Fiche technique du phototransistor infrarouge LTR-S320-TB-L - Boîtier vue latérale - Longueur d'onde de crête 940nm - Documentation technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-S320-TB-L est un phototransistor infrarouge discret conçu pour les applications de détection dans le spectre du proche infrarouge. Il appartient à une vaste famille de composants optoélectroniques destinés aux systèmes nécessitant une détection infrarouge fiable. Le dispositif est conçu pour convertir le rayonnement infrarouge incident en un signal électrique correspondant à ses bornes de sortie.

La fonction principale de ce composant repose sur l'effet photoélectrique au sein d'une jonction semi-conductrice. Lorsque la lumière infrarouge d'énergie suffisante (correspondant à sa longueur d'onde de sensibilité de crête) frappe la zone photosensible, elle génère des paires électron-trou. Dans un phototransistor, ce photocourant est amplifié en interne, ce qui produit un courant de collecteur bien plus important que celui d'une simple photodiode, le rendant ainsi adapté à la détection de faibles niveaux lumineux ou à une utilisation avec des circuits plus simples.

Ses objectifs de conception principaux incluent la compatibilité avec les processus d'assemblage automatisés modernes, la robustesse pour le soudage par refusion infrarouge et un facteur de forme qui facilite l'intégration dans les conceptions de cartes de circuits imprimés (PCB) à espace restreint.

1.1 Caractéristiques

• Conforme aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses) et classé comme Produit Vert.
• Dispose d'une configuration de boîtier à vue latérale avec une lentille en dôme en époxy sombre. L'orientation latérale permet au capteur de détecter les signaux infrarouges parallèlement au plan du PCB, ce qui est utile pour les applications de détection sur le bord ou lorsque la source IR n'est pas perpendiculaire à la carte.
• Le matériau de la lentille sombre aide à atténuer la lumière visible, réduisant les interférences des sources de lumière ambiante et améliorant le rapport signal/bruit pour les signaux infrarouges.
• Fourni en bande porteuse de 8 mm sur des bobines de 7 pouces de diamètre, optimisé pour les équipements d'assemblage automatique pick-and-place à grande vitesse.
• Le boîtier et les matériaux sont conçus pour résister aux profils de soudage par refusion infrarouge (IR) standard utilisés dans les lignes d'assemblage de technologie de montage en surface (SMT).
• Conforme aux contours de boîtier standard EIA (Electronic Industries Alliance), garantissant une compatibilité mécanique avec les empreintes et équipements de manutention standards de l'industrie.

1.2 Applications

• Modules récepteurs infrarouges :Principalement utilisé comme élément de détection dans les récepteurs pour systèmes de télécommande (par ex., pour téléviseurs, équipements audio, climatiseurs). Il détecte les signaux infrarouges modulés provenant d'une télécommande.
• Capteurs infrarouges montés sur PCB :Intégré directement sur les PCB pour la détection de proximité, la détection d'objets ou la transmission de données dans des appareils comme les smartphones, tablettes, appareils électroménagers et équipements industriels.
• Systèmes de sécurité et d'alarme :Peut être utilisé dans les capteurs à faisceau interrompu ou les capteurs d'objets réfléchissants pour la détection d'intrusion.
• Automatisation industrielle :Employé dans les équipements pour le comptage, le positionnement ou la détection de la présence/absence d'objets sur les lignes d'assemblage.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques et optiques qui définissent les performances et les limites opérationnelles du phototransistor LTR-S320-TB-L.

2.1 Limites absolues

Ces limites définissent les seuils de contrainte au-delà desquels des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Le fonctionnement à ces limites ou au-delà n'est pas garanti et doit être évité dans une conception fiable.

• Dissipation de puissance (Pd) :75 mW à une température ambiante (Ta) de 25°C. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur sans dépasser ses limites thermiques. La courbe de déclassement (Fig. 2 dans la fiche technique) montre comment cette valeur diminue lorsque la température ambiante augmente.
• Tension collecteur-émetteur (V_CEO) :30 V. La tension maximale qui peut être appliquée entre les bornes collecteur et émetteur avec la base en circuit ouvert.
• Tension émetteur-collecteur (V_ECO) :5 V. La tension inverse maximale qui peut être appliquée entre l'émetteur et le collecteur.
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est spécifié pour fonctionner correctement.
• Plage de température de stockage :-55°C à +100°C. La plage de température pour stocker le dispositif lorsqu'il n'est pas alimenté.
• Condition de soudage infrarouge :Résiste à une température de crête de 260°C pendant un maximum de 10 secondes. Ceci définit sa compatibilité avec les processus de soudage par refusion sans plomb (Pb-free).

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques et garantis mesurés dans des conditions de test spécifiques à 25°C.

