SMD 紅外線發射器 930nm 規格書 - 封裝尺寸 5.0x5.0x1.6mm - 順向電壓 2.9V - 輻射強度 480mW/sr - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款專為表面黏著技術（SMT）組裝設計的分立式高功率紅外線發射器元件規格。此元件屬於廣泛紅外線元件系列，適用於需要可靠、高效紅外線光源的應用。其核心功能是在電驅動下，發射特定峰值波長的紅外線輻射。

1.1 核心優勢與目標市場

此發射器的主要優勢包括高輻射輸出、因其SMD封裝而適合自動化PCB組裝，以及定義於近紅外線區域的光譜輸出。其設計符合產業環境規範標準。主要目標應用於消費性電子產品與工業感測領域，其中紅外線訊號用於無線通訊、接近偵測或資料編碼。

2. 深入技術參數分析

以下章節針對規格書中定義的關鍵參數提供詳細、客觀的解讀，說明其對設計工程師的重要性。

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，並非用於正常操作。

• 功率消耗（3.8W）：在環境溫度（Ta）為25°C時，元件能以熱能形式消散的最大功率。超過此限制有導致半導體接面過熱的風險。
• 峰值順向電流（2A，300pps，10μs脈衝）：脈衝操作下的最大允許電流。10μs脈衝寬度與每秒300個脈衝（pps）定義了特定的工作週期。由於短脈衝期間熱累積減少，此額定值通常高於直流額定值。
• 直流順向電流（1A）：在直流條件下，可通過元件的最大連續電流。在此極限或接近此極限下操作需要謹慎的熱管理。
• 逆向電壓（5V）：可施加於逆向偏壓方向的最大電壓。紅外線發射器並非為逆向操作設計；超過此電壓可能導致擊穿。
• 熱阻（9 K/W，接面至焊墊）：熱設計的關鍵參數。它表示每消耗一瓦功率，接面溫度將上升多少。數值越低，表示熱能更容易從半導體晶粒傳遞到PCB。
• 操作與儲存溫度範圍：分別定義了可靠運作與非運作儲存的環境極限。

2.2 電氣與光學特性

這些是在指定測試條件下（Ta=25°C，IF=500mA，除非另有說明）測量的典型性能參數。

• 輻射強度（I_E）：480 mW/sr（典型值）。此參數測量沿元件中心軸線每單位立體角（球面度）發射的光功率。它是衡量紅外線光源在定向光束中亮度的關鍵指標。
• 總輻射通量（Φ_e）：700 mW（典型值）。這是所有方向發射的總光功率。通量與強度之間的比值受視角影響。
• 峰值發射波長（λ_Peak）：930 nm（典型值）。發射光功率達到最大值時的波長。此波長必須與接收感測器（例如，矽光二極體在900-1000nm附近最為靈敏）的光譜靈敏度相匹配。
• 光譜線半高寬（Δλ）：35 nm（典型值）。在峰值強度一半處測量的發射光譜頻寬。寬度越窄，表示光源的單色性越好。
• 順向電壓（V_F）：2.9 V（典型值）於500mA時。元件工作時的跨壓。這對於設計驅動電路和計算功耗至關重要（功率 = V_F* I_F）。
• 逆向電流（I_R）：< 10 μA 於 V_R=5V時。元件處於逆向偏壓時的小漏電流。
• 上升/下降時間（T_r/T_f）：30 ns（典型值）。光學輸出從最終值的10%切換到90%（上升）或從90%切換到10%（下降）所需的時間。這決定了資料傳輸的最大調變速度。
• 視角（2θ_1/2）：70°（典型值）。輻射強度降至軸上值一半時的全角。較寬的視角提供更廣的覆蓋範圍，但在任何單一方向上的強度較低。

3. 性能曲線分析

提供的圖表可視化地展示元件在不同條件下的行為。

3.1 光譜分佈（圖1）

該曲線顯示相對輻射強度隨波長的變化。它確認了峰值約在930nm處以及約35nm的半高寬。此形狀是半導體材料（可能是GaAs或AlGaAs）的特徵。

3.2 順向電流 vs. 環境溫度（圖2）

此降額曲線對熱管理至關重要。它顯示最大允許順向電流隨著環境溫度升高而降低。在85°C時，最大電流顯著低於25°C時。設計師必須使用此圖表確保操作電流與溫度的組合落在安全區域內。

