LTL-E7939Q3K 紅外線LED規格書 - 插件式封裝 - 850nm波長 - 20mW/sr輻射強度 - 1.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTL-E7939Q3K是一款高效能紅外線發光二極體，專為印刷電路板或面板的插件式安裝而設計。此元件適用於近紅外線光譜中需要可靠、高速光學信號傳輸或照明的應用。該裝置採用鋁鎵砷半導體材料，針對850奈米波長發射進行優化，此波長常用於紅外線通訊、感測及夜視照明系統。

其核心優勢結合了高輻射強度、因低電流需求而與積體電路相容，以及適用於多種組裝製程的堅固插件式封裝。本產品符合RoHS指令，表示其製造過程未使用鉛等有害物質。主要目標市場包括工業自動化、安防系統、光學編碼器、遙控器及接近感測器，這些應用皆依賴可靠的紅外線光源。

2. 技術參數深度客觀解讀

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應力極限。在可靠設計中，不保證在或超過這些極限下運作，應予以避免。

• 功率消耗：最大值120 mW。這是封裝在不超過其最高接面溫度下，能以熱形式散發的總功率。超過此限制有熱失控和故障的風險。
• 峰值順向電流_FP：在脈衝條件下為1 A。此額定值遠高於直流額定值，允許用於數據傳輸的短暫、高強度脈衝。
• 直流順向電流_F：連續60 mA。這是可靠長期運作的最大穩態電流。
• 逆向電壓_R：5 V。施加超過此值的逆向偏壓可能導致LED的PN接面崩潰和災難性故障。
• 工作與儲存溫度：分別為-30°C至+85°C和-40°C至+100°C。這些定義了運作和非運作儲存的環境極限。
• 引腳焊接溫度：260°C持續5秒，測量點距離LED本體2.0mm。此指引用於指導手工焊接製程，以防止環氧樹脂透鏡和內部晶片接合處的熱損傷。

2.2 電氣/光學特性

這些是在標準測試條件下測量的典型與保證性能參數。

• 輻射強度_e：在順向電流為20mA時，最小值為20.0 mW/sr。輻射強度衡量每單位立體角發射的光功率。這是決定紅外線系統有效距離與信號強度的關鍵參數。規格書註明保證值應有±15%的公差。_F視角
• 1/2_：典型值30度。這是輻射強度降至其峰值一半時的全角。30°角表示光束適度聚焦，適合定向應用。峰值波長
• ：_P典型值850 nm。這是LED發射最多光功率的波長。850nm屬於近紅外線範圍，人眼不可見，但可被矽光電二極體和許多相機感測器偵測。光譜線半高寬：
• 典型值40 nm。此參數指定發射強度至少為峰值強度一半時的波長頻寬。40nm的寬度對紅外線LED而言是常見的。順向電壓
• ：_F在順向電流為20mA時，典型值1.3V，最大值1.6V。這是LED導通電流時的跨壓。對於設計限流電路至關重要。逆向電流_F：
• 在逆向電壓為5V時，最大值10 μA。這是LED在其安全極限內施加逆向偏壓時流過的小量漏電流。_R3. 分級系統說明規格書指出對輻射強度使用了分類或分級系統。註記說明：輻射強度分級代碼標示於每個包裝袋上。這意味著製造的LED會根據其測量的輻射強度進行測試和分類。料號LTL-E7939Q3K指定了最小輻射強度，但同一批貨中的個別單元可能落在特定的子範圍內。設計者應注意，特定LED的實際強度可能在保證的最小值和分級範圍內變化。規格書未詳細說明波長或順向電壓的明確分級，僅列出典型值和最大/最小值。_R4. 性能曲線分析

規格書參考了數個典型特性曲線，這些曲線提供了在不同條件下元件行為的更深入見解。

光譜曲線：_e說明相對輻射功率隨波長的變化，以850nm峰值為中心，並具有定義的40nm半高寬。_P順向電壓 vs. 順向電流：_F顯示電壓與電流之間的非線性關係。曲線會有一個閾值電壓，之後電流隨電壓小幅增加而迅速增加，凸顯了為何電流控制至關重要。

相對輻射功率 vs. 直流順向電流：

展示光學輸出功率如何隨驅動電流增加，通常在操作範圍內呈近線性關係，在極高電流下因熱效應導致效率下降。

• 相對輻射功率 vs. 峰值電流：類似直流曲線，但適用於脈衝操作，顯示在電流高達1A最大值時可達到的峰值輸出。
• 相對輻射功率 vs. 溫度：一條關鍵曲線，顯示光學輸出隨接面溫度上升而下降。在環境溫度高或熱管理不良的設計中，必須考慮此熱降額因子。
• 指向性圖案：一個極座標圖，顯示發射光的角分佈，直觀定義了30°視角。
• 5. 機械與封裝資訊5.1 封裝尺寸
• LED封裝於標準的插件式T-1 3/4圓形封裝中。圖紙中的關鍵尺寸包括：透鏡直徑：約5.0mm。
• 封裝高度：從引腳底部到透鏡頂部約8.7mm。引腳直徑：標稱0.56mm。

