LTE-C216R-14 红外发射器与探测器规格书 - 1206封装 - 850nm波长 - 60mA电流 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTE-C216R-14是一款表面贴装红外（IR）发射与探测组件，专为集成到现代电子组装件中而设计。其主要功能是发射和探测峰值波长为850纳米的红外光，适用于多种传感、数据传输和接近检测应用。该器件采用紧凑的1206封装，这是一种标准的EIA封装尺寸，确保了与自动化制造工艺和现有PCB布局的广泛兼容性。

该组件的核心优势包括其与大批量自动化贴装设备的兼容性，以及在标准红外回流焊工艺中的稳健性。这使其成为经济高效的大规模生产的理想选择。此外，它符合RoHS（有害物质限制）指令，属于环保产品，这对于全球市场准入和环境合规性日益重要。

该器件的目标市场涵盖消费电子、工业自动化、通信设备和办公机械。其可靠性和标准化封装使其成为设计师寻求可靠红外解决方案的多功能基础元件。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

任何电子元件在超出其绝对最大额定值下工作都可能导致永久性损坏。对于LTE-C216R-14，这些极限值定义在环境温度（T_A）为25°C的条件下。

• 功耗（P_D辐射强度（I100 mW。这是器件可以安全地以热量形式耗散的最大功率。
• 峰值正向电流（I_FP）：800 mA。这是最大允许瞬时电流，通常在脉冲条件下（每秒300个脉冲，10 μs脉冲宽度）规定，以防止短时脉冲期间的热过应力。
• 连续正向电流（I_F）：60 mA。这是可以持续施加而不降低性能或寿命的最大直流电流。
• 反向电压（V_R）：5 V。施加高于此值的反向偏压可能会击穿半导体结。
• 工作温度范围：-40°C 至 +85°C。保证器件在此环境温度范围内正常工作。
• 存储温度范围：-55°C 至 +100°C。元件在此范围内存储不会发生性能退化。
• 红外焊接条件：可承受260°C持续10秒。这定义了其对无铅（Pb-free）回流焊温度曲线的耐受能力。

2.2 电气与光学特性

关键性能参数在T_A=25°C及指定测试条件下测量，为设计计算提供基准。

• Radiant Intensity (I_E）：4（最小值）至13（最大值）mW/sr，并提供典型值。在正向电流（I_F）为20 mA时测量。该参数量化了每单位立体角（球面度）发射的光功率。
• 峰值发射波长（λ_峰值）：850 nm（典型值）。这是发射器输出最大光功率的波长。这是与光电探测器光谱灵敏度匹配的关键参数。
• 光谱线半宽（Δλ）：50 nm（典型值）。这表示发射光的带宽，显示了波长在峰值周围的分布范围。
• 正向电压（V_F）：1.6 V（典型值），2.0 V（最大值），在I_F= 50 mA条件下。这是器件导通时的压降。对于设计限流电路至关重要。
• 反向电流（I_R）：10 μA（最大值），在V_R= 5V条件下。这是器件反向偏置时流过的微小漏电流。
• 上升/下降时间（T_r/T_f）：30 ns（典型值）。这指定了光输出开启和关闭的速度（从输出的10%到90%测量），决定了数据传输的最大可能调制速度。
• 视角（2θ_1/2）：75度（典型值）。这是辐射强度下降到其最大值（轴向）一半时的全角。更宽的角度提供更广的空间覆盖范围，但在任何特定点的强度较低。

3. 性能曲线分析

规格书引用了典型的电气和光学特性曲线。虽然具体图表未在文本中重现，但其目的是提供在不同条件下器件行为的直观理解。

这些曲线通常包括：

• I-V（电流-电压）曲线：显示正向电流与正向电压的关系，对于LED来说是非线性的。这有助于确定动态电阻和目标电流所需的驱动电压。
• 辐射强度 vs. 正向电流：说明光输出功率如何随驱动电流增加。在工作范围内通常是线性的，但在极高电流下可能会饱和。
• 峰值波长 vs. 温度：演示发射波长如何随结温变化而变化，这对于温度敏感型应用至关重要。
• 视角分布图：显示发射光强度空间分布的极坐标图。

