LTR-S320-DB-L 포토트랜지스터 데이터시트 - EIA 패키지 - 940nm 피크 감도 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTR-S320-DB-L은 적외선 감지 응용을 위해 설계된 고성능 실리콘 NPN 포토트랜지스터입니다. 이 소자는 근적외선 스펙트럼의 빛을 감지하도록 최적화되어 있으며, 특히 940nm에서 피크 감도를 가져 리모컨 시스템, 물체 감지, 산업 자동화 작업 등 다양한 분야에 적합합니다. 주요 기능은 입사하는 적외선 빛을 해당 전류로 변환하는 것입니다.

이 장치는 검은색 주광 차단 수지 렌즈가 장착된 표준 EIA 준수 패키지에 실장되어 있습니다. 이 렌즈는 가시 주변광을 효과적으로 걸러내어 노이즈와 오작동을 현저히 줄여 배경 조명 하에서 신호 대 잡음비를 향상시킵니다. 패키지는 테이프-릴 공급 및 적외선 리플로우 솔더링을 포함한 대량 자동화 조립 공정과의 호환성을 위해 설계되어 현대적 제조 요구사항에 부합합니다.

RoHS 준수 및 무연(Pb-free) "그린 제품"으로, 현대 환경 기준을 충족합니다. 스펙트럼 응답, 패키지 설계 및 제조 호환성의 조합은 비용 효율적이고 성능 중심의 적외선 감지 회로에 대한 신뢰할 수 있고 다목적 솔루션으로 자리매김하게 합니다.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 해석

모든 전기적 및 광학적 특성은 주변 온도(T_A) 25°C에서 지정되어 성능 평가를 위한 표준화된 기준을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이상으로 동작하는 것은 보장되지 않으며 회로 설계 시 피해야 합니다.

• 전력 소산(P_D):150 mW. 이는 장치가 열로 방출할 수 있는 최대 허용 전력입니다. 이 한계를 초과하면 열 폭주 및 고장 위험이 있습니다.
• 컬렉터-이미터 전압(V_CEO):30 V. 베이스가 개방된 상태(포토트랜지스터가 암 상태)에서 컬렉터와 이미터 단자 사이에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 범위:-40°C ~ +85°C. 장치가 정상적으로 기능하도록 설계된 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위:-55°C ~ +100°C. 열화 없이 비동작 상태로 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 적외선 솔더링 조건:최대 10초 동안 피크 온도 260°C. 이는 무연 리플로우 솔더링 공정의 열 프로파일 한계를 정의합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 파라미터들은 특정 테스트 조건에서 장치의 성능을 정의합니다.

• 역방향 항복 전압(V_(BR)R):최소 33V, I_R=100µA에서 전형 170V. 이 높은 값은 유도성 부하나 전압 스파이크가 있는 회로에 유리한 상당한 역방향 바이어스를 견딜 수 있는 견고한 접합을 나타냅니다.
• 역방향 암전류(I_D):V_R=10V에서 최대 10 nA. 이는 빛이 입사하지 않을 때의 누설 전류입니다. 낮은 암전류는 특히 저조도 감지 시나리오에서 높은 감도와 저잡음 동작을 달성하는 데 중요합니다.
• 개방 회로 전압(V_OC):조도(E_e) 0.5 mW/cm²의 940nm 빛으로 조사될 때 전형 390 mV. 이 파라미터는 장치가 광전지 모드(외부 바이어스 없음)로 사용될 때 관련이 있습니다.
• 단락 전류(I_SC):V_OC(V_R=5V, λ=940nm, E_e=0.5 mW/cm²)와 동일한 테스트 조건에서 전형 1.8 µA. 이는 출력이 단락되었을 때 생성되는 광전류를 나타냅니다.
• 상승 시간(T_r) 및 하강 시간(T_f):각각 최대 30 ns (V_R=10V, R_L=1kΩ). 이 스위칭 속도 사양은 데이터 통신 링크와 같이 빠른 펄스 감지나 고주파 변조가 필요한 응용 분야에 중요합니다.
• 총 커패시턴스(C_T):V_R=5V, f=1MHz에서 최대 1 pF. 낮은 접합 커패시턴스는 회로의 RC 시정수를 제한하므로 빠른 응답 시간을 유지하는 데 필수적입니다.
• 스펙트럼 대역폭(λ_0.5):750 nm ~ 1100 nm. 이는 장치의 응답성이 피크 값의 최소 절반 이상인 파장 범위를 정의합니다. 많은 IR 방출기(예: 850nm 및 940nm LED)가 사용하는 일반적인 적외선 영역을 포함합니다.
• 피크 감도 파장(λ_P):940 nm. 이 장치는 940nm에서 방출하는 적외선 LED와 스펙트럼적으로 매칭되어 이러한 페어링에서 최대 효율과 신호 강도를 보장합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 장치 동작에 대한 시각적 통찰력을 제공하는 전형적인 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 본문에 재현되지 않았지만, 그들의 전형적인 의미는 아래에서 분석됩니다.

