LTR-C155DD-G 光電二極體規格書 - 940nm 峰值波長 - 5V 反向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTR-C155DD-G 是一款專為近紅外線光譜感測應用設計的分立式紅外線光電二極體元件。它屬於廣泛光電元件家族的一員，適用於需要可靠偵測紅外線訊號的系統。其主要功能是將入射的紅外線光轉換為電流，使其能作為接收器或感測元件使用。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件為設計人員提供了多項關鍵優勢。其具備高訊噪比，這對於在客廳或辦公室等環境中區分有效的紅外線指令與環境光雜訊至關重要。該元件相容於自動貼裝設備與紅外線迴焊製程，適合高產量、自動化的生產線。其主要目標市場包括用於遙控系統的消費性電子產品、用於動作或光束偵測的安全與警報系統，以及涉及短距離紅外線資料傳輸的各種應用。

1.2 特點

• 符合 RoHS 與綠色產品規範。
• 採用頂視封裝，配備水清平頂透鏡，確保一致的角響應。
• 以 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑捲盤上，適用於自動化組裝。
• 相容於自動貼裝（取放）設備。
• 可承受標準紅外線迴焊製程。
• 採用 EIA 標準外型封裝。

1.3 應用

• 遙控器（電視、空調、機上盒）的紅外線接收模組。
• 用於接近感測或物體偵測的 PCB 安裝紅外線感測器。
• 使用紅外線光束的安全警報系統。
• 簡易紅外線無線資料傳輸鏈路。

2. 技術參數：深入客觀解讀

電氣與光學特性定義了光電二極體的工作邊界與性能。理解這些參數對於正確的電路設計及確保在目標應用中可靠運作至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值規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。

• 功率耗散 (Pd)：最大 150 mW。這是元件可作為熱量散發的總功率，主要來自反向偏壓電流及任何高照度下的光電流。
• 反向電壓 (VR)：最大 30 V。施加高於此值的反向電壓可能導致崩潰並損壞光電二極體接面。
• 工作溫度範圍 (TA)：-40°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度範圍 (Tstg)：-55°C 至 +100°C。元件可在此範圍內儲存而不運作。
• 紅外線焊接條件：可承受 260°C 峰值溫度達 10 秒，符合典型的無鉛迴焊溫度曲線。

2.2 電氣與光學特性 (TA=25°C)

這些是在指定測試條件下的典型與保證性能參數。

• 順向電壓 (Vf)：在 If=1mA 時為 0.4V 至 1.0V。若光電二極體意外處於順向偏壓，此參數相關；這並非其正常工作模式。
• 反向崩潰電壓 V(BR)：在 IR=100µA 時最小為 30V。這確認了元件能安全承受最大額定反向電壓。
• 反向暗電流 (ID)：在 VR=5V，Ee=0mW/cm² 時最大為 100 nA。這是無光照時的漏電流。較低的暗電流可提升對微弱訊號的靈敏度。
• 開路電壓 (VOC)：在 λ=940nm，Ee=0.5mW/cm² 時最大為 0.4V。這是光電二極體在光照下於光伏模式（無外部偏壓）下產生的電壓。
• 上升時間 (Tr) 與下降時間 (Tf)：在 VR=10V，RL=1kΩ 時，典型值分別為 0.30µs 和 0.28µs。這些參數定義了開關速度，使元件適合解碼調變紅外線訊號（例如，來自操作於 38-40 kHz 的遙控器）。
• 反向光電流 (Ip)：在 VR=5V，λ=940nm，Ee=1mW/cm² 時，典型值為 16 µA（最小值 10 µA）。這是二極體處於反向偏壓時產生的光電流，是線性響應與速度的標準操作模式。
• 短路電流 (Is)：在與 Ip 相同的條件下，典型值為 16 µA。在光伏模式下，這是元件可提供的最大電流。
• 總電容 (CT)：在 VR=3V，f=1MHz 時，典型值為 14 pF。此接面電容會影響高頻響應；較低的電容允許更高的頻寬。
• 峰值感測波長 (λp)：典型值為 910 nm。光電二極體對此波長的紅外線光最為敏感，使其非常適合與 940nm 紅外線發射二極體配對使用。