工程师利用这些曲线来优化设计，确保器件在其最高效、最可靠的区域工作，并预测在非标准条件下的性能。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

该组件采用标准的1206封装尺寸。规格书提供了详细的机械图纸，所有关键尺寸均以毫米为单位。关键尺寸包括组件主体的总长、宽、高，以及器件本身焊盘的位置和尺寸。除非另有说明，这些尺寸的公差通常为±0.10 mm。遵守这些尺寸对于成功的PCB焊盘图案设计和自动化组装至关重要。

4.2 建议焊盘布局

提供了PCB的建议焊盘布局。此布局旨在确保回流焊期间形成可靠的焊点，最大限度地减少立碑（元件一端翘起）或焊料不足等问题。遵循这些推荐的焊盘尺寸（通常略大于元件的端子，以便形成适当的焊料圆角）是实现良好可制造性和长期可靠性的最佳实践。

4.3 编带与卷盘包装

为便于自动化组装，元件以8mm编带形式供应在7英寸直径的卷盘上。每卷包含3000片。编带和卷盘规格符合ANSI/EIA 481-1-A-1994标准，确保与标准贴片机的兼容性。说明指出，空的元件袋用盖带密封，并且每卷最多允许连续缺失两个元件（"灯"），这是编带卷盘包装的标准质量保证。

5. 焊接与组装指南

5.1 回流焊温度曲线

该器件适用于红外（IR）回流焊工艺，特别是使用无铅（Pb-free）焊料的工艺。提供了建议的回流焊温度曲线，关键参数包括预热阶段（150-200°C）、最高峰值温度260°C，以及液相线以上时间（对于无铅焊料通常约为217°C）不超过10秒。规格书强调，最佳温度曲线取决于具体的PCB设计、元件、焊膏和炉子，并建议以JEDEC标准曲线为基准，同时遵守焊膏制造商的规格。

5.2 手工焊接

如果必须进行手工焊接，应使用烙铁头温度不超过300°C，并且接触时间应限制在最多3秒。此操作应仅进行一次，以防止对塑料封装和内部半导体芯片造成热损伤。

5.3 清洗

如果需要焊后清洗，应仅使用指定的清洗剂。规格书明确警告不要使用未指定的化学液体，否则可能损坏封装材料。推荐的清洗方法包括将LED在常温下浸入乙醇或异丙醇中不超过一分钟。

5.4 存储与操作

湿度敏感性是表面贴装器件的一个关键因素。LED在带有干燥剂的防潮袋中运输。在密封状态下，应存储在≤30°C且相对湿度（RH）≤90%的环境中，并在一年内使用。一旦打开原包装袋，存储环境不应超过30°C和60% RH。从密封袋中取出的元件最好在一周内进行回流焊接。对于在原包装外更长时间的存储，必须将其存放在带有干燥剂的密封容器中或氮气环境中。在干燥袋外存储超过一周的元件，在焊接前需要进行烘烤程序（约60°C至少20小时）以去除吸收的湿气，防止回流焊期间发生"爆米花"损坏。

6. 应用建议

6.1 典型应用场景

LTE-C216R-14适用于普通电子设备。常见应用包括：

• 接近传感器：通过反射其红外光来检测物体的存在与否。
• 光电开关：中断红外光束以检测运动或位置。
• 数据传输：通过调制驱动电流实现简单的红外数据链路（例如，遥控器、短距离串行通信）。
• 物体计数：用于物体阻断光束的自动化生产线。
• 集成到办公设备、通信设备和家用电器中。

6.2 驱动电路设计

强调了使用LED的一个基本原则：它们是电流驱动器件。为了在并联驱动多个LED时确保亮度均匀，规格书强烈建议为每个LED串联一个独立的限流电阻（电路模型A）。这可以补偿不同器件之间正向电压（V_F）特性的微小差异。不鼓励在没有独立电阻的情况下直接将LED并联（电路模型B），因为V_F稍低的LED将不成比例地吸收更多电流，导致亮度不均并可能使该器件过载。

