LTR-C950-TB Infrarot-Fototransistor Datenblatt - Top-Ansicht Schwarze Linse - 940nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen eines diskreten Infrarot-Fototransistor-Bauteils. Das Bauteil ist für die Erfassung von Infrarotlicht, typischerweise bei einer Wellenlänge von 940nm, ausgelegt. Es verfügt über ein Top-Ansicht-Gehäuse mit einer schwarzen Domlinse, die zur Definition des Blickwinkels und zur potenziellen Reduzierung von Störungen durch sichtbares Umgebungslicht beiträgt. Das Bauteil ist auf Trägerband und Rolle verpackt, was es mit hochvolumigen, automatisierten Oberflächenmontageprozessen kompatibel macht. Es entspricht den relevanten Umweltstandards.

1.1 Merkmale

• Entspricht den Umweltvorschriften für gefährliche Stoffe.
• Top-Ansicht-Formfaktor mit einer schwarzen Domlinse.
• Geliefert auf 12mm Trägerband mit 7-Zoll-Rollen für die automatisierte Bestückung.
• Kompatibel mit Standard-Infrarot-Reflow-Lötprozessen.
• Standardisiertes Gehäuse.

1.2 Anwendungen

• Infrarot-Empfängermodule.
• Leiterplattenmontierte Infrarot-Erfassungsanwendungen.

2. Abmessungen

Das Bauteil entspricht einem Standardgehäuse. Alle kritischen Abmessungen sind in den Datenblattdiagrammen in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse ist für eine zuverlässige Leiterplattenmontage ausgelegt.

3. Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C.

• Verlustleistung (PD):100 mW
• Kollektoren-Emitter-Spannung (VCEO):30 V
• Emitter-Kollektor-Spannung (VECO):5 V
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C
• Lagertemperaturbereich:-55°C bis +100°C
• Infrarot-Reflow-Löten:Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden.

Ein empfohlener Reflow-Temperaturprofil für bleifreie Prozesse ist enthalten, das Vorwärm-, Spitzentemperatur- und Zeit-über-Liquidus-Parameter betont, um zuverlässige Lötstellen ohne thermische Schäden zu gewährleisten.

4. Elektrische & Optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter spezifizierten Testbedingungen bei TA=25°C. Sie sind entscheidend für den Schaltungsentwurf.

• Kollektoren-Emitter-Durchbruchspannung, V(BR)CEO:30 V (min). Testbedingung: IR = 100µA, Bestrahlungsstärke (Ee) = 0 mW/cm².
• Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung, V(BR)ECO:5 V (min). Testbedingung: IE = 100µA, Ee = 0 mW/cm².
• Kollektoren-Emitter-Sättigungsspannung, VCE(SAT):0,4 V (max). Testbedingung: IC = 100µA, Ee = 0,5 mW/cm².
• Anstiegszeit (Tr) & Abfallzeit (Tf):15 µs (typisch). Testbedingung: VCE = 5V, IC = 1mA, RL = 1kΩ.
• Kollektoren-Dunkelstrom (ICEO):100 nA (max). Testbedingung: VCE = 20V, Ee = 0 mW/cm². Dies ist der Leckstrom, wenn kein Licht einfällt.
• Kollektoren-Strom im leitenden Zustand, IC(ON):Bereich von 1,5 mA (min) bis 9,20 mA (max). Testbedingung: VCE = 5V, Ee = 0,5 mW/cm², λ=940nm. Dies ist der Schlüsselparameter, der die Empfindlichkeit angibt.

5. Bin-Code-System

Die Bauteile werden basierend auf ihrem Kollektoren-Strom im leitenden Zustand (IC(ON)) in Leistungs-Bins sortiert, um Konsistenz in der Anwendung zu gewährleisten. Die Toleranz für den Strom innerhalb jedes Bins beträgt ±15%.

