LTE-3371T 紅外線發射器規格書 - 高功率 940nm - 順向電壓 1.6V - 150mW - 透明封裝

1. 產品概述

LTE-3371T 是一款高效能紅外線發射器，專為需要強勁光學輸出並能在嚴苛電氣條件下可靠運作的應用而設計。其核心設計理念在於提供高輻射功率，同時維持低順向電壓降，使其在連續與脈衝驅動方案下皆能高效運作。此元件發射峰值波長為 940 奈米的光線，非常適合不希望被人眼察覺的應用，例如夜視系統、遙控器與光學感測器。

發射器採用透明封裝，能最大化光線提取效率並提供廣闊的視角，確保均勻的輻射模式。此產品特別適用於工業、汽車與消費性電子應用，這些應用要求在各種溫度與電流範圍內都能維持一致的性能。

2. 深入技術參數分析

本節針對規格書中定義的關鍵電氣與光學參數，提供詳細且客觀的解讀，說明其對設計工程師的重要性。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。它們並非用於正常操作。

• 功率消耗 (150 mW)：此為元件在環境溫度 (T_A) 為 25°C 時，能以熱能形式消耗的最大功率。超過此限制將有過熱損壞半導體接面的風險，導致加速劣化或災難性故障。設計師必須確保 PCB 與周圍環境的熱管理能將接面溫度維持在安全範圍內，特別是在高連續電流下運作時。
• 峰值順向電流 (2 A @ 300pps, 10μs 脈衝)：元件可承受極高的瞬時電流，但僅限於特定的脈衝條件下（每秒 300 個脈衝，每個脈衝寬度 10 微秒）。此額定值對於紅外線通訊等應用至關重要，因為這類應用是以短暫、高功率的脈衝傳輸資料。脈衝操作期間的平均電流仍須妥善管理，以維持在連續電流與功率消耗的限制內。
• 連續順向電流 (100 mA)：在指定條件下，可無限期通過元件的最大直流電流。在此極限附近運作需要優良的散熱設計。
• 逆向電壓 (5 V)：可施加於逆向偏壓方向的最大電壓。超過此值可能導致崩潰並立即失效。通常需要電路保護，例如串聯電阻或並聯保護二極體。
• 操作與儲存溫度範圍：此元件額定適用於工業級溫度範圍（操作：-40°C 至 +85°C，儲存：-55°C 至 +100°C），顯示其適用於惡劣環境的穩健性。
• 引腳焊接溫度 (260°C 持續 5 秒)：提供波峰焊或手工焊接的指導原則，指定引腳在距離封裝本體 1.6mm 處可承受的最高溫度與時間。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件 (T_A=25°C) 下量測，定義了元件的性能。

• 孔徑輻射照度 (E_e) 與輻射強度 (I_E)：這些是核心的光學輸出參數。E_e量測功率密度 (mW/cm²)，而 I_E量測每單位立體角發射的功率 (mW/sr)。兩者均在順向電流 (I_F) 為 20mA 下測試。數值經過分級（見第 3 節），典型範圍從 0.64-1.20 mW/cm² (Bin B) 到最高 4.0 mW/cm² (Bin G)。較高等級能提供顯著更高的光學功率。
• 峰值發射波長 (λ_Peak)：標稱值為 940 nm。此波長能被矽光電二極體有效偵測，且幾乎不可見，非常適合隱蔽照明。
• 譜線半高寬 (Δλ)：約為 50 nm。此參數定義了頻譜頻寬；較窄的寬度表示光源更接近單色光，這對於在感測應用中濾除環境光可能很重要。
• 順向電壓 (V_F)：一個關鍵的電氣效率參數。典型的 V_F在 50mA 時為 1.6V，在 250mA 時為 2.1V。高電流下相對較低的 V_F（最小值 1.65V，最大值 2.1V @ 250mA）是一個突出特點，能減少 LED 本身的功率損耗與熱量產生。
• 逆向電流 (I_R)：在逆向電壓 (V_R) 為 5V 時，最大值為 100 μA。低漏電流是理想的特性。
• 視角 (2θ_1/2)：40 度（最小值）。此為輻射強度降至其最大值（軸向）一半時的全角。40° 的廣視角能提供寬廣、均勻的照明，適用於接近感測器或區域照明等應用。