3.1 IV (전류-전압) 특성

다양한 수준의 입사 조도(E_C)에 대해 컬렉터 전류(I_CE) 대 컬렉터-이미터 전압(V_e)을 그린 곡선군입니다. 이 곡선들은 일반적으로 고정된 조도에 대해 I_Cincreases with V_CE가 증가함에 따라 증가하다가 포화 영역에 도달함을 보여줍니다. 더 높은 조도 수준은 곡선을 위로 이동시켜 더 큰 광전류를 나타냅니다. 능동 영역의 기울기는 장치의 출력 컨덕턴스와 관련이 있습니다.

3.2 파장 대비 상대 감도

이 곡선은 스펙트럼 응답을 그래픽으로 나타내며, 940nm에서 피크를 이루고 750nm 및 1100nm(λ_0.5점) 방향으로 감소합니다. 감지기와 페어링할 적절한 IR 방출기를 선택하고 다른 스펙트럼을 가진 주변 광원의 영향을 평가하는 데 필수적입니다.

3.3 온도 의존성

곡선은 암전류(I_D) 및 광전류와 같은 주요 파라미터의 주변 온도에 따른 변화를 보여줄 가능성이 높습니다. 암전류는 일반적으로 온도에 따라 지수적으로 증가하며(약 10°C마다 두 배), 이는 고온 응용 분야에서 중요한 노이즈 원인이 될 수 있습니다. 광전류도 약간의 음의 온도 계수를 가질 수 있습니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

이 장치는 표준 EIA 패키지 외형을 따릅니다. 달리 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 공차 ±0.10 mm로 밀리미터 단위로 제공됩니다. 패키지는 실리콘 칩 위에 성형된 검은색 주광 차단 수지 렌즈를 특징으로 합니다.

4.2 극성 식별 및 핀아웃

포토트랜지스터는 2핀 장치입니다. 핀아웃은 이러한 패키지에 대해 표준입니다: 컬렉터는 일반적으로 케이스 또는 더 긴 리드(해당하는 경우)에 연결되고, 이미터는 다른 핀입니다. 데이터시트 다이어그램이 명확한 식별을 제공합니다. 올바른 극성은 적절한 회로 동작에 필수적입니다.

4.3 권장 솔더 패드 레이아웃

리플로우 중 신뢰할 수 있는 솔더 조인트 형성을 보장하기 위해 PCB 설계를 위한 권장 랜드 패턴(풋프린트)이 제공됩니다. 이 치수를 준수하면 툼스토닝, 정렬 불량 또는 불충분한 솔더 필렛을 방지하는 데 도움이 됩니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 리플로우 솔더링 프로파일

무연(Pb-free) 솔더 공정에 적합한 적외선 리플로우 프로파일에 대한 상세한 제안이 제공됩니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• 예열:150°C ~ 200°C.
• 예열 시간:최대 120초.
• 피크 온도:최대 260°C.
• 액상선 온도 이상 유지 시간(피크에서):최대 10초.
• 최대 리플로우 사이클 수: Two.

이 프로파일은 패키지 무결성을 보장하기 위해 JEDEC 표준을 기반으로 합니다. 엔지니어는 특정 PCB 설계, 구성 요소 및 솔더 페이스트에 맞게 프로파일을 특성화해야 합니다.

5.2 핸드 솔더링

핸드 솔더링이 필요한 경우, 인두 팁 온도는 300°C를 초과하지 않아야 하며, 리드당 솔더링 시간은 최대 3초로 제한해야 합니다. 열 응력을 피하기 위해 핸드 솔더링 사이클은 한 번만 권장됩니다.

5.3 세척

지정된 세척제만 사용해야 합니다. 이소프로필 알코올(IPA) 또는 에틸 알코올을 권장합니다. 장치는 상온에서 1분 미만으로 침지해야 합니다. 지정되지 않은 화학 액체는 패키지 수지를 손상시킬 수 있습니다.

5.4 보관 조건

밀봉 패키지(방습 백):≤30°C 및 ≤90% RH에서 보관하십시오. 구성 요소는 백 밀봉 날짜로부터 1년 이내에 사용하도록 정격화되어 있습니다.