• BIN A:IC(ON) = 1,5 mA bis 2,9 mA
• BIN B:IC(ON) = 2,9 mA bis 5,5 mA
• BIN C:IC(ON) = 5,5 mA bis 9,2 mA

6. Typische Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Diese sind wesentlich, um die Leistung über die Einpunkt-Spezifikationen hinaus zu verstehen.

• Spektrale Empfindlichkeit:Eine Kurve, die die relative Empfindlichkeit des Fototransistors über verschiedene Wellenlängen zeigt, mit einem Maximum bei etwa 940nm.
• Kollektoren-Dunkelstrom vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie der Leckstrom (ICEO) mit steigender Temperatur zunimmt.
• Anstiegs- und Abfallzeit vs. Lastwiderstand:Veranschaulicht, wie die Schaltgeschwindigkeit durch den Wert des Lastwiderstands (RL) in der Schaltung beeinflusst wird.
• Relativer Kollektoren-Strom vs. Bestrahlungsstärke:Zeigt die Beziehung zwischen einfallender Lichtleistung (Ee) und dem Ausgangskollektoren-Strom.
• Empfindlichkeitsdiagramm:Ein Polardiagramm, das die relative Winkelantwort des Sensors zeigt, die von der schwarzen Domlinse beeinflusst wird.

7. Lötpad-Layout & Gehäuseinformationen

Empfohlene Leiterplatten-Landmuster (Lötpad)-Abmessungen werden bereitgestellt, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Eine Schablonenstärke von 0,1mm oder 0,12mm wird für die Lotpastenapplikation empfohlen. Detaillierte Abmessungen für die Trägerband- und Rollenverpackung sind ebenfalls enthalten, die Taschenabstand, Rollendurchmesser und Nabenmaß angeben, um die automatisierte Handhabung zu erleichtern.

8. Handhabung, Lagerung & Montagerichtlinien

8.1 Lagerbedingungen

Für ungeöffnete, feuchtigkeitsgeschützte Beutel mit Trockenmittel: Lagerung bei ≤ 30°C und ≤ 90% rF, mit einer empfohlenen Verwendungsdauer von einem Jahr. Für Bauteile, die aus der Originalverpackung entnommen wurden, sollte die Umgebung 30°C / 60% rF nicht überschreiten. Wenn außerhalb des Originalbeutels länger als eine Woche gelagert, wird vor dem Löten ein Ausheizen bei 60°C für 20 Stunden empfohlen, um Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflows zu verhindern.

8.2 Reinigung

Falls Reinigung erforderlich ist, alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwenden.

8.3 Lötempfehlungen

Detaillierte Parameter für Reflow- und Handlötung werden bereitgestellt:

• Reflow-Löten:Vorwärmen auf 150-200°C für bis zu 120 Sekunden, mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden. Reflow sollte maximal zweimal durchgeführt werden.
• Handlötung:Die Lötspitzentemperatur sollte 300°C nicht überschreiten, mit einer Lötzeit von maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.

Die Richtlinien verweisen auf JEDEC-Standards und betonen die Notwendigkeit, den Prozess für spezifische Leiterplattendesigns zu charakterisieren.

8.4 Treiberschaltungs-Überlegungen

Der Fototransistor ist ein Stromausgangsbauteil. Für Anwendungen mit mehreren Sensoren wird dringend empfohlen, individuelle strombegrenzende Widerstände in Reihe mit jedem Bauteil zu verwenden (wie im Datenblatt "Schaltung A" gezeigt), um ein einheitliches Ansprechverhalten zu gewährleisten und zu verhindern, dass ein einzelnes Bauteil den gesamten Strom zieht. Das direkte Parallelschalten von Bauteilen ("Schaltung B") ohne individuelle Widerstände kann aufgrund von Bauteiltoleranzen zu ungleicher Leistung führen.

