LTE-3277 高速高功率紅外線發射器與偵測器規格書 - 透明封裝

1. 產品概述

LTE-3277 是一款高效能光電元件，專為需要快速響應時間與顯著輻射輸出的應用而設計。其核心優勢在於結合了高速運作與高輻射強度，使其適用於脈衝驅動系統。此元件採用透明封裝，對於需要精確光學對準或封裝對發射/偵測光線干擾最小的應用非常有利。目標市場包括工業自動化、通訊系統（如紅外線資料傳輸）、感測應用以及安全系統，這些領域皆對可靠的紅外線信號發送或偵測至關重要。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不建議在接近或達到這些極限的條件下持續運作。

• 功率消耗 (P_D):120 mW。這是元件在任何操作條件下所能承受的最大總散熱功率。
• 峰值順向電流 (I_FP):1 A。此高電流額定值僅適用於脈衝條件下（每秒 300 個脈衝，脈衝寬度 10 µs）。它突顯了元件進行短暫、高強度光脈衝的能力。
• 連續順向電流 (I_F):100 mA。這是可以持續施加於元件的最大直流電流。
• 逆向電壓 (V_R):5 V。超過此逆向電壓可能導致崩潰。
• 操作與儲存溫度：-40°C 至 +85°C。此寬廣範圍確保了在嚴苛環境條件下的可靠性。
• 引腳焊接溫度：距離本體 1.6mm 處，260°C 持續 6 秒。這對於 PCB 組裝製程至關重要，以防止熱損傷。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在環境溫度 (T_A) 為 25°C 時所指定，定義了元件的典型性能。

• 輻射強度 (I_E):在 I_F= 20mA 時，20 mW/sr (最小值)，36 mW/sr (典型值)。此參數量測每單位立體角發射的光功率，代表其亮度。
• 峰值發射波長 (λ_P):865 nm (典型值)。這使元件位於近紅外線光譜，人眼不可見，但可被矽光二極體偵測。
• 光譜線半高寬 (Δλ)：25 nm (典型值)。這表示發射光的光譜純度或頻寬。
• 順向電壓 (V_F):在 I_F= 20mA 時，1.45V (典型值)，1.65V (最大值)。這是元件導通時的跨壓。
• 順向電壓變化 (ΔV_F):0.4V (最大值)。定義為 V_F@50mA - V_F@20mA，它表示動態電阻特性。
• 逆向電流 (I_R):在 V_R= 5V 時，10 µA (最大值)。這是元件處於逆向偏壓時的漏電流。
• 視角 (2θ_1/2):25° (最小值)，30° (典型值)。這是輻射強度降至峰值一半時的全角，定義了光束的擴散範圍。
• 晶粒中心：0 至 0.12 mm。這指定了半導體晶粒在封裝內位置的公差，對於光學對準很重要。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數張圖表來說明關鍵關係。這些對於電路設計和理解非標準條件下的性能至關重要。

3.1 光譜分佈圖 (圖 1)

此曲線顯示相對輻射強度隨波長的變化。它確認了大約 865 nm 的峰值和 25 nm 的半高寬，提供了對光譜特性的深入瞭解，有助於濾波器和接收器的選擇。

3.2 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。它顯示了最大允許連續順向電流如何隨著環境溫度升高而降低，確保元件保持在安全操作區域 (SOA) 和功率消耗限制內。

3.3 順向電流 vs. 順向電壓 (圖 3)

這是標準的 I-V 特性曲線。它展示了電流與電壓之間的指數關係，這是設計驅動電路（無論是恆流還是脈衝）的基礎。

3.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度 (圖 4) 與順向電流 (圖 5)

圖 4 顯示了在固定驅動電流（例如 20mA）下，光輸出功率如何隨著溫度升高而降低。此溫度係數對於需要穩定輸出的應用至關重要。圖 5 顯示了輸出功率如何隨著驅動電流增加而增加，突顯了非線性關係以及在高電流下的飽和效應。

3.5 輻射圖 (圖 6)

此極座標圖直觀地表示了視角 (2θ_1/2≈ 30°)。同心圓代表相對強度等級（例如 1.0, 0.8, 0.6...）。此圖對於設計光學系統、透鏡以及理解發射光的空間分佈至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

此元件採用標準穿孔式封裝。規格書中的關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米（括號內為英吋）。
• 除非另有說明，否則適用 ±0.25mm(.010") 的一般公差。
• 法蘭下方樹脂的最大突出量為 1.5mm(.059")。
• 引腳間距是在引腳離開封裝本體的位置量測。

透明封裝材料能最小化對發射紅外線的吸收，並允許目視檢查內部晶粒。

4.2 極性辨識

對於標準 LED 封裝，較長的引腳通常代表陽極（正極），較短的引腳或封裝邊緣的平面側代表陰極（負極）。設計人員必須查閱具體的封裝圖紙以進行明確辨識。

5. 焊接與組裝指南

引腳焊接的絕對最大額定值已明確給出：距離封裝本體 1.6mm (0.063 英吋) 處，最高 260°C，持續時間最長 6 秒。此參數對於波峰焊或手工焊接製程至關重要。

