LTE-S9711-J 紅外線發射器與偵測器規格書 - 側視封裝 - 峰值波長 940nm - 順向電壓 1.2V - 輻射強度 3.0mW/sr - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTE-S9711-J 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應用而設計。它屬於廣泛的光電元件產品線。此元件的主要功能是在 940 奈米的峰值波長下發射或偵測紅外線光。其側視透鏡設計提供了寬廣的視角，使其適用於光軸平行於安裝表面的應用。該元件採用透明塑膠材質製成，並設計為與現代自動化組裝製程相容。

1.1 核心優勢與目標市場

LTE-S9711-J 為設計人員提供了多項關鍵優勢。它符合 RoHS 與綠色產品標準，確保了環保合規性。元件以 8mm 載帶包裝於 13 英吋直徑的捲盤上，使其完全相容於高速自動貼裝設備。此相容性顯著簡化了大量生產的製造流程。此外，該元件適用於紅外線迴焊製程，與標準表面黏著技術（SMT）組裝線一致。其主要目標市場包括用於遙控功能的消費性電子產品、用於紅外線無線資料傳輸的工業應用，以及用於警報與感測功能的安全系統。側視封裝在空間受限的設計中特別有利，因為頂部發射元件可能無法安裝。

2. 深入技術參數分析

本節根據其絕對最大額定值與電氣/光學特性表，對 LTE-S9711-J 的電氣、光學及熱特性提供詳細且客觀的詮釋。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非操作條件。對於 LTE-S9711-J，在環境溫度（TA）為 25°C 時，最大功耗為 100 mW。此額定值決定了應用電路的熱設計。該元件可承受 1 安培的高峰值順向電流，但僅限於特定脈衝條件下：脈衝寬度 10 微秒，脈衝重複率每秒 300 個脈衝。連續直流順向電流額定值則較為保守，為 50 mA。反向電壓額定值為 5 伏特，表示該元件對反向偏壓的耐受度非常低，並非為此類操作而設計。操作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C，儲存範圍為 -55°C 至 +100°C，這是商用級電子元件的標準範圍。該元件可承受峰值溫度為 260°C、最長 10 秒的紅外線迴焊製程。

2.2 電氣與光學特性

典型操作參數是在 TA=25°C 下指定的。關鍵的光學參數是輻射強度（I_E），當以順向電流（I_F）20mA 驅動時，其最小值為 3.0 mW/sr。此參數有分級，詳情見後文。峰值發射波長（λ_Peak）通常為 940nm，位於近紅外線光譜，人眼不可見。頻譜頻寬（Δλ），或稱半高寬，通常為 50nm，描述了圍繞峰值波長的發射波長分佈範圍。在電氣方面，順向電壓（V_F）在 I_F=20mA 時，典型值為 1.2V，最大值為 1.5V。反向電流（I_R）非常低，在反向電壓（V_R）為 5V 時，最大值為 10 μA。視角（2θ_1/2）通常為 45 度，其中 θ_1/2是輻射強度降至軸上值一半時的角度。

3. 分級系統說明

LTE-S9711-J 對其輻射強度採用分級系統，以確保生產批次內的一致性，並為不同性能等級提供選擇。分級代碼標示於料號中（例如，LTE-S9711-J 中的 "J"）。可用的分級如下：

• 分級 J：在 I_F=20mA 時，輻射強度介於 3.0 mW/sr（最小）至 4.5 mW/sr（最大）之間。
• 分級 K：在 I_F=20mA 時，輻射強度介於 4.0 mW/sr（最小）至 6.0 mW/sr（最大）之間。
• 分級 L：在 I_F=20mA 時，輻射強度最小值為 5.0 mW/sr（提供的資料中未指定上限）。

此系統允許設計人員選擇符合其特定光學輸出要求的元件，在性能與成本之間取得平衡。

4. 性能曲線分析

規格書包含數條典型的特性曲線，對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。

4.1 頻譜分佈

頻譜分佈曲線（圖1）顯示了相對輻射強度隨波長的變化。它確認了 940nm 的峰值以及約 50nm 的頻譜半高寬。此曲線對於對特定波長敏感的應用，或是在與偵測器的頻譜響應匹配時非常重要。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓與環境溫度

圖 2 與圖 3 說明了在不同環境溫度下，順向電流（I_F）與順向電壓（V_F）之間的關係。這些曲線顯示 V_F具有負溫度係數；在給定電流下，它隨著溫度升高而降低。這是半導體二極體的典型行為。理解這一點對於設計穩定的驅動電路至關重要，尤其是在寬廣的溫度範圍內。

