紅外線發射二極體 940nm 側視型規格書 - 3.0x2.8x1.9mm - 順向電壓 1.2V - 輻射強度 3.0mW/sr - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款分離式紅外線發射元件的規格。此元件專為需要可靠紅外線訊號傳輸的應用而設計，其峰值發射波長為 940nm。其主要功能是將電流轉換為紅外線輻射，使其成為非可見光通訊與感測系統中的關鍵元件。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件兼具高效能與量產性。主要優勢包括與自動貼裝設備及紅外線迴焊製程的相容性，能簡化大量組裝流程。其側視型封裝搭配透明圓頂透鏡，提供寬廣視角，適用於發射方向與安裝 PCB 平行的應用。主要目標市場包括消費性電子產品的遙控功能、短距離無線資料傳輸系統，以及各種安防與警報感測應用。

2. 技術參數深度解析

以下章節將根據標準測試條件（TA=25°C），對元件關鍵規格進行詳細、客觀的詮釋。

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應力極限。不保證在或超過此極限下運作。關鍵限制包括功耗 100mW、脈衝條件下（300pps，10µs 脈衝寬度）的峰值順向電流 1A，以及連續直流順向電流 50mA。元件可承受最高 5V 的反向電壓，但並非設計用於反向操作。工作溫度範圍指定為 -40°C 至 +85°C。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了元件在正常工作條件下的性能。當以順向電流（I_E）20mA 驅動時，輻射強度（I_F）最小值為 3.0 mW/sr。順向電壓（V_F）典型值為 1.2V，在 20mA 時最大值為 1.5V。峰值發射波長（λ_p）中心位於 940nm，屬於近紅外線光譜，人眼不可見。視角（2θ_1/2）為 45 度，定義為輻射強度降至軸上值一半時的全角。

3. 分級系統說明

此元件根據其輻射強度輸出分為不同等級。這讓設計師能為其應用選擇具有一致光功率的元件。提供的等級代碼為 J、K 和 L。例如，J 等級的元件在 20mA 下測量時，輻射強度介於 3.0 至 4.5 mW/sr 之間。K 等級範圍為 4.0 至 6.0 mW/sr，L 等級則至少為 5.0 mW/sr。每個等級的測試容差為 ±15%。

4. 性能曲線分析

規格書包含數條典型特性曲線，用以說明元件在不同條件下的行為。

4.1 光譜分佈

光譜分佈曲線顯示相對輻射強度隨波長的變化。它確認了 940nm 的峰值，並說明了光譜頻寬，典型半高寬（Δλ）為 50nm。此資訊對於將發射器與相應光電偵測器的光譜靈敏度匹配至關重要。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓

此 IV 曲線描繪了順向電流與二極體兩端順向電壓降之間的關係。它是非線性的，為半導體二極體的典型特性。理解此曲線對於設計適當的限流驅動電路至關重要，以確保穩定運作並防止熱失控。

4.3 溫度相依性

提供了顯示順向電流和相對輻射強度隨環境溫度變化的曲線。這些圖表顯示順向電壓具有負溫度係數（隨溫度升高而降低），而光輸出功率通常隨溫度升高而降低。這是在極端熱環境下運作的應用需要考量的關鍵因素。

4.4 輻射圖型

極座標輻射圖直觀地呈現了發射紅外線的空間分佈。側視型封裝產生類似朗伯分佈的圖型，強度在垂直於晶片的方向最高，並向邊緣逐漸減弱，從而定義了 45 度的視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

此元件為 EIA 標準表面黏著封裝。關鍵尺寸包括本體長度約 3.0mm、寬度 2.8mm、高度 1.9mm。提供了帶有公差（除非另有說明，否則為 ±0.1mm）的詳細圖面，供 PCB 焊墊設計使用。

5.2 焊接墊佈局

指定了 PCB 的建議焊墊圖案（焊接墊設計）。這包括焊墊尺寸和間距，以確保迴焊期間形成可靠的焊點。建議包括使用厚度為 0.1mm（4 mils）或 0.12mm（5 mils）的金屬鋼網來塗佈焊錫膏。

5.3 極性識別

陰極通常標示在封裝上。應查閱規格書圖表以識別極性，這對於組裝時的正確方向至關重要，以確保元件正常運作。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊焊接參數

此元件與紅外線迴焊製程相容，特別適用於無鉛焊料。提供了建議的迴焊溫度曲線，關鍵參數包括預熱區（150-200°C）、峰值溫度不超過 260°C，以及高於 260°C 的時間限制在最多 10 秒。溫度曲線應符合 JEDEC 標準。

