Scheda Tecnica Fototransistore IR LTR-C950-TB-T - Pacchetto Vista Laterale - Vce 30V - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTR-C950-TB-T è un componente discreto a fototransistore a infrarossi (IR) progettato per applicazioni di sensing. Appartiene a un'ampia famiglia di dispositivi optoelettronici destinati a sistemi che richiedono un rilevamento affidabile della luce infrarossa. La funzione principale di questo componente è convertire la radiazione infrarossa incidente in una corrispondente corrente elettrica al suo terminale di collettore. Il suo package con lente a cupola e vista laterale, con housing nero, è ottimizzato per il montaggio su PCB e aiuta a gestire le interferenze della luce ambientale.

Il dispositivo è progettato per essere compatibile con i moderni processi di assemblaggio automatizzato, inclusi i macchinari di posizionamento e la rifusione a infrarossi. È caratterizzato dalla sua risposta alla luce infrarossa a lunghezza d'onda di 940nm, comunemente utilizzata in vari sistemi di telecomando e sensing per evitare il rumore della luce visibile.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Conforme RoHS & Prodotto Verde:Prodotto senza sostanze pericolose, in aderenza agli standard ambientali.
• Design Ottico:Dotato di una lente a cupola nera a vista laterale che fornisce un campo visivo specifico e aiuta a schermare il sensore dalla luce ambientale indesiderata.
• Compatibilità con la Produzione:Fornito su nastro da 8mm su bobine da 7 pollici di diametro, rendendolo pienamente compatibile con le macchine automatiche di posizionamento ad alta velocità (pick-and-place).
• Compatibilità di Processo:Valorizzato per resistere ai profili standard di rifusione a infrarossi utilizzati nelle linee di assemblaggio SMT (tecnologia a montaggio superficiale).
• Package Standardizzato:Conforme ai contorni standard del package EIA, garantendo prevedibilità nella progettazione dell'impronta sul PCB.

1.2 Applicazioni Target

Questo fototransistore è adatto per una gamma di applicazioni elettroniche che richiedono rilevamento o sensing senza contatto. Casi d'uso tipici includono:

• Ricevitori a Infrarossi:Decodifica dei segnali dai telecomandi nell'elettronica di consumo (TV, impianti audio, decoder).
• Sensori di Prossimità/Oggetti Montati su PCB:Rilevamento della presenza, assenza o posizione di un oggetto in elettrodomestici, apparecchiature di automazione e dispositivi di sicurezza.
• Commutazione Ottica di Base:Utilizzato in interruttori a fessura o sensori riflettenti.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le seguenti sezioni forniscono una scomposizione dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche prestazionali del dispositivo in condizioni di test specificate.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (P_D):100 mW. La potenza massima continua che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO):30 V. La tensione massima che può essere applicata tra i terminali di collettore ed emettitore.
• Tensione Emettitore-Collettore (V_ECO):5 V. La tensione inversa massima tra emettitore e collettore.
• Intervallo di Temperatura Operativa (T_A):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente per il normale funzionamento.
• Intervallo di Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-55°C a +100°C. L'intervallo di temperatura sicuro per il dispositivo quando non alimentato.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Resiste a una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 10 secondi durante la rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Tensione di Breakdown Collettore-Emettitore (V_(BR)CEO):30 V (Min). La tensione alla quale scorre una specifica piccola corrente inversa (I_R= 100µA) senza illuminazione (E_e= 0 mW/cm²).
• Tensione di Breakdown Emettitore-Collettore (V_(BR)ECO):5 V (Min). Simile a V_(BR)CEOma per la condizione di polarizzazione inversa.
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(SAT)):0.4 V (Max). La tensione ai capi del collettore e dell'emettitore quando il transistor è completamente "acceso" (in conduzione) sotto un'irradianza di 0.5 mW/cm² e una corrente di collettore (I_C) di 100µA. Un valore più basso indica prestazioni migliori.
• Tempo di Salita (T_r) & Tempo di Discesa (T_f):15 µs (Typ). Il tempo richiesto affinché la corrente di uscita salga dal 10% al 90% (tempo di salita) o scenda dal 90% al 10% (tempo di discesa) del suo valore massimo in risposta a un ingresso di luce pulsata. Misurato con V_CE=5V, I_C=1mA, e R_L=1kΩ.
• Corrente di Buio del Collettore (I_CEO):100 nA (Max). La piccola corrente di dispersione che scorre dal collettore all'emettitore quando nessuna luce incide sul dispositivo (V_CE= 20V). Più bassa è, migliore è la sensibilità.
• Corrente di Collettore in Stato ON (I_C(ON)):1.5 a 9.2 mA. La corrente di collettore generata quando il dispositivo è illuminato con una sorgente infrarossa standardizzata (E_e=0.5 mW/cm², λ=940nm, V_CE=5V). Questo è il parametro chiave di sensibilità.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

I dispositivi sono suddivisi in bin di prestazioni in base alla loro Corrente di Collettore in Stato ON (I_C(ON)). Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con sensibilità coerente per i requisiti specifici del loro circuito.

