LTE-C216R-14 紅外線發射器與偵測器規格書 - 1206 封裝 - 850nm 波長 - 60mA 電流 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTE-C216R-14 是一款表面黏著紅外線發射與偵測元件，專為整合至現代電子組裝而設計。其主要功能是發射與偵測峰值波長為 850 奈米的紅外光，適用於多種感測、資料傳輸與接近偵測應用。此元件採用緊湊的 1206 封裝，這是一種標準的 EIA 佔位面積，確保了與自動化製造流程及現有 PCB 佈局的廣泛相容性。

此元件的核心優勢包括其與高產量自動化貼裝設備的相容性，以及在標準紅外線回流焊製程中的穩健性。這使其成為具成本效益之大量生產的理想選擇。此外，它符合 RoHS（有害物質限制）指令，歸類為綠色產品，這對於全球市場准入與環境合規性日益重要。

此元件的目標市場涵蓋消費性電子、工業自動化、通訊設備與辦公室機器。其可靠性與標準化封裝，使其成為需要可靠紅外線解決方案的設計師之通用建構模組。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

在任何電子元件的絕對最大額定值之外操作，可能導致永久性損壞。對於 LTE-C216R-14，這些限制定義於環境溫度（T_A）為 25°C 時。

• 功率消耗（P_D）：100 mW。這是元件可安全以熱能形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：800 mA。這是最大允許的瞬間電流，通常在脈衝條件下指定（每秒 300 個脈衝，10 μs 脈衝寬度），以防止短暫爆發期間的熱過應力。
• 連續順向電流（I_F）：60 mA。這是可連續施加而不會降低性能或壽命的最大直流電流。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。施加高於此值的逆向偏壓可能擊穿半導體接面。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。元件在此範圍內儲存不會劣化。
• 紅外線焊接條件：可承受 260°C 持續 10 秒。這定義了其對無鉛回流焊溫度曲線的耐受性。

2.2 電氣與光學特性

關鍵性能參數是在 T_A=25°C 及指定測試條件下量測，為設計計算提供基準。

• 輻射強度（I_E）：4（最小值）至 13（最大值）mW/sr，並提供典型值。在順向電流（I_F）為 20 mA 時量測。此參數量測每單位立體角（球面度）發射的光功率。
• 峰值發射波長（λ_峰值）：850 nm（典型值）。這是發射器輸出最大光功率的波長。這是與光電偵測器之光譜靈敏度匹配的關鍵參數。
• 光譜線半寬度（Δλ）：50 nm（典型值）。這表示發射光的頻寬，顯示波長在峰值周圍的擴散程度。
• 順向電壓（V_F）：1.6 V（典型值），2.0 V（最大值）於 I_F= 50 mA 時。這是元件導通時的跨元件電壓降。對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流（I_R）：10 μA（最大值）於 V_R= 5V 時。這是元件處於逆向偏壓時流動的小量漏電流。
• 上升/下降時間（T_r/T_f）：30 ns（典型值）。這指定了光學輸出開啟與關閉的速度（從輸出的 10% 到 90% 量測），決定了資料傳輸的最大可能調變速度。
• 視角（2θ_1/2）：75 度（典型值）。這是輻射強度降至其最大值（軸上）一半時的全角。較寬的視角提供更廣的空間覆蓋範圍，但在任何特定點上的強度較低。

3. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的電氣與光學特性曲線。雖然具體圖表未在文字中重現，但其目的是提供在不同條件下元件行為的視覺化洞察。

這些曲線通常包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電流與順向電壓之間的關係，對於 LED 而言是非線性的。這有助於確定動態電阻以及目標電流所需的驅動電壓。
• 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。在操作範圍內通常是線性的，但在極高電流下可能飽和。
• 峰值波長 vs. 溫度：展示發射波長如何隨接面溫度變化而偏移，這對於溫度敏感的應用至關重要。
• 視角分佈圖：顯示發射光強度空間分佈的極座標圖。

工程師使用這些曲線來優化設計，確保元件在其最高效、最可靠的區域運作，並預測在非標準條件下的性能。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