• Longueur d'onde de détection de crête (λ_p) :940 nm. La longueur d'onde infrarouge à laquelle le phototransistor est le plus sensible. Elle est optimisée pour correspondre à la longueur d'onde d'émission des diodes électroluminescentes infrarouges (IRED) GaAs 940nm courantes.
• Courant d'obscurité du collecteur (I_CEO) :Maximum 100 nA à V_CE=20V, E_e=0 mW/cm². C'est le faible courant de fuite qui circule dans le collecteur lorsqu'aucune lumière infrarouge n'est incidente (condition d'obscurité). Un courant d'obscurité plus faible est généralement meilleur pour la sensibilité aux signaux faibles.
• Courant de collecteur à l'état passant (I_C(ON)) :Typique 2,0 mA, Minimum 1,0 mA à V_CE=5V et une irradiance (E_e) de 0,5 mW/cm² avec une source 940nm. Ce paramètre indique le niveau de courant de sortie pour une intensité lumineuse d'entrée standard donnée. La tolérance de test est de ±15%.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)) :Maximum 0,4 V à I_C=100µA, E_e=0,5 mW/cm². C'est la chute de tension aux bornes du transistor lorsqu'il est complètement "passant" (saturé) dans la condition de faible courant spécifiée.
• Temps de montée (T_r) & Temps de descente (T_f) :Typique 15 µs chacun à V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ. Ces paramètres définissent la vitesse de commutation du phototransistor – la rapidité avec laquelle le courant de sortie peut passer de 10% à 90% de sa valeur finale (temps de montée) et de 90% à 10% (temps de descente) en réponse à un changement brusque de lumière. Cette vitesse convient aux protocoles de télécommande standard (par ex., porteuse 36-40kHz).

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs graphiques qui illustrent comment les paramètres clés varient avec les conditions de fonctionnement. Comprendre ces courbes est crucial pour une conception de circuit robuste.

3.1 Sensibilité spectrale (Fig. 5)

Cette courbe trace la sensibilité relative du phototransistor sur une plage de longueurs d'onde. Elle confirme la sensibilité de crête à 940nm et montre une atténuation significative aux longueurs d'onde plus courtes (visibles) et plus longues (infrarouge lointain). La lentille sombre contribue à atténuer la sensibilité dans le spectre visible, réduisant le bruit de la lumière ambiante.

3.2 Courant de collecteur relatif vs. Irradiance (Fig. 3)

Ce graphique montre la relation entre le courant de collecteur de sortie et la densité de puissance lumineuse infrarouge incidente (irradiance). Elle est généralement linéaire sur une certaine plage, indiquant que le courant de sortie est directement proportionnel à l'intensité lumineuse, ce qui est souhaitable pour les applications de détection analogique. La courbe aide les concepteurs à déterminer la sortie attendue pour une entrée lumineuse donnée.

3.3 Courant d'obscurité du collecteur vs. Température (Fig. 1) & Déclassement de la dissipation de puissance (Fig. 2)

La figure 1 démontre que le courant d'obscurité (I_CEO) augmente de façon exponentielle avec la température ambiante. 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 réduire la sensibilité effective. La figure 2 montre le déclassement de la dissipation de puissance maximale autorisée lorsque la température ambiante augmente. Au-dessus de 25°C, le dispositif peut supporter moins de puissance en toute sécurité, car sa capacité à dissiper la chaleur vers l'environnement est réduite.

3.4 Temps de montée/descente vs. Résistance de charge (Fig. 4)

Cette courbe illustre un compromis fondamental dans la conception de circuits à phototransistor. La vitesse de commutation (temps de montée/descente) dépend fortement de la résistance de charge (R_L) connectée au collecteur. Un R_Lplus grand augmente l'amplitude de la tension de sortie mais augmente également la constante de temps RC, ralentissant le temps de réponse. Un R_Lplus petit donne une commutation plus rapide mais un signal de sortie plus faible. Les concepteurs doivent choisir R_Len fonction de ce qui est le plus critique pour leur application : la vitesse ou l'amplitude du signal.

4. Informations mécaniques et d'emballage

4.1 Dimensions de contour

Le dispositif est logé dans un boîtier à montage en surface à vue latérale. Les dimensions clés incluent la taille du corps, l'espacement des broches et la position de la lentille. Toutes les dimensions critiques sont fournies en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1 mm sauf indication contraire. L'orientation latérale est clairement indiquée sur le dessin.

4.2 Identification de la polarité

Le composant a deux broches. Le dessin de la fiche technique indique quelle broche est le collecteur et laquelle est l'émetteur. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage du PCB. Typiquement, la broche la plus longue (si présente dans l'emballage en bande) ou un coin marqué sur la bande indique le collecteur.