• 迴流焊：雖然未明確說明適用於 SMD，但 260°C 的限制表明與許多無鉛迴流焊溫度曲線相容，前提是需仔細控制峰值溫度和液相線以上時間，使封裝介面處的引腳溫度保持在規格內。
• 注意事項：避免對引腳施加機械應力。焊接時使用適當的散熱措施。切勿超過指定的溫度和時間。
• 儲存條件：在指定的溫度範圍內（-40°C 至 +85°C）儲存於乾燥、防靜電的環境中，以防止吸濕（可能導致迴流焊時產生爆米花現象）和靜電放電損壞。

6. 應用建議

6.1 典型應用情境

• 紅外線資料傳輸：其高速能力使其適用於符合 IrDA 標準的資料鏈路、遙控器和短距離無線通訊。
• 工業感測：用於自動化中的接近感測器、物體偵測、計數系統和邊緣偵測。透明封裝具有優勢。
• 安全系統：可用於入侵警報的遮斷光束偵測器，或作為搭配紅外線敏感攝影機的 CCTV 照明用不可見光源。
• 光學開關與編碼器：快速響應時間非常適合偵測位置或速度的快速變化。

6.2 設計考量

• 驅動電路：對於脈衝操作（利用 1A 峰值電流），需要快速切換的電晶體或 MOSFET 驅動電路。直流操作時必須使用限流電阻，以防止超過 100mA 的連續電流。
• 熱管理：即使最大消耗功率為 120mW，若在接近最大額定值（特別是在高環境溫度下）運作，仍需確保足夠的 PCB 銅箔面積或散熱措施。請參考降額曲線（圖 2）。
• 光學設計：在搭配透鏡、光圈或接收器時，必須考慮 30° 視角和輻射圖（圖 6），以實現所需的光束形狀和偵測靈敏度。
• 接收器配對：當用作發射器時，將其與對 865 nm 附近波長敏感的偵測器（光二極體或光電晶體）配對，以獲得最佳系統性能。

7. 技術比較與差異化

與標準紅外線 LED 相比，LTE-3277 主要透過其高速與高功率能力，以及透明封裝來實現差異化。許多標準紅外線 LED 具有較低的峰值電流額定值和較慢的上升/下降時間，限制了它們在高頻寬脈衝應用中的使用。1A 峰值電流與適用於脈衝操作的結合，表明其半導體設計和封裝針對短脈衝期間的快速散熱進行了優化，從而實現更亮、更快的信號。

8. 常見問題 (基於技術參數)

問：我可以直接用 5V 電源驅動這個 LED 嗎？
答：不行。您必須使用串聯的限流電阻。例如，要從 5V 電源實現 I_F=20mA，且 V_F~1.5V：R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω。使用下一個標準值（例如 180Ω）並檢查電阻的功率消耗。

問：適用於脈衝操作在實務上意味著什麼？
答：這意味著半導體接面和封裝設計用於處理非常高的瞬時電流（高達 1A），持續時間極短（10µs），而不會劣化，從而實現比其直流額定值所暗示的更高的峰值光輸出。這對於在脈衝系統中實現長距離或高信噪比至關重要。

問：為什麼視角很重要？
答：它決定了發射光的空間覆蓋範圍。窄視角（如 30°）產生更聚焦的光束，適合長距離、定向通訊。寬視角則更適合短距離、廣區域的照明或感測。

9. 實用案例範例

設計接近感測器：LTE-3277 可用作反射式接近感測器中的發射器。它將以低工作週期（例如 1%）進行 10µs、1A 的脈衝驅動。放置在附近的匹配偵測器將偵測從物體反射回來的紅外線。偵測到的脈衝時序和幅度指示了物體的存在和大致距離。高峰值功率確保了強勁的回傳信號，而透明封裝不會衰減發射或反射的光線。電路必須包含用於高電流脈衝的驅動器和用於偵測器信號的靈敏放大器。

10. 工作原理

LTE-3277 作為紅外線發射器運作時，其原理基於半導體 p-n 接面的電致發光。當施加順向偏壓（陽極相對於陰極為正）時，電子和電洞被注入接面。它們的復合以光子的形式釋放能量。所選用的特定半導體材料（通常是砷化鋁鎵 - AlGaAs）旨在產生能量對應於紅外線的光子，峰值波長約為 865 nm。高速指的是接面能夠開啟和關閉的快速速率，這取決於載子壽命和電路電容。

11. 技術趨勢

在紅外線光電領域，趨勢包括開發具有更高調變速度的元件以用於資料通訊（例如 Li-Fi 或高速工業匯流排）、提高功率效率（每 mA 電流產生更多 mW/sr），以及將發射器和偵測器整合到多元件陣列中，或與驅動 IC 結合在智慧感測器模組中。同時也推動表面黏著元件 (SMD) 封裝的小型化，同時保持或改善熱性能。透明封裝的趨勢支援了需要精確光學耦合和最小信號損耗的應用。