IR发射器与探测器 LTE-C216-P-W 数据手册 - 1206封装 (3.2x1.6x1.1mm) - 峰值波长 850nm - 正向电压 1.4V - 功耗 100mW - 英文技术文档

1. Product Overview

本文档详述了一款分立式红外发射与接收器组件的规格。该器件专为需要可靠红外信号发射与接收的应用而设计。它将一个红外发射二极管和一个传感元件集成在一个紧凑的表贴封装内。其核心技术基于砷化镓和砷化铝镓材料，优化用于850纳米的峰值波长工作。该波长因其在性能和元件可获得性之间的良好平衡，常用于消费电子和数据传输领域。

其主要设计目标是提供一种具备高辐射强度、良好速度特性以及宽视角的解决方案，以方便对准和信号捕获。该元件采用标准的1206封装尺寸，使其兼容自动贴装生产线和标准的红外回流焊接工艺。它被归类为符合RoHS标准的环保产品。

1.1 主要特性与应用

该器件具备多项关键特性，使其适用于现代电子制造：

• 符合RoHS和绿色产品标准。
• 采用8mm载带包装，卷盘直径为7英寸，适用于自动化组装。
• 兼容自动贴装设备。
• 设计可承受标准红外回流焊温度曲线。
• 符合EIA标准封装尺寸。
• 峰值发射波长（λp）为850nm。
• 采用常见的1206表面贴装器件（SMD）封装类型。

该元件的典型应用包括但不限于：

• 用于遥控装置（例如，电视、音响系统）的红外发射器。
• 用于接近检测、物体感应或数据接收的PCB安装红外传感器。
• 用于短距离通信的红外无线数据传输链路。
• 利用红外光束的安全报警系统。

2. 技术规格详解

本节对器件的电气、光学及热特性进行详细、客观的分析。除非另有说明，所有参数均在环境温度（TA）为25°C时指定。

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性损坏的极限。不保证在此条件下或在此条件下运行，在可靠设计中应避免。

• 功耗（Pd）： 100 mW。这是封装作为热量耗散的最大总功率。
• 峰值正向电流 (IFP): 800 mA。这是最大允许脉冲电流，规定条件为每秒300个脉冲，脉冲宽度10微秒。
• 直流正向电流 (IF): 60 mA。这是稳态工作下的最大连续正向电流。
• 反向电压 (VR): 5 V。可施加在IRED上的最大反向电压。
• 工作温度范围: -40°C 至 +85°C。设备设计可正常工作的环境温度范围。
• 存储温度范围： -55°C 至 +100°C。设备在非工作状态下存储的温度范围。
• 红外回流焊条件： 最高260°C，持续10秒。这定义了无铅焊接工艺的峰值回流温度限制。

2.2 电气与光学特性

这些是正常工作条件下的典型性能参数。设计人员应根据其电路计算的需要，选用典型值或最大值。

• 辐射强度 (IE): 在正向电流 (IF) 为20mA时，典型值为3.0 mW/sr。此项测量沿轴向单位立体角内发射的光功率。
• 峰值发射波长 (λPeak): 典型值为850 nm。指光输出功率达到最大值时的波长。
• 谱线半宽 (Δλ): 典型值为50 nm。指发射功率至少为峰值功率一半时所对应的波长范围，用于表征光谱纯度。
• 正向电压 (VF): 在IF=20mA时，典型值为1.4 V，最大值为1.8 V。指IRED在导通时两端的电压降。
• 反向电流 (IR): 在反向电压 (VR) 为 5V 时，最大值为 10 μA。指器件处于反向偏置时的微小漏电流。
• 上升/下降时间 (Tr/Tf): 典型值为 20 nS。指光输出从其最终值的 10% 上升到 90%（或从 90% 下降到 10%）所需的时间，反映了开关速度。
• 视角 (2θ1/2): 典型值为 100 度。指辐射强度为轴向强度一半时的全角。更宽的视角可降低发射器与检测器之间对准的精度要求。

3. 性能曲线分析

数据手册提供了几条特性曲线，对于理解器件在不同条件下的行为至关重要。这些图表使设计人员能够根据单点规格参数推断出更广泛的性能表现。

3.1 光谱分布

光谱分布曲线显示了相对辐射强度与波长的函数关系。对于该器件，曲线中心位于850nm，并具有定义的50nm半峰全宽。此信息对于为探测器端选择兼容的光学滤波器以抑制环境光噪声至关重要。

