940nm红外发射管规格书 - EIA标准封装 - 峰值波长940nm - 正向电压1.2V - 辐射强度0.8mW/sr - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款分立式红外发射器组件的规格参数。该器件专为需要可靠红外发射的应用而设计，例如遥控系统、红外无线数据传输以及安全报警系统。它属于包含多种红外发射二极管和光电探测器的产品线。其主要材料为砷化镓，针对940纳米峰值波长发射进行了优化。该波长在消费电子产品中广泛应用，因其对人眼不可见，且能与硅基接收器实现良好性能匹配。

该组件采用标准EIA封装，兼容自动化组装工艺。其顶部为水色透明平顶透镜，提供宽广的视角。产品符合RoHS指令，并归类为绿色环保产品。

1.1 主要特性

• 符合RoHS及绿色产品标准。
• 顶部水色透明平顶透镜设计。
• 采用8mm载带包装，卷绕于7英寸直径卷盘，便于自动化贴装。
• 兼容自动贴装设备。
• 适用于红外回流焊接工艺。
• 标准EIA封装焊盘布局。
• 峰值发射波长（λp）为940nm。
• 湿度敏感等级：3级。

1.2 目标应用

• 主要用作红外发射源。
• 集成到PCB安装的红外传感器组件中。
• 消费电子产品（电视、音响系统）的遥控器单元。
• 短距离无线数据链路。
• 接近传感器与物体检测。
• 安全与报警系统的光束阻断。

2. 技术参数：深入客观解读

以下章节对规格书中定义的器件关键性能参数进行详细分析。理解这些参数对于正确的电路设计和可靠运行至关重要。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。不保证在此极限下或超出此极限的操作，为确保长期可靠性能，应避免此类操作。

• 功耗（Pd）：100 mW。这是器件能以热量形式耗散的最大总功率。超过此限制有引发热失控和故障的风险。
• 峰值正向电流（I_FP）：500 mA。这是在脉冲条件下（每秒300个脉冲，10 μs脉冲宽度）允许的最大电流。它远高于直流额定值，允许在遥控器中实现高亮度脉冲。
• 直流正向电流（I_F）：50 mA。最大连续正向电流。为实现最高效和最可靠的操作，建议使用较低的驱动电流（例如，测试条件下使用的20mA）。
• 反向电压（V_R）：5 V。可施加在反向方向的最大电压。该器件并非为反向操作设计，超过此电压可能导致击穿。
• 工作与存储温度：分别为-40°C至+85°C和-55°C至+100°C。这些范围定义了工作与非工作状态的环境条件。
• 红外焊接条件：可承受260°C最长10秒。这对于定义回流焊接温度曲线至关重要。

2.2 电气与光学特性

这些是在环境温度（T_A）为25°C时测得的典型性能参数。它们定义了器件在正常工作条件下的行为。

• 辐射强度（I_E）：在I_F= 20mA时，典型值为0.8 mW/sr。此参数衡量每单位立体角发射的光功率。最小值为0.42 mW/sr，测试容差为±15%。该参数直接影响红外系统的有效距离。
• 峰值发射波长（λ_峰值）：典型值为940 nm。这是发射光功率达到最大值时的波长。必须与接收光电二极管或光电晶体管的峰值灵敏度相匹配。
• 光谱线半宽（Δλ）：典型值为50 nm。这表示发射强度至少为峰值一半时的光谱带宽。较窄的带宽有利于滤除环境光噪声。
• 正向电压（V_F）：在I_F= 20mA时，典型值为1.2 V，最大值为1.6 V。这是二极管导通时的压降。对于计算串联电阻值至关重要：R_串联= (V_电源- V_F) / I_F.
• 反向电流（I_R）：在V_R= 5V时，最大值为10 μA。这是二极管反向偏置时的小漏电流。
• 视角（2θ_1/2）：典型值为150°。这是辐射强度降至轴向值一半时的全角。如此宽广的角度适用于需要广泛覆盖而非聚焦光束的应用。