9. Anwendungshinweise & Design-Überlegungen

9.1 Funktionsprinzip

Ein Infrarot-Fototransistor wandelt einfallendes Infrarotlicht in einen elektrischen Strom um. Photonen mit ausreichender Energie (entsprechend der empfindlichen Wellenlänge des Bauteils, etwa 940nm) werden in der Basiszone des Transistors absorbiert und erzeugen Elektronen-Loch-Paare. Dieser photogenerierte Strom wirkt als Basisstrom, der dann durch die Verstärkung des Transistors verstärkt wird, was zu einem größeren Kollektoren-Strom führt, der proportional zur einfallenden Lichtintensität ist. Die schwarze Domlinse hilft, einfallendes Licht zu fokussieren und definiert das Sichtfeld.

9.2 Typische Anwendungsszenarien

Die Hauptanwendung liegt in Infrarot-Empfangssystemen. Dazu gehören:

• Fernbedienungsempfänger:Decodieren von Signalen von TV-, Audio- und Gerätefernbedienungen.
• Näherungserkennung:Erkennen der An- oder Abwesenheit eines Objekts durch Reflektieren eines IR-Strahls.
• Einfache optische Schalter:Unterbrechen eines Strahls für Zähl- oder Positionserkennung.
• Einfache Datenverbindungen:Niedriggeschwindige, kurze drahtlose Datenübertragung mit moduliertem IR-Licht.

9.3 Design-Checkliste

• Wählen Sie den passenden Bin-Codebasierend auf der für Ihre Anwendung erforderlichen Empfindlichkeit.
• Wählen Sie einen Lastwiderstand (RL)unter Berücksichtigung der gewünschten Ausgangsspannungsauslenkung und des Kompromisses mit der Ansprechgeschwindigkeit (siehe Anstiegs-/Abfallzeit vs. RL-Kurve).
• Implementieren Sie eine ordnungsgemäße Filterungin der Signalaufbereitungsschaltung, um Rauschen von Umgebungslicht (z.B. Leuchtstofflampenflimmern bei 100/120Hz) zu unterdrücken.
• Befolgen Sie die empfohlenen Leiterplatten-Layout- und Lötrichtlinienum Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
• Berücksichtigen Sie das Winkel-Empfindlichkeitsdiagrammbeim Entwurf der mechanischen Platzierung und des Gehäuses, um sicherzustellen, dass der Sensor korrekt ausgerichtet ist.

9.4 Leistung vs. Temperatur

Designer müssen Temperatureffekte berücksichtigen. Der Kollektoren-Dunkelstrom (ICEO) steigt mit der Temperatur signifikant an, was das Rauschgrundniveau in Anwendungen mit wenig Licht erhöhen kann. Der Fotostrom selbst hat ebenfalls einen Temperaturkoeffizienten. Für kritische Anwendungen über einen weiten Temperaturbereich (-40°C bis +85°C) wird ein Test oder eine Simulation über die Temperaturgrenzen hinweg empfohlen.

10. Technischer Vergleich & Auswahlhilfe

Bei der Auswahl eines Infrarot-Fotodetektors sind folgende Unterscheidungsmerkmale wichtig:

• Fototransistor vs. Fotodiode:Fototransistoren bieten interne Verstärkung, was bei gegebener Lichtstärke ein größeres Ausgangssignal liefert und den nachfolgenden Verstärkerentwurf vereinfacht. Sie sind jedoch im Allgemeinen in der Ansprechzeit langsamer als Fotodioden. Dieses Bauteil mit 15µs Anstiegs-/Abfallzeit ist für Standard-Fernbedienungssignale (z.B. 38kHz Träger) geeignet, kann aber für sehr schnelle Datenkommunikation zu langsam sein.
• Wellenlänge:Die Spitzenempfindlichkeit bei 940nm ist ideal für die Kombination mit üblichen GaAs-Infrarotemittern und ist im Vergleich zu 850nm-Quellen weniger sichtbar für das menschliche Auge, was die wahrgenommene Lichtverschmutzung reduziert.
• Gehäuse und Linse:Das Top-Ansicht-Gehäuse mit schwarzer Linse ist für die Oberflächenmontage optimiert und bietet einen definierten Blickwinkel, der helfen kann, Streulicht von den Seiten abzublocken.

