ITR8307/L24/TR8 반사형 광학 센서 데이터시트 - 무연, RoHS, REACH 준수

1. 제품 개요

ITR8307/L24/TR8은 단거리 감지 애플리케이션을 위해 설계된 소형 표면 실장 반사형 광학 스위치입니다. 이 장치는 하나의 나란히 배치된 플라스틱 패키지 내에 GaAs 적외선(IR) 발광 다이오드(LED) 송신기와 고감도 NPN 실리콘 포토트랜지스터 수신기를 통합합니다. 이 구성은 수신기에 반사된 IR 광의 강도를 측정하여 반사 표면의 유무를 감지할 수 있게 합니다.

이 장치는 빠른 응답 시간, 적외선에 대한 높은 감도, 그리고 가시광선 파장을 차단하는 스펙트럼 응답으로 특징지어지며, 주변 가시광선 간섭에 영향을 받지 않습니다. 무연(Pb-free)으로 제조되었으며, EU RoHS 및 REACH 지침을 준수하고, 할로겐 프리 요구사항(Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm)을 충족합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 센서의 주요 장점은 얇은 프로파일, 작은 설치 면적, 그리고 빠른 광학 응답을 포함하며, 이는 공간이 제한되고 고속 애플리케이션에 매우 중요합니다. 그 설계는 신뢰할 수 있는 비접촉식 물체 감지가 필요한 다양한 소비자 가전 및 마이크로컴퓨터 제어 장비에 적합합니다.

일반적인 목표 애플리케이션에는 디지털 카메라(렌즈 또는 커버 감지용), 비디오 카세트 레코더(VCR), 플로피 디스크 드라이브, 카세트 테이프 레코더 및 기타 자동화 제어 시스템과 같은 장치의 위치 감지가 포함됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

영구적인 손상을 방지하기 위해 이 장치는 이 한계를 초과하여 작동해서는 안 됩니다. 주요 정격에는 25°C 자유 공기 온도에서 입력(LED) 전력 소산 75 mW, 최대 순방향 전류(IF) 50 mA, 그리고 1% 듀티 사이클에서 ≤100μs 펄스에 대한 피크 순방향 전류(IFP) 1 A가 포함됩니다. 출력(포토트랜지스터)의 경우, 최대 컬렉터 전력 소산은 75 mW, 컬렉터 전류(IC)는 50 mA, 컬렉터-이미터 전압(BV_CEO)는 30 V입니다. 작동 온도 범위는 -40°C에서 +85°C입니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 주변 온도(T_a) 25°C에서 지정되며, 정상 작동 조건에서 장치의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력(IR LED) 특성

• 순방향 전압(V_F):순방향 전류(I_F) 20 mA에서 일반적으로 1.2 V이며, 최대 1.6 V입니다. 이는 LED 구동 회로 설계에 매우 중요합니다.
• 피크 파장(λ_P):940 nm로, 그 방출을 근적외선 스펙트럼에 확실히 위치시킵니다.

2.2.2 출력(포토트랜지스터) 특성

• 암전류(I_CEO):빛이 입사하지 않을 때의 누설 전류로, V_CE=10V에서 최대 100 nA입니다. 낮은 값은 더 나은 오프 상태 성능을 나타냅니다.
• 광전류(I_C(ON)):LED가 활성화되고 빛이 수신기에 반사될 때의 컬렉터 전류입니다. V_CE=2V 및 I_F=4mA의 테스트 조건에서 0.5 mA에서 15.0 mA까지 넓은 범위를 가집니다. 이 파라미터는 목표 물체의 반사율과 거리에 크게 의존합니다.
• 상승/하강 시간(t_r, t_f):각각 일반적으로 20 μsec로, 센서의 스위칭 속도를 정의합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 주요 파라미터 간의 관계를 보여주는 여러 그래프를 제공합니다. 이는 일반적인 25°C 지점을 넘어 실제 동작을 이해하는 데 필수적입니다.

3.1 IR LED 특성

곡선은 순방향 전류가 주변 온도 및 순방향 전압에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. 순방향 전압은 음의 온도 계수를 가지며, 이는 온도가 증가함에 따라 감소한다는 것을 의미합니다. 스펙트럼 분포 곡선은 940 nm에서의 피크 방출을 확인하며, 피크 파장 자체도 온도에 따라 약간 이동합니다.

3.2 포토트랜지스터 특성

중요한 곡선에는 컬렉터 암전류 대 주변 온도(온도에 따라 기하급수적으로 증가), 컬렉터 전류 대 조도(포토트랜지스터의 광 강도에 대한 응답을 보여줌), 그리고 컬렉터 전류 대 컬렉터-이미터 전압이 포함됩니다. 스펙트럼 감도 곡선은 수신기가 800-900 nm 근처의 적외선에 가장 민감하며, LED의 940 nm 출력과 잘 일치함을 보여줍니다.