3. 分級系統說明

LTE-3371T 對其輻射輸出採用嚴謹的分級系統，從 Bin B 到 Bin G。此系統確保生產批次內的一致性，並讓設計師能選擇符合其特定光學功率需求的元件。

• 光學功率分級：主要的分級參數是輻射強度 (I_E) 與孔徑輻射照度 (E_e)。例如，Bin D 元件的典型 I_E範圍為 8.42-16.84 mW/sr，而 Bin G 元件的額定值為 30 mW/sr（最小值）。Bin G 未指定上限，表示其代表生產中性能最高的單元。
• 設計影響：設計系統時，指定分級代碼對於確保可預測的性能至關重要。使用較低等級的元件可能需要更高的驅動電流才能達到與較高等級相同的光學輸出，這會影響系統效率與熱設計。對於成本敏感的應用，較低等級可能已足夠，而高效能系統則需要 Bin E、F 或 G。
• 波長一致性：規格書指定單一峰值波長 (940nm) 且未分級，這表明對磊晶生長過程有嚴格控制，使得所有等級的光譜特性保持一致。

4. 性能曲線分析

提供的圖表提供了元件在非標準條件下行為的重要見解。

4.1 頻譜分佈 (圖 1)

此曲線確認了 940nm 的峰值發射以及約 50nm 的頻譜半高寬。其形狀是典型的 AlGaAs 基紅外線發射器。曲線顯示在可見光譜中的發射極少，證實了其隱蔽性。

4.2 順向電流 vs. 環境溫度 (圖 2)

此降額曲線對於熱管理至關重要。它顯示最大允許連續順向電流隨著環境溫度升高而降低。在 85°C 時，最大允許電流顯著低於 25°C 時的 100mA 額定值。設計師必須使用此圖表來確定其應用在最惡劣環境溫度下的安全工作電流。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓 (圖 3)

這是標準的 I-V 曲線，顯示了指數關係。此曲線讓設計師能估算任何給定工作電流下的電壓降與功率消耗 (V_F* I_F)，這對於選擇適當的限流電阻或驅動電路至關重要。

4.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度 (圖 4) 與順向電流 (圖 5)

圖 4 顯示光學輸出隨著溫度升高而降低（負溫度係數），這是 LED 的常見特性。圖 5 顯示輸出隨著電流呈超線性增加。雖然輸出隨電流增加而上升，但在極高電流下，效率常因熱量增加而下降。這些曲線有助於平衡輸出功率、效率與元件壽命之間的取捨。

4.5 輻射圖 (圖 6)

此極座標圖以視覺方式呈現視角。同心圓代表相對強度（從 0 到 1.0）。此圖確認了寬廣、近似朗伯（餘弦）的發射模式，強度在距中心軸約 ±20°（總共 40°）處降至峰值的一半。

5. 機械與封裝資訊

此元件採用標準穿孔式封裝，並配有透明樹脂透鏡。規格書中的關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位均為毫米，除非另有說明，標準公差為 ±0.25mm。
• 允許法蘭下方有最大 1.5mm 的樹脂凸出，設計 PCB 間隙與清潔時必須考慮此點。
• 引腳間距是在引腳離開封裝本體的點上量測，這對於 PCB 焊盤設計至關重要。
• 封裝包含一個法蘭，有助於焊接時的機械穩定性，並為方向提供視覺與物理參考。

