LTE-C9501 紅外線發射器與偵測器規格書 - 940nm 波長 - 20mA 順向電流 - 1.2V 典型順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTE-C9501 是一款分離式紅外線元件，專為廣泛需要可靠紅外線發射與偵測的應用而設計。它是完整產品線的一部分，旨在滿足現代電子系統對高性能、緊湊封裝以及與自動化組裝製程相容的關鍵需求。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件的核心優勢包括符合 RoHS 與綠色產品標準，確保環境友善性。它以 7 英吋直徑捲盤上的 12mm 載帶形式供貨，完全相容於現代 PCB 組裝線使用的高速自動貼片設備。其封裝亦設計為相容於紅外線迴流焊接製程，此為表面黏著技術 (SMT) 的業界標準。其 EIA 標準封裝確保了與其他元件及設計資料庫的機械相容性。此裝置的目標市場包括消費性電子產品（如遙控器）、工業與商業系統（用於 IR 無線資料傳輸）以及安全系統（用於警報與感測功能）。

2. 深入技術參數分析

LTE-C9501 的性能由一組絕對最大額定值和詳細的電氣/光學特性所定義。理解這些參數對於可靠的電路設計至關重要。

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，並非用於正常操作。關鍵限制包括功耗 100 mW、脈衝條件下（300 pps，10 µs 脈衝）的峰值順向電流 800 mA，以及連續直流順向電流 60 mA。元件可承受高達 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，儲存溫度範圍更寬，為 -55°C 至 +100°C。元件可承受峰值溫度為 260°C、最長 10 秒的紅外線迴流焊接。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在標準環境溫度 25°C 下量測，定義了元件在典型操作條件下的性能。當以順向電流 (I_E) 20mA 驅動時，輻射強度 (I_F) 範圍從最小值 1.0 mW/sr 到最大值 6.0 mW/sr。峰值發射波長 (λ_p) 為 940 nm，位於近紅外線光譜，人眼不可見。光譜線半高寬 (Δλ) 典型值為 50 nm。順向電壓 (V_F) 典型值為 1.2V，在 I_F=20mA 時範圍從 1.1V 到 1.5V。當施加反向電壓 (V_R) 5V 時，反向電流 (I_R) 最大值為 10 µA。視角 (2θ_1/2) 為 20 度，定義了發射的紅外線輻射強度降至軸上值一半時的角度擴散範圍。

3. 分級系統說明

為確保生產中性能的一致性，LTE-C9501 根據其輻射強度被分選到不同的等級中。這使得設計師可以為其應用選擇符合特定輸出要求的元件。

3.1 輻射強度分級

分級代碼列表根據在 I_F=20mA 下量測到的最小與最大輻射強度，將裝置分為三組。A 級涵蓋強度從 1.0 到 2.0 mW/sr 的裝置。B 級涵蓋 2.0 到 3.0 mW/sr。C 級涵蓋 3.0 到 6.0 mW/sr。每個等級內的強度容差為 +/-15%。此分級系統有助於信號強度一致性至關重要的應用，例如資料傳輸鏈路或接近感測器。

4. 性能曲線分析

圖形資料提供了對裝置在不同條件下行為的更深入洞察，這對於穩健的系統設計至關重要。

4.1 光譜分佈

光譜分佈曲線（圖 1）顯示了相對輻射強度隨波長的變化。它確認了在 940 nm 處的峰值和 50 nm 的光譜半高寬，表明了發射紅外線的頻寬。此資訊對於匹配相應光電偵測器的光譜靈敏度以及濾除環境光雜訊非常重要。

4.2 順向電流 vs. 環境溫度

此曲線（圖 2）說明了允許的順向電流與環境溫度之間的關係。隨著溫度升高，由於半導體接面的熱限制，最大允許順向電流會降低。此降額曲線對於確保裝置在所有環境條件下均在其安全工作區 (SOA) 內運作至關重要。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓

