LTE-S9511T-E 红外发射与接收器件规格书 - 940nm峰值波长 - 25度视角 - 100mW功耗 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTE-S9511T-E是一款分立式红外器件，专为广泛的光电应用而设计。它属于一个旨在为需要高功率、高速度和特定光学特性的应用提供解决方案的器件系列。该器件采用红外发射器的标准技术——砷化镓（GaAs）技术制造，以实现其目标性能指标。

1.1 核心特性与优势

该器件集成了多项关键特性，使其适用于现代电子组装和环境标准。它符合RoHS指令，被归类为绿色产品。其封装设计兼容大规模生产，以7英寸直径卷盘上的8mm载带形式供货，适用于自动贴装设备。此外，该器件能够承受红外回流焊接工艺，这是表面贴装技术（SMT）组装线的关键要求。封装本身符合EIA标准，确保了机械兼容性。

1.2 目标应用与市场

该器件的主要应用是作为红外发射器。其特性使其非常适合集成到消费电子遥控器、基于红外的无线数据传输链路、安全警报器以及其他传感应用等系统中。它设计用于PCB贴装配置，提供紧凑可靠的红外光源。

2. 技术规格与客观解读

本节根据规格书，对器件的电气、光学和热学参数进行详细、客观的分析。

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，不适用于正常工作条件。

• 功耗（Pd）：100 mW。这是器件在不超出其热极限的情况下，能够以热量形式耗散的最大功率。
• 峰值正向电流（I_FP）：1 A。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，突显了器件在数据传输和遥控中常见的脉冲工作能力。
• 直流正向电流（I_F）：50 mA。器件能够承受的最大连续正向电流。
• 反向电压（V_R）：5 V。施加高于此值的反向电压可能导致半导体结击穿。
• 工作温度范围（T_op）：-40°C 至 +85°C。器件被规定能在此环境温度范围内正常工作。
• 储存温度范围（T_stg）：-55°C 至 +100°C。器件非工作状态下的储存温度范围。
• 红外焊接条件：可承受260°C最长10秒。这定义了回流焊接曲线的耐受度。

2.2 电气与光学特性

这些是在环境温度（T_A）为25°C、特定测试条件下测得的典型性能参数。

• 辐射强度（I_E）：在 I_F= 20mA 时，典型值为 6.0 mW/sr。这衡量了每单位立体角（球面度）发射的光功率。它是决定应用中有效距离和信号强度的关键参数。
• 峰值发射波长（λ_p）：典型值为 940 nm。这是发射光功率达到最大值时的波长。该波长位于近红外光谱区，人眼不可见，但可被硅光电二极管和光电晶体管检测到。
• 光谱线半宽（Δλ）：典型值为 50 nm。这表示光谱带宽，即发射的波长范围。50 nm 是标准 GaAs 红外发射二极管的常见值。
• 正向电压（V_F）：在 I_F= 20mA 时，典型值为 1.2 V，最大值为 1.5 V。这是器件导通电流时两端的电压降。这对于设计驱动电路和计算功耗至关重要。
• 反向电流（I_R）：在 V_R= 5V 时，最大值为 10 μA。这是器件反向偏置时流过的小漏电流。
• 视角（2θ_1/2）：典型值为 25 度。定义为辐射强度降至中心轴线上值一半时的全角。25度的角度表示光束相对集中，这对于定向通信或传感应用是有利的。

3. 性能曲线分析

规格书包含多张图表，说明了关键参数之间的关系。这些曲线对于理解器件在非标准条件下的行为至关重要。

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。它确认了峰值大约在940nm，半宽约为50nm，直观地展示了发射光的光谱纯度。

3.2 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

这条曲线（图3）是任何半导体器件的基础。它显示了流过红外发射二极管的电流与其两端电压之间的非线性关系。该曲线会随温度变化，这对于设计中的热管理至关重要。

3.3 温度依赖性

图2和图4描述了器件性能如何随环境温度变化。通常，二极管的正向电压具有负温度系数（随温度升高而降低），而光输出功率通常也随温度升高而降低。这些图表使设计者能够为高温环境进行性能降额设计。

3.4 相对辐射强度与正向电流关系

图5显示了光输出如何随驱动电流变化。它通常是亚线性的；电流加倍并不会使光输出加倍。这种关系对于设定工作点以高效实现所需亮度或信号强度非常重要。

3.5 辐射方向图

极坐标图（图6）详细描绘了发射强度随偏离中心轴角度的变化。这款25度视角的器件显示出中心最强、向边缘衰减的光束模式，这对于光学系统设计（例如与接收器的视场对准）至关重要。

4. 机械与封装信息

4.1 外形尺寸

规格书提供了器件的详细机械图纸。关键尺寸包括本体尺寸、引脚间距和总高度。该器件采用带侧视透镜的水晶透明塑料封装，用于塑造发射光的辐射方向图。除非另有说明，所有关键尺寸均提供±0.15mm的标准公差。

4.2 建议焊盘布局

规格书包含了PCB设计的推荐焊盘图形（封装尺寸）。遵循这些尺寸对于确保回流焊接过程中形成良好的焊点、获得良好的机械强度以及促进器件散热至关重要。

4.3 极性标识

采用标准LED极性惯例。阴极通常通过封装体上的平边、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。

5. 组装、操作与可靠性指南

5.1 焊接与组装指南

该器件适用于红外回流焊接。规格书规定了关键的曲线参数：

• 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（最多进行两次回流循环）。

5.2 储存条件

该器件的湿度敏感等级（MSL）为3级。这意味着：

• 密封袋内：可在≤30°C和≤90%相对湿度下储存长达一年。
• 开袋后：应在≤30°C和≤60%相对湿度下储存。器件应在一周（168小时）内进行回流焊接。如果在原包装袋外储存更长时间，必须将其存放在带有干燥剂的干燥柜或密封容器中。如果暴露超过一周，焊接前需要在60°C下烘烤至少20小时，以防止回流过程中发生“爆米花”开裂。

