ITR8102 광학 차단기 데이터시트 - 패키지 크기 4.8x4.8x3.2mm - 순방향 전압 1.25V - 피크 파장 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ITR8102는 비접촉 감지 응용 분야를 위해 설계된 소형 광학 차단기 모듈입니다. 이 장치는 적외선 발광 다이오드(IRED)와 실리콘 포토트랜지스터를 검정색 열가소성 수지 하우징 내부에 수렴하는 광축에 정렬하여 통합합니다. 이 구성은 포토트랜지스터가 정상 조건에서 IRED의 방사선을 수신할 수 있도록 합니다. 불투명 물체가 발광기와 검출기 사이의 광로를 차단하면, 포토트랜지스터는 전도하지 않게 되어 물체 감지 또는 위치 감지를 가능하게 합니다.

주요 특징으로는 빠른 응답 시간, 높은 감도, RoHS 및 EU REACH와 같은 환경 규정 준수가 포함됩니다. 이 장치는 무연 재료를 사용하여 제작되었습니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 입력 전력 소산 (Pd):자유 공기 온도 25°C 이하에서 75 mW.
• 입력 역방향 전압 (VR):최대 5 V.
• 입력 순방향 전류 (IF):최대 50 mA.
• 출력 콜렉터 전력 소산 (Pc):75 mW.
• 출력 콜렉터 전류 (IC):최대 20 mA.
• 콜렉터-이미터 전압 (BVCEO):최대 30 V.
• 동작 온도 (Topr):-25°C ~ +85°C.
• 보관 온도 (Tstg):-40°C ~ +85°C.
• 리드 납땜 온도 (Tsol):패키지로부터 3mm 지점에서 측정 시, 5초 미만 동안 260°C.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 Ta=25°C에서 측정되며, 일반적인 동작 성능을 정의합니다.

• 순방향 전압 (VF):IF=20mA에서 일반적으로 1.25V, 최대 1.60V.
• 역방향 전류 (IR):VR=5V에서 최대 10 μA.
• 피크 파장 (λP):IF=20mA에서 940 nm.
• 암전류 (ICEO):복사 조도가 0일 때(Ee=0 mW/cm²), VCE=20V에서 최대 100 nA.
• 콜렉터-이미터 포화 전압 (VCE(sat)):IC=0.9mA 및 IF=20mA에서 최대 0.4V.
• 콜렉터 전류 (IC(ON)):최소 0.9mA, 일반적으로 더 높은 값, VCE=5V 및 IF=20mA에서 최대 15mA까지.
• 상승/하강 시간 (tr, tf):지정된 테스트 조건(VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ)에서 각각 일반적으로 15 μsec.

3. 성능 곡선 분석

3.1 IR 발광 다이오드 특성

데이터시트는 적외선 발광기 구성 요소에 대한 일반적인 곡선을 제공합니다.순방향 전류 대 순방향 전압곡선은 전류 제한 구동 회로 설계에 필수적인 비선형 관계를 보여줍니다.순방향 전류 대 주변 온도곡선은 과열을 방지하기 위해 주변 온도가 증가함에 따라 허용 최대 순방향 전류의 필요한 감액을 설명합니다.스펙트럼 분포곡선은 포토트랜지스터의 감도와 일치하고 주변 가시광선의 간섭을 최소화하는 데 최적인 940nm에서의 피크 방출을 확인시켜 줍니다.

3.2 포토트랜지스터 특성

포토트랜지스터의 핵심 곡선은스펙트럼 감도도표입니다. 이는 검출기의 다양한 파장에 걸친 응답성을 보여주며, 약 940nm 근처의 근적외선 영역에서 최고점에 도달합니다. IR 발광기의 출력과의 이 정밀한 스펙트럼 일치는 감지 시스템에서 높은 감도와 신호 대 잡음비를 보장합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

ITR8102는 표준 4핀 사이드 룩킹 패키지에 장착됩니다. 주요 치수는 리드를 제외한 전체 본체 크기로 길이 약 4.8mm, 높이 4.8mm, 너비 3.2mm를 포함합니다. 리드 간격은 2.54mm(0.1인치)입니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 일반 공차 ±0.3mm의 밀리미터 단위입니다. 리드는 검정색 플라스틱 하우징의 하단에서 나와 있으며, 이는 발광기와 검출기 사이의 크로스토크를 방지하는 광학 차단 장치 역할을 합니다.

