LTLE-32F0L-032A 紅外線發射與接收元件規格書 - T-1 3/4 封裝 - 850nm 波長 - 1.95V 順向電壓 - 180mW 功率消耗

1. 產品概述

本文件詳述一款分離式紅外線發射與接收元件的規格。此元件專為需要紅外線發射與接收的應用而設計，其峰值波長為 850 奈米。它採用常見的 T-1 3/4 直徑封裝，並以透明材料封裝，適用於多種光電系統。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件具備多項關鍵優勢，包括高速運作、低功耗及高效率。它符合無鉛與 RoHS 環保標準。其主要應用包括作為 850nm 紅外線發射器、整合至相機的夜視系統，以及各種利用紅外線進行接近感測、資料傳輸或物體偵測的感測器應用。

2. 技術參數深度解析

以下章節將對元件的關鍵參數進行詳細且客觀的詮釋。

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極限條件，其測試環境溫度為 25°C。

• 功率消耗 (Pd)：180 mW。這是元件在不超過其熱極限下，所能消耗的最大熱功率。
• 峰值順向電流 (IFP)：1 A。這是在脈衝條件下（每秒 300 個脈衝，脈衝寬度 10μs）所允許的最大電流。超過此值可能導致災難性故障。
• 連續順向電流 (IF)：100 mA。可持續施加的最大直流電流。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。施加高於此值的逆向電壓可能導致半導體接面崩潰。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。在此環境溫度範圍內，保證元件能依據其規格正常運作。
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。
• 接腳焊接溫度：320°C 持續 3 秒，測量點距離元件本體 4.0mm。

2.2 電氣與光學特性

這些是在 TA=25°C 的特定測試條件下，測得的典型性能參數。

• 輻射強度 (I_E)：28 mW/sr（典型值）。此數值量測在順向電流 (I_F) 為 50mA 驅動下，每單位立體角（球面度）所發射的光功率。這是評估發射器亮度的關鍵指標。
• 峰值發射波長 (λ_Peak)：850 nm。這是發射器輸出最大光功率的波長，屬於近紅外光譜，人眼不可見，但可被矽光二極體及許多相機感測器偵測。
• 光譜線半高寬 (Δλ)：50 nm。此數值表示光譜頻寬，即發射顯著光功率的波長範圍。50nm 是標準 GaAs/AlGaAs 紅外線發射器的典型值。
• 順向電壓 (V_F)：1.6V（最小值）、1.95V（典型值），最大值未指定（於 I_F=50mA 條件下）。這是元件導通電流時的跨壓降，對於設計限流驅動電路至關重要。
• 逆向電流 (I_R)：100 μA（最大值），於 V_R=5V 條件下。這是元件處於逆向偏壓時流過的微小漏電流。
• 視角 (2θ_1/2)：60 度。這是輻射強度降至其軸上最大值一半時的全角度，定義了發射光束的擴散範圍。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數條特性曲線，用以說明元件在不同條件下的行為。

3.1 光譜分佈

圖 1 顯示相對輻射強度隨波長變化的關係。曲線以 850nm 為中心，並具有指定的 50nm 半高寬，確認了其光譜特性。此資訊對於確保與目標接收器（例如矽光二極體或相機的紅外線濾鏡）的光譜靈敏度相容至關重要。

3.2 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

圖 3 描繪了順向電流與順向電壓之間的關係。此曲線本質上呈指數型，是二極體的典型特性。它顯示順向電壓隨電流增加而上升。設計人員利用此曲線來選擇適當的限流電阻，以達到期望的工作點（例如，為獲得指定輻射強度所需的 50mA），同時不超過最大額定值。

3.3 溫度相依性

圖 2 與圖 4 說明了環境溫度對元件性能的影響。

• 順向電流 vs. 環境溫度 (圖 2)：可能顯示在固定電流下，順向電壓如何隨溫度升高而降低（負溫度係數），這是 LED 的常見特性。
• 相對輻射強度 vs. 環境溫度 (圖 4)：證明了發射器的光輸出功率會隨著環境溫度上升而下降。這種降額對於在高溫環境下運作的應用至關重要；可能需要增加驅動電流（在限制範圍內）以維持恆定的光輸出，或者需要進行熱管理。

3.4 相對輻射強度 vs. 順向電流

圖 5 顯示光輸出功率如何隨驅動電流增加。此關係在一定範圍內大致呈線性，但在極高電流下最終會因熱效應和效率限制而飽和。在典型的 50mA 點附近運作可確保良好的效率與使用壽命。

3.5 輻射圖

圖 6 是一個極座標圖，顯示了發射光強度的角度分佈，直觀地呈現了 60 度的視角。強度沿中心軸（0°）最高，並向邊緣遞減。

4. 機械與封裝資訊

4.1 外型尺寸

本元件採用標準的 T-1 3/4（5mm）圓形封裝。關鍵尺寸註記包括：所有尺寸單位為 mm（括號內為英吋），除非另有說明，公差為 ±0.25mm，法蘭下樹脂凸起最大 0.5mm，以及接腳間距在封裝出口點量測。精確的機械圖提供了 PCB 焊盤設計的關鍵資訊，確保正確的安裝與對位。