개봉 패키지:≤30°C 및 ≤60% RH에서 보관하십시오. 구성 요소는 1주일(168시간) 이내에 리플로우해야 합니다. 원래 백 외부에서 더 오래 보관하는 경우, 건조제가 들어 있는 밀폐 용기나 질소 건조기에서 보관해야 합니다. 1주일 이상 보관된 구성 요소는 솔더링 전에 약 60°C에서 최소 20시간 동안 베이킹하여 흡수된 수분을 제거하고 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 테이프 및 릴 사양

이 장치는 표준 자동 배치 장비와 호환되는 7인치(178mm) 직경 릴에 8mm 캐리어 테이프로 공급됩니다.

• 릴당 개수: 3000.
• 커버 테이프:빈 구성 요소 포켓은 상단 커버 테이프로 밀봉됩니다.
• 누락된 구성 요소:릴 사양당 최대 2개의 연속 누락된 구성 요소("누락 램프")가 허용됩니다.
• 표준:포장은 ANSI/EIA 481-1-A-1994 사양을 따릅니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 적외선 리모컨 수신기:TV, 오디오 시스템, 셋톱박스용(940nm IR LED와 페어링).
• 물체/근접 감지:프린터, 복사기, 자판기 및 산업 자동화에서 종이, 물체 또는 위치 감지용.
• 연기 감지기:광학 챔버 기반 설계에서.
• 인코더:모터 제어에서 속도 또는 위치 감지용.
• 기본 광학 절연:저속, 비용 민감도 절연 회로에서.

7.2 회로 설계 고려사항

구동 방법:포토트랜지스터는 전류 출력 장치입니다. 일관된 성능을 위해, 특히 여러 장치를 병렬로 사용할 때는 각 포토트랜지스터와 직렬로 전류 제한 저항을 사용하는 것이 강력히 권장됩니다(데이터시트의 회로 모델 A).

회로 모델 A (권장):각 포토트랜지스터에는 공급 전압에 연결된 자체 직렬 저항이 있습니다. 이는 각 장치가 정의된 전류 지점에서 동작하도록 보장하여 전류-전압(IV) 특성의 미세한 변동을 보상하고 한 장치에 의한 전류 독점을 방지합니다.

회로 모델 B (병렬 사용 비권장):여러 포토트랜지스터가 단일 공유 저항에 직접 병렬로 연결됩니다. 개별 구성 요소의 IV 곡선의 자연적 변동으로 인해 한 장치가 다른 장치보다 더 많은 전류를 끌어올 수 있어 감지 응용 분야에서 불균일한 밝기나 감도로 이어질 수 있습니다.

바이어싱:이 장치는 일반적으로 컬렉터에 풀업 저항이 있는 공통 이미터 구성으로 사용됩니다. 이 부하 저항(R_L)의 값은 출력 전압 스윙과 응답 속도(장치 커패시턴스와 형성된 RC 시정수를 통해) 모두에 영향을 미칩니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 응답을 제공하지만 더 작은 출력 전압 변화를 가져옵니다.

노이즈 내성:검은색 주광 차단 렌즈는 가시광선에 대한 우수한 차단을 제공합니다. 그러나 고잡음 환경(예: 형광등 또는 햇빛)의 경우 변조 간섭을 제거하기 위해 추가적인 전기적 필터링(예: 부하 저항과 병렬로 연결된 커패시터 또는 하드웨어/소프트웨어 디바운스 알고리즘)이 필요할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

단순한 포토다이오드와 비교하여, 포토트랜지스터는 내부 전류 이득(트랜지스터의 베타, β)을 제공하여 동일한 입사 광량에 대해 훨씬 더 높은 출력 전류를 생성합니다. 이는 후속 증폭 단계 없이도 논리 회로나 마이크로컨트롤러와 직접 인터페이스하기 쉽게 만들어 설계를 단순화하고 구성 요소 수를 줄입니다.

그러나 이 이득은 더 느린 응답 시간(일반적으로 포토트랜지스터는 수십~수백 나노초, 포토다이오드는 나노초)과 잠재적으로 더 높은 커패시턴스라는 비용이 따릅니다. 매우 고속 응용 분야(예: >1 MHz 변조)의 경우 외부 트랜스임피던스 증폭기가 있는 포토다이오드가 더 나은 선택일 수 있습니다.

LTR-S320-DB-L의 포토트랜지스터 카테고리 내 주요 차별화 요소는 제조 용이성을 위한 표준화된 EIA 패키지, 특정 940nm 스펙트럼 매칭, 통합 주광 필터 렌즈, 그리고 무연 리플로우 공정에 대한 적격성입니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 "주광 차단" 렌즈의 목적은 무엇인가요?