IV 特性曲線（圖 3）顯示了順向電流與順向電壓之間的非線性關係。它有助於設計 LED 的限流電路。曲線的形狀是二極體的典型特徵，開啟電壓約為 1V。

4.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度與順向電流

圖 4 和圖 5 顯示了光學輸出功率如何隨溫度和驅動電流變化。輸出通常隨溫度升高而降低（圖 4），並隨驅動電流增加而增加（圖 5），儘管不一定是線性的。這些曲線對於在溫度變化的環境中補償輸出或設計恆亮度電路至關重要。

4.5 輻射圖型

極座標輻射圖（圖 6）以視覺方式呈現了視角。強度沿中心軸（0 度）最高，並對稱地降至軸線 +/-10 度處的一半值，確認了 20 度總視角的規格。此圖型對於遙控器或資料鏈路等系統中的光學對準非常重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

規格書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 ±0.1mm。封裝為標準 EIA 外形規格，具有水清塑膠透鏡用於頂視發射。

5.2 建議焊接墊佈局

提供了用於 PCB 佈局的建議焊墊設計。遵循這些尺寸可確保迴流焊期間形成良好的焊點、良好的機械強度以及元件的正確對準。

5.3 載帶與捲盤封裝尺寸

詳細圖紙顯示了用於自動化處理的載帶和 7 英吋捲盤的尺寸。載帶凹槽設計用於牢固地固定元件，並由頂部蓋帶密封。每捲包含 2000 個元件。包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規範，確保與標準貼片設備相容。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊參數

包含了針對無鉛製程的建議紅外線迴流焊溫度曲線。關鍵參數包括預熱區 150-200°C、預熱時間最長 120 秒、峰值溫度不超過 260°C，以及高於此峰值的時間最長 10 秒。此曲線基於 JEDEC 標準，旨在確保可靠的焊接而不損壞元件。需強調的是，最佳曲線可能因具體的 PCB 設計、焊錫膏和使用的爐子而異。

6.2 儲存條件

對於未開封、帶有乾燥劑的防潮包裝，元件應儲存在 30°C 或以下、相對濕度 90% 或以下的環境中，建議使用期限為一年。一旦原始包裝被打開，儲存環境不應超過 30°C 或 60% 相對濕度。從原始包裝中取出的元件，理想情況下應在一週內進行迴流焊接。若需在原始包裝袋外長時間儲存，應將其保存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥器中。在原始包裝外儲存超過一週的元件，在組裝前應在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時，以去除吸收的水分並防止迴流焊期間發生 "爆米花效應"。

6.3 清潔

如果焊接後需要清潔，建議使用酒精類溶劑，例如異丙醇。

6.4 手動焊接

如果需要使用烙鐵進行手動焊接，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最長 3 秒。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

LTE-C9501 適用於消費性電子產品（電視、音響系統）遙控器中的紅外線發射器。它也適用於短距離 IR 無線資料傳輸系統，例如一些舊式資料鏈路或簡單的感測器遙測。此外，它還可用於安全警報系統中，作為紅外線光束遮斷感測器的一部分，或用於接近感測應用。

7.2 設計考量

電流驅動：始終使用串聯限流電阻或恆流驅動器來設定順向電流 (I_F)。切勿超過直流或脈衝電流的絕對最大額定值。高溫操作時請參考降額曲線。
光學設計：在設計透鏡或反射器以準直或聚焦 IR 光束時，請考慮 20 度的視角。對於接收端，請確保配對的光電偵測器（光電二極體或光電晶體）在 940 nm 附近具有適當的光譜靈敏度。
電氣設計：儘管裝置可耐受 5V 反向電壓，但它並非設計用於反向偏壓操作。請確保電路設計能防止在正常操作或暫態期間施加顯著的反向電壓。
熱管理：確保 PCB 佈局提供足夠的散熱措施，尤其是在接近最大電流額定值下操作時，以防止過熱和過早劣化。

7.3 注意事項與可靠性

此元件適用於標準電子設備。對於需要極高可靠性、且故障可能危及生命或健康的應用（例如航空、醫療設備、安全系統），需要進行具體的諮詢和資格認證。始終遵守指定的儲存、處理和焊接條件，以保持元件的可靠性和性能。

