LTE-R38386AS-S 紅外線發射器與接收器規格書 - 850nm 波長 - 3.6W 功率 - 3.1V 順向電壓 - 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元件的規格，專為需要可靠光源與感測能力的應用而設計。此元件整合了紅外線發射器與接收器，峰值波長為 850 奈米，專為要求高輸出與穩定運作的高效能應用所設計。

此元件的核心優勢在於將高功率紅外線發射器與相容的接收器整合於單一封裝中。此整合簡化了反射式或接近感測應用的設計。發射器具有高輻射強度與寬廣視角的特性，而接收器則提供訊號接收所需的靈敏度。本產品符合環保法規，為 RoHS 與綠色產品。

目標市場包括遙控系統、短距離無線資料傳輸、安全與警報系統，以及各種偏好使用紅外線技術的工業或消費性電子感測應用。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。不保證在此極限下或超過此極限的運作，為確保長期可靠性能，應避免此類操作。

• 功率消耗 (Pd)：3.6 瓦特。此為元件在環境溫度 (Ta) 25°C 下，能以熱能形式散發的最大功率。超過此值將導致接面溫度過度升高。
• 峰值順向電流 (I_FP)：5 安培。此為脈衝條件下（每秒 300 個脈衝，脈衝寬度 10μs）的最大允許電流。此值遠高於直流額定值，利用了元件的瞬態熱容量。
• 直流順向電流 (I_F)：1 安培。發射器可處理的最大連續順向電流。
• 逆向電壓 (V_R)：5 伏特。施加高於此值的逆向電壓可能導致半導體接面崩潰。
• 熱阻 (R_θJ)：9 K/W。此參數表示熱量從半導體接面傳遞到環境的效率。數值越低表示散熱效果越好。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件被指定可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。
• 紅外線焊接條件：封裝可承受最高 260°C 的峰值迴焊溫度，最長 10 秒。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下 (Ta=25°C) 量測，代表元件的典型性能。

• 輻射強度 (I_E)：630 mW/sr（典型值），於 I_F=1A 時。此為沿中心軸每單位立體角發射的光功率，表示光源的亮度。
• 總輻射通量 (Φ_e)：1340 mW（典型值），於 I_F=1A 時。此為所有方向發射的總光功率。
• 峰值發射波長 (λ_P)：850 nm（典型值）。光輸出功率達到最大值時的波長。
• 光譜線半高寬 (Δλ)：50 nm（典型值）。發射光譜在最大強度一半處的寬度，表示光譜純度。
• 順向電壓 (V_F)：3.1 V（典型值），範圍為 2.5V 至 3.6V，於 I_F=1A 時。元件在導通指定電流時的跨壓。
• 逆向電流 (I_R)：10 μA（最大值），於 V_R=5V 時。元件處於逆向偏壓時的小量漏電流。
• 上升/下降時間 (t_r/t_f)：30 ns（典型值）。光輸出從最大值的 10% 上升到 90%（或從 90% 下降到 10%）所需的時間。這決定了最大調變速度。
• 視角 (2θ_1/2)：90 度（典型值）。輻射強度為中心值 (0°) 一半時的全角。寬廣的視角對於需要廣泛覆蓋的應用有益。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數條特性曲線，對於理解元件在不同條件下的行為至關重要。

3.1 光譜分佈

光譜分佈曲線顯示相對輻射強度隨波長的變化。對於此元件，峰值中心在 850nm，典型半高寬為 50nm。此特性對於匹配配對接收器的光譜靈敏度，或確保與系統中光學濾波器的相容性非常重要。

3.2 順向電流 vs. 環境溫度

此降額曲線說明最大允許直流順向電流如何隨著環境溫度升高而降低。為防止超過最大接面溫度，在高溫環境下操作時必須降低驅動電流。曲線通常顯示從 25°C 時的額定電流線性下降到最大接面溫度時的零電流。

3.3 順向電流 vs. 順向電壓

I-V 曲線顯示順向電流與順向電壓之間的指數關係。在 1A 時典型的 V_F值 3.1V 是設計驅動電路和計算功率消耗 (P_d= V_F* I_F) 的關鍵參數。

3.4 相對輻射強度 vs. 順向電流和溫度

這些曲線顯示光輸出功率如何隨驅動電流和環境溫度變化。輸出通常隨電流線性增加到某一點，但在極高電流下，由於發熱，效率可能會下降。輸出也會隨著溫度升高而降低，這是因為內部量子效率降低。