4.3 相對輻射強度 vs. 順向電流與溫度

圖 4 與圖 5 顯示了光學輸出功率（相對於其在 I_F=20mA 時的值）如何隨順向電流與環境溫度變化。輸出隨電流增加而增加，但在較高電流時呈現次線性關係，這可能是由於熱效應所致。圖 4 特別顯示，輸出功率隨著環境溫度升高而降低，這是高溫應用中一個關鍵的降額因素。

4.4 輻射圖

輻射圖（圖6）是一個極座標圖，描繪了發射紅外線光的空間分佈。典型的 45 度視角（2θ_1/2）在此得到視覺上的確認。此圖對於光學設計至關重要，有助於將發射器與偵測器對齊，或理解紅外線訊號的覆蓋範圍。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸與極性

該元件採用標準的側視表面黏著封裝。外型圖提供了所有關鍵尺寸，包括本體尺寸、引腳間距和透鏡位置。陰極通常由封裝本體上的視覺標記（例如凹口或平面）來識別，如圖面註釋所示。封裝的高度、寬度和深度均有規定，以確保最終組裝中有適當的間隙。

5.2 建議焊墊佈局

提供了建議的焊墊圖案（焊墊尺寸），以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點和正確的機械對齊。遵循這些建議有助於防止墓碑效應（元件立起），並確保與印刷電路板（PCB）有良好的熱連接和電氣連接。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理對於表面黏著元件的可靠性至關重要。

6.1 濕度敏感性與儲存

LTE-S9711-J 的濕度敏感等級為 3 級（MSL 3）。這意味著封裝後的元件在焊接前，可以在工廠車間條件（≤30°C/60% RH）下暴露長達 168 小時（一週），而不會在迴焊過程中因濕氣導致損壞（爆米花效應）。如果打開了原始的防潮袋，建議在此一週內完成紅外線迴焊製程。若要在原始包裝外進行更長時間的儲存，必須將元件存放在乾燥櫃或帶有乾燥劑的密封容器中。如果暴露時間超過一週，則需要在組裝前進行烘烤程序（約 60°C，至少 20 小時）以去除吸收的濕氣。

6.2 迴焊溫度曲線

該元件相容於紅外線迴焊。建議的溫度曲線遵循 JEDEC 標準。關鍵參數包括：預熱區從 150°C 至 200°C，最長 120 秒；峰值本體溫度不超過 260°C，最長 10 秒。在此條件下，元件最多可承受兩次迴焊循環。對於使用烙鐵的手動焊接，烙鐵頭溫度不應超過 300°C，每個焊點的接觸時間應限制在 3 秒內。遵循焊膏製造商的規格並結合這些指南至關重要。

6.3 清潔

如果需要進行焊後清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇。強烈或侵蝕性的化學清潔劑可能會損壞塑膠封裝或透鏡。

7. 包裝與訂購資訊

LTE-S9711-J 的標準包裝為 8mm 寬的凸版載帶。載帶纏繞在直徑 13 英吋（330mm）的捲盤上。每捲盤約包含 9,000 個元件。包裝規格符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994。載帶有封蓋以保護元件，且每捲盤最多允許連續兩個缺失元件（空穴）。訂購時必須指定包含分級代碼的料號（例如，LTE-S9711-J、LTE-S9711-K），以獲得所需的輻射強度性能。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用電路

作為紅外線發射器，LTE-S9711-J 是一款電流驅動元件。必須串聯一個限流電阻來設定所需的順向電流（I_F），並保護 LED 免於過電流，尤其是在由電池或穩壓器等電壓源供電時。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V_supply- V_F) / I_F。使用 20mA 時典型的 V_F 值 1.2V，一個 5V 電源將需要一個約為 (5V - 1.2V) / 0.02A = 190 歐姆的電阻。一個標準的 200 歐姆電阻將是合適的。對於脈衝操作（例如，遙控編碼），驅動電路必須確保峰值電流不超過 1A 額定值，並遵守 10μs 脈衝寬度和 300pps 工作週期的限制。

8.2 可靠操作的設計考量

熱管理：儘管封裝很小，但必須遵守 100mW 的功耗限制。在最大直流電流 50mA 和典型 V_F 值 1.2V 下，功耗為 60mW，這在限制範圍內。然而，在高環境溫度或密閉空間中，有效的功率額定值會降低。足夠的 PCB 銅箔面積（散熱焊墊）有助於散熱。
光學對齊：側視透鏡需要仔細的 PCB 佈局，以確保紅外線光束正確地指向接收器、反射器或目標區域。應參考輻射圖。
電氣雜訊：在感測應用中，類似元件的偵測器端可能容易受到環境光雜訊的影響。使用調變的紅外線訊號和相應的解調接收電路是提高訊噪比和抗環境光干擾能力的常用技術。