검은색 수지 렌즈는 가시광선에 대해 불투명하지만 940nm 주변의 적외선 파장에 대해 투명하도록 도핑되어 있습니다. 이는 실내 주변광, 햇빛 또는 기타 가시 광원에 의해 생성되는 광전류를 극적으로 줄여 오작동을 최소화하고 IR 신호 감지의 신뢰성을 향상시킵니다.

9.2 850nm 적외선 LED와 함께 사용할 수 있나요?

예, 하지만 효율이 감소합니다. 장치의 스펙트럼 응답 곡선은 850nm(750-1100nm 대역폭 내)에서 상당한 감도를 보여주지만 피크(940nm)는 아닙니다. 출력 신호는 매칭된 940nm 방출기를 사용하는 경우에 비해 더 약할 것입니다. 최적의 성능과 최대 범위를 위해 940nm 소스와 페어링하는 것이 권장됩니다.

9.3 적절한 직렬 저항 값을 어떻게 계산하나요?

저항 값은 원하는 동작 전류와 공급 전압(V_CC)에 따라 달라집니다. 특정 조도 하에서 포토트랜지스터는 전류원처럼 동작합니다. 옴의 법칙 사용: R = (V_CC- V_CE(sat)) / I_C. V_CE(sat)는 포화 전압입니다(중간 전류에서 일반적으로 수백 mV). I_C는 원하는 컬렉터 전류로, I_SC파라미터와 예상 광량에서 추정할 수 있습니다. 전형적인 I_SC(0.5 mW/cm²에서 1.8 µA)로 시작하여 응용 분야의 조도에 따라 스케일링하십시오. IV 곡선의 원하는 영역에서 동작점을 설정하도록 R을 선택하십시오.

9.4 부품이 백 외부에 보관된 경우 베이킹이 필요한 이유는 무엇인가요?

플라스틱 패키지는 대기 중의 수분을 흡수할 수 있습니다. 고온 리플로우 솔더링 공정 중에 갇힌 이 수분이 빠르게 증발하여 높은 내부 압력을 생성할 수 있습니다. 이는 패키지와 다이의 박리("팝콘 현상") 또는 내부 균열을 유발하여 즉시 또는 잠재적 고장으로 이어질 수 있습니다. 베이킹은 이 흡수된 수분을 제거하여 구성 요소가 리플로우에 안전하도록 만듭니다.

10. 동작 원리

포토트랜지스터는 기본적으로 베이스 전류가 전기적 연결 대신 빛에 의해 생성되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)입니다. 실리콘의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 입사 광자는 베이스-컬렉터 접합 영역에서 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이 캐리어들은 내부 전기장에 의해 휩쓸려 베이스 전류(I_B) 역할을 하는 광전류를 생성합니다. 이 광생성 베이스 전류는 트랜지스터의 전류 이득(h_FE또는 β)에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 컬렉터 전류(I_C= β * I_B)를 생성합니다. 출력은 컬렉터 단자에서 취하며, 이미터는 접지됩니다. 물리적 베이스 리드가 없는 것은 일반적인 특징이지만, 일부 포토트랜지스터는 바이어스 제어나 속도 최적화를 위한 베이스 연결을 포함하기도 합니다.

11. 발전 동향

광검출 분야는 계속 발전하고 있습니다. LTR-S320-DB-L과 같은 장치와 관련된 동향은 다음과 같습니다:

• 소형화:더 조밀한 전자 장치를 가능하게 하기 위해 더 작은 패키지 풋프린트(예: 칩 스케일 패키지)의 포토트랜지스터 개발.
• 향상된 통합:광검출기를 증폭, 필터링 및 디지털 논리와 단일 칩에 결합하여 디지털 출력(I2C, SPI)을 가진 "스마트 센서"를 생성하여 외부 구성 요소 수를 줄이고 시스템 설계를 단순화.
• 향상된 속도:캐리어 이동 시간과 커패시턴스를 줄이기 위한 구조 및 재료 연구로 데이터 통신 응용 분야를 위해 포토트랜지스터 대역폭을 높임.
• 파장 특이성:다중 IR 소스가 있는 환경에서 선택성을 향상시키거나 새로운 감지 방식을 가능하게 하기 위해 더 좁고 더 정밀하게 조정된 스펙트럼 응답을 가진 검출기 개발.
• 신뢰성 및 테스트에 초점:광전자공학이 자동차, 의료 및 산업 안전 응용 분야에 침투함에 따라 엄격한 적격성 표준, 확장된 온도 범위 동작 및 고장 모드 분석에 대한 강조가 증가하고 있습니다.

이산 포토트랜지스터는 단순성과 비용 효율성으로 인해 많은 응용 분야에서 여전히 중요하지만, 이러한 동향은 미래에 더 정교하고 응용 특화된 솔루션을 지향하고 있음을 보여줍니다.