8. 技術比較與差異化

雖然規格書聚焦於單一型號，但 LTE-C9501 在其類別中的關鍵差異化因素包括其特定的 940nm 波長，這在輸出功率和與矽光電偵測器的相容性之間提供了良好的平衡，同時比 850nm 光源更不易被察覺。水清透鏡（相對於有色透鏡）最大化了光輸出。其封裝和與自動化 SMT 製程的相容性使其適合大批量製造。輻射強度等級的可用性允許根據所需的信號強度進行設計靈活性和成本優化。

9. 常見問題 (FAQ)

問：940nm 波長的目的是什麼？
答：940nm 紅外線光對人眼不可見，使其非常適合遙控器和安全系統中的隱蔽操作。它也能被常見的矽光電二極體和光電晶體有效偵測。

問：我可以直接從 3.3V 或 5V 微控制器引腳驅動這個 LED 嗎？
答：不行。您必須使用一個串聯的限流電阻。使用歐姆定律計算電阻值：R = (V_電源- V_F) / I_F。例如，使用 3.3V 電源，V_F=1.2V，且 I_F=20mA：R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 歐姆。使用下一個標準值，例如 100 歐姆。

問：輻射強度 (mW/sr) 和發光強度有什麼區別？
答：輻射強度量測的是每單位立體角的光功率（以瓦特為單位），與所有波長相關。發光強度則根據人眼的靈敏度進行加權，用於可見光。由於這是紅外線裝置，輻射強度是正確的度量標準。

問：為什麼儲存濕度敏感性很重要？
答：塑膠封裝的 SMD 元件會從空氣中吸收水分。在迴流焊接的高溫過程中，這些被困住的水分會迅速蒸發，導致內部分層或破裂（"爆米花效應"），從而可能損壞裝置。正確的儲存和烘烤可以防止這種情況。

10. 實務設計與使用範例

範例 1：用於遙控器的簡單 IR 發射器：將 LTE-C9501 與一個 38kHz 調變 IC（或產生 38kHz PWM 信號的微控制器）和一個電晶體開關配對。限流電阻將 I_F設定為 20-40mA 以獲得良好的範圍。20 度的光束為指向設備的遙控器提供了合理的覆蓋區域。

範例 2：IR 接近感測器：將一個 LTE-C9501 發射器和一個匹配的光電晶體並排放置，面向同一方向。從前方經過的物體會將 IR 光反射回偵測器。使用發射器的脈衝操作和接收器電路中的同步偵測來抑制環境光。分級系統允許為所需的感測距離選擇具有足夠輸出的發射器。

範例 3：資料鏈路：對於短距離的簡單串列資料傳輸，通過電流增強電路用資料信號驅動 LED。基礎半導體材料的高速能力（由產品線描述暗示）支援資料調變。接收端將使用帶有跨阻放大器的匹配光電二極體。

11. 工作原理簡介

LTE-C9501 作為紅外線發射器，是一個發光二極體 (LED)。其核心是一個半導體晶片，通常由砷化鎵 (GaAs) 製成，用於 940nm 發射。當在 P-N 接面上施加順向電壓時，電子和電洞重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。半導體的特定材料組成（能隙）決定了發射光的波長，在本例中為紅外線區域的 940nm。水清環氧樹脂封裝保護晶片，提供機械保護，並包含一個透鏡，將發射的光塑造成指定的 20 度視角圖型。

12. 技術趨勢與背景

像 LTE-C9501 這樣的分離式紅外線元件仍然是電子學中的基本構建模組。影響此領域的關鍵趨勢包括對小型化和更高整合度的持續需求，從而導致可能將發射器和偵測器整合在單一外殼中的組合封裝。同時也朝著更高效率（每單位電輸入獲得更多光輸出）和更高速度以實現更快資料傳輸的方向發展。如本元件所示，採用無鉛和符合 RoHS 的製造流程現已成為普遍標準。此外，與自動化貼片和迴流焊接的相容性對於具成本效益的大規模生產至關重要。雖然特定應用積體電路 (ASIC) 和模組變得越來越普遍，但分離式元件提供了設計靈活性、規模化成本優勢，並且通常是客製化或優化光學設計的首選解決方案。