IR 發射器與探測器 LTE-C216-P-W 數據表 - 1206 封裝 (3.2x1.6x1.1mm) - 峰值波長 850nm - 正向電壓 1.4V - 功耗 100mW - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款獨立式紅外線發射與接收元件的規格。此元件專為需要可靠紅外線信號發射與接收的應用而設計。它將一個紅外線發光二極管及一個感測元件，結合在一個緊湊的表面貼裝封裝內。其核心技術基於砷化鎵及砷化鋁鎵材料，並優化於峰值波長850納米下操作。此波長因其在性能與元件供應之間的良好平衡，而普遍用於消費電子產品及數據傳輸。

其主要設計目標是提供一個具備高輻射強度、良好速度特性及寬廣視角的解決方案，以便於對準及信號擷取。該元件採用標準1206封裝尺寸，使其兼容於自動化貼片生產線及標準紅外線回流焊接製程。它被歸類為符合RoHS標準的環保產品。

1.1 主要特點與應用

該裝置具備多項關鍵特性，使其適用於現代電子製造：

• 符合RoHS及綠色產品標準。
• 以8毫米載帶包裝，捲盤直徑為7吋，適用於自動化組裝。
• 兼容自動貼裝設備。
• 設計可承受標準紅外回流焊接溫度曲線。
• 符合EIA標準封裝尺寸。
• 發射峰值波長（λp）為850nm。
• 採用常見的1206表面貼裝器件（SMD）封裝類型。

此元件的典型應用包括但不限於：

• 適用於遙控裝置（例如電視、音響系統）的紅外線發射器。
• 用於接近檢測、物體感應或數據接收的PCB安裝紅外線感測器。
• 用於短距離通訊的紅外線無線數據傳輸鏈路。
• 採用紅外線光束嘅防盜警報系統。

2. 技術規格詳解

本節對裝置嘅電氣、光學同熱力特性提供詳細、客觀嘅分析。除非另有註明，所有參數均以環境溫度 (TA) 25°C 為準。

2.1 絕對最大額定值

此等額定值定義咗可能導致裝置永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下或接近呢啲條件下操作並無保證，可靠嘅設計應予以避免。

• Power Dissipation (Pd): 100 mW。此為封裝能夠以熱能形式散發嘅最大總功率。
• 峰值正向電流 (IFP): 800 mA。此為最大允許脈衝電流，規格係喺每秒300個脈衝、脈衝寬度為10微秒嘅條件下指定。
• 直流正向電流 (IF): 60 mA。此為穩態操作下嘅最大連續正向電流。
• 反向電壓 (VR): 5 V。可以喺IRED上施加嘅最大反向電壓。
• 工作溫度範圍: -40°C 至 +85°C。此為器件設計可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍： -55°C 至 +100°C。此為器件在非工作狀態下儲存的溫度範圍。
• 紅外線焊接條件： 最高 260°C 持續 10 秒。此定義了無鉛焊接製程的峰值迴流焊溫度限制。

2.2 電氣與光學特性

此為正常操作條件下的典型性能參數。設計師應根據其電路計算，適當地使用典型值 (Typ.) 或最大值 (Max.)。

• 輻射強度 (IE): 在正向電流 (IF) 為20mA時，典型值為3.0 mW/sr。此數值量度沿軸線每單位立體角所發射的光功率。
• 峰值發射波長 (λPeak): 典型值為850 nm。此為光輸出功率達到最大值時的波長。
• 譜線半寬度 (Δλ): 典型值為50 nm。此為發射功率至少達到峰值功率一半時的波長範圍，用以表示光譜純度。
• 正向電壓 (VF): 在 IF=20mA 時，典型值為1.4 V，最大值為1.8 V。此為IRED導通時兩端的電壓降。
• 反向電流 (IR): 在反向電壓 (VR) 為5V時，最大10 μA。此為器件處於反向偏壓時的小量漏電流。
• 上升/下降時間 (Tr/Tf): 典型值20 nS。光學輸出從其最終值的10%上升至90%（或從90%下降至10%）所需的時間，用以指示開關速度。
• 視角 (2θ1/2): 典型值100度。輻射強度為軸上強度一半時的全角。更寬的視角使發射器與探測器之間的對準要求不那麼嚴格。