4.2 극성 식별

이 구성 요소는 표준 핀아웃 구성을 사용합니다. 장치를 전면(렌즈 개구부가 있는 쪽)에서 볼 때, 핀은 일반적으로 왼쪽에서 오른쪽으로 다음과 같이 배열됩니다: IRED의 애노드, IRED의 캐소드, 포토트랜지스터의 이미터, 포토트랜지스터의 콜렉터. 정확한 회로 연결을 보장하기 위해 확정적인 식별을 위해 패키지 다이어그램을 참조하는 것이 중요합니다.

5. 납땜 및 조립 가이드라인

5.1 리드 성형

리드는 납땜 전에 성형되어야 합니다. 굽힘은 에폭시 패키지 본체 하단으로부터 3mm 이상 떨어진 거리에서 이루어져야 하며, 이는 응력 유발 균열이나 성능 저하를 피하기 위함입니다. 리드 프레임은 굽힘 중에 안전하게 고정되어 에폭시 불브에 가해지는 응력을 방지해야 합니다. 리드 절단은 실온에서 수행되어야 합니다.

5.2 납땜 공정

권장 납땜 조건은 신뢰성에 매우 중요합니다.

• 핸드 납땜:인두 팁 온도 최대 300°C(30W 인두 기준), 리드당 납땜 시간 최대 3초.
• 웨이브/딥 납땜:예열 온도 최대 100°C, 최대 60초. 솔더 배스 온도 최대 260°C, 최대 체류 시간 5초.
• 임계 거리:솔더 접합부는 열 손상을 방지하기 위해 에폭시 불브로부터 최소 3mm 이상 떨어져 있어야 합니다.
• 공정 한계:딥 또는 핸드 납땜은 한 번 이상 수행해서는 안 됩니다.

열 충격을 최소화하기 위해 제어된 상승, 피크 온도 유지, 제어된 냉각 단계를 강조하는 권장 납땜 온도 프로파일이 제공됩니다.

5.3 세척 및 보관

초음파 세척은 내부 구성 요소나 에폭시 실링을 손상시킬 수 있으므로 금지됩니다. 보관의 경우, 장치는 출하 후 최대 3개월 동안 10-30°C 및 ≤70% RH 조건에서 보관해야 합니다. 장기 보관(최대 1년)의 경우, 10-25°C 및 20-60% RH의 질소 분위기가 권장됩니다. 습기 차단 백을 개봉한 후에는 장치를 24시간 이내에 사용하거나 즉시 재밀봉해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

표준 포장 사양은 튜브당 100개, 박스당 20튜브, 카톤당 4박스로, 카톤당 총 8000개입니다. 포장 라벨에는 추적성을 위한 고객 부품 번호(CPN), 제조사 부품 번호(P/N), 포장 수량(QTY) 및 로트 번호(LOT No.) 필드가 포함됩니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

ITR8102는 다양한 비접촉 감지 및 스위칭 응용 분야에 적합하며, 다음을 포함하되 이에 국한되지 않습니다:

• 프린터/스캐너/복사기 내 위치 감지:용지 존재, 트레이 위치 또는 캐리지 홈 위치 감지.
• 회전 인코딩:슬롯 휠과 함께 사용하여 모터, 팬 또는 플로피 디스크 드라이브의 속도 또는 위치 측정.
• 물체 감지:자판기, 산업 자동화 또는 보안 시스템에서 물체의 존재 또는 부재 감지.
• 비접촉 스위칭:소비자 가전 또는 가전제품에서 터치리스 스위치 구현.