3.2 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

该曲线说明了通过IRED的电流与其两端电压之间的非线性关系。它显示了典型的开启电压以及VF如何随IF增加。设计人员利用此曲线来计算当由电压源驱动时，用于限流的必要串联电阻值。

3.3 正向电流与环境温度关系

该图展示了最大允许直流正向电流如何随环境温度升高而降额。为确保可靠性，在较高温度下必须降低工作电流，以使结温和功耗保持在安全限值内。

3.4 相对辐射强度与环境温度关系

该曲线显示了光输出功率对温度的依赖性。通常，辐射强度随结温升高而降低。在要求宽温度范围内光输出稳定的应用中，必须考虑此特性。

3.5 相对辐射强度与正向电流关系

这是一条关键曲线，显示了光输出功率随驱动电流变化的函数关系。它在很大范围内通常是线性的，但在极高电流下可能饱和。设计人员利用此曲线来确定实现特定信号强度所需的驱动电流。

3.6 辐射方向图

描述出射光空间分布的极坐标图。该图证实了100度的宽视角，显示了强度如何随偏离中心轴的角度而减弱。此方向图对于设计系统中的光路和对准至关重要。

4. 机械与封装信息

4.1 外形与封装尺寸

该器件采用标准的1206 SMD封装。关键尺寸包括本体长度约3.2mm，宽度约1.6mm，高度约1.1mm。数据手册提供了详细的尺寸图，公差通常为±0.1mm。阴极通常通过标记或特定的焊盘形状来指示。

4.2 建议焊盘布局

提供了用于PCB设计的推荐焊盘图形（封装尺寸）。这包括焊盘的尺寸、间距和形状，以确保回流焊时形成可靠的焊点，同时最大限度地减少立碑或桥连的风险。遵循这些建议对于提高制造良率非常重要。

4.3 载带与卷盘包装规格

元件采用压纹载带包装，卷绕在7英寸（178毫米）直径的卷盘上。关键载带尺寸包括穴距、穴孔尺寸和带宽。每卷包含3000件。包装符合ANSI/EIA 481-1-A-1994标准，确保与标准自动送料器兼容。

5. 组装、操作与应用指南

5.1 焊接与回流焊工艺

本器件兼容红外回流焊接工艺。建议采用详细的回流焊温度曲线，并符合JEDEC无铅组装标准。关键参数包括：

• 预热： 150-200°C，最长不超过120秒。
• 峰值温度： 最高260°C。
• 液相线以上时间： 元件暴露在260°C以上的温度不应超过10秒，且回流焊次数不应超过两次。

对于使用烙铁的手工焊接，建议烙铁头最高温度为300°C，每个焊点不超过3秒。需要强调的是，最佳温度曲线取决于具体的PCB设计、焊膏和回流炉，因此必须进行工艺特性分析。

5.2 存储与湿敏度

这些元件对潮湿敏感。在带有干燥剂的原始密封防潮袋中，应在≤30°C且≤90%相对湿度（RH）的条件下存储，并在一年内使用。一旦打开包装袋，存储环境不得超过30°C / 60% RH。从原始包装中取出的元件应在一周内进行回流焊。若需在原始包装袋外长期存储，必须将其存放在带有干燥剂的密封容器或氮气干燥柜中。未包装存储超过一周的元件在焊接前需要进行烘烤（例如，在60°C下烘烤20小时），以去除吸收的湿气，防止回流焊过程中出现“爆米花”现象。

5.3 清洗

若焊接后需要清洁，应仅使用异丙醇（IPA）等醇基溶剂。应避免使用强效或腐蚀性化学清洁剂，以免损坏封装上的环氧树脂透镜。

5.4 驱动方法与电路设计

一个关键的设计要点是：LED是一种电流驱动器件。在驱动红外发射器时，若使用电压源，必须串联一个限流电阻。该电阻根据欧姆定律计算：R = (Vcc - VF) / IF，用于将工作电流（IF）设定至所需值。此外，当多个发射器并联连接时，应为每个器件使用独立的限流电阻，以确保发光强度均匀，因为不同器件之间的正向电压（VF）可能存在微小差异。

