LTR-S951-TB IR-Emitter und -Detektor Datenblatt - Side-View-Gehäuse - Vce 30V - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTR-S951-TB ist ein diskretes Infrarot (IR)-Bauteil, das einen Emitter und einen Detektor in einem einzigen, kompakten Side-View-Gehäuse vereint. Dieses Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die eine berührungslose Erfassung oder Detektion mittels Infrarotlicht erfordern. Die Hauptfunktion besteht darin, dass der Emitter Infrarotstrahlung erzeugt und der Detektor, in diesem Fall ein Phototransistor, auf einfallendes IR-Licht durch Modulation seines Kollektorstroms reagiert. Seine Kernvorteile umfassen eine platzsparende Side-View-Bauform, Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen und eine für Infrarot-Reflow-Lötung geeignete Konstruktion, was es ideal für die Leiterplattenfertigung in großen Stückzahlen macht. Die Zielmärkte umfassen Unterhaltungselektronik, Industrieautomatisierung, Sicherheitssysteme und alle Anwendungen, die auf Fernbedienungs- oder Näherungserkennungsprinzipien basieren.

2. Tiefgehende Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für eine maximale Verlustleistung von 100 mW bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C ausgelegt. Die Kollektor-Emitter-Spannung (V_CE) darf 30 V nicht überschreiten, und die Emitter-Kollektor-Spannung (V_EC) darf 5 V nicht überschreiten. Diese Grenzwerte definieren die absoluten Limits, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der Betriebstemperaturbereich ist mit -40°C bis +85°C spezifiziert, mit einem weiteren Lagertemperaturbereich von -55°C bis +100°C, was die Zuverlässigkeit unter verschiedenen Umgebungsbedingungen sicherstellt. Das Bauteil ist außerdem für Infrarot-Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden ausgelegt.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Wichtige elektrische Parameter sind bei TA=25°C definiert. Die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung (V_(BR)CEO) beträgt mindestens 30V, gemessen mit einem Sperrstrom (I_R) von 100µA und ohne Bestrahlungsstärke (E_e=0). Der Kollektor-Dunkelstrom (I_CEO), welcher der Leckstrom bei Abwesenheit von Licht ist, hat einen Maximalwert von 100 nA bei V_CE=20V. Dieser niedrige Dunkelstrom ist entscheidend für ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis in Erfassungsanwendungen. Der Kollektorstrom im leitenden Zustand (I_C(ON)), der die Reaktion des Phototransistors auf IR-Licht angibt, hat einen typischen Wert von 5,5 mA, wenn V_CE=5V und eine Bestrahlungsstärke von 0,5 mW/cm² von einer 940nm-Quelle vorliegt. Die Schaltgeschwindigkeit wird durch typische Anstiegs- und Abfallzeiten (t_r, t_f) von 15 µs charakterisiert, unter spezifizierten Testbedingungen von V_CE=5V, I_C=1mA und R_L=1kΩ. Diese Geschwindigkeit ist für viele Fernbedienungs- und Datenübertragungsprotokolle ausreichend.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien, die für den Schaltungsentwurf wesentlich sind. Diese Kurven stellen grafisch die Beziehung zwischen Schlüsselparametern unter variierenden Bedingungen dar. Während spezifische Diagramme im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, zeigen solche Kurven typischerweise den Kollektorstrom (I_C) über der Kollektor-Emitter-Spannung (V_CE) für verschiedene Bestrahlungsstärken, was die Ausgangskennlinie des Phototransistors zeigt. Eine weitere gängige Kurve ist der Kollektorstrom über der Bestrahlungsstärke (E_e) bei festem V_CE, welche die Empfindlichkeit des Bauteils veranschaulicht. Diese Graphen ermöglichen es Konstrukteuren, das Verhalten des Bauteils in ihrer spezifischen Anwendung vorherzusagen und sicherzustellen, dass die Schaltung innerhalb der linearen und sicheren Bereiche der Phototransistorleistung arbeitet.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

Der LTR-S951-TB verfügt über ein Side-View-Gehäuse mit einer schwarzen Kuppellinse. Detaillierte Umrissabmessungen sind im Datenblatt angegeben, alle Maße in Millimetern. Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Side-View-Design ermöglicht es, dass der IR-Strahl parallel zur Leiterplattenoberfläche verläuft, was für Kantenerkennungsanwendungen oder bei begrenztem vertikalen Bauraum nützlich ist. Das Gehäuse ist für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten ausgelegt und erleichtert so eine effiziente Montage. Separate Abschnitte bieten vorgeschlagene Lötpad-Layoutabmessungen für das Leiterplattendesign und die Gehäuseabmessungen für das Band- und Rollenformat, das bei der automatisierten Handhabung verwendet wird.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Lagerbedingungen

Für ungeöffnete, feuchtigkeitsgeschützte Verpackungen mit Trockenmittel sollte das Bauteil bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, darf das Lagerumfeld 30°C oder 60% RH nicht überschreiten. Bauteile, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche einer IR-Reflow-Lötung unterzogen werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollten sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufbewahrt werden. Wenn sie länger als eine Woche unverpackt gelagert wurden, ist vor dem Löten ein Trocknungsprozess bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