7.2 설계 고려사항

• 전류 제한 저항:외부 저항은 IRED 애노드와 직렬로 연결되어 순방향 전류(IF)를 원하는 값(예: 일반 동작을 위한 20mA)으로 제한해야 하며, 이는 공급 전압과 IRED의 순방향 전압(VF)을 기반으로 계산됩니다.
• 포토트랜지스터 바이어싱:부하 저항(RL)은 포토트랜지스터의 콜렉터와 양극 공급 전원 사이에 연결됩니다. RL의 값은 출력 전압 스윙과 스위칭 속도를 결정합니다. 일반적인 값은 1kΩ입니다.
• 주변광 내성:검정색 하우징과 940nm 일치 파장 쌍은 주변 가시광선에 대한 우수한 차단을 제공합니다. 높은 주변 적외선 환경의 경우, 변조/복조 기술이 필요할 수 있습니다.
• 개구 및 갭 설계:감지 거리와 해상도는 빔을 차단하는 물체의 크기와 정렬에 따라 달라집니다. 수렴하는 광축은 특정 감지 갭을 정의합니다.
• 열 관리:순방향 전류는 입력 전력 소산(Pd)이 안전 한계를 초과하지 않도록 하기 위해 감액 곡선에 따라 더 높은 주변 온도에서 감액되어야 합니다.

8. 기술 비교 및 차별화

ITR8102는 범용 광학 차단을 위한 균형 잡힌 사양 세트를 제공합니다. 주요 차별화 요소로는 중속 감지에 적합한 상대적으로 빠른 15μs 응답 시간, 강력한 출력 신호를 보장하는 높은 최소 콜렉터 전류(0.9mA), 그리고 소형의 산업 표준 패키지가 포함됩니다. 반사식 센서와 비교할 때, ITR8102와 같은 차단기 모듈은 대상 물체의 반사율 변화에 영향을 받지 않으므로 더 높은 신뢰성과 일관성을 제공합니다. 물리적 갭이 있는 나란한 구성은 특정 평면을 통과하는 물체를 감지하는 데 이상적입니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

9.1 일반적인 감지 거리 또는 갭은 얼마입니까?

감지 갭은 패키지 내부의 발광기와 검출기 렌즈 사이의 기계적 분리에 의해 정의됩니다. ITR8102의 경우, 이는 고정된 내부 갭입니다. 이 장치는 이 갭에 삽입되어 적외선 빔을 차단하는 모든 불투명 물체를 감지합니다. 물체가 물리적으로 슬롯에 들어가야 하므로 효과적인 "감지 거리"는 본질적으로 0입니다.

9.2 IRED를 전압원으로 직접 구동할 수 있습니까?

아니요. IRED는 동적 저항과 순방향 전압 강하를 가진 다이오드입니다. VF를 초과하는 전압원에 직접 연결하면 과도한 전류가 흐르며, 잠재적으로 장치를 파괴할 수 있습니다. 직렬 전류 제한 저항은 필수입니다.

9.3 포토트랜지스터 출력을 마이크로컨트롤러에 어떻게 연결합니까?

포토트랜지스터는 광 의존 스위치 역할을 합니다. 부하 저항(RL)이 VCC에 연결된 상태에서, 빔이 차단되지 않을 때(ON 상태) 콜렉터 출력은 로우(VCE(sat) 근처)로 풀다운됩니다. 빔이 차단되면 트랜지스터가 꺼지고, 콜렉터 출력은 하이(VCC)로 올라갑니다. 이 디지털 신호는 마이크로컨트롤러의 디지털 입력 핀에서 직접 읽을 수 있습니다. 광 강도의 아날로그 감지를 위해서는 RL 양단의 전압을 ADC로 측정할 수 있지만, 선형성은 제한될 수 있습니다.

9.4 납땜 거리(3mm)가 왜 그렇게 중요합니까?