3.3 완전 센서(ITR) 특성

이 그래프들은 실제 반사 설정에서 센서의 동작을 모델링합니다.상대 컬렉터 전류 대 거리곡선은 시스템 설계에 매우 중요하며, 센서와 반사 표면(예: 알루미늄 증착 유리) 사이의 간격이 증가함에 따라 출력 신호가 어떻게 감쇠하는지 보여줍니다. 또 다른 곡선은 카드가 센서의 시야를 가로질러 이동할 때 출력 변화를 보여주며, 에지 또는 슬롯 감지에 유용합니다. 응답 시간 대 부하 저항 그래프는 속도 최적화를 위한 적절한 풀업 저항 선택에 도움을 줍니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

이 장치는 소형 표면 실장 패키지로 제공됩니다. 데이터시트는 전체 길이, 너비, 높이, 리드 간격 및 패드 치수와 같은 중요한 측정값을 포함한 상세한 치수 도면을 제공합니다. 달리 명시되지 않는 한 모든 공차는 일반적으로 ±0.1 mm입니다. 엔지니어는 적절한 솔더링 및 기계적 정렬을 보장하기 위해 PCB 풋프린트 설계를 위해 이 정확한 도면을 참조해야 합니다.

4.2 극성 식별

패키지에는 핀 1을 나타내는 표시 또는 특정 모양이 포함됩니다. 조립 중 올바른 방향은 매우 중요하며, 역 연결은 장치를 손상시킬 수 있습니다. 핀아웃은 IR LED의 애노드와 캐소드, 그리고 포토트랜지스터의 컬렉터와 이미터를 식별합니다.

5. 솔더링, 조립 및 보관 지침

5.1 습기 민감도 및 보관

이 장치는 습기 민감도 등급(MSL) 4로 평가됩니다. 주요 처리 지침은 다음과 같습니다:

• 원래 밀봉된 습기 차단 백의 유통 기한: <40°C 및 <90% RH에서 12개월.
• 백을 개봉한 후, 공장 조건(<30°C/60%RH)에서 보관된 경우 72시간 이내에 장치를 장착하거나, 건조 환경(<20% RH)에 보관해야 합니다.
• 습도 표시 카드(HIC)가 20% RH를 초과하는 경우, 리플로우 솔더링 전에 베이킹이 필요합니다(예: 125°C에서 24시간).

5.2 리플로우 솔더링 조건

권장되는 무연 솔더 리플로우 온도 프로파일이 제공됩니다. 주요 주의사항은 다음과 같습니다:

• 리플로우 솔더링을 최대 2회로 제한합니다.
• 가열 중 패키지에 기계적 스트레스를 가하지 않습니다.
• 솔더링 후 PCB의 뒤틀림을 방지합니다.

5.3 수리

솔더링 후 수리는 권장되지 않습니다. 불가피한 경우, 이중 헤드 솔더링 아이언을 사용하여 구성품의 양쪽을 동시에 가열하여 열 스트레스를 최소화해야 합니다. 장치 특성에 대한 잠재적 영향은 사전에 평가되어야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 사양

표준 포장 흐름은 다음과 같습니다: 릴당 1000개, 박스당 15릴, 그리고 카톤당 2박스.

6.2 테이핑 및 릴 치수

자동 픽 앤 플레이스 머신 프로그래밍에 사용하기 위해 캐리어 테이프(포켓 치수, 피치) 및 릴(직경, 허브 크기)에 대한 상세 도면이 제공됩니다.

6.3 라벨 사양

포장 라벨에는 추적성을 위해 고객 부품 번호(CPN), 제품 번호(P/N), 수량(QTY) 및 로트 번호(LOT No.) 등의 필드가 포함됩니다.

7. 애플리케이션 제안 및 설계 고려사항

7.1 일반적인 애플리케이션 회로

기본 애플리케이션 회로는 IR LED 애노드와 직렬로 전류 제한 저항을 연결하는 것을 포함합니다. 포토트랜지스터는 일반적으로 컬렉터를 풀업 저항(V_CC)에, 이미터를 접지에 연결합니다. 컬렉터 노드의 전압은 디지털 또는 아날로그 출력 신호 역할을 합니다. 풀업 저항(R_L)의 값은 데이터시트 곡선에서 보여주듯이 출력 전압 스윙과 응답 시간 모두에 영향을 미칩니다.

7.2 설계 고려사항

• 물체 반사율:센서의 출력(I_C(ON))은 목표 표면의 반사율에 정비례합니다. 반사율이 높은 재료(예: 흰색 플라스틱, 금속)는 강한 신호를 제공하지만, 어둡거나 흡수성 재료는 그렇지 않을 수 있습니다.
• 거리 및 정렬:감지 거리는 짧습니다(일반적으로 몇 밀리미터). 일관된 작동을 위해 센서와 목표 경로 사이의 정밀한 기계적 정렬이 매우 중요합니다.
• 주변광 내성:수신기의 스펙트럼 감도가 가시광선을 차단하지만, 강한 주변 적외선 소스(예: 햇빛, 백열등)는 간섭을 일으킬 수 있습니다. 이러한 환경에서는 광학 차폐 또는 변조/복조 기술이 필요할 수 있습니다.
• 전기적 노이즈:노이즈가 많은 환경에서는 장치 근처에 바이패스 커패시터를 사용하고 신중한 PCB 레이아웃을 권장합니다.