5.2 Lötprozess

Das Bauteil ist mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Empfohlene Bedingungen umfassen eine Vorwärmzone von 150–200°C, eine Vorwärmzeit von maximal 120 Sekunden, eine Spitzentemperatur von nicht mehr als 260°C und eine Zeit über 260°C, die auf maximal 10 Sekunden begrenzt ist. Der Reflow sollte maximal zweimal durchgeführt werden. Für Handlötung mit einem Lötkolben sollte die Spitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Lötzeit pro Anschluss auf 3 Sekunden begrenzt sein. Das Datenblatt verweist auf JEDEC-Standardprofile als Grundlage für die Prozesseinrichtung und betont die Notwendigkeit, den Spezifikationen des Lotpastenherstellers zu folgen und platinenspezifische Charakterisierungen durchzuführen.

5.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Scharfe oder aggressive chemische Reinigungsmittel sollten vermieden werden, um Schäden am Gehäuse oder Linsenmaterial zu verhindern.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Bauteil wird auf 8-mm-Bändern auf Rollen mit 13 Zoll Durchmesser geliefert, konform mit EIA-Standards. Jede Rolle enthält 9000 Stück. Die Band- und Rollenspezifikationen folgen ANSI/EIA 481-1-A-1994. Die Verpackung gewährleistet Kompatibilität mit schnellen automatischen Pick-and-Place-Maschinen. Hinweise spezifizieren, dass leere Bauteiltaschen mit Deckband versiegelt sind und dass maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile auf einer Rolle erlaubt sind.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Der LTR-S951-TB eignet sich für Anwendungen wie Infrarot-Empfänger in Fernbedienungssystemen, leiterplattenmontierte Näherungs- oder Objekterkennungssensoren und grundlegende IR-Drahtlos-Datenübertragungsstrecken. Das Side-View-Gehäuse macht es besonders nützlich für die Erfassung von Objekten entlang der Kante eines Geräts oder in Schlitzen.

7.2 Ansteuerschaltungsentwurf

Der Phototransistor-Detektor ist ein stromausgebendes Bauteil. Eine typische Anwendungsschaltung beinhaltet einen Lastwiderstand (R_L) zwischen dem Kollektor und der Versorgungsspannung (V_CC), wobei der Emitter mit Masse verbunden ist. Das Ausgangssignal wird vom Kollektoranschluss abgenommen. Der Wert von R_Lbeeinflusst die Verstärkung, Bandbreite und den Ausgangsspannungshub. Das Datenblatt gibt Testbedingungen mit R_L=1kΩ an. Für den IR-Emitter (falls aktiv angesteuert) ist es entscheidend, für jede LED einen seriellen strombegrenzenden Widerstand zu verwenden, um eine gleichmäßige Intensität sicherzustellen und Stromkonzentration zu verhindern, da die Durchlassspannung (V_f) zwischen Bauteilen variieren kann. Das parallele Betreiben von LEDs ohne individuelle Widerstände wird nicht empfohlen.

7.3 Designüberlegungen

Konstrukteure müssen den Öffnungswinkel des Bauteils (impliziert durch die Kuppellinse), die Empfindlichkeit für die 940nm-Wellenlänge und die Schaltgeschwindigkeit im Verhältnis zur Datenrate ihrer Anwendung berücksichtigen. Störfestigkeit gegenüber Umgebungslicht kann ein Problem sein; während die schwarze Linse hilft, können optische Filterung oder Modulation der IR-Quelle in Umgebungen mit hohem Umgebungslicht notwendig sein. Die Platzierung auf der Leiterplatte muss mit der mechanischen Umrisszeichnung und den vorgeschlagenen Pad-Abmessungen übereinstimmen, um eine korrekte Lötung und Ausrichtung für die Erfassung sicherzustellen.

8. Hinweise und Zuverlässigkeitshinweise

Das Produkt ist für Standard-Elektronikgeräte bestimmt. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Medizin, Luftfahrt, Transport), sind spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich. Die Spezifikationen und das Produktaussehen können ohne vorherige Ankündigung zur Produktverbesserung geändert werden.

9. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip des photoelektrischen Effekts in Halbleitern. Der Infrarot-Emitter ist typischerweise eine Galliumarsenid (GaAs)- oder ähnliche Leuchtdiode (LED), die bei Vorwärtsspannung Photonen mit einer Spitzenwellenlänge um 940nm emittiert. Der Detektor ist ein Silizium-Phototransistor. Wenn Photonen vom Emitter (oder einer anderen IR-Quelle) auf den Basisbereich des Phototransistors treffen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare. Dieser photogenerierte Strom wirkt als Basisstrom, der dann durch die Stromverstärkung (β) des Transistors verstärkt wird, was zu einem viel größeren Kollektorstrom führt. Diese Änderung des Kollektorstroms als Reaktion auf IR-Licht ist der grundlegende Erfassungsmechanismus. Das integrierte Gehäuse richtet Emitter und Detektor optisch für reflektierende Erfassungsmodi aus, bei denen ein Objekt das emittierte Licht zum Detektor zurückreflektiert.