4.3 Disposition recommandée des pastilles de soudure (Section 6)

Un motif de pastilles (empreinte) recommandé pour le PCB est fourni. Cela inclut les dimensions, l'espacement et la forme des pastilles pour assurer une soudure fiable après refusion. La recommandation inclut l'utilisation d'un pochoir métallique d'une épaisseur de 0,1 mm (4 mils) ou 0,12 mm (5 mils) pour l'application de la pâte à souder.

5. Directives de soudage et d'assemblage

5.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de refusion infrarouge détaillé est recommandé pour les processus d'assemblage sans plomb (Pb-free). Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :Montée en température jusqu'à 150-200°C.
• Temps de maintien/Préchauffage :Jusqu'à 120 secondes maximum.
• Température de crête :Maximum 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus (TAL) :Le temps à moins de 5°C de la température de crête ne doit pas dépasser 10 secondes. Le dispositif ne doit pas être soumis à plus de deux cycles de refusion dans ces conditions.

Le profil est basé sur les normes JEDEC pour assurer un soudage fiable sans endommager le boîtier en époxy ou la structure interne du composant.

5.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, un fer à souder dont la température ne dépasse pas 300°C doit être utilisé. Le temps de contact pour chaque broche doit être limité à un maximum de 3 secondes par joint de soudure.

5.3 Stockage et manutention

• Emballage scellé :Les dispositifs sont expédiés dans des sacs barrières à l'humidité avec dessiccant. Ils doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% HR. Une fois le sac scellé ouvert, les composants sont considérés comme sensibles à l'humidité.
• Durée de vie en atelier :Après ouverture de l'emballage d'origine, il est recommandé de terminer le processus de refusion IR dans la semaine (168 heures).
• Stockage prolongé/Séchage :Pour un stockage au-delà d'une semaine après ouverture, les composants doivent être conservés dans un conteneur scellé avec dessiccant. S'ils sont exposés au-delà de cette durée, un séchage à 60°C pendant au moins 20 heures est requis avant soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" (fissuration du boîtier) pendant la refusion.

5.4 Nettoyage

L'alcool isopropylique ou des solvants alcooliques similaires sont recommandés pour nettoyer les résidus de flux, si nécessaire. Les nettoyants chimiques agressifs doivent être évités.

6. Emballage et informations de commande

6.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le composant est fourni sur des bobines standard de 7 pouces (178 mm) de diamètre. Les détails clés de l'emballage incluent :

• Largeur de la bande porteuse : 8mm.
• Quantité par bobine :3000 pièces.
• Quantité minimale de commande (MOQ) :500 pièces pour les quantités restantes.
• Couvercle des alvéoles :Les alvéoles vides sont scellées avec une bande de couverture.
• Composants manquants :Un maximum de deux composants manquants consécutifs est autorisé selon la norme d'emballage.
• L'emballage est conforme aux spécifications ANSI/EIA-481-1-A.

7. Considérations de conception d'application

7.1 Configuration du circuit de commande

Le phototransistor est un dispositif à sortie de courant. La configuration de circuit la plus courante est de le connecter en montage émetteur commun :

• L'émetteur est connecté à la masse.
• Le collecteur est connecté à la tension d'alimentation positive (V_CC) via une résistance de charge (R_L).
• Le signal de sortie est prélevé au nœud du collecteur. Lorsque la lumière frappe le capteur, le transistor devient passant, tirant la tension du collecteur vers le bas (vers V_CE(SAT)). Dans l'obscurité, le transistor est bloqué, et la tension du collecteur est haute (tirée vers V_CCpar R_L).

La valeur de R_Lest critique et implique un compromis entre l'amplitude de la tension de sortie, la vitesse de réponse (voir Fig. 4) et la consommation d'énergie. Une valeur de départ typique est de 1kΩ à 10kΩ.

7.2 Amélioration du rapport signal/bruit (SNR)

• Filtrage optique :La lentille sombre intégrée fournit un certain filtrage. Pour les environnements avec une lumière ambiante forte, un filtre passe-bande infrarouge externe supplémentaire centré à 940nm peut être utilisé pour bloquer la lumière indésirable.
• Filtrage électrique :Étant donné que de nombreuses télécommandes IR utilisent une fréquence porteuse modulée (par ex., 38kHz), l'intégration d'un filtre passe-bande accordé à cette fréquence dans l'étage amplificateur suivant peut améliorer considérablement le SNR en rejetant la lumière ambiante continue et le bruit basse fréquence.
• Blindage :Le blindage mécanique du capteur contre l'exposition directe aux sources de lumière ambiante (par ex., soleil, lampes) peut réduire le bruit.

