LTL-E7939Q2K 紅外線LED燈技術規格書 - 插件式封裝 - 波長850nm - 輻射強度20mW/sr

1. 產品概述

本文件提供一款高效能、插件式安裝的紅外線發光二極體之完整技術規格。此元件專為需要可靠且強力之紅外線光源的應用所設計，其典型波長為850奈米。它採用透明透鏡，並使用適合高效紅外線發射的AlGaAs（砷化鋁鎵）半導體技術製造。本產品符合RoHS指令，表示其不含鉛等有害物質。其核心優勢包括高速運作、高輻射功率輸出，以及因低電流需求而與標準積體電路相容。它適用於各種電子設備領域中，安裝於印刷電路板或面板上。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作極限定義於環境溫度為25°C的條件下。超過這些額定值可能導致永久性損壞。

• 功率消耗：最大值120 mW。
• 峰值順向電流：在脈衝條件下（每秒300個脈衝，脈衝寬度10 μs）最大值為1 A。
• 直流順向電流：連續操作下最大值為60 mA。
• 逆向電壓：最大值5 V。施加更高的逆向電壓可能導致LED接面崩潰。
• 操作溫度範圍：-30°C 至 +85°C。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。
• 引腳焊接溫度：距離LED本體2.0mm處測量，最高260°C，最長5秒。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在環境溫度為25°C時指定，代表元件的典型性能。

• 輻射強度：在順向電流為20mA驅動時，最小值為20.0 mW/sr。實際值應考慮±15%的公差。具體的分類代碼標示於產品的包裝袋上。
• 視角：典型值為25度，最小值為18度。此為輻射強度降至其軸向峰值一半時的全角。
• 峰值波長：典型值為850 nm，位於近紅外線光譜範圍。
• 光譜線半高寬：典型值為40 nm。這定義了發射光的光譜頻寬。
• 順向電壓：典型值為1.3V，在IF = 20mA時最大值為1.65V。
• 逆向電流：當施加5V逆向電壓時，最大值為10 μA。

3. 性能曲線分析

本規格書包含數個典型特性曲線，能更深入地了解元件在不同條件下的行為。這些對於電路設計和熱管理極具價值。

3.1 光譜

光譜分佈曲線顯示了以850nm峰值為中心，在不同波長下發射的光強度。40nm的半高寬表示發射的擴散範圍。

3.2 順向電壓 vs. 順向電流

此IV曲線說明了LED兩端電壓與流經電流之間的關係。它是非線性的，為二極體的典型特性。設計師利用此曲線來確定目標工作電流所需的驅動電壓。

3.3 相對輻射功率 vs. 順向直流電流

此曲線顯示光輸出功率如何隨著直流驅動電流的增加而增加。它有助於選擇適當的工作點，以在管理功率消耗的同時達到所需的亮度。

3.4 相對輻射功率 vs. 峰值電流

對於脈衝操作，此曲線展示了脈衝中的峰值電流與產生的輻射功率輸出之間的關係，這對於紅外線資料傳輸等應用至關重要。

3.5 相對輻射功率 vs. 溫度

這是一條關鍵的熱性能曲線。它顯示了光輸出如何隨著環境（或接面）溫度的升高而降低。了解這種降額對於設計在指定溫度範圍內保持性能一致的系統至關重要。

3.6 指向性

指向性或輻射模式曲線以視覺化方式呈現視角，顯示強度如何圍繞LED中心軸在空間中分佈。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

此元件為標準插件式LED封裝。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米（括號內為英吋）。
• 除非另有說明，一般公差為±0.25mm（±0.010"）。
• 法蘭下方樹脂的最大突出量為1.0mm（0.04"）。
• 引腳間距在引腳從封裝本體伸出的位置測量。

具體的尺寸圖在規格書中參照，詳細說明了本體直徑、引腳長度和間距。

4.2 極性識別

對於插件式LED，極性通常由引腳長度指示（較長的引腳通常為陽極），或由LED透鏡邊緣的平面標記指示。規格書的機械圖將指定確切的識別方法。

5. 焊接與組裝指南

正確的操作對於確保可靠性和防止損壞至關重要。

5.1 引腳成型

• 彎曲必須在距離LED透鏡基座至少3mm的位置進行。
• 彎曲時不得以引線框架的基座作為支點。
• 引腳成型應在常溫下進行，且在焊接過程之前完成。
• 在插入PCB時，使用必要的最小夾緊力，以避免對LED本體施加過度的機械應力。