3.5 輻射圖

極座標輻射圖直觀地呈現了視角。該圖確認了 90 度的半角，顯示了在不同離軸角度下的相對強度。這對於設計光學系統以及對準系統中的發射器和接收器至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 外型尺寸

元件以表面黏著封裝形式提供。外型圖指定了所有關鍵物理尺寸，包括長度、寬度、高度、引腳間距以及光學視窗的位置。除非另有說明，公差通常為 ±0.1mm。設計 PCB 佈局時，必須參考此圖。

4.2 建議焊接墊尺寸

提供了 PCB 的建議焊墊圖案（佈局）。這包括焊墊尺寸、形狀和間距，以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點並提供足夠的機械強度。遵循這些建議有助於防止墓碑效應和不良焊接。

4.3 極性識別

陰極在封裝圖中清晰標示。組裝時必須注意正確的極性，以防止元件損壞。提供的載帶與捲盤包裝也保持了一致的方向，以便於自動貼裝。

5. 焊接與組裝指南

5.1 儲存條件

此元件對濕氣敏感。未開封的包裝應儲存在 ≤30°C 和 ≤90% RH 的環境中，建議使用期限為一年。一旦防潮袋被打開，元件應儲存在 ≤30°C 和 ≤60% RH 的環境中。如果暴露在環境空氣中超過一週，則在焊接前需要在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時，以去除吸收的濕氣並防止迴焊過程中發生 "爆米花效應"。

5.2 迴焊溫度曲線

建議使用符合 JEDEC 標準的迴焊溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱：150–200°C，最長 120 秒，以逐漸加熱電路板並活化助焊劑。
• 峰值溫度：最高 260°C。超過 260°C 的時間應盡量縮短。
• 峰值時間：最長 10 秒。元件最多可承受此溫度曲線兩次。

具體的溫度曲線必須根據實際的 PCB 設計、錫膏和使用的迴焊爐進行特性化。

5.3 手工焊接

如果需要手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過 300°C，且每個焊點的接觸時間應限制在 3 秒內。此操作僅應執行一次。

5.4 清潔

如果需要焊後清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇。應避免使用強烈或侵蝕性的化學清潔劑。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 載帶與捲盤規格

元件以凸版載帶包裝，捲繞在 7 英吋的捲盤上。每捲包含 600 個元件。包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 標準。載帶有封蓋以保護元件，規格允許每捲最多有兩個連續缺失的元件。

6.2 料號

基礎料號為 LTE-R38386AS-S。訂購與識別時應使用此號碼。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

此元件適用於普通電子設備。對於驅動發射器，它是一個電流驅動元件。強烈建議使用電路模型 (A)：當多個元件並聯連接時，應為每個 LED 串聯一個限流電阻。這可以補償各個 LED 之間順向電壓 (V_F) 的自然差異，從而確保亮度均勻性。不建議使用電路模型 (B)：，即 LED 直接並聯而沒有各自的電阻，因為這可能導致顯著的亮度不匹配，以及具有最低 V_F.

的 LED 可能搶走大部分電流。

• 7.2 設計考量熱管理：
• 由於功率消耗高達 3.6W，PCB 上適當的熱設計至關重要。使用足夠的銅箔面積（散熱墊）連接到元件的引腳，以將熱量從接面導出。驅動電流選擇：
• 根據所需的輻射強度以及應用最高環境溫度的熱降額來選擇工作電流。不要超過 1A 的絕對最大直流電流。光學對準：
• 對於同時使用發射器和接收器的反射式感測應用，需要仔細的機械設計，以使接收器的視野與發射器的照明區域對準。電氣雜訊：

對於接收器端，需考慮環境光雜訊的可能性。規格書提到可以提供帶濾波器的光電二極體/電晶體用於此目的，但未具體說明此特定接收器是否包含濾波器。

7.3 應用限制

此元件不適用於故障可能危及生命或健康的應用，例如航空、交通控制、醫療或關鍵安全系統。對於此類應用，在設計導入前需要諮詢製造商。

8. 技術比較與差異化

• 雖然本規格書未提供與其他料號的直接比較，但可以推斷此元件的關鍵差異化特點：整合解決方案：
• 結合發射器與接收器，與採購分離元件相比，減少了零件數量並簡化了光學對準。高功率：
• 630 mW/sr 的輻射強度和 3.6W 的功率消耗額定值表明這是一款高輸出元件，適用於需要更長距離或更強訊號的應用。高速：
• 30 ns 的上升/下降時間支援高頻調變，適用於快速資料傳輸或脈衝操作。寬廣視角：