반도체 칩을 캡슐화하는 에폭시 패키지는 극한의 열 응력에 민감합니다. 본체에 너무 가까이 납땜하면 과도한 열이 전달되어 에폭시가 균열될 수 있고, 내부 와이어 본딩이 손상되거나 렌즈의 광학 특성이 변경되어 즉시 고장나거나 장기 신뢰성이 저하될 수 있습니다.

10. 실용적인 설계 사례

사례: 데스크탑 프린터의 용지 부족 센서

이 응용 분야에서 ITR8102는 프린터의 메인 보드에 장착되며, 그 감지 갭이 용지 더미가 통과하는 경로와 정렬되도록 위치합니다. 용지가 소진되면 용지 트레이에 부착된 기계적 레버 또는 플래그가 센서의 갭 안으로 이동합니다.

회로 구현:IRED는 프린터의 5V 논리 공급 전원에서 180Ω 직렬 저항((5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω, 표준값 180Ω)을 통해 일정한 20mA 전류로 구동됩니다. 포토트랜지스터의 콜렉터는 4.7kΩ 풀업 저항을 통해 5V 공급 전원에 연결되고, 또한 프린터의 마이크로컨트롤러의 GPIO 핀에 연결됩니다.

동작:용지가 있을 때, 플래그는 갭 밖에 있고, 빔은 차단되지 않으며, 포토트랜지스터는 ON 상태여서 콜렉터 출력을 LOW로 풀다운합니다. 마이크로컨트롤러는 논리 '0'을 읽어 용지가 있음을 나타냅니다. 용지가 떨어지면, 플래그가 갭 안으로 들어가 빔을 차단합니다. 포토트랜지스터는 OFF가 되어 풀업 저항이 콜렉터 출력을 HIGH로 올리게 합니다. 마이크로컨트롤러는 논리 '1'을 읽어 사용자 인터페이스에 "용지 부족" 경고를 트리거합니다. ITR8102의 빠른 응답 시간은 즉각적인 감지를 보장합니다.

11. 동작 원리

ITR8102는 변조된 광 전송 및 검출 원리로 동작합니다. 내부 적외선 발광 다이오드(IRED)는 적절한 전류로 순방향 바이어스될 때 피크 파장 940nm에서 광자를 방출합니다. 이 광자들은 하우징 내부의 작고 정밀하게 정렬된 공기 갭을 가로질러 이동합니다. IRED 반대편에 위치한 실리콘 포토트랜지스터는 이 특정 파장에 민감합니다. 광자가 포토트랜지스터의 베이스 영역에 충돌하면 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류를 만들어 트랜지스터를 켜고, 훨씬 더 큰 콜렉터 전류가 흐르게 합니다. 이 콜렉터 전류는 수신된 적외선의 강도에 비례합니다. 불투명 물체가 갭에 들어가면 광자 플럭스를 차단하고, 포토트랜지스터의 베이스 전류는 거의 0(암전류)으로 떨어지며, 트랜지스터는 꺼집니다. 출력에서의 이 뚜렷한 ON/OFF 전기적 상태는 광로에 물체의 존재 또는 부재와 직접적으로 대응합니다.

12. 기술 동향

광학 차단기 기술은 광전자 및 제조 기술의 발전과 함께 계속해서 진화하고 있습니다. 동향으로는 소형화를 가능하게 하기 위해 소비자 가전 및 웨어러블 기기에서 더 작은 패키지 풋프린트를 가진 장치 개발이 포함됩니다. 더 빠른 데이터 인코딩과 고속 산업 자동화를 지원하기 위해 더 높은 스위칭 속도로의 추진도 있습니다. 신호 조정을 위한 내장 슈미트 트리거나 전류 제한 저항과 같은 추가 기능의 통합은 회로 설계를 단순화합니다. 또한, 몰딩 재료 및 공정의 개선은 환경 견고성을 향상시켜 자동차 및 산업 응용 분야에서 더 넓은 온도 및 습도 범위에서 동작할 수 있게 합니다. 기본 원리는 견고하게 유지되어 신뢰할 수 있는 비접촉 위치 및 물체 감지를 위한 광학 차단기의 지속적인 관련성을 보장합니다.