3. 性能曲线分析

规格书提供了多条特性曲线，用以说明关键参数如何随工作条件变化。这些对于设计优化极具价值。

3.1 光谱分布

光谱分布曲线（图1）显示了相对辐射强度随波长的变化关系。它确认了940nm处的峰值以及约50nm的半宽，直观展示了发射光的光谱纯度。

3.2 正向电流与环境温度及正向电压的关系

图2显示了最大允许正向电流如何随环境温度升高而降额。这对于热管理至关重要。图3是标准的I-V（电流-电压）曲线，显示了正向电流与电压之间的指数关系。该曲线有助于理解二极管的动态电阻。

3.3 相对辐射强度与温度及电流的关系

图4说明了光输出功率如何随环境温度升高而降低。图5显示了输出功率如何随正向电流增加而增加，但并非线性关系。它突出了在极高电流下收益递减点和潜在效率下降的问题。

3.4 辐射模式

极坐标辐射图（图6）以图形方式表示了视角。标有不同角度强度值的近乎圆形的图案，证实了平顶透镜封装所特有的非常宽广、类似朗伯体的发射模式。

4. 机械与封装信息

4.1 外形尺寸

规格书包含组件的详细机械图纸。关键尺寸包括本体尺寸、引脚间距和总高度。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.1mm。该封装符合标准EIA焊盘布局，确保与常见的PCB布局和贴片机兼容。

4.2 建议焊盘尺寸

提供了用于PCB设计的推荐焊盘布局。遵循这些尺寸可确保回流焊接过程中形成良好的焊点。建议使用厚度为0.1mm（4密耳）或0.12mm（5密耳）的金属钢网进行锡膏印刷。

4.3 极性识别

阴极通常通过组件本体和外形图中的平面侧、凹口或较短的引脚来标识。组装时必须注意正确的极性，以防损坏器件。

4.4 载带与卷盘包装尺寸

该组件以压纹载带形式提供，卷绕在7英寸（178mm）直径的卷盘上。规格书提供了载带凹槽、覆盖带和卷盘芯的详细尺寸。标准卷盘数量为每盘5000片。包装符合ANSI/EIA-481-1-A-1994规范。

5. 焊接与组装指南

5.1 回流焊接参数

该器件兼容红外回流焊接工艺。提供了无铅焊接的建议温度曲线，关键参数包括：

• 预热：150–200°C。
• 预热时间：最长120秒。
• 峰值温度：最高260°C。
• 液相线以上时间：最长10秒（建议最多进行两次回流循环）。

该曲线基于JEDEC标准。需强调的是，最佳曲线取决于具体的电路板设计、组件、锡膏和炉子，因此需要进行特性分析。

5.2 手工焊接

如需手工焊接，请使用温度不超过300°C的电烙铁，并将每个引脚的接触时间限制在最长3秒。

5.3 存储条件

由于其湿度敏感等级为3级：

• 密封袋内：在≤30°C和≤90%相对湿度下存储。请在袋子密封日期后一年内使用。
• 开袋后：在≤30°C和≤60%相对湿度下存储。建议在一周（168小时）内完成红外回流焊接。
• 长期存储（已开封）：存放在带有干燥剂的密封容器或氮气干燥器中。
• 烘烤：如果暴露时间超过一周，在焊接前需在约60°C下烘烤至少20小时，以去除吸收的湿气，防止回流焊接过程中发生“爆米花”效应。

5.4 清洗

如需焊后清洗，请使用酒精类溶剂，如异丙醇。避免使用可能损坏环氧树脂透镜或封装的强效或未知化学清洁剂。

6. 应用建议与设计考量

6.1 典型应用电路

最常见的电路是简单的串联连接：一个电压源（V_CC）、一个限流电阻（R_S）和红外发射管。R_S= (V_CC- V_F) / I_F。对于脉冲操作（例如遥控器），通常使用晶体管（BJT或MOSFET）以所需的频率和占空比开关红外发射管。峰值电流不得超过I_FP rating.