7. 技术对比与差异化

虽然这份独立的规格书没有提供与其他型号的直接并列比较，但可以推断出LTE-C216R-14的关键差异化特征：

• 标准化封装（1206/EIA）：与专有封装相比，提供易于直接替换的设计熟悉度。
• 无铅且符合RoHS：符合现代环保法规，而较旧或小众元件可能不符合。
• 自动化友好：其编带卷盘包装以及与贴片机和回流焊工艺的兼容性，使其非常适合经济高效的大批量制造。
• 均衡性能：75度视角、850nm波长和30ns速度，为通用红外应用提供了一套全面的特性。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1：我可以直接用5V微控制器引脚驱动这个红外LED吗？
A：不行。在50mA时，其典型正向电压为1.6V。直接连接到5V引脚会试图迫使极高的破坏性电流通过它。您必须使用一个串联限流电阻。例如，要从5V电源获得20mA电流：R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω（可使用标准的180Ω或150Ω电阻）。

Q2：使用此发射器可能达到的最大数据速率是多少？
A：30 ns的上升/下降时间表明理论最大调制带宽在数十MHz范围内。然而，可靠通信的实际数据速率较低，通常在数百kbps到几Mbps之间，具体取决于驱动电路、探测器和环境噪声。

Q3：为什么打开包装袋后的存储条件如此严格（≤60% RH）？
A：表面贴装塑料封装会从空气中吸收湿气。在高温回流焊过程中，这些被困住的湿气会迅速汽化，产生内部压力，可能导致封装开裂或内部连接分层——这种故障称为"爆米花"效应。严格的存储条件和烘烤要求正是为了防止这种情况。

Q4：如何解读辐射强度值（mW/sr）？
A：它衡量的是光功率密度。10 mW/sr的值意味着该器件在其指向方向上，向一球面度的空间锥体内发射10毫瓦的光功率。要计算总功率，需要将此强度在整个视角（75度，约1.84 sr）上进行积分。

9. 设计案例研究

场景：为打印机设计纸张存在传感器。
目标：检测送纸盘中是否有纸。
实施方案：将LTE-C216R-14发射器放置在纸张路径的一侧，将匹配的光电探测器（或使用类似组件的探测器部分）直接放置在对面。当无纸时，红外光束到达探测器，产生信号（例如，逻辑高电平）。当有纸时，纸张阻挡光束，导致探测器信号下降（逻辑低电平）。
设计考虑因素：

• 电流设置：使用串联电阻以20mA驱动发射器，以获得稳定、长寿命的输出。
• 对准：75度的视角为机械对准提供了一定的容差。
• 抗环境光干扰：由于它使用调制的850nm光，通过添加简单的调制/解调电路或使用带日光滤光片的探测器，可以使系统抵抗环境光干扰。
• 焊接：遵循推荐的回流焊温度曲线，以确保PCB上可靠的连接，同时不损坏元件。

10. 工作原理

红外发光二极管（IR LED）基于半导体材料中的电致发光原理工作。当正向电压施加在p-n结上时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入到结区。当这些载流子复合时，它们会释放能量。在红外LED中，半导体带隙经过设计，使得释放的能量对应于红外光谱中的光子（对于此器件约为850nm）。产生的光子以光的形式发射。探测器功能（如果适用于配对组件）则相反：具有足够能量的入射红外光子在光电二极管的半导体中产生电子-空穴对，在反向偏置时产生可测量的光电流。

11. 技术趋势

光电子领域持续发展。与LTE-C216R-14等组件相关的趋势包括：

• 集成度提高：趋向于将发射器、探测器和控制逻辑（如调制驱动器和信号调理器）集成到单个封装中，以简化系统设计。
• 效率更高：开发能将更多电能转换为光输出的半导体材料和结构，从而降低功耗和发热。
• 小型化：虽然1206封装是标准尺寸，但为了在日益紧凑的设备中节省PCB空间，正在推动更小的封装尺寸（例如0805、0603）。
• 可靠性增强：改进封装材料和工艺，以承受更高的回流焊温度和更恶劣的环境条件，延长产品寿命。
• 智能传感：在元件级别集成基本智能，例如环境光消除或数字输出，以简化与微控制器的接口。