Scheda Tecnica Fototransistore Infrarosso LTR-C950-TB - Lente Nera Vista Superiore - 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente discreto a fototransistore infrarosso. Il dispositivo è progettato per rilevare luce infrarossa, tipicamente alla lunghezza d'onda di 940nm. Presenta un package a vista superiore con lente a cupola nera, che aiuta a definire l'angolo di visione e potenzialmente a ridurre le interferenze della luce ambientale visibile. Il componente è confezionato su nastro e bobina, rendendolo compatibile con processi di assemblaggio automatico SMD ad alto volume. È conforme agli standard ambientali pertinenti.

1.1 Caratteristiche

• Conforme alle normative ambientali per le sostanze pericolose.
• Form factor a vista superiore con lente a cupola nera.
• Fornito su nastro da 12mm su bobine da 7 pollici di diametro per il posizionamento automatico.
• Compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione infrarossa.
• Package standardizzato.

1.2 Applicazioni

• Moduli ricevitori infrarossi.
• Applicazioni di rilevamento infrarosso montate su PCB.

2. Dimensioni di Contorno

Il dispositivo è conforme a un package standard. Tutte le dimensioni critiche sono fornite nei diagrammi della scheda tecnica in millimetri, con una tolleranza standard di ±0.1mm salvo diversa specifica. Il package è progettato per un montaggio affidabile su PCB.

3. Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (TA) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (PD):100 mW
• Tensione Collettore-Emettitore (VCEO):30 V
• Tensione Emettitore-Collettore (VECO):5 V
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-55°C a +100°C
• Saldatura a Rifusione Infrarossa:Temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi.

È incluso un profilo di temperatura di rifusione suggerito per processi senza piombo, che enfatizza i parametri di pre-riscaldamento, temperatura di picco e tempo sopra il liquido per garantire giunzioni saldate affidabili senza danni termici.

4. Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni di test specificate a TA=25°C. Sono cruciali per la progettazione del circuito.

• Tensione di Breakdown Collettore-Emettitore, V(BR)CEO:30 V (min). Condizione di test: IR = 100µA, Irradianza (Ee) = 0 mW/cm².
• Tensione di Breakdown Emettitore-Collettore, V(BR)ECO:5 V (min). Condizione di test: IE = 100µA, Ee = 0 mW/cm².
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore, VCE(SAT):0.4 V (max). Condizione di test: IC = 100µA, Ee = 0.5 mW/cm².
• Tempo di Salita (Tr) e Tempo di Discesa (Tf):15 µs (tipico). Condizione di test: VCE = 5V, IC = 1mA, RL = 1kΩ.
• Corrente di Buio del Collettore (ICEO):100 nA (max). Condizione di test: VCE = 20V, Ee = 0 mW/cm². Questa è la corrente di dispersione quando non incide luce.
• Corrente del Collettore in Stato ON, IC(ON):Varia da 1.5 mA (min) a 9.20 mA (max). Condizione di test: VCE = 5V, Ee = 0.5 mW/cm², λ=940nm. Questo è il parametro chiave che indica la sensibilità.

5. Sistema Codici Bin

I dispositivi sono suddivisi in bin di prestazioni in base alla loro Corrente del Collettore in Stato ON (IC(ON)) per garantire coerenza nell'applicazione. La tolleranza per la corrente all'interno di ogni bin è ±15%.

• BIN A:IC(ON) = 1.5 mA a 2.9 mA
• BIN B:IC(ON) = 2.9 mA a 5.5 mA
• BIN C:IC(ON) = 5.5 mA a 9.2 mA

6. Curve di Prestazione Tipiche

La scheda tecnica fornisce diversi grafici che illustrano il comportamento del dispositivo in varie condizioni. Sono essenziali per comprendere le prestazioni oltre le specifiche puntuali.

• Sensibilità Spettrale:Una curva che mostra la sensibilità relativa del fototransistore su diverse lunghezze d'onda, con un picco attorno ai 940nm.
• Corrente di Buio del Collettore vs. Temperatura Ambiente:Mostra come la corrente di dispersione (ICEO) aumenti con l'aumentare della temperatura.
• Tempo di Salita e Discesa vs. Resistenza di Carico:Illustra come la velocità di commutazione sia influenzata dal valore della resistenza di carico (RL) nel circuito.
• Corrente del Collettore Relativa vs. Irradianza:Dimostra la relazione tra la potenza della luce incidente (Ee) e la corrente di collettore in uscita.
• Diagramma di Sensibilità:Un grafico polare che mostra la risposta angolare relativa del sensore, influenzata dalla lente a cupola nera.