此元件採用標準 1206 封裝佔位面積。規格書提供詳細的機械圖紙，所有關鍵尺寸均以毫米為單位。關鍵尺寸包括元件本體的總長度、寬度和高度，以及元件本身上焊接墊的位置和尺寸。除非另有說明，這些尺寸的公差通常為 ±0.10 mm。遵守這些尺寸對於成功的 PCB 焊墊圖案設計和自動化組裝至關重要。

4.2 建議焊接墊佈局

提供了 PCB 的建議焊接墊佔位圖。此佈局旨在確保回流焊期間形成可靠的焊點，最大限度地減少墓碑效應（元件立起）或焊料不足等問題。遵循這些建議的焊墊尺寸（通常略大於元件的端子，以允許形成適當的焊角）是確保可製造性和長期可靠性的最佳實踐。

4.3 捲帶與捲盤包裝

為了自動化組裝，元件以 8mm 寬的捲帶供應於 7 英吋直徑的捲盤上。每捲包含 3000 個元件。捲帶與捲盤規格符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 標準，確保與標準貼片機相容。注意事項指明，空的元件袋用蓋帶密封，且每捲最多允許連續兩個缺失元件（"燈"），這是捲帶包裝的標準品質保證。

5. 焊接與組裝指南

5.1 回流焊溫度曲線

此元件適用於紅外線回流焊製程，特別是使用無鉛焊料的製程。提供了建議的回流焊溫度曲線，關鍵參數包括預熱階段（150-200°C）、最高峰值溫度 260°C，以及高於液相線（對於無鉛焊料通常約為 217°C）的時間不超過 10 秒。規格書強調，最佳溫度曲線取決於具體的 PCB 設計、元件、焊膏和爐子，並建議以 JEDEC 標準曲線為基礎，同時遵循焊膏製造商的規格。

5.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，應使用烙鐵頭溫度不超過 300°C，且接觸時間應限制在最多 3 秒。此操作應僅進行一次，以防止對塑膠封裝和內部半導體晶片造成熱損傷。

5.3 清潔

若需要焊後清潔，應僅使用指定的清潔劑。規格書明確警告不要使用未指定的化學液體，這可能會損壞封裝材料。建議的清潔方法包括將 LED 在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。

5.4 儲存與操作

濕氣敏感性是表面黏著元件的關鍵因素。LED 出貨時裝在帶有乾燥劑的防潮袋中。在密封狀態下，應儲存在 ≤30°C 且 ≤90% 相對濕度的環境中，並在一年內使用。一旦打開原包裝袋，儲存環境不應超過 30°C 和 60% 相對濕度。從密封袋中取出的元件，理想情況下應在一週內進行回流焊。對於在原包裝外更長時間的儲存，必須將其儲存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。在乾燥袋外儲存超過一週的元件，在焊接前需要進行烘烤程序（約 60°C 至少 20 小時）以去除吸收的濕氣，防止在回流焊期間發生"爆米花"損壞。

6. 應用建議

6.1 典型應用場景

LTE-C216R-14 適用於普通電子設備。常見應用包括：

• 接近感測器：透過反射其紅外光來偵測物體的存在與否。
• 光學開關：中斷紅外光束以偵測運動或位置。
• 資料傳輸：透過調變驅動電流實現簡單的紅外線資料鏈路（例如遙控器、短距離序列通訊）。
• 物件計數：用於物件阻斷光束的自動化生產線。
• 整合到辦公室設備、通訊裝置和家用電器中。

規格書包含一項重要警告：對於故障可能危及生命或健康的應用（航空、醫療設備、安全系統），在設計導入前必須諮詢製造商。

6.2 驅動電路設計

強調了使用 LED 的基本原則：它們是電流驅動元件。為了確保並聯驅動多個 LED 時亮度均勻，規格書強烈建議為每個 LED 串聯一個獨立的限流電阻（電路模型 A）。這可以補償不同元件之間順向電壓（V_F）特性的微小差異。不建議將 LED 直接並聯而不使用獨立電阻（電路模型 B），因為 V_F 稍低的 LED 將不成比例地汲取更多電流，導致亮度不均勻並可能使該元件過度應力。

