紅外線發射器與偵測器 LTE-C9511-E 規格書 - 940nm 波長 - 20mA 順向電流 - 1.5V 順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款適用於需要可靠紅外線發射與偵測應用之獨立式紅外線元件的規格。此元件為表面黏著型元件，峰值波長為940nm，適用於多種光電系統。

1.1 產品特點

• 符合RoHS與綠色產品標準。
• 包裝於8mm載帶，並捲繞於7吋直徑捲盤上，適用於自動化組裝。
• 相容於自動貼裝設備與紅外線迴焊製程。
• 標準EIA封裝尺寸。
• 峰值發射波長 (λp) 為940nm。
• 採用透明塑膠封裝，頂部具有透鏡。
• 濕度敏感等級 (MSL) 為3級。

1.2 應用領域

• 遙控器之紅外線發射器。
• 用於接近感測、資料傳輸或安全警報之PCB安裝紅外線感測器。

2. 外型尺寸

本元件遵循標準表面黏著元件封裝外型。所有主要尺寸均於規格書圖面中提供，標準公差為±0.15mm，除非另有註明。此封裝設計旨在確保於印刷電路板上可靠地貼裝與焊接。

3. 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。所有數值均在環境溫度 (TA) 25°C下指定。

• 功率消耗 (Pd)：100 mW
• 峰值順向電流 (IFP)：1 A (脈衝條件下：300 pps，10μs脈衝寬度)
• 直流順向電流 (IF)：50 mA
• 逆向電壓 (VR)：5 V
• 操作溫度範圍 (Topr)：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度範圍 (Tstg)：-55°C 至 +100°C
• 紅外線迴焊條件：最高峰值溫度260°C，持續10秒。

4. 電氣與光學特性

典型性能參數是在TA=25°C及指定測試條件下量測所得，提供預期的操作行為。

• 輻射強度 (I_E)：在 I_F= 20mA 時，最小值4.0，典型值6.0 mW/sr。
• 峰值發射波長 (λ_Peak)：在 I_F= 20mA 時，典型值940 nm。
• 光譜線半高寬 (Δλ)：在 I_F= 20mA 時，典型值50 nm。
• 順向電壓 (V_F)：在 I_F= 20mA 時，典型值1.2，最大值1.5 V。
• 逆向電流 (I_R)：在 V_R= 5V 時，最大值10 μA。
• 視角 (2θ_1/2)：最小值20，典型值25度。θ_1/2為輻射強度降至軸向值一半時的離軸角度。

4.1 分級代碼列表

元件根據在20mA下量測的輻射強度進行分級，以確保應用設計的一致性。

• 分級代碼 K：4 至 6 mW/sr
• 分級代碼 L：5 至 7.5 mW/sr
• 分級代碼 M：6 至 9 mW/sr
• 分級代碼 N：7 至 10.5 mW/sr

5. 典型性能曲線

以下曲線說明元件在不同條件下的行為，為電路設計提供更深入的見解。

5.1 光譜分佈

光譜輸出曲線顯示了各波長的相對輻射強度，以940nm峰值為中心，典型半高寬為50nm，定義了紅外光的光譜純度。

5.2 順向電流 vs. 順向電壓

此IV曲線描繪了施加的順向電流與元件兩端產生的電壓降之間的關係，對於確定所需的驅動電壓與功率消耗至關重要。

5.3 順向電流 vs. 環境溫度

此圖表顯示了隨著環境溫度升高，最大允許連續順向電流的降額情況，對於熱管理與可靠性至關重要。

5.4 相對輻射強度 vs. 順向電流

說明光學輸出功率如何隨驅動電流增加而變化，有助於針對所需亮度/強度優化電流設定。

5.5 相對輻射強度 vs. 環境溫度

顯示了隨著接面溫度升高，光學輸出的典型衰減情況，這是在不同熱環境下運作的應用需要考慮的關鍵因素。

5.6 輻射模式圖

一個極座標圖，表示發射的紅外線輻射的角度分佈，其特徵為典型的25度視角。這定義了發射錐角，對於將發射器與偵測器對準至關重要。

6. 機械與包裝資訊

6.1 建議焊接墊佈局

提供了建議的PCB焊墊尺寸，以確保在迴焊過程中形成良好的焊點、機械穩定性與散熱。

6.2 載帶與捲盤包裝尺寸

詳細圖面指定了與標準SMD組裝設備相容的載帶尺寸、口袋間距與捲盤規格。

• 捲盤直徑：7 英吋。
• 每捲數量：1500 個。
• 包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規範。