3. 性能曲線分析

提供的圖表提供了元件在不同條件下行為的視覺化洞察。

3.1 光電流 vs. 輻照度

此曲線顯示了入射光功率（輻照度 Ee）與產生的光電流（Ip）之間的關係。對於在線性區域（反向偏壓）操作的光電二極體，此關係通常是線性的。圖表證實，在 1 mW/cm² 的 940nm 光照下，光電流約為 16 µA，如表格所述。這種線性對於類比感測應用至關重要。

3.2 光譜靈敏度

此圖表繪製了相對輻射靈敏度與波長的關係。它顯示峰值約在 910nm，並在大約 800nm 至 1050nm 範圍內有顯著響應。對於可見光（低於 700nm），靈敏度急劇下降，這有利於抑制來自白熾燈泡或陽光等光源的環境光雜訊。如描述中所述，加入濾光片將進一步銳化此截止點。

3.3 總功率耗散 vs. 環境溫度

此降額曲線說明了最大允許功率耗散如何隨著環境溫度升高而降低。在 25°C 時，允許完整的 150 mW。當溫度升高至最高工作極限 85°C 時，允許的功率耗散線性下降。這對於應用設計中的熱管理以防止過熱至關重要。

3.4 角靈敏度圖

極座標圖描繪了不同入射光角度的相對靈敏度。像此元件一樣配備平頂透鏡的光電二極體，通常具有相對較寬的視角（通常在靈敏度降至 50% 時約為 ±60 度）。這種寬視角對於需要從廣闊區域擷取訊號而無需精確對準的接收器來說是有利的。

4. 機械與封裝資訊

4.1 外型尺寸

此元件符合標準產業封裝外型。關鍵尺寸包括本體尺寸、引腳間距和總高度。封裝專為表面黏著技術設計。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為 ±0.1mm。

4.2 極性識別與焊墊設計

陰極通常標示在封裝上。規格書提供了 PCB 佈局的建議焊接墊尺寸。建議的焊墊設計確保了在迴焊過程中及之後形成可靠的焊點和適當的機械穩定性。建議使用厚度為 0.1mm 至 0.12mm 的金屬鋼網進行錫膏塗佈。

5. 焊接與組裝指南

5.1 迴焊溫度曲線

此元件適用於無鉛迴焊製程。提供了符合 JEDEC 標準的建議溫度曲線。關鍵參數包括預熱區（150-200°C）、不超過 260°C 的峰值溫度，以及確保形成適當焊點而不使元件承受過度熱應力的液相線以上時間。元件在峰值溫度下最多可承受此曲線 10 秒，最多兩次。

5.2 手工焊接

若需手工焊接，應使用烙鐵頭溫度不超過 300°C，且每個焊點的接觸時間應限制在最多 3 秒。這可將對半導體晶粒或塑膠封裝造成熱損壞的風險降至最低。

5.3 儲存條件

為防止吸濕（這可能在迴焊過程中導致 "爆米花效應"），規定了特定的儲存條件。在原始的密封防潮袋（內含乾燥劑）中，元件應儲存在 ≤30°C 和 ≤90% RH 的環境下，並在一年內使用。一旦袋子打開，元件應儲存在 ≤30°C 和 ≤60% RH 的環境下，並最好在一週內進行加工。若需在原始包裝外長時間儲存，則需要在焊接前以約 60°C 烘烤至少 20 小時。

5.4 清潔

若需進行焊後清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇。應避免使用強烈或侵蝕性的化學清潔劑，因為它們可能損壞封裝材料或透鏡。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 載帶與捲盤規格

元件以壓紋載帶配備保護蓋帶的形式提供。載帶寬度為 8mm，捲繞在標準 7 英吋（178mm）直徑的捲盤上。每捲包含 3000 個元件。包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規範，確保與自動送料器相容。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型電路配置

