Fiche technique du phototransistor infrarouge LTR-C950-TB-T - Boîtier vue latérale - Vce 30V - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-C950-TB-T est un phototransistor infrarouge (IR) discret conçu pour des applications de détection. Il appartient à une large famille de dispositifs optoélectroniques destinés aux systèmes nécessitant une détection fiable de la lumière infrarouge. La fonction principale de ce composant est de convertir le rayonnement infrarouge incident en un courant électrique correspondant à sa borne collecteur. Son boîtier vue latérale avec lentille en dôme et boîtier noir est optimisé pour le montage sur PCB et contribue à gérer les interférences de la lumière ambiante.

Le dispositif est conçu pour être compatible avec les processus d'assemblage automatisés modernes, y compris les équipements de placement et la soudure par refusion infrarouge. Il se caractérise par sa sensibilité à la lumière infrarouge de longueur d'onde 940nm, couramment utilisée dans divers systèmes de télécommande et de détection pour éviter le bruit de la lumière visible.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

• Conforme RoHS & Produit écologique :Fabriqué sans substances dangereuses, respectant les normes environnementales.
• Conception optique :Doté d'une lentille en dôme noire vue latérale qui offre un champ de vision spécifique et aide à protéger le capteur de la lumière ambiante parasite.
• Compatibilité de fabrication :Fourni en bande de 8mm sur bobines de 7 pouces de diamètre, le rendant entièrement compatible avec les machines de placement automatique haute vitesse (pick-and-place).
• Compatibilité de processus :Capable de supporter les profils de soudure par refusion infrarouge standard utilisés dans les lignes d'assemblage de technologie de montage en surface (SMT).
• Boîtier standardisé :Conforme aux contours de boîtier standard EIA, garantissant une prédictibilité dans la conception de l'empreinte PCB.

1.2 Applications cibles

Ce phototransistor convient à une gamme d'applications électroniques nécessitant une détection ou un captage sans contact. Les cas d'utilisation typiques incluent :

• Récepteurs infrarouges :Un motif de pastilles (empreinte) pour la conception PCB est fourni. Les dimensions recommandées des pastilles sont de 1.0mm x 1.8mm pour les pastilles de montage, avec un espace de 1.8mm entre elles. Suivre ce motif assure une soudure fiable pendant la refusion et un alignement mécanique correct.
• Capteurs de proximité/objets montés sur PCB :Détection de la présence, de l'absence ou de la position d'un objet dans les appareils électroménagers, l'équipement d'automatisation et les dispositifs de sécurité.
• Commutateurs optiques de base :Utilisés dans les interrupteurs à fente ou les capteurs réfléchissants.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les sections suivantes fournissent une analyse détaillée des limites opérationnelles et des caractéristiques de performance du dispositif dans des conditions de test spécifiées.

2.1 Limites absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement à ou sous ces limites n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance (P_D) :100 mW. La puissance continue maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur.
• Tension collecteur-émetteur (V_CEO) :30 V. La tension maximale pouvant être appliquée entre les bornes collecteur et émetteur.
• Tension émetteur-collecteur (V_ECO) :5 V. La tension inverse maximale entre l'émetteur et le collecteur.
• Plage de température de fonctionnement (T_A) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante pour un fonctionnement normal.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-55°C à +100°C. La plage de température sûre pour le dispositif lorsqu'il n'est pas alimenté.
• Condition de soudure infrarouge :Résiste à une température de pointe de 260°C pendant un maximum de 10 secondes pendant la refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante (T_A) de 25°C et définissent la performance typique du dispositif.