7. Layout Piazzole Saldature e Informazioni Package

Vengono fornite le dimensioni consigliate per il land pattern PCB (piazzola di saldatura) per garantire una saldatura corretta e stabilità meccanica. Per l'applicazione della pasta saldante è suggerito uno spessore stencil di 0.1mm o 0.12mm. Sono incluse anche le dimensioni dettagliate per il confezionamento su nastro e bobina, specificando la spaziatura delle tasche, il diametro della bobina e la dimensione del mozzo per facilitare la manipolazione automatica.

8. Linee Guida per Manipolazione, Stoccaggio e Assemblaggio

8.1 Condizioni di Stoccaggio

Per sacchetti sigillati anti-umidità con essiccante, conservare a ≤ 30°C e ≤ 90% UR, con un periodo di utilizzo consigliato di un anno. Per dispositivi rimossi dalla confezione originale, l'ambiente non deve superare i 30°C / 60% UR. Se conservati fuori dal sacchetto originale per più di una settimana, si raccomanda un trattamento di "baking" a 60°C per 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità e prevenire il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

8.2 Pulizia

Se necessaria, utilizzare solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico.

8.3 Raccomandazioni per la Saldatura

Vengono forniti parametri dettagliati sia per la saldatura a rifusione che per quella manuale:

• Saldatura a Rifusione:Preriscaldamento a 150-200°C per un massimo di 120 secondi, con una temperatura di picco non superiore a 260°C per un massimo di 10 secondi. La rifusione deve essere eseguita al massimo due volte.
• Saldatura Manuale:La temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C, con un tempo di saldatura massimo di 3 secondi per giunto.

Le linee guida fanno riferimento agli standard JEDEC e sottolineano la necessità di caratterizzare il processo per specifici progetti PCB.

8.4 Considerazioni sul Circuito di Pilotaggio

Il fototransistore è un dispositivo a uscita di corrente. Per applicazioni che coinvolgono più sensori, si raccomanda vivamente di utilizzare resistori di limitazione di corrente individuali in serie con ciascun dispositivo (come mostrato nel "Circuito A" della scheda tecnica) per garantire una risposta uniforme e prevenire che un singolo dispositivo assorba troppa corrente. Collegare i dispositivi direttamente in parallelo ("Circuito B") senza resistori individuali può portare a prestazioni non corrispondenti a causa delle variazioni nelle caratteristiche dei dispositivi.

9. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

9.1 Principio di Funzionamento

Un fototransistore infrarosso funziona convertendo la luce infrarossa incidente in una corrente elettrica. I fotoni con energia sufficiente (corrispondente alla lunghezza d'onda sensibile del dispositivo, circa 940nm) vengono assorbiti nella regione di base del transistor, generando coppie elettrone-lacuna. Questa corrente fotogenerata agisce come una corrente di base, che viene poi amplificata dal guadagno del transistor, risultando in una corrente di collettore più grande proporzionale all'intensità della luce incidente. La lente a cupola nera aiuta a focalizzare la luce in ingresso e definisce il campo visivo.

9.2 Scenari Applicativi Tipici

L'uso principale è nei sistemi di ricezione infrarossa. Ciò include:

• Ricevitori per Telecomandi:Decodifica dei segnali da telecomandi di TV, audio ed elettrodomestici.
• Rilevamento di Prossimità:Rilevamento della presenza o assenza di un oggetto riflettendo un fascio IR.
• Commutazione Ottica di Base:Interruzione di un fascio per conteggio o rilevamento di posizione.
• Collegamenti Dati Semplici:Trasmissione dati wireless a bassa velocità e corto raggio utilizzando luce IR modulata.

9.3 Checklist di Progetto

• Selezionare il Codice Bin appropriatoin base alla sensibilità richiesta per la propria applicazione.
• Scegliere una resistenza di carico (RL)considerando l'escursione di tensione di uscita desiderata e il compromesso con la velocità di risposta (vedi curva Tempo Salita/Discesa vs. RL).
• Implementare un filtraggio adeguatonel circuito di condizionamento del segnale per respingere il rumore della luce ambientale (es. sfarfallio lampade fluorescenti a 100/120Hz).
• Seguire le linee guida consigliate per il layout PCB e la saldaturaper garantire l'affidabilità.
• Considerare il diagramma di sensibilità angolaredurante la progettazione del posizionamento meccanico e dell'alloggiamento per garantire che il sensore sia orientato correttamente.

9.4 Prestazioni vs. Temperatura

I progettisti devono tenere conto degli effetti della temperatura. La Corrente di Buio del Collettore (ICEO) aumenta significativamente con la temperatura, il che può alzare il rumore di fondo in applicazioni a bassa luminosità. La fotocorrente stessa ha anche un coefficiente di temperatura. Per applicazioni critiche su un ampio intervallo di temperatura (-40°C a +85°C), si consiglia di testare o simulare agli estremi di temperatura.

