LTR-C971-TB Infrarot-Fototransistor Datenblatt - Seitenansicht-Gehäuse - Vce 30V - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der LTR-C971-TB ist ein diskreter Infrarot-Fototransistor für Erfassungsanwendungen. Er ist Teil einer breiten Produktpalette, die Lösungen für die Infrarotdetektion bietet und zeichnet sich durch Eigenschaften aus, die eine zuverlässige Leistung in verschiedenen elektronischen Systemen gewährleisten. Die Komponente ist für automatische Bestückungs- und Lötprozesse nach Industriestandards ausgelegt.

1.1 Merkmale

• Konform mit RoHS- und Green-Product-Standards.
• Ausgestattet mit einer schwarzen Kuppellinse in Seitenansicht-Bauform.
• Verpackt auf 12-mm-Tape auf 7-Zoll-Spulen für die automatisierte Handhabung.
• Kompatibel mit automatischen Bestückungsgeräten.
• Kompatibel mit Infrarot-Reflow-Lötverfahren.
• Entspricht den EIA-Standard-Gehäusespezifikationen.

1.2 Anwendungen

• Infrarot-Empfängermodule.
• Leiterplattenmontierte Infrarotsensoren.

2. Gehäuseabmessungen

Die mechanische Kontur und die Abmessungen des LTR-C971-TB Fototransistors sind in den Datenblattzeichnungen angegeben. Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders vermerkt. Für das genaue Design des Leiterplatten-Footprints ist ein Bezug auf die detaillierten Maßzeichnungen unerlässlich. Spezifikationen können ohne vorherige Ankündigung geändert werden.

3. Absolute Maximalwerte

Die folgende Tabelle listet die absoluten Maximalwerte für den LTR-C971-TB Fototransistor bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C auf. Eine Überschreitung dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden an der Komponente führen.

Ein vorgeschlagenes Infrarot-Reflow-Profil für bleifreie Prozesse ist ebenfalls im Datenblatt als Referenz für die Montage enthalten.

4. Elektrische und optische Kennwerte

Die wichtigsten elektrischen und optischen Parameter sind bei TA=25°C definiert. Diese Kennwerte sind entscheidend für den Schaltungsentwurf und die Leistungsvorhersage.

Hinweis: Die Testtoleranz für IC(ON) beträgt ±15%.

5. Typische Kennlinien

Das Datenblatt enthält eine Reihe typischer Kennlinien, die bei 25°C Umgebungstemperatur gemessen wurden (sofern nicht anders angegeben). Diese Diagramme stellen visuell die Beziehung zwischen Schlüsselparametern wie Kollektorstrom vs. Bestrahlungsstärke, Ansprechzeit unter verschiedenen Lasten und die Temperaturabhängigkeit des Dunkelstroms dar. Die Analyse dieser Kurven hilft Ingenieuren, das Verhalten der Komponente unter nicht standardmäßigen oder variierenden Betriebsbedingungen zu verstehen, was für ein robustes Systemdesign unerlässlich ist.

6. Lötpad-Layout und Empfehlungen

Empfohlene Lötpad-Abmessungen für das Leiterplattenlayout werden bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Das Datenblatt empfiehlt die Verwendung einer Metallschablone für den Lotpastendruck mit einer Dicke von 0,1 mm (4 mils) oder 0,12 mm (5 mils). Die Einhaltung dieser Pad-Abmessungen und Schablonenspezifikationen ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Prozesses und verhindert Probleme wie "Tombstoning" oder unzureichende Lötung.

7. Verpackungsspezifikationen (Tape & Reel)

Der LTR-C971-TB wird im Tape-and-Reel-Format geliefert, das für hochvolumige, automatisierte Fertigungslinien geeignet ist. Detaillierte Verpackungsabmessungen sowohl für den Trägerstreifen als auch für die Spule sind spezifiziert. Wichtige Hinweise: Alle Maße sind in Millimetern angegeben, leere Komponententaschen sind mit Deckband versiegelt, jede 13-Zoll-Spule enthält 6000 Stück, maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Komponenten sind zulässig, und die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikationen.