3.3 順向電流 vs. 順向電壓（圖3）

這是電流-電壓（I-V）特性曲線。它是非線性的，為二極體的典型特性。此曲線讓設計師能為選定的操作電流確定預期的V_F，這是選擇串聯限流電阻所必需的。

3.4 相對輻射強度 vs. 溫度與電流（圖4 & 5）

圖4顯示在固定電流下，光學輸出功率如何隨著接面溫度升高而降低。圖5顯示在固定溫度下，輸出功率如何隨著電流增加而增加。兩者都展示了元件效率的溫度依賴性。輸出隨溫度升高而下降，這是LED常見的現象。

3.5 輻射圖（圖6）

此極座標圖可視化地呈現發射光的空間分佈。同心圓代表相對強度。該圖確認了70°視角（2θ_1/2），其中強度相對於中心（1.0）降至0.5。圖案大致呈朗伯分佈（餘弦分佈），這是具有簡單圓頂透鏡的LED常見的特性。

4. 機械與封裝資訊

4.1 外型尺寸

元件採用表面黏著封裝，長寬約為5.0mm，高度為1.6mm。圖紙指定了光學透鏡和焊墊的位置。除非另有說明，公差通常為±0.1mm。

4.2 極性識別

陰極（負極）在封裝圖中清晰標示。在PCB佈局和組裝過程中必須遵守正確的極性，以防止損壞。

4.3 建議焊墊尺寸

提供了焊墊圖案建議，以確保在迴焊過程中獲得可靠的焊點和正確的機械對準。遵循這些尺寸有助於防止墓碑效應，並確保與PCB的良好熱連接以利散熱。

5. 焊接與組裝指南

5.1 儲存條件

元件對濕氣敏感。未開封的包裝應儲存在30°C以下、相對濕度90%以下的環境中。一旦防潮袋被打開，元件應在一週內使用或儲存在乾燥環境中（<30°C，<60% RH）。暴露於環境濕度超過一週的元件，在進行迴焊前需要烘烤處理（約60°C，20小時），以防止焊接過程中發生爆米花損壞。

5.2 迴焊溫度曲線

建議採用符合JEDEC標準的迴焊溫度曲線。關鍵參數包括：預熱階段（150-200°C，最長120秒）、峰值溫度不超過260°C，以及液相線以上時間（TAL），其中峰值溫度維持時間最長為10秒。此曲線強調控制最高溫度以及元件暴露於高溫的時間，以防止塑膠封裝和半導體晶粒受損。

5.3 手工焊接

若必須進行手工焊接，烙鐵溫度不應超過300°C，且每個焊墊的接觸時間應限制在3秒內。這可將熱應力降至最低。

5.4 清潔

建議使用異丙醇或類似的醇基溶劑進行焊後清潔。應避免使用刺激性或未知的化學品，因為它們可能會損壞封裝或透鏡。

6. 包裝與處理

6.1 載帶與捲盤規格

元件以標準13英吋捲盤供應，每捲2400個。載帶與捲盤尺寸符合ANSI/EIA-481-1-A-1994規範，確保與自動貼片機的相容性。陰極方向在載帶凹槽內已標準化。

7. 應用說明與設計考量

7.1 驅動電路設計

此元件為電流驅動元件。為確保一致的性能和壽命，必須由電流源或透過帶有串聯限流電阻的電壓源驅動。規格書強烈建議當多個單元並聯連接時，每個LED使用獨立的串聯電阻（電路模型A）。不建議為並聯陣列使用單一電阻（電路模型B），因為各個LED之間的順向電壓（V_F）存在差異，這可能導致顯著的電流不平衡，以及V_F.