引腳間距：標準2.54mm，測量點為引腳從封裝本體伸出的位置。

凸緣/底座：凸緣有助於面板安裝，並在插入時提供機械止擋。凸緣下方的樹脂突出最大為1.0mm。

5.2 極性識別

• 陰極在尺寸圖中標識。對於標準LED，陰極通常是較短的引腳，和/或靠近封裝凸緣平坦處的引腳。應查閱提供的圖紙以獲取確切的識別標記。
• 6. 焊接與組裝指南
• 正確的操作對於防止損壞至關重要。
• 引腳成型：
• 必須在室溫下焊接前進行。彎曲處應距離LED透鏡底座至少3mm。不應以引線框架底座作為支點。

PCB組裝：

使用最小的夾緊力，以避免對引腳造成機械應力。

焊接：

保持從透鏡底座到焊點至少有2mm的間隙。

• 避免將透鏡浸入焊料中。在LED處於高溫狀態下焊接時，請勿對引腳施加應力。
• 手工焊接：烙鐵溫度≤350°C，時間≤3秒。
• 波峰焊接：
  • 預熱≤100°C持續≤60秒，焊波≤260°C，接觸時間≤5秒。
  • 紅外線迴流焊接不適用於此插件式封裝。
  • 清潔：
  • 必要時使用異丙醇等酒精類溶劑。儲存：
  • 若離開原始包裝，請在3個月內使用。如需更長時間儲存，請使用帶乾燥劑的密封容器或氮氣環境。儲存溫度不應超過30°C，相對濕度不超過70%。7. 包裝與訂購資訊
  • 單位包裝：
• 每防靜電包裝袋1000顆。內盒：
• 6個包裝袋。外箱：

8個內盒。

• 料號：LTL-E7939Q3K。分解說明：LTL，E79，39，Q3K。透鏡顏色為透明。
• 8. 應用建議8.1 典型應用場景
• 紅外線照明：用於低光源或夜間安防應用的閉路電視攝影機。
• 光學開關與編碼：用於槽型或反射式光學感測器，進行位置感測、馬達速度控制和旋轉編碼器。

數據傳輸：

用於符合紅外線數據協會標準的裝置或簡單的短距離串列數據鏈路，利用其高速能力。

• 接近與物體偵測：與光電偵測器結合，感測物體的存在與否。
• 8.2 設計考量驅動電路：
• LED是電流驅動裝置。為確保亮度均勻，特別是在並聯多個LED時，應在每個LED上串聯一個限流電阻。不建議使用單一電阻從電壓源直接並聯驅動多個LED，因為個別LED的順向電壓差異會導致電流分佈和亮度不均。熱管理：
• 雖然插件式封裝透過其引腳散熱，但仍應注意PCB佈局和環境條件，以防止接面溫度超過極限，從而降低輸出和使用壽命。靜電防護：

LED易受靜電放電影響。操作程序應包括使用接地腕帶、防靜電墊和離子產生器。ESD損壞可能表現為高逆向漏電流、低順向電壓或在低電流下無法發光。

• 9. 技術比較與差異化與標準可見光LED或低功率紅外線LED相比，LTL-E7939Q3K提供了高輻射強度與適中、聚焦視角的平衡組合。這使其比廣角、低功率裝置更適合長距離或高信號強度的應用。其鋁鎵砷結構對於850nm發射是典型的，提供了良好的效率。其類別中的關鍵差異在於明確的高速操作規格，使其成為超越簡單照明的脈衝應用候選者。
• 10. 常見問題問：我可以直接從3.3V或5V微控制器引腳驅動此LED嗎？
• 答：不行。您必須使用串聯限流電阻。例如，使用5V電源，順向電壓為1.3V，期望順向電流為20mA，電阻值為R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω。使用180Ω或220Ω電阻是合適的。直接驅動可能會因電流過大而損壞LED。問：為什麼脈衝電流額定值比直流額定值高這麼多？

答：在非常短的脈衝期間，半導體接面產生的熱量沒有時間擴散到封裝和周圍環境。因此，接面溫度不會急劇上升，允許更高的瞬時電流而不造成熱損傷。工作週期非常低，使平均功率遠在限制之內。