3. 性能曲線分析

數據手冊提供了數個特性曲線，對於理解器件在不同條件下的行為至關重要。這些圖表讓設計師能夠從單點規格外推其性能。

3.1 光譜分佈

光譜分佈曲線顯示了相對輻射強度與波長的函數關係。對於此器件，曲線中心位於850nm，並具有定義的50nm半高寬。此資訊對於在探測器端選擇兼容的光學濾波器以抑制環境光噪聲至關重要。

3.2 正向電流與正向電壓關係 (I-V 曲線)

此曲線闡明了流經IRED的電流與其兩端電壓之間的非線性關係。它顯示了典型的開啟電壓以及VF如何隨IF增加。設計師利用此曲線來計算當使用電壓源驅動時，用於限流的必要串聯電阻值。

3.3 正向電流與環境溫度關係

此圖表展示了最大允許直流正向電流如何隨著環境溫度升高而降額。為確保可靠性，在較高溫度下必須降低工作電流，以使結溫和功耗保持在安全限度內。

3.4 相對輻射強度對環境溫度

此曲線顯示光輸出功率對溫度的依賴性。通常，輻射強度會隨接面溫度上升而下降。在需要於寬廣溫度範圍內保持穩定光輸出的應用中，必須考慮此特性。

3.5 相對輻射強度對正向電流

這是一條關鍵曲線，顯示光輸出功率隨驅動電流變化的關係。它在大部分範圍內大致呈線性，但在極高電流下可能飽和。設計師利用此圖來確定達到特定信號強度所需的驅動電流。

3.6 輻射模式圖

一個描繪發射光空間分佈的極座標圖。該圖證實了100度的寬廣視角，並顯示強度如何隨偏離中心軸的角度而減弱。此模式對於設計系統中的光路與對準至關重要。

4. 機械與封裝資料

4.1 外形及封裝尺寸

該器件採用標準1206 SMD封裝。主要尺寸包括本體長度約3.2毫米、寬度1.6毫米、高度1.1毫米。數據手冊提供咗詳細嘅尺寸圖，公差通常為±0.1毫米。陰極通常由標記或特定焊盤形狀表示。

4.2 建議焊接焊盤佈局

提供咗一個用於PCB設計嘅建議焊盤圖形（封裝佔位）。其中包括焊盤尺寸、間距同形狀，以確保回流焊接時有可靠嘅焊點，同時將墓碑效應或橋接嘅風險降至最低。遵循呢啲建議對於製造良率非常重要。

4.3 帶裝及捲盤封裝規格

元件以壓紋載帶供應，捲繞於直徑7吋（178毫米）的捲盤上。關鍵載帶尺寸包括囊袋間距、囊袋尺寸及載帶寬度。每捲盤包含3000件元件。包裝符合ANSI/EIA 481-1-A-1994標準，確保與標準自動送料器兼容。

5. 組裝、處理及應用指引

5.1 焊接與回焊製程

本器件兼容紅外線迴流焊接製程。建議採用詳細的迴流焊接溫度曲線，並符合JEDEC無鉛組裝標準。關鍵參數包括：

• 預熱： 150-200°C，最長可達120秒。
• 峰值溫度： 最高260°C。
• 液相線以上時間： 元件不應暴露於260°C以上溫度超過10秒，且迴流焊接不應進行超過兩次。

使用烙鐵進行手工焊接時，建議烙鐵頭最高溫度為300°C，每個焊點不超過3秒。必須強調，最佳溫度曲線取決於具體的PCB設計、焊錫膏和焊接爐，因此需要進行製程特性分析。

5.2 儲存與濕度敏感度

此元件對濕度敏感。在裝有乾燥劑的原廠密封防潮袋中，應儲存於≤30°C及≤90%相對濕度（RH）的環境，並在一年內使用。一旦開封，儲存環境不得超過30°C / 60% RH。從原包裝中取出的元件應在一週內進行迴流焊接。若需在原包裝外長時間儲存，必須將其置於裝有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。未包裝儲存超過一週的元件，在焊接前需要進行烘烤（例如，在60°C下烘烤20小時），以去除吸收的濕氣，防止迴流焊接時發生「爆米花」現象。

