LTE-R38386AS-ZF 紅外線發射器與偵測器規格書 - 850nm 波長 - 1A 順向電流 - 3.6V 最大電壓 - 3.6W 功率消耗

1. 產品概述

本文件提供一款分離式紅外線元件的完整技術規格，該元件專為需要高功率、高速度及廣視角的應用而設計。此裝置為一款峰值波長 850nm 的紅外線發射器，採用 AlGaAs 技術製造以實現高速性能。它是更廣泛產品線的一部分，該產品線包含多種紅外線發射器與偵測器，例如 GaAs 940nm 紅外線發光二極體、PIN 光電二極體及光電晶體。此元件設計符合 RoHS 規範，並歸類為綠色產品。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件的首要優勢包括高功率 LED 光源、高性能與長使用壽命，以及承受高驅動電流的能力。這些特性使其適用於嚴苛的紅外線應用。目標市場與應用主要集中於消費性及工業電子領域，特別是那些需要可靠紅外線信號傳輸的場合。

2. 深入技術參數分析

本節根據標準測試條件（TA=25°C）下所規定的參數，對裝置的關鍵電氣、光學及熱參數進行詳細且客觀的闡釋。

2.1 絕對最大額定值

此裝置設計在嚴格限制內運作，以確保可靠性並防止損壞。最大功率消耗為 3.6 瓦特。在脈衝條件下（每秒 300 個脈衝，10μs 脈衝寬度），可承受 5 安培的峰值順向電流，連續直流順向電流則為 1 安培。最大允許逆向電壓為 5 伏特。接面至環境的熱阻指定為 9 K/W，這對於熱管理設計至關重要。操作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C，儲存溫度範圍為 -55°C 至 +100°C。此元件可承受最高 260°C 的紅外線迴焊，時間最長為 10 秒。

2.2 電氣與光學特性

在 1A 順向電流（IF）的測試條件下，此裝置的輻射強度（IE）典型值為 320 mW/sr，最小值為 200 mW/sr。總輻射通量（Фe）典型值為 1270 mW。峰值發射波長（λPeak）為 850 nm，光譜線半高寬（Δλ）為 50 nm，定義了其光學頻寬。順向電壓（VF）範圍從 2.5V（最小）到 3.6V（最大），在 1A 電流下的典型值為 3.1V。在逆向電壓（VR）為 5V 時，逆向電流（IR）最大值為 10 μA。信號上升與下降時間（Tr/Tf）典型值為 30 奈秒（從 10% 量測至 90%）。視角（2θ1/2）為 150 度，其中 θ1/2 是指輻射強度為中心軸上值一半時的離軸角度。

3. 性能曲線分析

本規格書包含數條典型的特性曲線，這些曲線對於不同條件下的電路設計與性能預測至關重要。

3.1 光譜分佈

圖 1 顯示了相對輻射強度隨波長變化的關係。曲線中心位於 850 nm，確認了峰值發射波長，50 nm 的半高寬則顯示了所發射紅外線的光譜擴散範圍。

3.2 順向電流 vs. 環境溫度

圖 2 說明了允許順向電流與環境溫度之間的關係。這條降額曲線對於決定在高溫下的最大安全工作電流至關重要，以避免超過接面溫度限制。

3.3 順向電流 vs. 順向電壓

圖 3 呈現了 IV（電流-電壓）特性曲線。它顯示了典型的二極體非線性關係，用於計算功率消耗（Vf * If）以及設計適當的限流電路。

3.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度與順向電流

圖 4 和圖 5 分別描繪了光學輸出功率（相對於其在 IF=1A 時的值）如何隨環境溫度和順向電流變化。這些圖表有助於設計師了解不同操作條件下的效率變化與輸出穩定性。

3.5 輻射模式圖

圖 6 是一個極座標輻射圖，顯示了發射紅外線的空間分佈。寬闊且平滑的波瓣確認了 150 度的視角，這對於需要廣泛覆蓋或對準容差的應用非常重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 外型尺寸

本文件提供了元件的詳細機械圖。所有尺寸均以毫米為單位指定，除非另有說明，標準公差為 ±0.1 mm。圖中包含 PCB 焊盤設計與機械整合所需的關鍵特徵。

4.2 建議焊墊尺寸

提供了建議的 PCB 焊墊佈局圖，以確保在組裝過程中形成良好的焊點、機械穩定性及熱性能。建議遵循這些尺寸以實現可靠的製造。

4.3 極性識別

陰極在封裝尺寸圖中已明確標示。組裝時正確的極性方向對於裝置功能至關重要。

5. 焊接與組裝指南

正確的處理與組裝對於維持裝置可靠性與性能至關重要。

5.1 儲存條件

對於密封包裝，儲存溫度應在 30°C 或以下，相對濕度（RH）在 90% 或以下，建議在一年內使用。對於已開封的包裝，環境不應超過 30°C 或 60% RH。從原始包裝中取出的元件應在一週內進行迴焊。若需在原始包裝外長時間儲存，建議存放在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。在包裝外儲存超過一週的元件，在焊接前應在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時。