極性識別：規格書暗示標準 LED 極性（通常，較長的引腳為陽極）。然而，設計師應始終查驗特定封裝圖面以確認陽極/陰極標記，通常由封裝法蘭上的平面或凹口表示。

6. 焊接與組裝指南

遵循這些指南對於可靠性至關重要。

• 焊接：絕對最大額定值規定引腳焊接溫度為 260°C，最長 5 秒，量測點距離封裝本體 1.6mm。這與標準波峰焊或手工焊接製程相容。對於迴流焊，應使用峰值溫度低於 260°C 且高於液相線時間有限的溫度曲線，以防止塑膠封裝或內部晶片接合受熱損壞。
• 操作：應遵守標準的 ESD（靜電放電）預防措施，因為半導體接面可能因靜電而損壞。
• 清潔：透明樹脂封裝可能對某些強效溶劑敏感。如果需要焊後清潔，應檢查相容性。
• 儲存：元件應在指定的溫度範圍內（-55°C 至 +100°C）儲存於低濕度、非腐蝕性環境中。若未在使用前烘烤，對濕氣敏感的元件應保存在含有乾燥劑的密封袋中。

7. 應用建議

7.1 典型應用情境

• 閉路電視/夜視紅外線照明：此類發射器陣列可用於為配備紅外線感測器的安防攝影機提供隱蔽照明。
• 接近與存在感測：搭配光電偵測器，此發射器可用於非接觸式開關、物體偵測與液位感測。
• 光學資料傳輸：由於其高脈衝電流能力，適用於短距離、低資料速率的紅外線通訊鏈路（例如，遙控器、工業遙測）。
• 工業自動化：用於光學編碼器、生產線上的物件計數以及遮斷光束感測器。

7.2 設計考量

• 電流驅動：LED 是電流驅動元件。應始終使用恆流源或與電壓源串聯的限流電阻。電阻值計算為 R = (V_supply- V_F) / I_F。使用規格書中的最大 V_F值，以確保在所有條件下電流不超過期望值。
• 熱管理：對於高電流（例如，>50mA）下的連續操作，需考慮功率消耗 (P_D= V_F* I_F)。確保 PCB 有足夠的銅箔面積（散熱焊盤）將熱量從引腳導出。請參考降額曲線（圖 2）。
• 光學設計：廣視角可能需要透鏡或反射器來將光線準直，以用於遠距離應用。對於漫射照明，廣視角則是有益的。
• 電氣保護：考慮在 LED 上串聯一個小值電阻以限制湧入電流，並在 LED 兩端並聯一個逆向偏壓保護二極體，以防驅動電路可能產生逆向電壓。

8. 技術比較與差異化

根據其規格，LTE-3371T 在以下幾個關鍵領域具有差異化優勢：

• 高電流能力：對於此類封裝風格的元件，2A 的峰值脈衝電流額定值顯著偏高，能實現非常明亮、短持續時間的脈衝，非常適合遠距離感測或通訊。
• 低順向電壓：對於高功率紅外線發射器而言，在 50mA 下典型的 V_F值 1.6V 相對較低。與具有較高 V_F.
• 的元件相比，這直接轉化為更高的電氣效率與更少的廢熱產生，以獲得相同的光學輸出。廣視角與透明封裝：
• 此組合提供了均勻、高效率的光輸出，沒有著色封裝的擴散效應，最大化總光通量輸出。工業級溫度額定：

-40°C 至 +85°C 的操作範圍使其適用於汽車與戶外應用，而標準商業級元件在這些應用中可能會失效。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

9.1 我可以直接從 5V 微控制器引腳驅動此 LED 嗎？不行，不能直接驅動。_F微控制器 GPIO 引腳通常只能提供有限的電流（例如，20-40mA），且無法提供所需的電壓餘裕。您必須使用驅動電路。最簡單的方法是串聯一個電阻：對於 5V 電源供應與目標 I_F為 50mA，使用最大 V²值 1.6V，R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω。電阻的功率額定值應為 P = I²R = (0.05)