5.2 焊接製程

• 保持從透鏡基座到焊接點的最小間距為2mm。
• 避免將透鏡浸入焊料中。
• 當LED因焊接而處於高溫時，請勿對引腳施加外部應力。

建議焊接條件：

• 電烙鐵：最高溫度350°C，最長時間3秒（僅限一次性焊接）。
• 波峰焊：
  • 預熱：最高100°C，最長60秒。
  • 焊錫波：最高260°C，最長5秒。

重要注意事項：過高的焊接溫度或時間可能導致透鏡變形或造成LED災難性故障。紅外線迴流焊不適用於此插件式LED。

5.3 清潔

如需清潔，請使用酒精類溶劑，如異丙醇。

5.4 儲存

為獲得最佳保存期限：

• 儲存環境不應超過30°C和70%相對濕度。
• 從原始保護性包裝中取出的LED應在三個月內使用。
• 如需在原始包裝外長期儲存，請將LED存放於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣吹掃的乾燥器中。

6. 驅動方法與電路設計

LED是電流驅動元件。為確保穩定的光輸出，特別是在驅動多個LED時，適當的電流調節至關重要。

• 推薦電路（電路A）：將限流電阻與每個LED串聯。這是首選方法，因為它可以補償各個LED之間順向電壓特性的微小差異，確保陣列中所有元件的亮度均勻。
• 不推薦電路（電路B）：不建議將多個LED直接並聯，並共用單一限流電阻。由於每個LED的I-V曲線存在自然差異，電流（以及亮度）將無法均勻分配，導致某些LED比其他LED更亮。

7. 靜電放電防護

此元件對靜電放電敏感。ESD可能導致立即或潛在的損壞，表現為高逆向漏電流、異常低的順向電壓，或在低電流下無法發光。

預防措施：

• 操作人員在處理LED時應佩戴導電腕帶或防靜電手套。
• 所有設備、工作站和機器必須妥善接地。
• 使用離子產生器來中和因操作摩擦可能積聚在塑膠透鏡表面的靜電荷。

ESD損壞驗證：通過測試發光情況並在低測試電流下測量順向電壓來檢查可疑的LED。

8. 包裝與訂購資訊

8.1 包裝規格

產品採用多層包裝系統供應：

• 基本單位：每防靜電包裝袋1,000件。
• 內盒：包含6個包裝袋，總計6,000件。
• 外箱：包含8個內盒，總計48,000件。

8.2 料號結構

料號LTL-E7939Q2K編碼了關鍵屬性：

• LTL：產品系列識別碼。
• E7939：特定元件型號/系列。
• Q2K：可能表示根據包裝袋上標示的分類代碼，針對輻射強度和/或視角進行了特定的分級（例如，強度在18-21.5 mW/sr最小值範圍，視角典型值20-29度）。

9. 應用建議與設計考量

9.1 典型應用場景

此高功率850nm紅外線LED適用於廣泛的應用，包括但不限於：

• 紅外線照明：用於安防攝影機、夜視系統以及低光條件下的機器視覺。
• 光學感測：接近感測器、物體偵測和循線機器人。
• 資料傳輸：紅外線資料鏈路、遙控器（高功率可延伸範圍）和光學編碼器。
• 工業自動化：位置感測、計數和遮斷光束感測器。

9.2 設計考量

• 熱管理：雖然元件可處理120mW，但在最大直流電流（60mA）或接近該值下運作會產生熱量。若用於高環境溫度環境，請確保足夠的PCB銅箔面積或散熱措施，以防止性能下降並延長使用壽命。
• 光學設計：25度的典型視角提供了相對集中的光束。如需更廣的覆蓋範圍，可能需要二次光學元件（擴散片）。如需更長距離，可使用透鏡來準直光束。
• 驅動電路：務必使用恆流驅動器或串聯電阻。根據電源電壓、LED的典型順向電壓和所需工作電流計算電阻值：R = (Vs - Vf) / If。需考慮Vf公差和電源電壓變化。
• 電路中的ESD防護：在易受ESD影響的環境中，考慮在連接LED的線路上添加瞬態電壓抑制二極體或其他保護元件。