6.2 光学设计考量

• 距离与电流：有效距离与辐射强度的平方根成正比。将驱动电流加倍并不会使距离加倍。
• 透镜选择：内置平顶透镜提供宽广的覆盖范围。对于更长距离或聚焦光束，可以添加外部塑料透镜来准直光线。
• 接收器匹配：始终将940nm发射器与峰值灵敏度也在940nm区域的光电探测器（光电二极管、光电晶体管或集成电路）配对。许多硅探测器在850-950nm附近具有良好的灵敏度。
• 环境光抑制：在具有强环境红外光（阳光、白炽灯泡）的环境中，使用调制信号和带有匹配解调器的接收器。在接收器上使用阻挡可见光并透过940nm的光学滤波器，可以显著提高信噪比。

6.3 热管理

虽然该器件可处理100mW功耗，但在较低功耗下运行可提高可靠性和使用寿命。确保焊盘周围有足够的PCB铜箔区域作为散热片，特别是在接近最大直流电流驱动时。对于高温环境，必须参考降额曲线（图2）。

7. 技术对比与差异化

这款940nm砷化镓红外发射管为通用红外应用提供了一套平衡的特性。其规格所暗示的关键差异化因素包括：

• 波长：在许多消费应用中，940nm比850nm更受青睐，因为它作为微弱的红光更不易被察觉，从而提供更隐蔽的操作。
• 宽视角：150°的角度异常宽广，适用于对准要求不高或需要广域覆盖的应用（例如，占位传感器）。
• 标准封装：EIA封装确保了行业内易于采购、兼容和替换。
• 鲁棒性：脉冲电流（500mA）和回流焊接（260°C）的额定值表明该组件专为大批量、可靠的制造而设计。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

8.1 使用5V电源以20mA驱动此红外发射管，应选用多大阻值的电阻？

使用典型V_F值1.2V：R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190欧姆。标准的180或200欧姆电阻均适用。为进行保守设计以确保电流不超过目标值，应始终使用最大V_F值（1.6V）计算：R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170欧姆。

8.2 我可以将其用于长距离遥控器吗？

其0.8 mW/sr的辐射强度适用于5-10米距离的典型室内遥控器。对于更长距离，您需要增加驱动电流（在脉冲额定值内）、使用聚焦透镜，或选择具有更高辐射强度规格的红外发射管。

8.3 规格书提到“反向电压条件仅用于红外测试。该器件并非为反向操作设计。”这是什么意思？

这意味着5V反向电压额定值是一个测试参数，用于验证制造过程中的漏电流。它不是一个操作额定值。在您的电路中，必须确保红外发射管在正常操作期间永远不会承受反向偏置，因为即使很小的反向电压，如果没有电流限制，也可能损坏它。始终包含保护措施，例如确保其方向正确，或在电路拓扑可能导致反向电压时添加并联二极管。

8.4 打开防潮袋后一周的车间寿命有多关键？

对于MSL 3级组件，这非常重要。超过车间寿命而未进行适当存储或烘烤，存在湿气渗入塑料封装的风险。在高温回流焊接过程中，这些湿气会迅速汽化，导致内部分层、开裂或“爆米花”效应，从而引发立即或潜在的故障。请严格遵守存储和烘烤指南。

9. 工作原理

红外发射二极管的工作原理与标准可见光LED相同，但使用具有对应红外光子能量的带隙的半导体材料（如砷化镓）。当施加正向电压时，电子和空穴在半导体有源区复合，以光子形式释放能量。对于砷化镓，该光子能量对应约940nm的波长。水色透明环氧树脂透镜对可见光和红外光均透明，允许红外辐射通过，同时也为半导体芯片提供机械和环境保护。

10. 行业趋势

分立红外组件市场保持稳定，由遥控器等成熟应用以及物联网传感器、手势识别和机器视觉等新兴应用驱动。趋势包括将发射器和探测器集成到更小、更坚固的封装中，开发用于数据通信（IrDA后继者）的更高速红外发射管，以及对电池供电设备的功率效率和可靠性的日益重视。符合全球环保法规的无铅和无卤素材料转型也是标准要求，本组件已满足此要求。