5.5 应用注意事项与预期用途

本元件适用于通用电子设备。对于要求极高可靠性、且故障可能危及生命或健康的应用（例如航空、医疗、运输安全系统），需要进行专门的咨询和认证，因为这些应用超出了本数据手册中标准商业级规格的范围。

6. 技术对比与设计考量

与简单的分立式红外发射二极管或光电探测器相比，这种集成于单一封装内的发射器-探测器对，通过确保匹配的光学特性和紧密的物理间距，简化了设计，这对反射式传感应用是有利的。850nm波长对人眼的可见度低于940nm，因此适用于可接受微弱红光甚至将其用作状态指示器的应用场景。100度的视角非常宽，与窄光束器件相比，降低了对准精度的要求。

设计人员必须仔细权衡驱动电流、辐射强度与器件寿命/发热之间的关系。在接近或达到电流或温度的绝对最大额定值下工作，会加速器件老化并降低长期可靠性。建议采用适当的PCB布局以利于散热，尤其是在高占空比或高环境温度下工作时。

7. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我能否直接用微控制器的GPIO引脚驱动此红外发射二极管？
答：不能。微控制器引脚通常无法安全提供20-60mA电流。必须使用GPIO来控制一个晶体管（例如MOSFET或BJT），由该晶体管来切换来自电源的较大电流，并串联一个电阻来设定精确的电流值。

问：峰值波长（λp）和主波长（λd）有什么区别？
A> Peak wavelength is the point of maximum spectral power. Dominant wavelength is derived from color perception on a chromaticity diagram and represents a single wavelength that matches the perceived color. For monochromatic IR devices, they are often very close.

问：如何与该器件的探测器侧进行接口连接？
A> The datasheet primarily details the 发射器 characteristics. The 检测器 (photodiode or phototransistor) will have its own set of parameters (dark current, responsivity, etc.) not fully listed here. Typically, the 检测器 output is a small current proportional to received IR light, which is usually converted to a voltage using a transimpedance amplifier or a simple load resistor for digital threshold detection.

问：为什么储存湿度条件如此重要？
A> SMD packages can absorb moisture through the plastic molding compound. During the high heat of reflow soldering, this trapped moisture can vaporize rapidly, creating internal pressure that can crack the package or delaminate internal bonds—a failure known as "popcorning." The storage and baking guidelines prevent this.

8. 实际应用示例

设计案例：简易接近/遮挡传感器
一种常见应用是光束阻断传感器。发射器由脉冲电流驱动（例如，38kHz频率下的20mA脉冲），以将其信号与环境红外光区分开。放置在短距离外的检测器接收此信号。当物体阻断光束时，接收到的信号下降。检测器的输出被送入解调接收器集成电路或带有滤波逻辑的微控制器，以检测载波频率的缺失，从而触发输出。其宽视角简化了在监控路径两侧对准发射器和检测器的过程。

9. 工作原理

该设备基于基本的光电原理工作。 发射器 是一个红外发射二极管（IRED）。当正向偏置时，电子和空穴在半导体有源区（GaAs/AlGaAs）内复合，以光子形式释放能量。材料的带隙决定了光子能量，从而决定了波长，在本例中为850nm。 检测器 通常是由硅制成的光电二极管或光电晶体管。当具有足够能量的光子（对于硅，波长通常可达约1100nm）撞击检测器的耗尽区时，会产生电子-空穴对。在光电二极管中，当反向偏置时，这会产生光电流。在光电晶体管中，光电流充当基极电流，引起更大的集电极电流流动，从而提供内部增益。

10. 技术趋势

在分立式红外元件领域，发展趋势包括开发具有更高功率输出以实现更长距离的设备、提升速度以实现更快的数据传输，以及在探测器封装中集成增强型光谱滤波，从而在强环境光条件下实现更高的信噪比。此外，为了节省电路板空间，元件正朝着比1206封装更小的尺寸（如0805、0603）发展，但这通常以牺牲光功率或视角为代价。汽车和工业应用中对更高可靠性和性能的追求，持续推动着元件向更宽的工作温度范围和更坚固的封装方向发展。