7.3 Association avec un émetteur IR

Pour les applications de détection de proximité ou réflexives, associez le LTR-S320-TB-L avec une LED infrarouge émettant à ou près de 940nm. Assurez-vous que le courant de commande de l'émetteur est suffisant pour produire le signal réfléchi requis au niveau du détecteur. L'émission par impulsions de l'émetteur et la détection synchrone de la sortie du phototransistor peuvent aider à distinguer le signal de la lumière ambiante.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé à une photodiode standard, le phototransistor LTR-S320-TB-L offre un gain de courant inhérent (bêta/h_FE), fournissant un signal de sortie bien plus important pour la même entrée lumineuse. Cela simplifie la conception du circuit car il nécessite souvent moins d'amplification ultérieure. Cependant, ce gain se fait au détriment de temps de réponse plus lents (microsecondes contre nanosecondes pour les photodiodes) et d'un courant d'obscurité plus élevé. Le boîtier à vue latérale le différencie des capteurs à vue de dessus, offrant une flexibilité de conception pour la détection le long du bord d'un PCB. Sa compatibilité avec l'assemblage SMT automatisé et les profils de refusion standard en fait un choix rentable pour la fabrication en grande série par rapport aux alternatives à trous traversants.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

9.1 Quel est le rôle de la lentille sombre ?

La lentille en époxy sombre agit comme un filtre de lumière visible. Elle atténue la lumière dans le spectre visible tout en laissant passer les longueurs d'onde infrarouges (autour de 940nm). Cela réduit la sensibilité du capteur à la lumière ambiante de la pièce, aux lampes fluorescentes et à la lumière du soleil, minimisant ainsi le bruit et améliorant la fiabilité de la détection du signal infrarouge souhaité.

9.2 Comment choisir la valeur de la résistance de charge (R_L) ?

Le choix implique un compromis. Utilisez la Figure 4 de la fiche technique comme guide. Pour unevitesse maximale(temps de montée/descente les plus rapides), choisissez un R_Lplus petit (par ex., 1kΩ ou moins). Pour uneamplitude de tension de sortie maximale(amplitude de signal plus élevée), choisissez un R_Lplus grand (par ex., 10kΩ ou plus), mais cela ralentira la réponse. Assurez-vous que la chute de tension aux bornes de R_Llorsque le transistor est passant (I_C(ON)* R_L) ne dépasse pas votre tension d'alimentation moins V_CE(SAT).

9.3 Ce capteur peut-il être utilisé en extérieur ?

Il peut être utilisé en extérieur avec une conception soignée. La lumière directe du soleil contient une quantité significative de rayonnement infrarouge et peut saturer le capteur ou introduire du bruit. Un filtrage optique efficace (un filtre passe-bande étroit à 940nm), un boîtier approprié pour bloquer le soleil direct et des techniques de détection de signal modulé sont essentiels pour un fonctionnement fiable en extérieur.

9.4 Pourquoi un séchage est-il requis avant soudage si le sac est ouvert depuis plus d'une semaine ?

Le boîtier en époxy plastique peut absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudage par refusion à haute température, cette humidité piégée peut s'évaporer rapidement, créant une pression interne élevée. Cela peut provoquer la fissuration ou le délaminage du boîtier, une défaillance connue sous le nom d'effet "pop-corn". Le séchage à 60°C élimine cette humidité absorbée, rendant le composant sûr pour la refusion.

10. Exemple pratique de conception

Scénario : Conception d'un simple capteur de proximité IR pour un jouet.

1. Objectif :Détecter lorsqu'un objet se trouve à environ ~5 cm du capteur.
2. Composants :Phototransistor LTR-S320-TB-L, LED IR 940nm, microcontrôleur (MCU).
3. Circuit :Le phototransistor est connecté avec R_L= 4,7 kΩ à V_CC(3,3 V). Sa sortie collecteur est connectée à une broche de convertisseur analogique-numérique (ADC) du MCU. La LED IR est placée à côté du phototransistor et est commandée par une broche de sortie du MCU via une résistance de limitation de courant (par ex., 20 mA).
4. Fonctionnement :Le MCU émet des impulsions sur la LED IR à une fréquence spécifique (par ex., 1 kHz) pendant une courte rafale. Il lit ensuite la valeur ADC du phototransistor. Lorsqu'aucun objet n'est présent, le signal réfléchi est faible. Lorsqu'un objet est à portée, la lumière infrarouge se réfléchit vers le phototransistor, provoquant une augmentation mesurable de la lecture ADC. Un seuil est défini dans le logiciel du MCU pour détecter la proximité.
5. Considérations :Le capteur doit être protégé des sources IR ambiantes. La technique d'impulsion et de mesure aide à distinguer le signal de la lumière ambiante. La valeur de R_Lest choisie pour une bonne amplitude de tension au niveau de lumière réfléchie attendu tout en maintenant une vitesse raisonnable.