LTE-S9511-E 紅外線發射器與接收器規格書 - 940nm 波長 - 20mA 順向電流 - 1.5V 順向電壓 - 100mW 功率消耗

1. 產品概述

LTE-S9511-E 是一款分離式紅外線元件，專為需要可靠紅外線發射與偵測的廣泛應用而設計。它是滿足紅外線解決方案中高功率、高速度與廣視角需求的完整產品線之一部分。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件設計符合現代製造與環保標準。它是一款符合 RoHS 規範的綠色產品，以 8mm 載帶包裝於 13 英吋直徑捲盤上，相容於高速自動貼片設備。其設計支援紅外線迴焊製程，適用於大量 PCB 組裝。主要目標應用包括遙控系統、IR 無線資料傳輸模組、安全警報器，以及其他各種需要紅外線感測或信號傳輸的消費性與工業電子產品。

2. 技術參數：深入客觀解讀

以下參數定義了元件在標準條件（TA=25°C）下的操作極限與性能特徵。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值指定了可能導致元件永久損壞的極限。它們不適用於連續操作。

• 功率消耗（Pd）：100 mW。這是元件能以熱量形式消耗的最大功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：1 A。這是在特定條件下（300 pps，10μs 脈衝寬度）允許的最大脈衝電流。
• 直流順向電流（I_F）：50 mA。可靠操作的最大連續順向電流。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。此元件並非為逆向偏壓操作而設計；超過此電壓可能導致崩潰。
• 操作溫度範圍（T_opr）：-40°C 至 +85°C。元件正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍（T_stg）：-55°C 至 +100°C。
• 紅外線焊接條件：可承受 260°C 最多 10 秒，定義了迴焊溫度曲線的耐受度。

2.2 電氣與光學特性

這些是在定義的測試條件下測得的典型性能參數。

• 輻射強度（I_E）：4.0（最小），6.0（典型）mW/sr。於 I_F= 20mA 下測量。這表示每單位立體角的光功率輸出。
• 峰值發射波長（λ_Peak）：940 nm（典型）。紅外線輻射發射最強的波長。
• 光譜線半高寬（Δλ）：50 nm（典型）。在峰值強度一半處的發射光譜頻寬。
• 順向電壓（V_F）：1.2（典型），1.5（最大）V。於 I_F= 20mA 下測量。元件導通時兩端的電壓降。
• 逆向電流（I_R）：10 μA（最大）。於 V_R= 5V 下測量。逆向偏壓下的小量漏電流。
• 視角（2θ_1/2）：20（最小），25（典型）度。輻射強度降至軸上值一半時的全角。

3. 分級系統說明

此元件根據輻射強度提供不同的性能等級或分級。這讓設計師能選擇精確符合其應用靈敏度或輸出功率需求的元件。

分級代碼列表指定了在 20mA 測試電流下，每個等級的最小與最大輻射強度：

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

選擇較高的分級代碼（例如，N 級而非 K 級）通常能確保較高的最小光學輸出，這對於在系統中實現更長距離或更好的訊噪比至關重要。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數條特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。這些對於詳細的電路設計和理解性能權衡至關重要。

4.1 光譜分佈

一條曲線（圖1）顯示了相對輻射強度與波長的關係。它確認了 940nm 的峰值發射以及約 50nm 的光譜半高寬，這是基於 GaAs 的紅外線發射器的典型特徵。此寬光譜適用於矽光電偵測器，後者在近紅外線區域具有廣泛的靈敏度。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

此曲線（圖3）描繪了電流與電壓之間的非線性關係。它顯示順向電壓隨電流增加而上升，從約 1.0V 開始，在 100mA 時接近 1.5V。此曲線對於設計限流電路至關重要。