6.2 儲存條件

此元件對濕氣敏感，等級為 3 級。若原裝防潮袋未開封，應儲存在 ≤ 30°C 且 ≤ 90% RH 的環境中，並在一年內使用。一旦開封，元件應儲存在 ≤ 30°C 且 ≤ 60% RH 的環境中。若需在原包裝外長期儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器。暴露超過一週的元件在焊接前應在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時，以防止迴焊時發生爆米花效應。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇。強烈或侵蝕性化學品可能會損壞封裝或透鏡。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件以 8mm 寬的載帶供應，捲繞在直徑 13 英吋的捲盤上。每捲包含 6000 個元件。包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規格。載帶中允許連續缺失元件的最大數量為兩個。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

主要應用是作為消費性電子產品（電視、音響系統、空調）遙控器中的紅外線發射器。它也適用於短距離紅外線資料傳輸（例如，類似 IrDA 的通訊）、安防警報中的入侵偵測，以及必須避免可見光干擾的物體感測。

8.2 設計考量

驅動電路：LED 是電流驅動元件。必須使用串聯限流電阻或恆流驅動電路來設定工作點（例如 20mA），並保護元件免於過電流。其低順向電壓允許其透過簡單的電阻直接由低壓邏輯電路（3.3V、5V）驅動。

熱管理：雖然功耗低，但確保陰極焊墊有足夠的 PCB 銅箔面積有助於散熱，特別是在高環境溫度條件下或連續運作時，以維持輸出穩定性與使用壽命。

光學對準：當紅外線訊號需要平行於 PCB 表面發射時，側視型外型是理想的選擇。需要適當的外殼機械設計，為紅外線光束提供無阻礙的路徑。

9. 技術比較與差異化

與標準 LED 相比，此元件發射紅外線光譜（940nm），使其不可見。與其他紅外線發射器相比，其主要差異點包括針對特定安裝方向的側視型封裝、相對寬廣的 45 度視角以提供良好覆蓋範圍，以及符合 RoHS 與綠色產品標準。採用 GaAs 材料實現 940nm 發射，為常見的遙控應用提供了效率與成本的良好平衡。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：如果元件不用於反向操作，5V 反向電壓額定值的目的是什麼？

答：此額定值表示二極體接面在電路中偶發或意外反向連接時，能夠承受而不擊穿的最大反向偏壓。它是一個穩健性規格，而非操作條件。

問：如何選擇正確的等級代碼？

答：根據您應用鏈路預算（距離、接收器靈敏度）所需的最低輻射強度來選擇。L 等級提供最高的保證輸出。對於成本敏感且可接受較低強度的應用，J 或 K 等級可能適合。

問：我可以用電壓源直接驅動它嗎？

答：不行。順向電壓會隨溫度及個別元件而變化。由於二極體的指數型 I-V 特性，即使使用典型的 1.2V 恆定電壓驅動，也可能導致過大電流和元件故障。務必使用限流方案。

11. 實務設計與使用案例

案例：設計一個簡單的紅外線遙控發射器。

一個常見的用例是將按鍵按下編碼為調變的紅外線訊號。可以使用微控制器 GPIO 腳位產生載波頻率（例如 38kHz）和調變模式。此訊號驅動一個與紅外線發射器串聯的電晶體開關（例如 NPN 或 N 通道 MOSFET）。發射器的陽極透過電晶體連接到電源電壓（例如，來自兩顆 AA 電池的 3V），陰極連接到地。與發射器串聯的電阻將脈衝電流設定為，例如 20mA。側視型封裝允許遙控器設計成 PCB 平行於前面板，並為紅外線光束開一個視窗。

12. 工作原理簡介

紅外線發射器是一種由砷化鎵（GaAs）等材料製成的半導體 p-n 接面二極體。當施加順向偏壓時，來自 n 區的電子和來自 p 區的電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子復合時，會釋放能量。在發光二極體中，此能量以光子（光）的形式釋放。半導體材料（此處為 GaAs）的特定能隙決定了發射光子的波長，對於此元件而言，波長位於紅外線區域（940nm）。

13. 產業趨勢與發展

分離式紅外線元件的趨勢持續朝向更高效率（每輸入瓦特產生更多輻射輸出）發展，這使得可攜式裝置的電池壽命更長。同時也在推動封裝微型化，同時維持或改善光學性能。此外，整合驅動器或邏輯以簡化系統設計的元件變得越來越普遍。標準 940nm 發射器的基礎技術已成熟，但製程改進的重點在於提高良率、一致性（更嚴格的分級）以及為大量消費市場降低成本。