5.2 清潔

如需清潔，僅應使用酒精類溶劑，例如異丙醇。

5.3 焊接參數

提供了迴焊與手工焊接的詳細焊接條件。迴焊焊接：預熱溫度 150–200°C，最長 120 秒，峰值溫度不超過 260°C，最長 10 秒（最多允許兩次迴焊循環）。使用烙鐵時：最高溫度 300°C，每個引腳最長 3 秒。本文件參考 JEDEC 標準溫度曲線作為製程設定的基礎，並強調由於設計、焊膏和設備的差異，需要針對特定電路板進行特性分析。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 捲帶包裝尺寸

此元件以 7 吋捲盤供應，每捲 600 個。包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規範。提供了載帶與捲盤的詳細尺寸。注意事項指明空的元件凹槽會用蓋帶密封，且最多允許連續兩個缺失零件。

7. 應用說明與設計考量

7.1 預期用途與注意事項

此裝置預期用於辦公室、通訊及家庭應用中的普通電子設備。若需用於需要極高可靠性的應用，特別是故障可能危及生命或健康的場合（例如航空、醫療系統、安全裝置），使用前需進行諮詢。

7.2 驅動電路設計

由於 LED 是電流驅動裝置，當多個裝置並聯連接時，必須為每個 LED 串聯一個限流電阻。此做法在規格書中以電路模型 (A)圖示說明，對於確保所有 LED 的強度均勻性至關重要。沒有個別電阻的替代電路（電路模型 (B)）可能由於 LED 之間固有的順向電壓（Vf）分佈而導致亮度變化，造成電流不平衡。

7.3 熱管理

考慮到 3.6W 的功率消耗額定值及 9 K/W 的熱阻（Rθj），在 PCB 上進行有效的熱管理是必要的。設計師必須確保足夠的銅箔面積或散熱措施，以將接面溫度維持在安全限度內，特別是在高電流或高環境溫度下操作時，如降額曲線所示。

8. 技術比較與差異化

此 850nm AlGaAs 紅外線發光二極體定位於高速應用。與遙控器中常用的標準 940nm GaAs 紅外線發光二極體相比，850nm 波長在搭配矽基偵測器時（其在 800-900nm 附近具有較高靈敏度）可提供更好的性能，並常用於資料傳輸與監控系統。高功率輸出（典型值 320 mW/sr）與快速開關速度（典型值 30 ns）是那些需要強信號或高資料傳輸率應用的關鍵差異點。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：輻射強度（mW/sr）與總輻射通量（mW）有何不同？

答：輻射強度量測的是沿中心軸每單位立體角（球面度）發射的光功率，表示光束的集中程度。總輻射通量是所有方向上發射的總積分光功率。此裝置的 150° 廣視角意味著其總通量遠高於窄角發射器僅從軸向強度推斷的數值。

問：我可以用恆壓源驅動這個 LED 嗎？

答：不建議這樣做。LED 需要電流控制。順向電壓（Vf）有一個範圍（2.5V 至 3.6V）。設定在此範圍內的恆壓源可能導致不同元件間的電流變化過大，可能使某些元件過度驅動，造成亮度不一致或損壞。請務必使用串聯電阻或恆流驅動器。

問：如何解讀 150 度（2θ1/2）的視角？

答：視角是指輻射強度至少為峰值（軸上）強度一半的完整角度。因此，θ1/2 是離軸 75 度。光線在這個非常寬的 150 度錐形角內以有用的強度發射。

10. 設計與使用案例範例

案例 1：接近感測器 / 物體偵測：發射器可以與獨立的光電晶體或光電二極體偵測器配對使用。廣視角簡化了對準。物體通過發射器與偵測器之間會阻斷光束，觸發偵測信號。高功率允許更長的感測距離或在具有某些環境紅外線雜訊的環境中運作。

案例 2：簡易紅外線資料鏈路：快速的 30 ns 上升/下降時間使其能夠在高頻率（達 MHz 範圍）下調變，適用於短距離無線資料傳輸。透過微控制器或編碼器 IC 的調變電流驅動它，並使用帶有光電二極體的調諧接收電路，即可建立基本的序列通訊鏈路。

案例 3：用於照明的多發射器陣列：對於需要在紅外線光譜中進行區域照明的應用（例如，用於具有夜視功能的 CCTV 攝影機），可以在 PCB 上排列多個單元。驅動電路必須為每個發射器包含獨立的限流電阻（根據電路 A），以確保儘管 Vf 存在差異，整個陣列的輸出仍能均勻。

11. 運作原理

此裝置是一個紅外線發光二極體。它基於半導體 p-n 接面中的電致發光原理運作。當施加順向電流時，電子與電洞在活性區域（由 AlGaAs 製成）中復合，以光子的形式釋放能量。特定的材料成分（AlGaAs）與結構經過設計，使能隙對應於 850 奈米的光子波長，此波長位於電磁波譜的近紅外線區域，人眼不可見，但可被矽基感測器偵測到。

12. 產業趨勢與背景

紅外線元件持續朝著更高效率、更高速度及更高整合度的方向發展。趨勢包括開發 VCSEL（垂直共振腔面射型雷射）以實現更精確、高速的資料通訊（例如在 LiDAR 和光學資料鏈路中），以及將發射器與驅動器、偵測器與放大器整合到單一模組中。然而，像此類紅外線發光二極體的分離式元件，憑藉其成本效益、設計靈活性以及在從消費性電子到工業自動化和物聯網感測器等大量既有及新興應用中的可靠性，仍然至關重要。對 RoHS 和綠色產品合規性的關注反映了整個產業朝向環保製造的轉變。