* 68 = 0.17W，因此一個 1/4W 的電阻就足夠了。

9.2 輻射強度 (mW/sr) 與孔徑輻射照度 (mW/cm²) 有何不同？_E)輻射強度 (I是衡量光源在特定方向（通常是軸向）上，每單位立體角發射多少光學功率的指標。它描述了光束的集中度。孔徑輻射照度 (E是在特定距離（通常是垂直於光束放置的偵測器有效面積上）量測到的功率密度（單位面積功率）。對於給定的 LED，兩者相關，但 I_e)對於表徵光源本身更為基本，而 E_E對於計算特定偵測器上的訊號更為實用。_e9.3 為什麼光學輸出會隨著溫度升高而降低（圖 4）？

這是由於幾種半導體物理現象所致。主要是溫度升高增加了 LED 主動區內非輻射復合事件的機率。復合的電子-電洞對能量轉化為晶格振動（熱），而非產生光子（光）。這降低了元件的內部量子效率。此外，峰值發射波長可能會隨溫度輕微偏移。

10. 實務設計案例研究

情境：

設計一個短距離（1 公尺）紅外線接近感測器來偵測物體存在。發射器驅動：

• 使用 LTE-3371T（選擇 Bin D 以獲得良好輸出）。透過 MOSFET 開關，以 5V 電源供應，每 100ms 驅動一個 100mA、1ms 的脈衝（工作週期 1%）。平均電流為 1mA，遠在限制內。需要一個串聯電阻，阻值為 (5V - 2.1Vmax_{)/0.1A ≈ 30Ω。}偵測器：
• 使用頻譜響應峰值接近 940nm 的矽光電晶體或光電二極體。將其放置在距離發射器幾公分處，以避免直接耦合。光學：
• LTE-3371T 的 40° 廣視角非常適合在感測器對前方建立漫射的光幕。對於此短距離、漫射應用，不需要額外的透鏡。訊號處理：
• 偵測器的輸出將顯示一個基準水平（環境光），以及當發射的脈衝從附近物體反射時出現的峰值。同步偵測電路（僅在 1ms 脈衝期間尋找訊號）可以大幅提高對環境光雜訊的免疫力。11. 運作原理

LTE-3371T 是一種半導體發光二極體。其運作基於直接能隙半導體材料（可能是砷化鋁鎵）中的電致發光現象。當施加順向電壓時，電子從 n 型區域注入，電洞從 p 型區域注入到主動區（p-n 接面）。這些電荷載子復合，釋放能量。在像砷化鋁鎵這樣的直接能隙材料中，此能量主要以光子（光）的形式釋放。940nm 的特定波長由主動層中所用半導體材料的能隙能量決定，這是在磊晶生長過程中設計的。透明的環氧樹脂封裝用於保護半導體晶粒，為引腳提供機械支撐，並作為透鏡來塑造發射的光輸出。

12. 技術趨勢

紅外線發射器技術隨著更廣泛的光電趨勢持續演進。關鍵發展領域包括：

提高功率密度與效率：

• 磊晶生長與晶片設計的持續改進，旨在從給定的晶片尺寸中提取更多的光學功率，同時最小化順向電壓，直接提高流明每瓦（或電功率到光功率）的效率。先進封裝：
• 趨勢包括具有改善熱性能的表面黏著元件封裝（例如，板上晶片設計），允許更高的連續操作電流與更好的可靠性。也有針對特定光束模式開發整合透鏡或擴散器的封裝。多波長與 VCSEL：
• 對於飛行時間與光達等感測應用，垂直腔面發射雷射的發展顯著，其提供比 LTE-3371T 等傳統 LED 發射器更窄的頻譜寬度、更快的調變速度與更低的發散角。然而，對於許多應用，LED 仍然具有高成本效益且可靠。與驅動器整合：
• 存在朝向更智慧元件的趨勢，一些發射器在封裝內整合了簡單的驅動電路或保護功能（如 ESD 二極體）。LTE-3371T 專注於高電流脈衝能力、低 V

以及穩固的結構，在這個不斷演進的領域中代表了一個成熟且可靠的解決方案，特別適合需要具成本效益、高輸出紅外線照明的應用。_F, and robust construction, represents a mature and reliable solution within this evolving landscape, particularly suited for applications where cost-effective, high-output IR illumination is required.