8. Wichtige Hinweise und Handhabungsrichtlinien

8.1 Bestimmungsgemäße Anwendung

Diese Komponente ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten bestimmt, einschließlich Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsanwendungen. Sie ist nicht für sicherheitskritische Systeme vorgesehen, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z. B. Luftfahrt, Medizingeräte). Für solche Anwendungen ist eine vorherige Konsultation mit dem Komponentenlieferanten erforderlich.

8.2 Lagerbedingungen

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist für die Aufrechterhaltung der Komponentenzuverlässigkeit unerlässlich. Für versiegelte feuchtigkeitsdichte Beutel mit Trockenmittel gilt: Lagerung bei ≤30°C und ≤90% rF, mit einer empfohlenen Verwendungsfrist von einem Jahr. Nach dem Öffnen der Originalverpackung sollten die Komponenten bei ≤30°C und ≤60% rF gelagert werden. Es wird empfohlen, die IR-Reflow-Lötung innerhalb einer Woche nach dem Öffnen abzuschließen. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollte ein versiegelter Behälter mit Trockenmittel oder ein Stickstoff-Exsikkator verwendet werden. Komponenten, die länger als eine Woche unverpackt gelagert wurden, sollten vor dem Löten etwa 20 Stunden bei ca. 60°C getrocknet (gebakt) werden.

8.3 Reinigung

Falls eine Reinigung erforderlich ist, sollten alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Vermeiden Sie aggressive oder unbekannte chemische Reinigungsmittel, die das Gehäuse oder die Linse beschädigen könnten.

8.4 Lötprozess

Detaillierte Lötempfehlungen werden bereitgestellt, um die Montagezuverlässigkeit sicherzustellen.

• Reflow-Löten:Vorwärmen auf 150–200°C für maximal 120 Sekunden. Die Spitzentemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit oberhalb dieser Temperatur sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt sein. Der Reflow-Vorgang sollte maximal zweimal durchgeführt werden.
• Lötkolben:Die Temperatur der Lötspitze sollte 300°C nicht überschreiten, und die Lötzeit pro Anschluss sollte für einen einzelnen Vorgang auf maximal 3 Sekunden begrenzt sein.

Das Datenblatt betont, dass das optimale Temperaturprofil vom spezifischen Board-Design, den Komponenten, der Lotpaste und dem Ofen abhängt. Es wird empfohlen, das bereitgestellte JEDEC-konforme Profil als generisches Ziel zu verwenden und die Grenzwerte sowohl von JEDEC als auch vom Hersteller der Lotpaste einzuhalten.

8.5 Empfehlung für die Ansteuerschaltung

Für Anwendungen mit mehreren Bauteilen wird dringend empfohlen, für jeden Fototransistor in der Schaltung einen seriellen strombegrenzenden Widerstand vorzusehen. Diese Praxis, im Datenblatt als "Schaltungsmodell (A)" dargestellt, trägt dazu bei, eine gleichmäßige Stromverteilung und konsistente Leistung über alle Bauteile hinweg sicherzustellen. Die alternative Parallelschaltung ohne individuelle Widerstände ("Schaltungsmodell (B)") kann aufgrund von Unterschieden in den Strom-Spannungs-Kennlinien (I-V-Kennlinien) der einzelnen Bauteile zu Helligkeits- oder Empfindlichkeitsschwankungen führen.

9. Produktinformationen und Revisionen

Der Hersteller behält sich das Recht vor, das Erscheinungsbild und die Spezifikationen des Produkts zur Verbesserung ohne vorherige Ankündigung zu ändern. Entwickler sollten stets auf die neueste Version des Datenblatts für aktuelle Informationen zurückgreifen.

