleisten.

4.2 Richtlinien für das SMT-Reflow-Löten

Diese Komponente ist für bleifreie Reflow-Lötprozesse ausgelegt. Wichtige Aspekte umfassen:

• Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL):Stufe 3. Bauteile müssen nach dem IPC/JEDEC-Standard getrocknet werden, wenn die Verpackung geöffnet und länger als die spezifizierte Bodenlebensdauer Umgebungsbedingungen ausgesetzt war.
• Profilparameter:Ein standardmäßiges bleifreies Reflow-Profil mit einer Höchsttemperatur von maximal 260°C wird empfohlen. Die Zeit über der Liquidustemperatur (typischerweise 217°C) sollte kontrolliert werden, um die thermische Belastung des EMC-Gehäuses und des Halbleiterchips zu minimieren.
• Handhabungshinweise:Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses. Verwenden Sie Vakuumaufnahmedüsen passender Größe. Halten Sie ESD-sichere Arbeitsumgebungen und -geräte ein.

5. Anwendungs- & Designempfehlungen

5.1 Typische Anwendungsszenarien

• Überwachungs- & Sicherheitskameras:Bietet verdeckte Beleuchtung für die Nachtsichtfunktion in CCTV-Kameras, Dashcams und Türklingelkameras.
• Maschinelles Sehen & Industrieautomation:Ermöglicht konsistente Beleuchtung für Barcodeleser, optische Sensoren, Roboterführung und Qualitätsprüfsysteme.
• Biometrische Sensoren:Kann in IR-Beleuchtungsmodulen für Gesichtserkennungs- oder Iris-Scan-Systeme eingesetzt werden.

5.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Aufgrund der hohen Verlustleistung (bis zu 0,9 W) ist eine effektive Wärmeableitung entscheidend. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmesenken unter der LED-Lötfläche, die mit einer Massefläche oder einem dedizierten Kühlkörper verbunden ist. Berechnen Sie die erwartete Sperrschichttemperatur mit T_J= T_S+ (P_D* R_θJ-S) und stellen Sie sicher, dass sie unter 105°C bleibt.
• Treiberschaltung:Ein Konstantstromtreiber wird gegenüber einer Konstantspannungsquelle dringend empfohlen, um eine stabile optische Ausgangsleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber sollte bis zu 500 mA liefern können.
• Optisches Design:Der breite 100-Grad-Abstrahlwinkel eignet sich für allgemeine Flutlichtbeleuchtung. Für fokussierte Strahlen sind Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.

5.3 Vergleichsanalyse

Im Vergleich zu herkömmlichen bedrahteten IR-LEDs bietet diese SMD-Version deutliche Vorteile für die moderne Fertigung: kleinerer Bauraum, Eignung für automatisierte Montage und bessere thermische Leistung durch direkte Befestigung auf der Leiterplatte. Verglichen mit anderen SMD IR-LEDs stellt ihre Kombination aus 350 mW Ausgangsleistung bei 500 mA und einem 100-Grad-Winkel in einem 3,0 mm x 3,0 mm Gehäuse eine ausgewogene Lösung für Hochleistungs-Anwendungen mit großer Abdeckung dar.

6. Häufig gestellte Fragen (Basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Stromversorgung betreiben?

A: Ja, aber Sie müssen einen Konstantstromtreiber verwenden. Die typische Durchlassspannung beträgt bei 500 mA 1,7 V, daher ist ein Vorwiderstand oder eine aktive Treiberschaltung erforderlich, um den Strom von einer 3,3V-Schiene zu begrenzen.

F: Wie viele LEDs kann ich in Reihe schalten?

A: Dies hängt von Ihrer Treiberspannung ab. Bei einem 12V-Treiber könnten theoretisch bis zu 7 LEDs in Reihe geschaltet werden (12V / 1,7V ≈ 7). Allerdings müssen Spannungstoleranzen und Treiberreserven berücksichtigt werden. Eine Parallelschaltung von LEDs wird ohne individuelle Stromausgleichsmaßnahmen nicht empfohlen.

F: Was ist die erwartete Lebensdauer?

A: Die LED-Lebensdauer wird primär durch die Betriebssperrschichttemperatur bestimmt. Bei Betrieb innerhalb der spezifizierten absoluten Maximalwerte, insbesondere wenn T_Jdeutlich unter 105°C gehalten wird, kann das Bauteil Zehntausende von Betriebsstunden erreichen. Hohe Temperaturen beschleunigen den Lichtstromrückgang.

F: Wird ein IR-Filter an der Kamera benötigt?

A: Die meisten Tageslichtkameras haben einen IR-Sperrfilter, um Farbverfälschungen zu vermeiden. Für eine effektive IR-Nachtsicht muss dieser Filter mechanisch beiseite geschoben oder eine Kamera ohne permanenten IR-Sperrfilter verwendet werden.

7. Technische Prinzipien & Trends

7.1 Funktionsprinzip

Eine Infrarot-LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge dieser Photonen (hier 850 nm) wird durch die Bandlückenenergie der verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt, typischerweise Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) für diesen Wellenlängenbereich.

7.2 Branchentrends

Der Trend bei IR-LEDs für Bildgebungsanwendungen geht hin zu höherer Effizienz (mehr mW pro mA), kleineren Gehäusegrößen für dichtere Arrays und verbesserter Zuverlässigkeit. Es gibt auch laufende Entwicklungen bei Wellenlängen, die für bestimmte Sensortypen und anwendungsspezifische Augensicherheitsanforderungen optimiert sind. Die Integration von Treiber-ICs mit LEDs in einem einzigen Gehäuse ist ein weiterer wachsender Trend, um das Systemdesign zu vereinfachen.