• BIN A: I_C(ON)intervallo da 1.5 mA (Min) a 2.9 mA (Max).
• BIN B: I_C(ON)intervallo da 2.9 mA (Min) a 5.5 mA (Max).
• BIN C: I_C(ON)intervallo da 5.5 mA (Min) a 9.2 mA (Max).

Una tolleranza di ±15% è applicata ai limiti di ogni bin. I progettisti devono tenere conto di questa variazione quando calcolano il guadagno del circuito e i livelli di soglia.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici caratteristici che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Sensibilità Spettrale

Un grafico (Fig.1) mostra la sensibilità spettrale relativa in funzione della lunghezza d'onda. L'LTR-C950-TB-T mostra una sensibilità di picco attorno ai 940nm, che corrisponde agli emettitori infrarossi (IRED) comuni. La sensibilità cala bruscamente per lunghezze d'onda inferiori a 800nm e superiori a 1100nm, fornendo un filtraggio intrinseco contro gran parte dello spettro della luce visibile.

4.2 Corrente di Buio del Collettore vs. Temperatura

La curva (Fig.3) traccia la Corrente di Buio del Collettore (I_CEO) in funzione della Temperatura Ambiente (T_A). I_CEOaumenta esponenzialmente con la temperatura. Questa è una considerazione critica per applicazioni ad alta temperatura, poiché l'aumento della corrente di buio alza il rumore di fondo e può influenzare il rapporto segnale/rumore del sensore.

4.3 Risposta Dinamica vs. Carico

I grafici (Fig.4) mostrano come il Tempo di Salita (T_r) e il Tempo di Discesa (T_f) variano con la Resistenza di Carico (R_L). Entrambi i tempi aumentano con una resistenza di carico più alta. Per applicazioni che richiedono commutazione veloce, una resistenza di carico più piccola è vantaggiosa, anche se ridurrà l'escursione della tensione di uscita.

4.4 Corrente Relativa del Collettore vs. Irradianza

Questo grafico (Fig.5) dimostra la relazione tra la corrente di uscita e la potenza della luce incidente (irradianza). La risposta è generalmente lineare su un intervallo significativo, il che è desiderabile per applicazioni di sensing analogico. Conferma la funzione del dispositivo come convertitore luce-corrente proporzionale.

4.5 Diagramma di Radiazione

Un diagramma polare (Fig.6) illustra la sensibilità angolare del package a vista laterale. L'intensità radiante (o sensibilità) relativa è tracciata in funzione dell'angolo della luce incidente. Questo diagramma è essenziale per il design meccanico, mostrando il campo visivo effettivo (FOV) entro il quale il sensore rileverà in modo affidabile una sorgente IR.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni di Contorno

Il dispositivo ha un package standard per fototransistore a vista laterale. Le dimensioni chiave includono la dimensione del corpo, la spaziatura dei terminali e la posizione della lente. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con una tolleranza tipica di ±0.1mm salvo diversa specifica. Il pinout identifica i terminali Collettore ed Emettitore.

5.2 Progetto Consigliato dei Pads di Saldatura

Viene fornito un land pattern (impronta) per il progetto del PCB. Le dimensioni consigliate per i pad sono 1.0mm x 1.8mm per i pad di montaggio, con un'intercapedine di 1.8mm tra di essi. Seguire questo pattern garantisce una giunzione saldata affidabile durante la rifusione e un corretto allineamento meccanico.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione

È incluso un profilo di rifusione suggerito per processi senza piombo (Pb-free). I parametri chiave sono:

• Preriscaldamento:150-200°C per un massimo di 120 secondi.
• Temperatura di Picco:260°C massimo.
• Tempo Sopra il Liquido:Il dispositivo non deve essere esposto a temperature superiori a 260°C per più di 10 secondi.

Il profilo si basa sugli standard JEDEC. Gli ingegneri devono caratterizzare il profilo per il loro specifico design PCB, pasta saldante e forno.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore con una temperatura non superiore a 300°C e limitare il tempo di contatto a 3 secondi per giunto. Evitare di applicare stress ai terminali del componente.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, utilizzare solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico. Evitare detergenti chimici aggressivi o sconosciuti che potrebbero danneggiare il package in plastica o la lente.

7. Confezionamento e Manipolazione

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono confezionati in nastro portante goffrato largo 8mm avvolto su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. Ogni bobina contiene 2000 pezzi. Il confezionamento è conforme agli standard ANSI/EIA 481-1-A-1994. Le note specificano che al massimo due tasche consecutive per componenti possono essere vuote (come da sigillatura del nastro) e che l'orientamento delle parti all'interno del nastro è indicato.