90 度的半角提供廣泛的覆蓋範圍，適用於接近感測或對準要求不那麼嚴格的應用。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以連續以 1A 驅動這個 LED 嗎？

答：可以，但前提是環境溫度為 25°C 或更低，並且您已實施足夠的散熱措施以將接面溫度保持在限制範圍內。在更高的環境溫度下，必須根據提供的曲線對電流進行降額。

問：輻射強度和總輻射通量有什麼區別？

答：輻射強度 (mW/sr) 量測特定方向（通常是軸向）每單位立體角的功率。總輻射通量 (mW) 量測所有方向發射的光功率總和。前者與聚焦應用相關，後者與總光輸出相關。

問：為什麼並聯的每個 LED 都需要串聯電阻？_F答：LED 的 V_F具有負溫度係數，且存在製造差異。如果沒有各自的電阻，V

稍低的 LED 將不成比例地吸收更多電流，導致亮度不均勻，並可能引發該元件的熱失控。

問：如何解讀 260°C 持續 10 秒的焊接條件？

答：這意味著元件封裝可以承受無鉛迴焊的高溫。您的迴焊爐溫度曲線應設計為使元件本體溫度不超過 260°C，並且在接近該峰值的幾度範圍內停留的時間少於 10 秒。

10. 實際應用範例

設計案例：自動水龍頭的接近感測器

在此應用中，發射器和接收器並排安裝在防水視窗後面。發射器持續發射出 850nm 紅外線光束。當手放在水龍頭下方時，紅外線光從手上反射回接收器。監控接收器輸出的微控制器偵測到訊號顯著增加，從而觸發水閥開啟。

1. 設計步驟：驅動電路：

2. 使用電路模型 (A)。使用恆流源或帶串聯電阻的電壓源將發射器電流設定為，例如 500mA，以提供強訊號，同時保持在限制範圍內。接收器介面：

3. 光電接收器（此封裝中可能是光電晶體）將以共射極配置連接，並帶有上拉電阻。當偵測到紅外線光時，集極電壓會下降。PCB 佈局：

4. 遵循建議的焊墊佈局。包含連接到元件接地引腳的大面積銅箔以利散熱。將類比感測走線遠離嘈雜的數位線路。光學/機械：

5. 設計外殼，使發射器的 90 度錐形光場與接收器的視野在所需的感測區域（例如，距離水龍頭頭部 5-15 公分）重疊。軟體：

在微控制器中實作濾波，以區分反射訊號與環境紅外線雜訊（例如來自陽光或加熱器）。

11. 運作原理

此元件包含兩個主要部分：紅外線發射器 (IRED)：

這通常是一個砷化鎵 (GaAs) 或砷化鋁鎵 (AlGaAs) 半導體二極體。當施加順向偏壓時，電子和電洞在主動區複合，以光子的形式釋放能量。材料成分 (AlGaAs) 經過設計，可產生波長約 850nm 的光子，此波長屬於近紅外光譜，人眼不可見。紅外線接收器：

這是一個由矽或其他對紅外線敏感的半導體材料製成的光電二極體或光電晶體。當具有足夠能量的光子撞擊接收器的主動區域時，會產生電子-電洞對。在光電二極體中，當施加逆向偏壓時，這會產生與光強度成正比的光電流。在光電晶體中，光電流充當基極電流，導致更大的集極電流流動，從而提供內部增益。

12. 技術趨勢

紅外線元件在與此產品類別相關的幾個方向上持續發展：提高效率：

持續的材料科學研究旨在提高 IRED 的電光轉換效率（光功率輸出 / 電功率輸入），在相同光輸出的情況下減少熱量產生和功耗。更高速度：

消費性電子產品（例如紅外線資料協會協定）對更快資料傳輸的需求，推動了具有更短上升/下降時間的元件發展，從而實現更高的頻寬通訊。微型化：

電子設備趨向小型化的趨勢，推動元件封裝尺寸不斷縮小，同時保持或提升性能。整合化：