10. 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，此元件提供顯著優勢：

• 高輻射強度：最小值20 mW/sr為感測和照明提供了強大的訊號強度，允許更長的操作距離或更低的接收器靈敏度要求。
• 高速能力：能夠在短脈衝（10μs）中處理1A峰值電流，使其適用於調變資料傳輸應用。
• 符合RoHS規範：符合現代無鉛製造的環保法規。
• 插件式可靠性：與某些表面黏著替代方案相比，插件式封裝提供了堅固的機械固定和優異的PCB熱傳導，這對高功率運作有益。

11. 常見問題

11.1 輻射強度與發光強度有何不同？

輻射強度測量每立體角發射的實際光功率，與人眼靈敏度無關，用於紅外線和紫外線裝置。發光強度則根據人眼的明視覺響應加權，以燭光或毫燭光為單位，僅對可見光有意義。此紅外線LED正確地以mW/sr為單位指定。

11.2 我可以直接用3.3V或5V微控制器引腳驅動此LED嗎？

No.微控制器引腳的電流供應/吸收能力有限（通常最大20-50mA），且非設計用於恆流驅動。直接連接LED可能會使引腳過載、損壞微控制器，並向LED提供不受控的電流。務必使用帶有串聯電阻或專用LED驅動IC的驅動電路。

11.3 為什麼輻射強度有±15%的公差？

這是半導體製造過程中固有的正常變異。LED根據測得的強度進行分級。包裝袋上的特定"分類代碼"指示LED所屬的強度等級，讓設計師能為其應用選擇性能一致的元件。

11.4 接收器需要紅外線濾光片嗎？

在許多應用中，是的。在接收器（光電二極體或感測器）上使用850nm帶通濾光片，可以通過阻擋環境可見光和其他不需要的紅外線光源（如陽光或白熾燈泡）來顯著提高訊噪比，使系統更可靠，特別是在日光條件下。

12. 實際應用範例

設計案例：簡易紅外線接近感測器

目標：偵測10公分內的物體。

設計： 1. 發射器電路：使用20mA恆流驅動LTL-E7939Q2K LED。使用5V電源和典型Vf 1.3V，計算串聯電阻：R = (5V - 1.3V) / 0.020A = 185歐姆。使用標準180或200歐姆電阻。 2.接收器電路：將一個對850nm光敏感的矽光電晶體或光電二極體放置在距離LED幾公分處，並與LED對齊在同一軸線上。使用反向偏壓的光電二極體配合跨阻放大器，或以簡單開關配置的光電晶體。 3.運作方式：LED持續發射紅外線光。當物體進入偵測區域時，會將部分光線反射回接收器。接收器的輸出訊號增加，可由比較器或微控制器ADC讀取以觸發動作。 4.考量事項：遮蔽接收器，避免直接暴露於發射器，以防止飽和。使用調變光（脈衝驅動LED）和接收器中的同步偵測電路，使系統不受環境光波動的影響。

13. 工作原理

此元件是一種基於AlGaAs半導體接面的發光二極體。當施加超過接面閾值（約1.3V）的順向電壓時，電子和電洞被注入跨越接面。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。砷化鋁鎵半導體材料的特定成分決定了能隙能量，這直接對應於發射光子的波長——在本例中約為850nm，位於電磁波譜的近紅外線區域，人眼不可見。

14. 技術趨勢

紅外線LED技術持續發展。業界的一般趨勢包括：

• 效率提升：開發新的半導體材料和磊晶結構（如多重量子阱），以實現更高的電光轉換效率（每瓦電輸入產生更多光輸出），減少熱量產生和功耗。
• 更高功率密度：封裝和熱管理技術的進步，使得更小的元件能夠處理更高的驅動電流，從而實現更緊湊、更強大的紅外線照明系統。
• 波長多樣化：雖然850nm和940nm很常見，但針對特定應用也在開發中，例如用於醫療的810nm，或針對特定感測器靈敏度優化的特定波長。
• 整合化：趨勢是將LED驅動電路、保護元件，有時甚至感測器整合到更緊湊的模組或系統級封裝解決方案中，以簡化終端使用者的設計。

這些趨勢旨在為機器視覺、生物特徵感測、LiDAR和光通訊等不斷成長的市場提供更可靠、高效且針對特定應用的解決方案。