10. Technische Vertiefung und Designüberlegungen

10.1 Funktionsprinzip

Ein Infrarot-Fototransistor wandelt einfallendes Infrarotlicht in einen elektrischen Strom um. Im Wesentlichen handelt es sich um einen Bipolartransistor, dessen Basisstrom durch Photonen erzeugt wird, die auf den Basis-Kollektor-Übergang treffen (der als Fotodiode fungiert). Wenn Infrarotlicht mit ausreichender Wellenlänge (typischerweise 940nm für dieses Bauteil) den aktiven Bereich beleuchtet, werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt. Dieser Fotostrom wird dann durch die Verstärkung des Transistors verstärkt, was zu einem viel größeren Kollektorstrom führt, der von externen Schaltungen leicht gemessen werden kann. Das Seitenansicht-Gehäuse mit schwarzer Kuppellinse hilft, ein spezifisches Sichtfeld zu definieren und kann eine gewisse Unterdrückung von Umgebungslicht im sichtbaren Bereich bieten.

10.2 Analyse der Schlüsselparameter

• Empfindlichkeit (IC(ON)):Der typische Kollektorstrom im leitenden Zustand von 4,0 mA bei 0,5 mW/cm² Bestrahlungsstärke bei 940nm gibt die Empfindlichkeit des Bauteils an. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Stärke des einfallenden IR-Signals dieses Bestrahlungsniveau erreicht oder überschreitet, um ein zuverlässiges Schalten oder eine analoge Detektion zu gewährleisten.
• Geschwindigkeit (Tr, Tf):Die typischen Anstiegs- und Abfallzeiten von 15 μs definieren die Schaltgeschwindigkeit des Bauteils. Dieser Parameter ist entscheidend für Datenübertragungsanwendungen (wie IR-Fernbedienungen), bei denen eine hohe Bitrate erforderlich ist. Die angegebene Testbedingung (VCE=5V, IC=1mA, RL=1KΩ) bietet einen Standard-Benchmark.
• Dunkelstrom (ICEO):Der maximale Dunkelstrom von 100 nA bei VCE=20V repräsentiert den Leckstrom bei Abwesenheit von Licht. Ein niedriger Dunkelstrom ist für ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis unerlässlich, insbesondere bei Detektion unter schwachen Lichtverhältnissen oder bei Verwendung von hochohmigen Lastwiderständen zur Erhöhung der Spannungsverstärkung.
• Spannungsfestigkeiten (V(BR)CEO, V(BR)ECO):Die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung von 30V und die Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung von 5V definieren den sicheren Arbeitsbereich für die angelegte Vorspannung. Schaltungsentwürfe müssen sicherstellen, dass diese Grenzwerte auch unter transienten Bedingungen nicht überschritten werden.

10.3 Anwendungsschaltungsdesign

Die gebräuchlichste Konfiguration ist die Verwendung des Fototransistors im Emitterschalter-Modus. Der Kollektor ist über einen Lastwiderstand (RL) mit der Versorgungsspannung (VCC) verbunden, und der Emitter ist geerdet. Das Ausgangssignal wird vom Kollektorknoten abgenommen. Der Wert von RL ist eine zentrale Designentscheidung: Ein größerer RL bietet einen höheren Ausgangsspannungshub für einen gegebenen Fotostrom (höhere Verstärkung), verlangsamt jedoch die Ansprechzeit aufgrund der erhöhten RC-Zeitkonstante. Die Geschwindigkeitsspezifikationen im Datenblatt sind mit RL=1KΩ angegeben und bieten einen Referenzpunkt. Für analoge Anwendungen, die einen linearen Betrieb erfordern, sollte das Bauteil im Fotodioden-Modus betrieben werden (Basis offen, nur der Kollektor-Basis-Übergang wird genutzt) oder mit sorgfältiger Vorspannung, um eine Sättigung zu vermeiden.