• Tension de claquage collecteur-émetteur (V_(BR)CEO) :30 V (Min). La tension à laquelle un petit courant inverse spécifié (I_R= 100µA) circule sans éclairement (E_e= 0 mW/cm²).
• Tension de claquage émetteur-collecteur (V_(BR)ECO) :5 V (Min). Similaire à V_(BR)CEO mais pour la condition de polarisation inverse.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)) :0.4 V (Max). La tension aux bornes du collecteur et de l'émetteur lorsque le transistor est complètement "passant" (conducteur) sous un éclairement de 0.5 mW/cm² et un courant collecteur (I_C) de 100µA. Une valeur plus basse indique une meilleure performance.
• Temps de montée (T_r) & Temps de descente (T_f) :15 µs (Typ). Le temps nécessaire pour que le courant de sortie passe de 10% à 90% (temps de montée) ou de 90% à 10% (temps de descente) de sa valeur maximale en réponse à une impulsion lumineuse. Mesuré avec V_CE=5V, I_C=1mA, et R_L=1kΩ.
• Courant d'obscurité du collecteur (I_CEO) :100 nA (Max). Le faible courant de fuite qui circule du collecteur vers l'émetteur lorsqu'aucune lumière n'incide sur le dispositif (V_CE= 20V). Plus bas est meilleur pour la sensibilité.
• Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON)) :1.5 à 9.2 mA. Le courant collecteur généré lorsque le dispositif est éclairé par une source infrarouge standardisée (E_e=0.5 mW/cm², λ=940nm, V_CE=5V). C'est le paramètre clé de sensibilité.

3. Explication du système de classement (Binning)

Les dispositifs sont triés en classes de performance basées sur leur Courant Collecteur à l'État Passant (I_C(ON)). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec une sensibilité cohérente pour leurs besoins de circuit spécifiques.

• CLASSE A : I_C(ON) plage de 1.5 mA (Min) à 2.9 mA (Max).
• CLASSE B : I_C(ON) plage de 2.9 mA (Min) à 5.5 mA (Max).
• CLASSE C : I_C(ON) plage de 5.5 mA (Min) à 9.2 mA (Max).

Une tolérance de ±15% est appliquée aux limites de chaque classe. Les concepteurs doivent tenir compte de cette variation lors du calcul du gain du circuit et des niveaux de seuil.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques caractéristiques illustrant le comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Sensibilité spectrale

Un graphique (Fig.1) montre la sensibilité spectrale relative en fonction de la longueur d'onde. Le LTR-C950-TB-T présente un pic de sensibilité autour de 940nm, ce qui correspond aux émetteurs infrarouges (IRED) courants. La sensibilité chute fortement pour les longueurs d'onde inférieures à 800nm et supérieures à 1100nm, fournissant un filtrage inhérent contre une grande partie du spectre de la lumière visible.

4.2 Courant d'obscurité du collecteur en fonction de la température

La courbe (Fig.3) trace le Courant d'Obscurité du Collecteur (I_CEO) en fonction de la Température Ambiante (T_A). I_CEO augmente de façon exponentielle avec la température. C'est une considération critique pour les applications à haute température, car l'augmentation du courant d'obscurité élève le bruit de fond et peut affecter le rapport signal sur bruit du capteur.

4.3 Réponse dynamique en fonction de la charge

Les graphiques (Fig.4) montrent comment le Temps de Montée (T_r) et le Temps de Descente (T_f) varient avec la Résistance de Charge (R_L). Les deux temps augmentent avec une résistance de charge plus élevée. Pour les applications nécessitant une commutation rapide, une résistance de charge plus petite est bénéfique, bien qu'elle réduira l'amplitude de la tension de sortie.

4.4 Courant collecteur relatif en fonction de l'éclairement énergétique

Ce graphique (Fig.5) démontre la relation entre le courant de sortie et la puissance lumineuse incidente (éclairement énergétique). La réponse est généralement linéaire sur une plage significative, ce qui est souhaitable pour les applications de détection analogique. Il confirme la fonction du dispositif en tant que convertisseur lumière-courant proportionnel.