7. 組裝與處理指南

7.1 儲存條件

由於其濕度敏感等級為3級，必須遵循特定的儲存程序。未開封、工廠密封並附有乾燥劑的包裝應儲存在30°C以下、相對濕度90%以下的環境中，並在一年內使用。開封後，元件應儲存在30°C以下、相對濕度60%以下的環境中，並最好在一週內進行迴焊。若需在原包裝袋外長時間儲存，則需使用乾燥櫃或帶有乾燥劑的密封容器。儲存超過一週的元件在焊接前應以約60°C烘烤至少20小時，以防止爆米花損壞。

7.2 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇 (IPA)。必須避免使用強烈或侵蝕性的化學清潔劑。

7.3 焊接建議

本元件相容於紅外線迴焊。建議使用符合JEDEC標準的溫度曲線。

• 迴焊：最高峰值溫度260°C，最多持續10秒（最多兩次迴焊循環）。
• 手動焊接（烙鐵）：烙鐵頭最高溫度300°C，每個焊墊最多3秒。

具體的溫度曲線應根據所使用的特定PCB設計、焊錫膏與迴焊爐進行特性分析。

7.4 驅動電路設計

紅外線發光二極體 (IRED) 為電流驅動元件，因此必須串聯一個限流電阻以確保穩定運作。建議的電路配置（電路A）是為每個IRED單獨串聯一個電阻，即使多個元件並聯到同一電壓源時也是如此。這確保了電流均勻分佈，所有元件的輻射強度一致，避免了在沒有單獨電阻的簡單並聯連接（電路B）中可能發生的亮度差異。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用情境

此元件專為通用紅外線應用而設計。其940nm波長因其對許多塑膠材料的高穿透性與低可見度，非常適合遙控系統。它也適用於消費性電子產品、辦公設備與基本工業控制中的短距離資料傳輸、物體偵測與接近感測。

8.2 設計考量

• 光學對準：25度的視角要求發射器與對應的光偵測器（例如光電晶體或光電二極體）之間進行精確的機械對準，以獲得最佳訊號強度。
• 電流設定：測試關鍵參數時，請在建議的20mA直流順向電流或以下操作。使用性能曲線根據所需的輻射強度選擇適當的電流，同時考慮功率消耗與熱效應。
• 抗環境光干擾：
• 當用作感測系統的一部分時，考慮使用調變的IR訊號與相應的濾波偵測器，以排除來自陽光或白熾燈泡等環境光源的干擾。
• 熱管理：確保PCB佈局提供足夠的散熱措施，特別是在接近最大額定值或高環境溫度下運作時，以維持長期可靠性。

8.3 運作原理

此元件作為紅外線發光二極體 (LED) 運作。當施加超過其順向電壓 (V_F) 的順向偏壓時，電子與電洞在半導體接面處復合，以光子的形式釋放能量。選擇特定的半導體材料（例如GaAs）以產生紅外線光譜（940nm）的光子，這種光對人眼不可見，但可被矽基光偵測器偵測到。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 輻射強度與發光強度有何不同？

輻射強度（單位為mW/sr）是紅外線光譜中每單位立體角發射的光功率。發光強度（單位為燭光）則根據人眼的敏感度加權，不適用於此不可見的紅外線光源。

9.2 我可以直接從微控制器GPIO腳位驅動此IRED嗎？

不行。微控制器腳位通常無法可靠地提供20mA電流，且缺乏電流調節功能。應始終使用如規格書所示的驅動電路（例如電晶體）並串聯限流電阻，為IRED提供穩定、受控的電流。

9.3 為何儲存條件如此具體（MSL 3）？

塑膠封裝會吸收空氣中的濕氣。在高溫迴焊過程中，這些被吸收的濕氣會迅速汽化，產生內部壓力，可能導致分層或裂痕（爆米花現象）。MSL等級與烘烤指示旨在防止此類故障模式。

9.4 如何選擇正確的串聯電阻值？

使用歐姆定律：R = (V_supply- V_F) / I_F。例如，電源電壓為5V，典型V_F為1.2V，期望的I_F為20mA：R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 歐姆。選擇最接近的標準電阻值，並考慮額定功率 (P = I²R)。