像 LTR-C155DD-G 這類光電二極體最常見的操作模式是光導模式。在此模式下，二極體以電壓（例如測試條件中的 5V）進行反向偏壓。產生的光電流與光強度成正比。此電流可使用負載電阻轉換為電壓。RL 的值會影響輸出電壓擺幅和電路頻寬（速度），這是因為與光電二極體接面電容形成的 RC 時間常數。對於像 38 kHz 紅外線遙控解碼這樣的高速應用，通常使用較小的 RL（例如 1kΩ 至 10kΩ）。對於低照度條件下更高的靈敏度，建議使用較大的 RL 或跨阻放大器電路。

7.2 光學設計考量

為優化性能，紅外線光源的發射波長應與光電二極體的峰值靈敏度（約 940nm）匹配。可在光電二極體前方放置光學濾光片以阻擋可見光，這將顯著改善在強環境光環境下的訊噪比。光電二極體的寬視角簡化了光學對準，但也可能使其更容易受到雜散光的影響；機械遮罩有助於定義視場。

7.3 佈局考量

遵循建議的焊墊佈局以確保良好的可焊性和機械強度。在敏感的類比電路中，應盡量縮短光電二極體陽極和陰極的走線，以最小化雜訊拾取和寄生電容。在電氣雜訊環境中，可能需要適當的接地和屏蔽。

8. 技術比較與差異化

與光電晶體相比，像 LTR-C155DD-G 這樣的光電二極體提供更快的響應時間（亞微秒級 vs. 微秒級），使其在高速資料傳輸或調變訊號接收方面更為優越。它還提供相對於光強度更線性的輸出。與其他光電二極體相比，其主要特點包括適用於自動化組裝的標準化封裝、與無鉛迴焊的相容性，以及適合消費性紅外線協定的指定高速性能。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 反向光電流與短路電流有何不同？

反向光電流是在光電二極體處於反向偏壓電壓（例如 5V）下測量的。這是線性響應與速度的標準操作條件。短路電流則是在二極體兩端電壓為零（光伏模式）下測量的。典型值相似，但光伏模式響應較慢，且電流輸出與電壓相關。

9.2 如何選擇負載電阻值？

選擇需要在頻寬與訊號幅度之間進行權衡。對於 38kHz 紅外線訊號，週期約為 26µs。光電二極體的上升/下降時間遠快於此，因此不是限制因素。RC 時間常數應顯著小於您需要偵測的脈衝寬度。對於 1kΩ 電阻和 14pF 電容，時間常數為 14ns，這對於高速應用非常理想。較大的 RL 在相同光照下會產生較大的輸出電壓，但會降低頻寬並可能增加雜訊。

9.3 為何零件在袋外儲存後需要烘烤？

塑膠 SMT 封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些被困住的濕氣會迅速蒸發，產生內部壓力，可能導致封裝分層或晶粒破裂——這種現象稱為 "爆米花效應"。烘烤可以驅除這些吸收的濕氣，防止此類故障發生。

10. 運作原理介紹

光電二極體是一種半導體 PN 接面。當能量大於半導體能隙的光子撞擊接面的空乏區時，它們可以將電子從價電帶激發到導電帶，產生電子-電洞對。在內部電場（接面固有或由外部反向偏壓增強）的影響下，這些電荷載子被分開，從而在外部電路中產生可測量的電流。只要元件在其線性區域內運作，此光電流就與入射光強度成正比。靈敏度的峰值波長由所用半導體材料的能隙能量決定。

11. 發展趨勢

像光電二極體這類分立式紅外線感測器的趨勢是進一步微型化封裝，同時維持或改善性能參數，例如更低的暗電流、更高的速度以及增強的抗環境光干擾能力。整合是另一個關鍵趨勢，將光電二極體與專用放大器、濾光片和數位邏輯整合在單一封裝中，以創建完整的 "紅外線接收模組"，從而簡化終端產品設計。同時，持續推動更高的可靠性及與日益嚴格的環境和製造標準（例如汽車或工業應用標準）的相容性。