9. 技術比較與差異化

LTE-S9711-J 主要透過其側視封裝來區分自己，這比頂視紅外線 LED 更為少見。這使其特別適合 PCB 垂直安裝或紅外線路徑平行於板面的應用。其 940nm 波長是消費性遙控器的標準，在矽光偵測器靈敏度和低可見光發射之間提供了良好的平衡。與監控中有時使用的 850nm 發射器相比，940nm 是完全不可見的。性能分級（J、K、L）的可用性提供了光功率選擇的靈活性，這相對於具有單一固定輸出規格的元件來說是一個優勢。

10. 常見問題解答（FAQ）

問：此元件作為發射器和偵測器有何不同？
答：LTE-S9711-J 料號指的是可以作為紅外線發射器（紅外線 LED）的元件。用於偵測的光電二極體或光電晶體會有不同的料號，儘管它們可能採用類似的封裝。提供的規格書主要關注發射器的特性。
問：我可以直接從微控制器引腳驅動這個 LED 嗎？
答：大多數微控制器的 GPIO 引腳的電流供應/吸收能力有限（通常為 20-40mA）。雖然在 20mA 下可能可行，但通常更安全且建議使用電晶體（例如 NPN 或 MOSFET）作為由微控制器驅動的開關來控制 LED 電流，尤其是在脈衝或較高電流操作時。
問：為什麼視角很重要？
答：視角決定了紅外線光束的空間覆蓋範圍。寬視角（如 45°）適用於需要廣泛覆蓋的應用，例如對齊要求不嚴格的接近感測器或短距離資料鏈路。較窄的視角則可為更長距離或定向通訊提供更集中的強度。
問：如何選擇正確的分級代碼？
答：根據您的應用所需的最小輻射強度來選擇分級。分級 J（3.0-4.5 mW/sr）是基本等級。如果您的設計需要更高的光功率以實現更長距離或克服更高的損耗，請選擇分級 K 或 L。請考慮與功耗和潛在成本的權衡。

11. 實際應用範例

情境：設計一個簡單的物體偵測感測器。
一種常見的設計使用一個紅外線發射器和一個單獨的光電晶體偵測器並排放置。當物體靠近時，它將發射的紅外線光反射回偵測器。對於使用 LTE-S9711-J 作為發射器的此種設置：
1. 側視封裝允許發射器和偵測器都平貼安裝在 PCB 上，面向與電路板平行的同一方向。
2. 發射器通過限流電阻以脈衝電流（例如，1kHz 的 20mA 脈衝）驅動，以節省電力並實現同步偵測。
3. 940nm 波長是理想的，因為它不可見，且大多數光電晶體對其敏感。
4. 發射器典型的 45° 視角提供了合理的偵測範圍。發射器與偵測器之間的間距，以及可能的擋板，經過調整以設定偵測範圍並避免直接的串擾。
5. 接收器電路放大並濾波光電晶體的訊號，尋找由物體反射的調變 1kHz 分量。這種調變有助於抑制恆定的環境光（如陽光或室內燈光）。

12. 工作原理

LTE-S9711-J 作為紅外線發射器時，是一個發光二極體（LED）。其核心是由砷化鎵（GaAs）等材料製成的半導體晶片。當施加順向電壓時，電子和電洞在半導體的有源區複合，以光子（光粒子）的形式釋放能量。特定的材料成分（例如 GaAs）決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長——在本例中約為 940nm，位於紅外線光譜中。側視透鏡由對該波長透明的透明環氧樹脂製成，並塑形以塑造發射光的輻射圖案。

13. 技術趨勢

分離式紅外線元件領域持續發展。趨勢包括開發具有更高輻射強度和效率的元件（在相同封裝尺寸下），從而實現更長距離或更低功耗。此外，為了在 IrDA 或光學感測等應用中實現更快的資料傳輸，也推動了更高速度調變能力的發展。整合是另一個趨勢，將發射器-偵測器對組合在單一封裝中變得越來越普遍，以簡化感測器設計。此外，封裝材料和製程的進步旨在提高熱性能，從而允許更高的驅動電流和可靠性。對小型化的需求持續存在，推動了在保持或改善光學性能的同時，開發更小封裝尺寸的元件。