5.3 清洁

如果焊接后需要清洁，只能使用异丙醇（IPA）等酒精类溶剂。刺激性或腐蚀性化学品可能会损坏塑料封装或透镜。

6. 包装与订购信息

6.1 载带与卷盘规格

该器件以带有盖带的压纹载带形式供货，卷绕在7英寸（178mm）直径的卷盘上。每卷包含3000个器件。包装符合ANSI/EIA-481-1-A-1994标准。规格包括口袋尺寸、载带宽度和卷盘轴心尺寸，以确保与自动贴片机的兼容性。

7. 应用设计考量

7.1 驱动电路设计

一个关键的设计要点是LED是电流驱动器件。规格书强烈建议不要将多个LED通过单个限流电阻直接并联到一个电压源上（电路模型B）。由于各个器件的正向电压（V_F）存在自然差异，电流将无法平均分配，导致亮度差异显著，并可能使某个器件承受过大应力。推荐的方法是（电路模型A）为每个LED串联一个独立的限流电阻。这样可以确保电流均匀，从而确保阵列中所有器件的辐射强度一致。

7.2 热管理

虽然绝对最大功耗为100mW，但实际工作应远低于此限值，尤其是在较高的环境温度下。必须参考降额曲线（图2、图4）。足够的PCB铜箔面积（使用建议的焊盘布局有助于此）对于将热量从器件结传导出去、维持性能和寿命是必要的。

7.3 光学设计

25度视角和侧视透镜封装影响了红外能量的定向方式。为了在传感或通信链路中获得最佳性能，发射器的辐射方向图应与接收器的角度灵敏度特性相匹配。辐射方向图（图6）对于这种对准至关重要。对于需要不同光束模式的应用，可能需要外部透镜或反射器。

8. 技术对比与差异化

LTE-S9511T-E以其940nm峰值波长定位于通用红外应用。其主要差异化特点包括其侧视封装（适用于边缘照明或特定光路要求）以及与自动组装工艺的兼容性。与视角更宽的器件（例如60-120度）相比，该器件在给定驱动电流下能提供更高的轴向强度，这可以转化为定向链路更长的距离或更低的功耗。其940nm波长是通用标准，确保了与为该光谱设计的硅基红外接收器和滤波器的广泛兼容性。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1：我可以直接用微控制器的GPIO引脚驱动这个红外发射二极管吗？

A：这取决于GPIO的电流输出能力。在20mA的典型驱动电流下，GPIO必须至少能提供这么多电流。始终需要一个串联电阻来限制电流，计算公式为 R = (V_电源- V_F) / I_F。对于3.3V电源，在20mA时V_F为1.2V，则 R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 欧姆。100欧姆电阻将是标准选择。

Q2：峰值波长（λ_p）与主波长（λ_d）有何区别？

A：峰值波长是光谱功率分布曲线最高点对应的波长。主波长源自色度学，代表感知到的颜色。对于单色红外发射器，它们通常非常接近，但λ_p是光电性能的标准技术规格。

Q3：为什么脉冲电流额定值（1A）远高于直流额定值（50mA）？

A：这是由于热限制。在非常短的脉冲（10μs）期间，半导体结没有时间显著升温，因此允许更高的瞬时电流而不超过最大结温。在直流工作状态下，热量持续积累，因此必须限制电流以将温度保持在安全范围内。

10. 实际应用示例

示例1：简易红外遥控发射器。LTE-S9511T-E可用作基本遥控器中的发射器。微控制器生成对应于特定命令协议（如NEC、RC5）的调制数字信号（例如38kHz载波）。该信号控制一个晶体管，以高达1A峰值额定值的脉冲电流驱动红外发射二极管，产生红外光脉冲。聚焦的25度光束有助于确保信号对准接收器。

示例2：接近或物体检测传感器。与独立的光电晶体管或光电二极管接收器配对，该发射器可用于检测物体的存在与否。发射器将红外光照射过一个间隙。当物体中断光束时，接收器的信号下降，触发检测事件。侧视封装在设计光路平行于PCB的紧凑传感器组件时具有优势。

11. 工作原理

LTE-S9511T-E是一种基于砷化镓（GaAs）半导体材料的发光二极管（LED）。当在P-N结上施加正向电压时，电子和空穴被注入到有源区，并在那里复合。在像GaAs这样的直接带隙半导体中，这种复合以光子（光）的形式释放能量。材料的特定带隙决定了发射光的波长；对于GaAs，这导致了大约940nm的红外发射。侧视透镜由水晶透明环氧树脂制成，用于封装半导体芯片，并将发射光塑造成指定的辐射方向图。

12. 行业背景与趋势

像LTE-S9511T-E这样的分立红外器件仍然是电子领域的基本构建模块。虽然集成传感器模块（将发射器、探测器和逻辑集成在一个封装中）在特定应用（如手势感应）中不断增长，但分立器件提供了设计灵活性、大批量应用的成本效益以及独立优化光路的能力。行业趋势包括对小型化、更高效率（单位电输入产生更多光输出）以及与无铅、高温焊接工艺兼容性不断增强的持续需求。该器件的RoHS和绿色产品合规性符合推动电子行业发展的全球环保法规。