10. Confronto Tecnico e Guida alla Selezione

Quando si seleziona un fotorilevatore infrarosso, i fattori chiave di differenziazione includono:

• Fototransistore vs. Fotodiodo:I fototransistori forniscono un guadagno interno, producendo un segnale di uscita più grande per un dato livello di luce, semplificando la progettazione dell'amplificatore successivo. Tuttavia, hanno generalmente un tempo di risposta più lento rispetto ai fotodiodi. Questo dispositivo, con un tempo di salita/discesa di 15µs, è adatto per segnali standard di telecomando (es. portante 38kHz) ma potrebbe essere troppo lento per comunicazioni dati ad altissima velocità.
• Lunghezza d'Onda:La sensibilità di picco a 940nm è ideale per l'abbinamento con comuni emettitori infrarossi al GaAs ed è meno visibile all'occhio umano rispetto alle sorgenti a 850nm, riducendo l'inquinamento luminoso percepito.
• Package e Lente:Il package con lente nera a vista superiore è ottimizzato per l'assemblaggio SMD e fornisce un angolo di visione controllato, che può aiutare a respingere la luce parassita dai lati.

11. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo del Codice Bin?

R: Il Codice Bin garantisce un intervallo prevedibile di sensibilità (IC(ON)). Per prestazioni coerenti in produzione, specificare il bin richiesto quando si ordina.

D: Posso utilizzare questo sensore alla luce del sole?

R: La luce solare diretta contiene una quantità enorme di radiazione infrarossa e probabilmente saturerà il sensore. È progettato per uso interno o ambienti controllati. Per uso esterno potrebbe essere necessario un filtraggio ottico o un funzionamento impulsivo con rilevamento sincrono.

D: Perché la procedura di stoccaggio e "baking" è così importante?

R: I package SMD possono assorbire umidità dall'aria. Durante il processo di saldatura a rifusione ad alta temperatura, questa umidità può vaporizzarsi rapidamente, causando delaminazione interna o crepe ("popcorning"), che distruggono il componente. Un corretto stoccaggio e "baking" prevengono ciò.

D: Come calcolo la tensione di uscita?

R: Il fototransistore agisce come una sorgente di corrente. La tensione di uscita al collettore è approssimativamente VCC - (IC * RL). Scegliere RL e VCC in base all'escursione di uscita desiderata e alla IC prevista dalla sorgente luminosa.

12. Esempio Pratico di Progetto

Scenario:Progettare un semplice ricevitore IR per un segnale di telecomando modulato a 38kHz.

1. Selezione Componenti:Utilizzare questo fototransistore (es. BIN B per sensibilità media) e abbinarlo a un filtro passa-banda 38kHz o a un IC decodificatore dedicato.
2. Circuito di Polarizzazione:Collegare il collettore a un'alimentazione 5V (VCC) attraverso una resistenza di carico RL. L'emettitore si collega a massa. Un valore di RL = 1kΩ è un punto di partenza comune, fornendo un buon equilibrio tra escursione di tensione di uscita e velocità.
3. Condizionamento del Segnale:La tensione al collettore scenderà quando viene rilevata luce IR. Questo segnale accoppiato in AC viene quindi inviato a uno stadio amplificatore o comparatore per ripulire la forma d'onda digitale. Un condensatore in parallelo a RL può aiutare a filtrare il rumore ad alta frequenza ma rallenterà la risposta.
4. Layout:Posizionare il sensore nella parte anteriore del PCB con un'apertura libera nel contenitore. Tenerlo lontano da sorgenti di rumore come regolatori switching. Seguire il layout consigliato per le piazzole di saldatura.

13. Tendenze Tecnologiche

Il campo dei componenti infrarossi discreti continua a evolversi. Le tendenze includono lo sviluppo di fotorilevatori con circuiti integrati di condizionamento del segnale in un unico package, fornendo uscita digitale e un migliore rigetto della luce ambientale. C'è anche una spinta verso dispositivi più veloci per abilitare trasmissioni dati più rapide per applicazioni come l'associazione dati IR (IrDA) e il rilevamento gestuale. Inoltre, i miglioramenti nel packaging mirano a fornire angoli di visione più stretti e consistenti per applicazioni di rilevamento di precisione, mantenendo la compatibilità con i processi di assemblaggio automatico. Il dispositivo descritto in questa scheda tecnica rappresenta una soluzione matura e affidabile per applicazioni ad alto volume e sensibili al costo dove è richiesto un rilevamento infrarosso di base.