最低的元件亮度不均或提前失效。

7.2 熱管理

考慮到功率消耗（最大可達3.8W）和熱阻（9 K/W），有效的散熱對於高電流或高環境溫度下的操作至關重要。主要的散熱路徑是透過焊墊到PCB。使用建議的焊墊佈局並在PCB上提供足夠的銅箔面積（散熱焊墊）是必要的。對於高功率應用，可能需要額外的散熱過孔連接到內部接地層或專用散熱器，以將接面溫度保持在安全範圍內，如降額曲線所定義。

7.3 光學設計考量

70度視角定義了光束擴散角度。對於需要更窄光束的應用，可以添加二次光學元件（透鏡）。930nm的峰值波長應與在該光譜區域具有高靈敏度的接收器（光二極體、光電晶體）配對。許多矽基感測器的峰值靈敏度在850-950nm左右，因此是良好的匹配。對於遙控應用，此波長常用，因為它比850nm更不易被人眼察覺，但仍能被矽元件有效偵測。

8. 技術比較與差異化

與標準低功率紅外線LED相比，此元件提供顯著更高的輻射強度（典型值480 mW/sr），從而實現更長的距離或在光學雜訊更大的環境中操作。其表面黏著封裝使其與穿孔式元件區分開來，允許更小、更自動化的PCB組裝。快速的上升/下降時間（30ns）使其適用於中速資料傳輸，而不僅僅是簡單的開/關訊號。定義的光譜特性和視角為光學系統設計提供了一致、可預測的性能。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接用5V微控制器引腳驅動這個LED嗎？_{答：不行。您必須使用串聯限流電阻。電阻值計算公式為 R = (V}電源_F- V_F) / I_F。例如，使用5V電源，V_F=2.9V，且期望的I²為100mA，則 R = (5 - 2.9) / 0.1 = 21 歐姆。還必須考慮電阻的額定功率（P = I

R）。

問：輻射強度與總輻射通量有何不同？

答：輻射強度（mW/sr）測量特定方向上的功率（如同手電筒光束的亮度）。總輻射通量（mW）測量所有方向發射的功率總和（如同燈泡的總光輸出）。對於定向光源，強度通常是更相關的指標。

問：如何確定我的應用中最大安全操作電流？

答：您必須同時考慮絕對最大直流電流（1A）和熱降額。使用圖2。在x軸上找到您預期的最高環境溫度。向上畫一條線到曲線，然後向左到y軸以找到最大允許電流。您選擇的操作電流必須低於此值以及1A的絕對最大值。

問：為什麼峰值波長指定為930nm，但元件描述中提到940nm？

答：元件描述指的是包含940nm元件的通用產品線。此特定料號（LTE-R38385S-OE8）根據其詳細規格，典型峰值波長為930nm。請務必參考特定規格書以獲取所訂購元件的確切參數。

10. 實用設計與使用範例

10.1 範例1：長距離紅外線發射器情境：

設計一個防風雨的戶外紅外線發射器，用於在日光條件下進行超過15公尺的資料通訊。設計方法：

利用高輻射強度（480mW/sr）克服環境光雜訊。將LED驅動在其最大直流電流（1A）或接近該值以獲得最大輸出，但需實施穩健的熱管理策略。在PCB上使用連接到LED散熱焊墊的大面積銅箔鋪設，並使用多個散熱過孔連接到內層。考慮添加簡單的塑膠準直透鏡，將光束從70°縮窄至約15°，進一步增加軸上強度以達到所需距離。驅動電路將使用由微控制器開關控制的電晶體（例如MOSFET），並搭配計算出的串聯電阻來設定1A電流。

10.2 範例2：多元件接近感測器陣列情境：

創建一個接近感測器環，其中8個紅外線發射器圍繞一個中央接收器放置。設計方法：_F均勻照明是關鍵。使用建議的電路模型A：8個LED中的每一個都擁有自己相同的限流電阻，連接到共同的電壓軌。這可以補償LED之間微小的V

差異。以中等電流（例如200mA）操作LED，以平衡輸出和熱負載。利用快速的30ns上升/下降時間產生清晰的脈衝，將陣列與接收器的取樣同步脈衝化，以提高訊噪比。每個LED的70°視角將創造一個寬廣、重疊的偵測區域。

11. 工作原理簡介

此紅外線發射器是一種半導體二極體。其核心是由砷化鎵（GaAs）或砷化鋁鎵（AlGaAs）等材料製成的晶片。當施加順向電壓時，電子被注入跨越p-n接面。當這些電子在主動區與電洞復合時，能量以光子（光粒子）的形式釋放。半導體材料的特定能隙決定了發射光的波長（顏色）。對於GaAs/AlGaAs，此能隙對應於紅外線光譜中的光子（通常為850-940nm）。塑膠封裝封裝了晶片，提供機械結構，並包含一個成型透鏡，用以塑造發射光的輻射圖案。

12. 技術趨勢與背景