4.5 Diagramme de rayonnement

Un diagramme polaire (Fig.6) illustre la sensibilité angulaire du boîtier vue latérale. L'intensité rayonnante relative (ou sensibilité) est tracée en fonction de l'angle de la lumière incidente. Ce diagramme est essentiel pour la conception mécanique, montrant le champ de vision effectif (FOV) dans lequel le capteur détectera de manière fiable une source IR.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions externes

Le dispositif a un boîtier standard de phototransistor vue latérale. Les dimensions clés incluent la taille du corps, l'espacement des broches et la position de la lentille. Toutes les dimensions sont fournies en millimètres avec une tolérance typique de ±0.1mm sauf indication contraire. Le brochage identifie les bornes Collecteur et Émetteur.

5.2 Conception recommandée des pastilles de soudure

A land pattern (footprint) for PCB design is provided. The recommended pad dimensions are 1.0mm x 1.8mm for the mounting pads, with a 1.8mm gap between them. Following this pattern ensures a reliable solder joint during reflow and proper mechanical alignment.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion

Un profil de refusion suggéré pour les processus sans plomb (Pb-free) est inclus. Les paramètres clés sont :

• Préchauffage :150-200°C pendant un maximum de 120 secondes.
• Température de pointe :260°C maximum.
• Temps au-dessus du liquidus :Le dispositif ne doit pas être exposé à des températures supérieures à 260°C pendant plus de 10 secondes.

Le profil est basé sur les normes JEDEC. Les ingénieurs doivent caractériser le profil pour leur conception PCB spécifique, leur pâte à souder et leur four.

6.2 Soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire, utilisez un fer à souder dont la température ne dépasse pas 300°C, et limitez le temps de contact à 3 secondes par joint. Évitez d'appliquer une contrainte sur les broches du composant.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est requis, utilisez uniquement des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique. Évitez les nettoyants chimiques agressifs ou inconnus qui pourraient endommager le boîtier plastique ou la lentille.

7. Conditionnement et manutention

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les composants sont conditionnés dans une bande porteuse gaufrée de 8mm de large enroulée sur des bobines de 7 pouces (178mm) de diamètre. Chaque bobine contient 2000 pièces. Le conditionnement est conforme aux normes ANSI/EIA 481-1-A-1994. Les notes spécifient qu'un maximum de deux alvéoles de composants consécutives peuvent être vides (selon le scellement de la bande) et que l'orientation des pièces dans la bande est marquée.

7.2 Conditions de stockage

Emballage scellé :Conserver à ≤30°C et ≤90% d'Humidité Relative (HR). La durée de conservation dans le sac barrière à l'humidité scellé (avec dessiccant) est d'un an.
Emballage ouvert :Pour les composants retirés du sac scellé, l'environnement de stockage ne doit pas dépasser 30°C / 60% HR. Il est fortement recommandé de terminer la soudure par refusion IR dans la semaine suivant l'ouverture. Pour un stockage plus long hors du sac d'origine, stocker dans un récipient scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote. Les composants stockés à l'air libre pendant plus d'une semaine doivent être cuits à environ 60°C pendant au moins 20 heures avant soudure pour éliminer l'humidité absorbée et éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Conception du circuit de commande

Le phototransistor est un dispositif à sortie de courant. Dans un circuit typique, il est connecté en configuration émetteur commun. Une résistance de charge (R_L) est placée entre le collecteur et la tension d'alimentation (V_CC). L'émetteur est connecté à la masse. La lumière incidente provoque la circulation du courant collecteur (I_C), créant une chute de tension aux bornes de R_L. Cette tension (V_OUT= V_CC- I_C*R_L) est le signal de sortie.

Choix de conception clés :

• Résistance de charge (R_L) :Un R_L plus élevé donne une plus grande excursion de tension de sortie pour un changement de lumière donné mais augmente le temps de réponse (voir Fig.4). Un R_L plus bas fournit une réponse plus rapide mais un signal plus petit.
• Polarisation :Le dispositif ne nécessite aucun courant de polarisation externe pour la base ; il est entièrement contrôlé par la lumière.
• Dispositifs multiples :Si plusieurs phototransistors doivent être connectés en parallèle dans une application, il n'est pas recommandé de les connecter directement ensemble. Les variations de leur I_C(ON) (même au sein d'une classe) entraîneront un partage de courant inégal. Une résistance limitant le courant doit être placée en série avec chaque dispositif pour assurer un comportement uniforme.