問：透鏡是透明的。為什麼它發射的是不可見的紅外線光？答：透明的環氧樹脂透鏡對可見光和紅外線波長都是透明的。光的不可見性是半導體材料的特性，其在850nm波長發射光子，此波長超出人眼的敏感範圍。透明透鏡通常在隱蔽應用或不需要可見紅光的情況下更受青睞。11. 實務設計與使用案例案例：設計使用遮斷式感測器的簡單物體計數器。可以使用兩個此類紅外線LED與兩個匹配的光電晶體來創建雙通道遮斷式感測器，用於計算輸送帶上的物體。每個LED由設定為20mA的恆流源驅動，使用電晶體電路或專用LED驅動器IC，以確保輸出強度穩定，不受電源電壓波動影響。LED安裝在輸送帶一側，光電晶體安裝在另一側。當物體遮斷光束時，光電晶體的輸出狀態改變。LED的30°視角提供了一定的對準容差，同時提供足夠準直的光束，以最小化兩個緊密間距通道之間的串擾。高輻射強度確保強信號到達偵測器，即使在有一定環境紅外線光的環境中也能提供良好的信噪比。

12. 原理介紹

LED是一種半導體二極體。當在其P-N接面上施加順向電壓時，來自N型材料的電子與來自P型材料的電洞復合。此復合過程以光子的形式釋放能量。發射光的特定波長由半導體材料的能隙決定。對於LTL-E7939Q3K，鋁鎵砷合金的能隙對應於約1.46電子伏特的光子能量，這轉換為波長接近850奈米的光，位於紅外線區域。環氧樹脂透鏡用於保護半導體晶片、塑造發射模式並增強從晶片提取的光量。

13. 發展趨勢_F紅外線LED領域持續發展。趨勢包括開發具有更高電光轉換效率的裝置，這降低了功耗和熱量產生。同時，為了更快的數據通訊應用，如Li-Fi或先進光學感測器，正在持續努力提高調變速度。封裝創新旨在提供更好的熱管理，允許更高的驅動電流和更小尺寸下的更大光功率。此外，將LED與驅動器和控制電路整合到智慧模組中是一個日益增長的趨勢，簡化了終端使用者的系統設計。半導體中電致發光的基本原理保持不變，但材料科學和封裝技術推動了持續的性能改進。

Q: Why is the pulsed current rating (1A) so much higher than the DC rating (60mA)?

A> During a very short pulse, the heat generated in the semiconductor junction does not have time to spread to the package and surrounding environment. Therefore, the junction temperature does not rise as dramatically, allowing a much higher instantaneous current without causing thermal damage. The duty cycle (300pps * 10μs = 0.3%) is very low, keeping average power well within limits.

Q: The lens is \"Water Clear\". Why does it emit invisible infrared light?

A: The clear epoxy lens is transparent to both visible and infrared wavelengths. The invisibility of the light is a property of the semiconductor material (AlGaAs), which emits photons at 850nm—a wavelength outside the sensitivity range of the human eye. The clear lens is often preferred in covert applications or where a visible red glow (common with 660nm LEDs) is undesirable.

. Practical Design and Usage Case

Case: Designing a Simple Object Counter using a Break-Beam Sensor.

Two of these IR LEDs can be used with two matching phototransistors to create a two-channel break-beam sensor for counting objects on a conveyor belt. Each LED is driven by a constant current source set to 20mA using a transistor circuit or a dedicated LED driver IC to ensure stable output intensity regardless of supply voltage fluctuations. The LEDs are positioned on one side of the conveyor, and the phototransistors on the opposite side. When an object breaks the beam, the phototransistor's output changes state. The 30° viewing angle of the LED allows for some misalignment tolerance while providing a sufficiently collimated beam to minimize cross-talk between the two closely spaced channels. The high radiant intensity ensures a strong signal reaches the detector, providing good signal-to-noise ratio even in environments with some ambient IR light.

. Principle Introduction

An LED is a semiconductor diode. When a forward voltage is applied across its P-N junction, electrons from the N-type material recombine with holes from the P-type material. This recombination process releases energy in the form of photons (light). The specific wavelength (color) of the emitted light is determined by the energy bandgap of the semiconductor material. For the LTL-E7939Q3K, the AlGaAs alloy has a bandgap corresponding to photon energies of approximately 1.46 electron volts, which translates to light with a wavelength near 850 nanometers, in the infrared region. The epoxy lens serves to protect the semiconductor die, shape the emission pattern, and enhance light extraction from the chip.

. Development Trends

The field of infrared LEDs continues to evolve. Trends include the development of devices with higher wall-plug efficiency (more light output per electrical watt input), which reduces power consumption and heat generation. There is also ongoing work to increase modulation speeds for faster data communication applications, such as in Li-Fi (Light Fidelity) or advanced optical sensors. Packaging innovations aim to provide better thermal management, allowing for higher drive currents and greater optical power from smaller form factors. Furthermore, the integration of LEDs with drivers and control circuitry into smart modules is a growing trend, simplifying system design for end-users. The fundamental principle of electroluminescence in semiconductors remains unchanged, but material science and packaging technology drive continuous performance improvements.