11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Zweck des Bin-Codes?

A: Der Bin-Code stellt einen vorhersagbaren Bereich der Empfindlichkeit (IC(ON)) sicher. Für eine konsistente Leistung in der Produktion geben Sie das erforderliche Bin bei der Bestellung an.

F: Kann ich diesen Sensor im Sonnenlicht verwenden?

A: Direktes Sonnenlicht enthält eine enorme Menge an Infrarotstrahlung und wird den Sensor wahrscheinlich sättigen. Er ist für den Innenbereich oder kontrollierte Umgebungen ausgelegt. Für den Außenbereich können optische Filterung oder gepulster Betrieb mit synchroner Detektion erforderlich sein.

F: Warum sind die Lager- und Ausheizverfahren so wichtig?

A: Oberflächenmontagegehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese Feuchtigkeit schnell verdampfen und innere Delamination oder Risse ("Popcorning") verursachen, die das Bauteil zerstören. Richtige Lagerung und Ausheizen verhindern dies.

F: Wie berechne ich die Ausgangsspannung?

A: Der Fototransistor verhält sich wie eine Stromquelle. Die Ausgangsspannung am Kollektor beträgt ungefähr VCC - (IC * RL). Wählen Sie RL und VCC basierend auf der gewünschten Ausgangsspannungsauslenkung und dem erwarteten IC von der Lichtquelle.

12. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwurf eines einfachen IR-Empfängers für ein 38kHz-moduliertes Fernbedienungssignal.

1. Bauteilauswahl:Verwenden Sie diesen Fototransistor (z.B. BIN B für mittlere Empfindlichkeit) und kombinieren Sie ihn mit einem 38kHz-Bandpassfilter oder einem dedizierten Decoder-IC.
2. Vorspannungsschaltung:Verbinden Sie den Kollektor über einen Lastwiderstand RL mit einer 5V-Versorgung (VCC). Der Emitter wird mit Masse verbunden. Ein Wert von RL = 1kΩ ist ein üblicher Ausgangspunkt und bietet einen guten Kompromiss zwischen Ausgangsspannungsauslenkung und Geschwindigkeit.
3. Signalaufbereitung:Die Spannung am Kollektor sinkt, wenn IR-Licht erkannt wird. Dieses AC-gekoppelte Signal wird dann in eine Verstärker- oder Komparatorstufe eingespeist, um das digitale Signal zu bereinigen. Ein parallel zu RL geschalteter Kondensator kann helfen, hochfrequentes Rauschen zu filtern, verlangsamt jedoch die Ansprechzeit.
4. Layout:Platzieren Sie den Sensor an der Vorderseite der Leiterplatte mit einer freien Öffnung im Gehäuse. Halten Sie ihn von Störquellen wie Schaltreglern fern. Befolgen Sie das empfohlene Lötpad-Layout.

13. Technologietrends

Das Feld der diskreten Infrarotbauteile entwickelt sich weiter. Trends umfassen die Entwicklung von Fotodetektoren mit integrierter Signalaufbereitungs-IC in einem einzigen Gehäuse, die digitale Ausgänge und verbesserte Unterdrückung von Umgebungslicht bieten. Es gibt auch Bestrebungen zu schnelleren Bauteilen, um schnellere Datenübertragung für Anwendungen wie IR-Datenassoziation (IrDA) und Gestenerkennung zu ermöglichen. Darüber hinaus zielen Verbesserungen in der Gehäusetechnik darauf ab, engere und konsistentere Blickwinkel für präzise Erfassungsanwendungen zu bieten, während die Kompatibilität mit automatisierten Montageprozessen erhalten bleibt. Das in diesem Datenblatt beschriebene Bauteil stellt eine ausgereifte, zuverlässige Lösung für kostenbewusste, hochvolumige Anwendungen dar, bei denen grundlegende Infraroterfassung erforderlich ist.