7.2 Condizioni di Magazzinaggio

Confezione Sigillata:Conservare a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione nella busta barriera all'umidità sigillata (con essiccante) è di un anno.
Confezione Aperta:Per i componenti rimossi dalla busta sigillata, l'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C / 60% UR. Si raccomanda vivamente di completare la rifusione IR entro una settimana dall'apertura. Per una conservazione più lunga al di fuori della busta originale, conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore a azoto. I componenti conservati aperti per più di una settimana dovrebbero essere sottoposti a baking a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Progetto del Circuito di Pilotaggio

Il fototransistore è un dispositivo a uscita di corrente. In un circuito tipico, è collegato in configurazione emettitore comune. Una resistenza di carico (R_L) è posta tra il collettore e la tensione di alimentazione (V_CC). L'emettitore è collegato a massa. La luce incidente fa scorrere la corrente di collettore (I_C), creando una caduta di tensione ai capi di R_L. Questa tensione (V_OUT= V_CC- I_C*R_L) è il segnale di uscita.

Scelte di Progetto Chiave:

• Resistenza di Carico (R_L):Un R_Lpiù alto fornisce una maggiore escursione della tensione di uscita per una data variazione di luce ma aumenta il tempo di risposta (vedi Fig.4). Un R_Lpiù basso fornisce una risposta più veloce ma un segnale più piccolo.
• Polarizzazione:Il dispositivo non richiede corrente di polarizzazione esterna per la base; è interamente controllato dalla luce.
• Dispositivi Multipli:Se più fototransistori devono essere collegati in parallelo in un'applicazione, non è consigliabile collegarli direttamente insieme. Le variazioni nel loro I_C(ON)(anche all'interno di un bin) causeranno una condivisione della corrente non uniforme. Una resistenza limitatrice di corrente dovrebbe essere posta in serie con ciascun dispositivo per garantire un comportamento uniforme.

8.2 Miglioramento del Rapporto Segnale/Rumore (SNR)

• Modulazione:Per applicazioni di telecomando, la sorgente IR (IRED) è pulsata a una specifica frequenza portante (es. 38kHz). Il circuito di ricezione include un filtro passa-banda sintonizzato su questa frequenza, che respinge la luce ambientale costante e il rumore.
• Filtraggio Ottico:Il package nero e la sensibilità spettrale naturale (picco a 940nm) forniscono un certo filtraggio contro la luce visibile. Per ambienti estremamente rumorosi, può essere utilizzato un filtro esterno aggiuntivo passa-IR/blocca-visibile sopra il sensore.
• Filtraggio Elettrico:Far seguire al fototransistore uno stadio amplificatore che includa filtraggio passa-alto o passa-banda può ulteriormente migliorare l'SNR per segnali AC-coupled.

8.3 Considerazioni sul Layout

• Posizionare il sensore lontano dai componenti che generano calore per minimizzare la deriva della corrente di buio indotta dalla temperatura.
• Assicurarsi di utilizzare la geometria consigliata per i pad di saldatura per prevenire l'effetto "tombstoning" o il disallineamento durante la rifusione.
• Considerare il diagramma di radiazione (Fig.6) quando si progetta l'alloggiamento meccanico per garantire che la sorgente IR cada entro l'angolo di visione sensibile del sensore.

9. Principio di Funzionamento

Un fototransistore è fondamentalmente un transistor a giunzione bipolare (BJT) in cui la corrente di base è generata dalla luce invece che da una connessione elettrica. La giunzione base-collettore funge da fotodiodo. Quando fotoni con sufficiente energia (infrarossi, in questo caso) colpiscono questa giunzione, creano coppie elettrone-lacuna. Questa corrente fotogenerata viene quindi amplificata dal guadagno di corrente del transistor (β o h_FE), risultando in una corrente di collettore molto più grande che è proporzionale all'intensità della luce incidente. Il package a vista laterale posiziona il chip semiconduttore sensibile in modo che possa rilevare la luce che arriva parallelamente alla superficie del PCB.

10. Esempio Pratico di Progetto

Scenario: Rilevamento Oggetti in un Distributore Automatico.È necessario un sensore a interruzione di fascio per rilevare quando un prodotto passa attraverso una canaletta.

1. Selezione del Componente:Viene scelto un LTR-C950-TB-T (BIN B) per il suo package a vista laterale, adatto al montaggio sul bordo di un PCB rivolto attraverso la canaletta. Viene selezionato un IRED corrispondente a 940nm come sorgente luminosa.
2. Progetto del Circuito:Il fototransistore è configurato in un circuito a emettitore comune con V_CC= 5V. Una resistenza di carico R_L= 2.2kΩ è scelta come compromesso tra una buona escursione di tensione e una velocità accettabile per questa applicazione. L'uscita è inviata a un comparatore con una soglia impostata per differenziare tra "fascio presente" (uscita alta) e "fascio bloccato" (uscita bassa).
3. Integrazione Meccanica:L'IRED e il fototransistore sono montati sui lati opposti della canaletta del prodotto, allineati secondo i loro diagrammi di radiazione/sensibilità. Possono essere aggiunti deflettori per limitare la luce parassita.
4. Considerazioni:La temperatura ambiente all'interno della macchina è monitorata per garantire che rimanga entro l'intervallo operativo. La tensione di uscita iniziale viene misurata e la soglia del comparatore è impostata con un margine per tenere conto della tolleranza del componente (bin ±15%) e del potenziale accumulo di polvere sulle lenti nel tempo.