7. 技術比較與差異化

雖然此獨立規格書未提供與其他料號的直接並排比較，但可以推斷 LTE-C216R-14 的關鍵差異化特點：

• 標準化佔位面積（1206/EIA）：與專有封裝相比，提供易於直接替換和設計熟悉度。
• 無鉛且符合 RoHS：符合現代環保法規，這對於較舊或利基元件可能不成立。
• 自動化友善：其捲帶包裝以及與貼片機和回流焊製程的相容性，使其非常適合具成本效益的大量生產。
• 平衡的性能：具有 75 度視角、850nm 波長和 30ns 速度，為通用紅外線應用提供了一套全面的特性。

8. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以直接用 5V 微控制器引腳驅動這個紅外線 LED 嗎？
A：不行。在 50mA 時，其典型順向電壓為 1.6V。將其直接連接到 5V 引腳會試圖迫使極高、具破壞性的電流流過它。您必須使用一個串聯限流電阻。例如，要從 5V 電源獲得 20mA：R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω（使用標準 180Ω 或 150Ω 電阻）。

Q2：使用此發射器可能的最大資料速率是多少？
A：30 ns 的上升/下降時間表明理論最大調變頻寬在數十 MHz 範圍內。然而，可靠通訊的實際資料速率較低，通常在數百 kbps 到幾 Mbps 之間，取決於驅動電路、偵測器和環境雜訊。

Q3：為什麼打開袋子後的儲存條件如此嚴格（≤60% 相對濕度）？
A：表面黏著塑膠封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫回流焊過程中，這些被困住的濕氣會迅速蒸發，產生內部壓力，可能導致封裝破裂或內部連接分層——這種故障稱為"爆米花效應"。嚴格的儲存條件和烘烤要求就是針對此問題的預防措施。

Q4：如何解讀輻射強度值（mW/sr）？
A：它量測光功率密度。10 mW/sr 的值表示該元件在其指向的方向上，向一個一球面度的空間錐體發射 10 毫瓦的光功率。要找到總功率，您需要將此強度在整個視角（75 度，約 ~1.84 sr）上進行積分。

9. 設計導入案例研究

情境：為印表機設計紙張存在感測器。
目標：偵測送紙盤中是否有紙張。
實施方式：將 LTE-C216R-14 發射器置於紙張路徑的一側，並將匹配的光電偵測器（或使用類似元件的偵測器部分）直接置於對面。當沒有紙張時，紅外線光束到達偵測器，產生信號（例如邏輯高電位）。當有紙張時，它阻斷光束，導致偵測器信號下降（邏輯低電位）。
設計考量：

• 電流設定：使用串聯電阻以 20mA 驅動發射器，以獲得一致、長壽命的輸出。
• 對準：75 度的視角為機械對準誤差提供了一定的容差。
• 抗環境光干擾：由於它使用調變的 850nm 光，系統可以透過添加簡單的調變/解調電路或使用帶有日光濾光片的偵測器來抵抗環境光干擾。
• 焊接：遵循建議的回流焊溫度曲線，以確保 PCB 上可靠的連接，同時不損壞元件。

10. 工作原理

紅外線發光二極體基於半導體材料中的電致發光原理運作。當順向電壓施加於 p-n 接面時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，它們會釋放能量。在紅外線 LED 中，半導體的能隙經過設計，使得釋放的能量對應於紅外線光譜中的光子（此元件約為 850nm）。產生的光子以光的形式發射。偵測器功能（如果適用於配對元件）則反向運作：具有足夠能量的入射紅外線光子在光電二極體的半導體中產生電子-電洞對，在逆向偏壓時產生可量測的光電流。

11. 技術趨勢

光電領域持續演進。與 LTE-C216R-14 等元件相關的趨勢包括：

• 更高的整合度：朝向將發射器、偵測器和控制邏輯（如調變驅動器和信號調節器）整合到單一封裝中，以簡化系統設計。
• 更高的效率：開發能將更多電能輸入轉換為光學輸出的半導體材料和結構，降低功耗和熱量產生。
• 微型化：雖然 1206 封裝是標準，但為了在日益緊湊的設備中節省 PCB 空間，正推動更小的佔位面積（例如 0805、0603）。
• 增強的可靠性：改進封裝材料和製程，以承受更高的回流焊溫度和更惡劣的環境條件，延長產品壽命。
• 智慧感測：在元件層級整合基本智慧功能，例如環境光消除或數位輸出，以簡化與微控制器的介面。

這些趨勢旨在為下一代電子產品提供設計師更強大、更可靠且更易於使用的建構模組。