4.2 捲帶包裝尺寸

為配合自動化組裝，元件以壓紋載帶形式供應。第 6 節提供了詳細的載帶尺寸表，包括進料孔直徑（D：3.8-4.2mm）、元件間距（P：12.5-12.9mm）、凹槽尺寸（P1, P2, H）及載帶寬度（W3：17.5-19.0mm）。膠帶（寬度 W1：12.5-13.5mm）將元件密封在凹槽內。這些規格對於設定貼片機程式及設計送料器系統至關重要。

5. 焊接與組裝指南

正確的操作對於可靠性至關重要。

5.1 儲存

元件應儲存在溫度 ≤30°C 且相對濕度 ≤70% 的環境中。若從原廠防潮袋中取出，應在三個月內使用完畢。若需在袋外長時間儲存，應使用裝有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃，以防止吸濕，吸濕可能導致焊接時發生 "爆米花效應"。

5.2 清潔

若需清潔，請使用酒精類溶劑，如異丙醇。強烈化學藥劑可能損壞環氧樹脂鏡片。

5.3 接腳成型

彎折接腳時，彎折點應距離鏡片基座至少 3mm。切勿以封裝本體作為支點。成型必須在室溫下並於焊接前完成。將元件插入 PCB 時應使用最小力量，以避免應力。

5.4 焊接參數

保持鏡片基座到焊點之間至少有 3mm 的間距。切勿將鏡片浸入焊料中。

• 烙鐵焊接：最高 350°C，最長 3 秒（僅限一次）。
• 波峰焊接：預熱 ≤100°C，最長 60 秒；焊錫波 ≤320°C，最長 3 秒。浸錫位置必須距離鏡片基座不低於 2mm。
• 重要注意事項：過高的溫度或過長的時間可能導致鏡片變形或損壞元件。紅外線迴焊不適用於此穿孔元件。

6. 應用與設計考量

6.1 驅動電路設計

這是一個電流驅動元件。當並聯驅動多個發射器以確保亮度均勻時，必須為每個獨立的 LED串聯一個限流電阻（電路 A）。不建議僅使用單一共用電阻將 LED 簡單並聯（電路 B），因為每個元件的順向電壓 (V_F) 存在差異，這將導致電流分配不均，從而亮度不均。

6.2 靜電放電防護

此元件對靜電放電和電源突波敏感。必須採取預防措施：

• 使用接地腕帶和防靜電手套。
• 確保所有設備、工作站和儲物架妥善接地。
• 使用離子產生器來中和可能積聚在塑膠鏡片上的靜電荷。

6.3 應用範圍與可靠性

本元件適用於普通電子設備（辦公室、通訊、家用）。對於故障可能危及生命或健康的應用（航空、醫療、安全系統），在使用前需要特別諮詢與資格認證，因為標準可靠性數據可能不足以滿足此類關鍵用途。

7. 技術比較與趨勢

7.1 產品差異化

850nm 波長在矽偵測器靈敏度與相較於更長紅外波長在許多材料中較低的吸收率之間取得了平衡。T-1 3/4 封裝是業界標準，確保了與插座和 PCB 佈局的廣泛相容性。透明鏡片（相對於有色鏡片）能最大化發射功能的光輸出。

7.2 工作原理

作為紅外線發射器：當順向偏壓超過其臨界電壓時，電子和電洞在半導體主動區（可能為 GaAs/AlGaAs）復合，以特徵性的 850nm 波長釋放光子能量。透明的環氧樹脂鏡片塑造並引導此光輸出。

作為接收器：當具有足夠能量的光子撞擊半導體接面時，會產生電子-電洞對，當元件處於逆向偏壓時便會產生光電流。此電流與入射光強度成正比。

7.3 設計趨勢

業界持續追求更高的效率（每電瓦產生更多光輸出）、更快的資料傳輸速度以及增強的可靠性。表面黏著元件封裝在自動化組裝中日益普遍，儘管像此類穿孔封裝對於原型製作、高功率應用或需要堅固機械安裝的場景仍然至關重要。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接從 5V 或 3.3V 微控制器接腳驅動這個 LED 嗎？

答：不行。您必須使用串聯的限流電阻。例如，要從 5V 電源達到 50mA 電流，假設典型 V_F為 1.95V：R = (5V - 1.95V) / 0.05A = 61 歐姆。使用 62 歐姆的電阻是合適的。請務必檢查實際的 V_F以及電阻的額定功率。

問：輻射強度與視角有何不同？

答：輻射強度量測的是在給定方向（每球面度）的光功率集中度。視角則描述該光束的角度擴散範圍。一個具有高輻射強度但窄視角的元件會產生非常集中、強烈的光點。此元件具有適中的 60° 視角，在光束集中度與覆蓋範圍之間提供了良好的平衡。

問：為什麼儲存濕度很重要？

答：環氧樹脂封裝材料會吸收濕氣。在高溫焊接過程中，這些被吸收的濕氣可能迅速汽化，產生內部壓力，導致封裝破裂或內部接合分層——這種故障稱為 "爆米花效應"。

問：我可以將此元件用於像紅外線遙控器那樣的高速資料傳輸嗎？

答：雖然它被列為 "高速"，但其適用性取決於所需的資料速率。其峰值電流的 10μs 脈衝額定值表明它可以處理中等速度的脈衝。對於非常高速的通訊（例如 IrDA），專門針對更快上升/下降時間進行特性描述的元件會更為合適。