4.3 溫度特性

多條曲線說明了元件對環境溫度（T_a）的依賴性。

- 順向電流 vs. 環境溫度（圖2）：可能顯示最大允許順向電流如何隨著環境溫度升高而降額，以防止超過功率消耗極限。

- 相對輻射強度 vs. 環境溫度（圖4）：證明光學輸出功率隨著溫度上升而降低。此負溫度係數是在變化熱環境中運作的應用之關鍵考量，因為它可能需要在驅動或接收電路中進行溫度補償以維持一致的性能。

4.4 相對輻射強度 vs. 順向電流

此曲線（圖5）顯示輻射強度通常與順向電流成正比，但在極高電流下，由於發熱和效率下降，關係可能變為次線性。它有助於確定達到所需輸出水平的最佳操作電流。

4.5 輻射圖

極座標圖（圖6）以視覺方式呈現視角。強度在 0°（軸上）最高，並對稱地降低，在大約 ±12.5° 處降至一半（對於 25° 視角）。此模式對於將發射器與偵測器對準，或設計光學元件以塑造光束至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

此元件符合 EIA 標準封裝。關鍵尺寸包括本體尺寸、引腳間距和總高度。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位提供，典型公差為 ±0.1mm。封裝採用側視配置的水晶透明塑膠透鏡，將發射的光線導向垂直於 PCB 平面的方向。

5.2 建議焊接墊尺寸

圖表提供了建議的 PCB 焊墊圖案尺寸，以確保在迴焊過程中及之後形成適當的焊點和機械穩定性。遵循這些指南對於製造良率和長期可靠性至關重要。

5.3 極性識別

陰極通常由封裝上的平面側、凹口或較短的引腳表示。組裝時必須注意正確的極性，因為施加超過最大額定值的逆向電壓可能立即損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊焊接參數

此元件相容於紅外線迴焊製程。建議條件包括：

- 預熱：150–200°C，最多 120 秒。

- 峰值溫度：最高 260°C。

- 液相線以上時間：最多 10 秒（最多兩個迴焊循環）。

這些參數符合 JEDEC 標準和常見的無鉛焊錫膏規格。應針對特定的 PCB 設計、元件和使用的迴焊爐來定義溫度曲線。

6.2 儲存條件

此元件的濕度敏感等級（MSL）為 3。

- 密封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤90% RH。請在袋子密封日期後一年內使用。

- 已開封包裝：對於從防潮袋中取出的元件，儲存環境不應超過 30°C/60% RH。建議在一週（168 小時）內完成紅外線迴焊。若需在原始包裝外長時間儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器。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，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中的爆米花現象。

6.3 清潔

如果焊接後需要清潔，請使用酒精類溶劑，如異丙醇。應避免使用刺激性或侵蝕性化學品。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

此元件以 8mm 載帶包裝於 13 英吋（330mm）直徑的捲盤上供應。每捲約含 9000 個元件。包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規範。載帶有頂部覆蓋密封，最多允許連續兩個空的元件袋。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 遙控器：用於電視、音響系統和其他消費性電子產品。
• 紅外線資料傳輸：用於感測器或控制信號的短距離、單工無線通訊。
• 安全系統：作為入侵偵測光束或接近感測器的一部分。
• 物體偵測：用於計數、位置感測或邊緣偵測的 PCB 安裝感測器。

8.2 設計考量與驅動方法

LED 是一種電流驅動元件。為確保一致的強度和使用壽命，必須使用電流源或帶有串聯限流電阻的電壓源來驅動。電阻值（R_s）可使用歐姆定律計算：R_s= (V_supply- V_F) / I_F。其中 V_F是規格書中在所需操作電流 I_F下的順向電壓。當並聯驅動多個 LED 時，強烈建議為每個 LED 使用獨立的限流電阻，以防止因其 V_F characteristics.