8.2 Amélioration du rapport signal sur bruit (RSB)

• Modulation :Pour les applications de télécommande, la source IR (IRED) est pulsée à une fréquence porteuse spécifique (par ex. 38kHz). Le circuit de réception inclut un filtre passe-bande accordé à cette fréquence, qui rejette la lumière ambiante constante et le bruit.
• Filtrage optique :Le boîtier noir et la sensibilité spectrale naturelle (pic à 940nm) fournissent un certain filtrage contre la lumière visible. Pour les environnements extrêmement bruyants, un filtre externe supplémentaire passant IR/bloquant le visible peut être utilisé sur le capteur.
• Filtrage électrique :Faire suivre le phototransistor d'un étage amplificateur incluant un filtrage passe-haut ou passe-bande peut encore améliorer le RSB pour les signaux à couplage AC.

8.3 Considérations de placement sur la carte

• Placez le capteur à l'écart des composants générant de la chaleur pour minimiser la dérive du courant d'obscurité induite par la température.
• Assurez-vous que la géométrie recommandée des pastilles de soudure est utilisée pour éviter le soulèvement en pierre tombale ou le mauvais alignement pendant la refusion.
• Prenez en compte le diagramme de rayonnement (Fig.6) lors de la conception du boîtier mécanique pour vous assurer que la source IR se trouve dans l'angle de vision sensible du capteur.

9. Principe de fonctionnement

Un phototransistor est fondamentalement un transistor bipolaire à jonction (BJT) où le courant de base est généré par la lumière au lieu d'une connexion électrique. La jonction base-collecteur agit comme une photodiode. Lorsque des photons avec suffisamment d'énergie (infrarouge, dans ce cas) frappent cette jonction, ils créent des paires électron-trou. Ce courant photogénéré est ensuite amplifié par le gain en courant du transistor (β ou h_FE), résultant en un courant collecteur beaucoup plus grand qui est proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. Le boîtier vue latérale positionne la puce semi-conductrice sensible de manière à pouvoir détecter la lumière arrivant parallèlement à la surface du PCB.

10. Exemple pratique de conception

Scénario : Détection d'objet dans un distributeur automatique.Un capteur à interruption de faisceau est nécessaire pour détecter lorsqu'un produit passe dans une goulotte.

1. Sélection des composants :Un LTR-C950-TB-T (CLASSE B) est choisi pour son boîtier vue latérale, adapté au montage sur le bord d'un PCB faisant face à travers la goulotte. Une IRED 940nm correspondante est sélectionnée comme source lumineuse.
2. Conception du circuit :Le phototransistor est configuré dans un circuit émetteur commun avec V_CC= 5V. Une résistance de charge R_L= 2.2kΩ est choisie comme compromis entre une bonne excursion de tension et une vitesse acceptable pour cette application. La sortie est envoyée vers un comparateur avec un seuil défini pour différencier entre "faisceau présent" (sortie haute) et "faisceau bloqué" (sortie basse).
3. Intégration mécanique :L'IRED et le phototransistor sont montés sur les côtés opposés de la goulotte de produit, alignés selon leurs diagrammes de rayonnement/sensibilité. Des déflecteurs de lumière peuvent être ajoutés pour limiter la lumière parasite.
4. Considérations :La température ambiante à l'intérieur de la machine est surveillée pour s'assurer qu'elle reste dans la plage de fonctionnement. La tension de sortie initiale est mesurée et le seuil du comparateur est défini avec une marge pour tenir compte de la tolérance des composants (classe ±15%) et de l'accumulation potentielle de poussière sur les lentilles au fil du temps.