10.4 Umgebungs- und Montageaspekte

Der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C macht das Bauteil für Verbraucher-, Industrie- und einige Automotive-Umgebungen geeignet. Entwickler sollten den Temperaturkoeffizienten des Dunkelstroms und der Empfindlichkeit berücksichtigen, die typischerweise mit der Temperatur zunehmen bzw. abnehmen. Die strengen Lötprofil-Richtlinien sind notwendig, da das Kunststoffgehäuse und die internen Bonddrähte empfindlich auf thermischen Schock und übermäßige Hitze reagieren. Die Einhaltung des JEDEC-basierten Profils minimiert mechanische Spannungen und verhindert latente Ausfälle.

10.5 Vergleich und Auswahl

Bei der Auswahl eines Infrarotsensors vergleichen Ingenieure Fototransistoren mit Fotodioden. Fototransistoren bieten eine höhere Verstärkung (Ausgangsstrom pro Lichteinheit), sind jedoch im Allgemeinen langsamer und haben eine nichtlinearere Kennlinie im Vergleich zu Fotodioden. Der LTR-C971-TB mit seiner integrierten Verstärkung ist eine ausgezeichnete Wahl für einfache digitale Detektion (Vorhandensein/Abwesenheit eines IR-Signals) oder langsame analoge Erfassung, bei der ein hoher Ausgangspegel ohne zusätzliche Verstärkerstufen benötigt wird. Für Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen oder präzise analoge Lichtmessungen könnte eine PIN-Fotodiode besser geeignet sein.

10.6 Praktisches Anwendungsbeispiel

Ein typischer Anwendungsfall ist ein Infrarot-Näherungssensor für einen berührungslosen Wasserhahn. Eine Infrarot-LED sendet Impulse bei 940nm aus. Der in der Nähe platzierte LTR-C971-TB Fototransistor detektiert das reflektierte Signal. Wenn eine Hand unter den Wasserhahn gehalten wird, reflektiert sie das IR-Licht zurück zum Sensor, wodurch der Kollektorstrom ansteigt. Diese Änderung wird von einem Mikrocontroller erkannt, der dann das Wasserventil aktiviert. Das Seitenansicht-Gehäuse ermöglicht ein kompaktes Sensormodul, bei dem LED und Fototransistor auf derselben Leiterplattenebene montiert sind. Die Empfindlichkeit des Bauteils gewährleistet eine zuverlässige Detektion auch bei schwachen Reflexionen, und seine Geschwindigkeit ist für diese langsame Mensch-Maschine-Schnittstelle mehr als ausreichend. Das Design würde den empfohlenen Serienwiderstand für die treibende LED und einen geeigneten Lastwiderstand (z. B. 10kΩ) am Kollektor des Fototransistors umfassen, um die Stromänderung in eine messbare Spannung für den ADC- oder Komparatoreingang des Mikrocontrollers umzuwandeln.

10.7 Branchentrends

Der Trend bei diskreten Infrarotkomponenten geht in Richtung höherer Integration, kleinerer Gehäuse und verbesserter Leistung. Während Bauteile wie der LTR-C971-TB für kostensensitive oder platzbeschränkte Designs nach wie vor wichtig sind, gewinnen integrierte Lösungen an Bedeutung, die den Fotodetektor, Verstärker und digitale Logik (wie I²C-Ausgang) in einem einzigen Gehäuse kombinieren. Diese Module vereinfachen das Design, können aber zu höheren Kosten führen. Ein weiterer Trend ist der verstärkte Einsatz spezifischer Wellenlängenfilter, die in das Gehäuse integriert sind, um die Immunität gegenüber Umgebungslichtrauschen zu verbessern – ein Merkmal, das in der breiteren Produktpalette verfügbar ist. Für grundlegende Detektionsaufgaben bietet der diskrete Fototransistor eine optimale Balance aus Leistung, Kosten und Designflexibilität.