的微小差異而導致的電流不均。

9. 技術比較與差異化

LTE-S9511-E 以其 940nm 波長，相較於可見光 LED 或其他紅外線波長提供了一個關鍵優勢：它對人眼幾乎不可見，非常適合隱蔽操作。與 850nm 發射器相比，940nm 通常具有較低的太陽輻射背景雜訊，這可以在環境光條件下改善訊噪比。側視透鏡封裝專為需要紅外線光束平行於 PCB 表面傳播的應用而設計，這是槽型感測器或側光式面板中的常見要求。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接從 3.3V 或 5V 微控制器引腳驅動這個 LED 嗎？_F答：不行。您必須使用一個串聯電阻來限制電流。例如，使用 5V 電源且目標 I_F為 20mA（V_s~1.2V），R

= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω。一個 200Ω 的電阻將是合適的標準值。

問：輻射強度和視角有什麼區別？

答：輻射強度（mW/sr）衡量有多少光功率集中在給定方向（每立體弧度）。視角定義了光束的寬度。具有高輻射強度但視角非常窄的元件會投射出強大但集中的光束。此元件具有適中的 25° 視角，在光束集中度和覆蓋範圍之間提供了良好的平衡。

問：為什麼濕度敏感等級（MSL 3）很重要？

答：塑膠封裝會從空氣中吸收水分。在高溫迴焊焊接過程中，這些被困住的水分會迅速蒸發，導致內部分層、裂紋或爆米花現象，從而損壞元件。遵循規定的儲存、處理和烘烤程序對於防止此類故障模式至關重要。

11. 實務設計與使用案例

案例：設計一個簡單的紅外線物體偵測感測器。

1. 一個常見的設計使用 LTE-S9511-E 同時作為發射器和偵測器（在反射式感測模式下），或使用獨立的光電晶體。發射器以特定頻率（例如 38kHz）脈衝驅動。偵測器電路包括一個調諧到此頻率的濾波器。當物體將紅外線光束反射回偵測器時，電路會記錄一個信號。關鍵設計步驟：驅動電路：

2. 使用由微控制器切換的電晶體（例如 NPN 或 N 通道 MOSFET）以所需電流（例如 50mA 脈衝）和頻率脈衝驅動 LED。包含計算出的串聯電阻。接收電路：

3. 光電晶體的輸出饋入一個放大器以及一個中心頻率為調變頻率（38kHz）的帶通濾波器。這可以抑制環境光（直流和低頻）和其他紅外線雜訊。對準：

4. 使用輻射圖來對準發射器和偵測器。對於反射式感測，它們通常以一定角度並排放置，其視野在所需的感測距離處相交。PCB 佈局：

根據建議的焊墊佈局放置元件。確保透明塑膠透鏡不被阻焊層或其他元件遮擋。

12. 原理介紹

LTE-S9511-E 作為紅外線發射器，是一種半導體二極體。當施加順向偏壓時，電子和電洞在主動區（由 GaAs 或 AlGaAs 等材料製成）復合，以光子的形式釋放能量。特定的材料成分決定了這些光子的波長；在此情況下，它集中在 940nm 左右，屬於近紅外線光譜。側視透鏡由水晶透明環氧樹脂模製而成，能有效地將光從半導體晶片中提取出來並橫向導出。該元件也可作為偵測器，因為當暴露於足夠能量的光（波長短於材料截止波長的光子）時，半導體 PN 接面可以產生小的光電流。然而，其主要優化功能是發射。

13. 發展趨勢

- 分離式紅外線元件領域持續發展。趨勢包括：更高效率：

- 開發新的半導體材料和結構（例如多重量子阱），以在每單位電氣輸入中提取更多的光功率，減少熱量產生和功耗。更高速度：

- 對於資料傳輸應用，具有更快上升/下降時間的元件可實現更高的資料傳輸率。整合化：

- 將發射器、偵測器和控制邏輯（如調變/解調）整合到單一封裝或模組中，簡化設計並提高性能。微型化：

- 持續縮小封裝尺寸以適應日益小型化的消費性電子產品需求，同時保持或改善性能規格。增強可靠性：