8. 기술 비교 및 차별화

더 단순한 포토트랜지스터나 포토다이오드와 비교하여, ITR8307은 발광기와 수신기를 모두 통합하여 광학 설계와 정렬을 단순화합니다. 투과형 센서(별도의 구성품 사이의 빔을 끊는 물체가 필요함)와 비교하여, 반사형 센서는 물체의 한쪽에서 감지하는 더 간단한 기계적 설계를 가능하게 합니다. 그 주요 차별화 요소는 소형 SMD 패키지, 현대 환경 규정 준수(무연, 할로겐 프리), 그리고 온도 전반에 걸친 잘 문서화된 성능입니다.

9. 기술 파라미터 기반 자주 묻는 질문(FAQ)

Q: 일반적인 감지 거리는 얼마입니까?

A: 거리는 고정된 사양이 아니라 목표 반사율과 필요한 출력 전류에 따라 다릅니다. "상대 컬렉터 전류 대 거리" 그래프는 표준 반사 표면에 대해 1-2 mm를 넘어서면 신호가 크게 감쇠함을 보여줍니다. 가장 짧은 신뢰할 수 있는 거리에 맞춰 설계하십시오.

Q: LED를 전압원으로 직접 구동할 수 있습니까?

A: 아니요. LED는 전류 구동 장치입니다. 공급 전압(V_F)과 LED의 순방향 전압(V_CC≈ 1.2V)을 기반으로 원하는 값(예: 20 mA)으로 순방향 전류(I_F)를 설정하기 위해 직렬 전류 제한 저항(R_limit)을 사용해야 합니다. R_CClimit_F= (V_F.

- V

) / I

Q: 광전류(0.5 ~ 15.0 mA)의 범위가 왜 그렇게 넓습니까?

A: 이 범위는 LED의 출력 전력과 포토트랜지스터의 감도 모두에서 정상적인 제조 변동을 고려합니다. 또한 이 파라미터가 애플리케이션의 특정 반사 목표와 거리에 크게 의존한다는 점을 강조합니다. 회로 설계는 종종 절대 전류 값에 의존하기보다는 조정 가능한 임계값을 가진 비교기를 사용하여 이 범위를 수용해야 합니다.

Q: MSL 4 등급을 어떻게 해석해야 합니까?

A: MSL 4는 패키지가 표준 공장 조건에 72시간 노출된 후 공기로부터 손상 수준의 습기를 흡수할 수 있음을 의미합니다. 고온 리플로우 공정 중 "팝콘" 현상이나 박리 현상을 피하기 위해 5.1절에 설명된 엄격한 보관, 처리 및 베이킹 지침을 따라야 합니다.

10. 실용 애플리케이션 예시

시나리오: 프린터 내 종이 감지.

센서는 종이 공급 경로 근처에 장착될 수 있습니다. 반사 스트립은 센서 위치 반대편의 롤러나 고정 표면에 배치됩니다. 종이가 없을 때, IR 광은 스트립에서 반사되어 수신기로 돌아가 높은 출력(논리 HIGH)을 생성합니다. 종이 한 장이 센서와 스트립 사이를 통과할 때, 그것은 반사된 빛을 차단하거나 크게 감소시켜 출력이 떨어지게(논리 LOW) 합니다. 이 전이는 마이크로컨트롤러에 의해 감지되어 종이 존재를 확인하거나, 잼을 감지하거나, 페이지를 셀 수 있습니다. 빠른 응답 시간(20 μs)은 높은 종이 공급 속도에서도 감지를 가능하게 합니다._C11. 동작 원리_C이 장치는 변조된 빛 반사의 원리로 작동합니다. 내부 IR LED는 940 nm 적외선 빔을 방출합니다. 이 빛은 패키지에서 외부로 이동합니다. 반사 물체가 짧은 범위 내에 있고 LED와 포토트랜지스터의 시야 내에 있으면, 방출된 빛의 일부가 반사되어 돌아옵니다. NPN 포토트랜지스터는 광 제어 전류원 역할을 합니다. 반사된 적외선 광자가 베이스 영역에 충격을 가하면, 그들은 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류를 만듭니다. 이 베이스 전류는 트랜지스터의 이득에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 컬렉터 전류(I

)를 결과로 냅니다. 이 컬렉터 전류의 크기는 반사된 빛의 강도에 비례하며, 이는 다시 목표 물체까지의 거리와 반사율에 따라 달라집니다. I

(또는 부하 저항 양단의 전압)을 모니터링함으로써, 시스템은 물체의 존재 또는 근접성을 판단할 수 있습니다.