5.3 清潔

如焊接後需要清潔，只應使用酒精類溶劑，例如異丙醇 (IPA)。應避免使用強力或具腐蝕性的化學清潔劑，以免損壞封裝的環氧樹脂透鏡。

5.4 驅動方法與電路設計

一個關鍵的設計注意事項是，LED 是一種電流驅動器件。驅動紅外線發射器時，若使用電壓源，必須串聯一個限流電阻。此電阻用於將工作電流 (IF) 設定至所需值，可根據歐姆定律計算：R = (Vcc - VF) / IF。此外，當多個發射器並聯連接時，每個器件應使用獨立的限流電阻，以確保亮度均勻，因為不同器件之間的正向電壓 (VF) 可能略有差異。

5.5 應用注意事項與預期用途

本元件適用於通用電子設備。對於要求極高可靠性、一旦失效可能危及生命或健康的應用（例如航空、醫療、運輸安全系統），需要進行專門的諮詢與認證，因為這些應用已超出本資料表所提供的標準商業級規格範圍。

6. 技術比較與設計考量

相比於簡單的分離式紅外線發射二極管或光電探測器，這種封裝於單一元件內的集成式發射-接收對，能確保匹配的光學特性與緊密的物理距離，從而簡化設計，這對反射式感測應用尤其有利。850nm波長相比940nm對人眼較不顯眼，因此適用於可接受微弱紅光、甚至將其用作狀態指示燈的應用。其100度視角相當寬闊，相比窄光束器件，能降低對準精度的要求。

設計師必須仔細權衡驅動電流、輻射強度與器件壽命/發熱之間的取捨。在電流或溫度的絕對最大額定值或接近該值下工作，會加速器件老化並降低長期可靠性。建議採用適當的PCB佈局以利散熱，尤其是在高工作週期或高環境溫度下運行時。

7. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接用微控制器GPIO引腳驅動此紅外線發射二極管嗎？
答：不可以。微控制器引腳通常無法安全提供20-60mA電流。你必須使用GPIO來控制一個晶體管（例如MOSFET或BJT），由該晶體管來開關來自電源供應器的較高電流，並串聯一個電阻來設定準確電流。

問：峰值波長（λp）與主波長（λd）有何區別？
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.

Q: 我應該如何與此元件嘅探測器端連接？
A> The datasheet primarily details the 發射器 characteristics. The 檢測器 (photodiode or phototransistor) will have its own set of parameters (dark current, responsivity, etc.) not fully listed here. Typically, the 檢測器 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.

Q: 點解儲存濕度條件咁重要？
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. 實際應用範例

設計案例：簡單接近/障礙物傳感器
一種常見應用係光束遮斷感測器。發射器會以脈衝電流驅動（例如38kHz下嘅20mA脈衝），以將其信號同環境紅外線區分開。放置喺短距離外嘅檢測器會接收此信號。當物件阻斷光束時，接收信號就會下降。檢測器嘅輸出會輸入至解調接收器IC或帶有濾波邏輯嘅微控制器，以檢測載波頻率嘅缺失，從而觸發輸出。寬廣嘅視角簡化咗發射器同檢測器喺監控路徑兩側嘅對準工作。

9. 運作原理

該裝置基於基本光電原理運作。 發射器 係一個紅外線發射二極管（IRED）。當正向偏壓時，電子同電洞會喺半導體嘅有源區（GaAs/AlGaAs）內復合，以光子形式釋放能量。材料嘅能隙決定咗光子能量，從而決定波長，本例中為850nm。 檢測器 通常係由矽製成嘅光電二極管或光電晶體。當具有足夠能量嘅光子（對於矽材料，波長通常可達約1100nm）撞擊檢測器嘅空乏區時，會產生電子-電洞對。喺光電二極管中，反向偏壓時會產生光電流。喺光電晶體中，光電流充當基極電流，引致更大嘅集極電流流動，從而提供內部增益。

10. 技術趨勢

喺分立式紅外元件領域，趨勢包括開發更高功率輸出嘅器件以實現更長距離、提升速度以加快數據傳輸，以及將增強嘅光譜濾波功能集成到探測器封裝中，從而喺環境光強烈嘅情況下實現更高信噪比。另外亦都趨向超越1206封裝（例如0805、0603）嘅微型化以節省電路板空間，儘管通常會犧牲光功率或視角。汽車同工業應用對更高可靠性同性能嘅追求，持續推動元件向更寬工作溫度範圍同更堅固封裝方向發展。