ITR20403 광학 차단기 데이터시트 - 패키지 4.0x3.0x2.0mm - 순방향 전압 1.6V - 소비 전력 75mW - 적외선 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ITR20403은 비접촉 감지 응용을 위해 설계된 소형 광학 차단기 모듈입니다. 단일의 소형 블랙 열가소성 하우징 내에 적외선 발광 다이오드(IRED)와 실리콘 포토트랜지스터를 통합합니다. 이 장치의 주요 기능은 발광부와 수광부 사이의 적외선 빔 차단을 감지하는 것입니다.

1.1 핵심 장점 및 타겟 시장

이 장치는 정밀 응용에 적합하도록 하는 몇 가지 핵심 장점을 제공합니다. 빠른 응답 시간과 높은 감도로 빠른 물체 움직임의 신뢰할 수 있는 감지를 가능하게 합니다. 얇고 작은 패키지는 소비자 가전 및 사무 자동화 장비에서 흔히 볼 수 있는 공간 제약이 있는 설계에의 통합을 용이하게 합니다. 중요한 기술적 특징은 포토트랜지스터가 주로 통합된 IR LED로부터의 복사를 수신하도록 하는 하우징 설계로, 주변 광원으로부터의 간섭과 노이즈를 최소화합니다. 주요 타겟 시장에는 정확한 위치 또는 존재 감지가 필요한 이미징 장치, 문서 처리 시스템 및 다양한 자동화 제어가 포함됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션은 데이터시트에 정의된 장치의 전기적, 광학적 및 열적 사양에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 권장 동작 조건이 아닙니다.

• 입력(IRED) 소비 전력 (Pd):자유 공기 온도 25°C 이하에서 최대 75 mW. 이 한계를 초과하면 LED 칩의 열적 손상 위험이 있습니다.
• 입력 역방향 전압 (VR):최대 5 V. 더 높은 역방향 전압을 가하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 연속 순방향 전류 (IF):최대 50 mA. 이는 IRED가 견딜 수 있는 가장 높은 DC 전류입니다.
• 출력(포토트랜지스터) 소비 전력 (Pd):자유 공기 온도 25°C 이하에서 최대 75 mW.
• 콜렉터 전류 (IC):포토트랜지스터 출력에 대해 최대 20 mA.
• 콜렉터-이미터 전압 (BV_CEO):최대 30 V. 이는 베이스가 개방된 상태에서의 항복 전압입니다.
• 동작 온도 (T_opr):-25°C ~ +80°C. 장치는 이 주변 온도 범위 내에서 기능이 보장됩니다.
• 보관 온도 (T_stg):-40°C ~ +85°C.
• 리드 납땜 온도 (T_sol):패키지 본체에서 3mm 지점에서 측정 시 5초 동안 최대 260°C. 이는 조립 공정 제어에 중요합니다.

2.2 전기-광학 특성

이러한 파라미터는 표준 테스트 조건(Ta=25°C)에서 측정되며, 일반적인 장치 성능을 나타냅니다.

• 순방향 전압 (V_F):일반적으로 1.23V, I_F=20mA에서 최대 1.6V. 이 파라미터는 IRED용 전류 제한 구동 회로 설계에 필수적입니다.
• 피크 파장 (λ_P):940 nm. 이는 방출되는 적외선의 공칭 파장으로, 수신 포토트랜지스터의 최대 감도와 일치합니다.
• 콜렉터 암전류 (I_CEO):조사가 없는 상태에서 V_CE=20V에서 최대 100 nA. 이 누설 전류는 센서가 "OFF" 상태일 때의 노이즈 플로어를 결정합니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(sat)):I_C=2mA 및 조도(E_e) 1 mW/cm²에서 최대 0.4V. 낮은 포화 전압은 디지털 스위칭 응용에 바람직합니다.
• On-State 콜렉터 전류 (I_C(on)):V_CE=5V 및 I_F=20mA의 테스트 조건에서 최소 0.2 mA에서 최대 5.0 mA까지 범위를 가집니다. 이 넓은 범위는 장치 간 전류 전달 비율(CTR) 변동을 나타내며, 회로 설계 시 이를 고려해야 합니다.
• 상승/하강 시간 (t_r, t_f):지정된 스위칭 조건에서 각각 일반적으로 15 μsec. 이는 장치가 달성할 수 있는 최대 스위칭 주파수를 정의합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 조건에서의 장치 동작에 대한 통찰력을 제공하는 일반적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다.

3.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 곡선은 주변 온도가 증가함에 따라 IRED의 순방향 전류를 필요한 만큼 감소시켜야 함을 보여줍니다. 최대 접합 온도를 초과하지 않고 장기 신뢰성을 보장하기 위해, 장치가 고온 환경에서 사용될 때 동작 전류를 감소시켜야 합니다. 설계자는 특정 응용의 최대 주변 온도에 대한 안전한 동작 전류를 결정하기 위해 이 그래프를 참조해야 합니다.

3.2 스펙트럼 감도

IR 발광부와 포토트랜지스터 모두에 대해 별도의 스펙트럼 감도 곡선이 제공됩니다. IRED 곡선은 파장 대비 상대 복사 강도를 보여주며, 940 nm에서 피크를 가집니다. 포토트랜지스터 곡선은 입사광 파장 대비 상대 응답을 보여주며, 피크는 발광부의 출력과 정렬되도록 설계되었습니다. 좁고 일치된 응답은 가시 주변광에 대한 감도를 최소화하여, 다양한 조명 조건에서 안정적인 동작을 위한 핵심 기능을 제공합니다.

3.3 순방향 전류 대 순방향 전압

IRED에 대한 이 IV 곡선은 순방향 전압과 전류 사이의 비선형 관계를 보여줍니다. 동작 온도 범위와 생산 편차에 걸쳐 안정적인 IR 출력을 보장하기 위해 적절한 전류 제한 방식(예: 저항기, 정전류원)을 선택하는 데 중요합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

장치는 소형 패키지에 수납되어 있습니다. 주요 치수로는 본체 너비 약 4.0 mm, 깊이 3.0 mm, 높이 2.0 mm가 있습니다. 리드 간격은 2.54 mm(0.1 인치)로, 스루홀 PCB 장착을 위한 표준 피치입니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수 공차는 ±0.25 mm입니다. 리드는 패키지 본체에서 나오는 지점에서 측정됩니다.

4.2 극성 식별 및 장착

이 부품은 4개의 리드를 가집니다. 이러한 광학 차단기에 대한 표준 관례는 한쪽의 두 리드가 적외선 발광부(애노드 및 캐소드)에 속하고, 반대쪽의 두 리드가 포토트랜지스터(이미터 및 콜렉터)에 속한다는 것입니다. 정확한 핀아웃은 패키지 다이어그램에서 확인해야 합니다. 장착 시, PCB 홀은 리드 위치와 정확하게 정렬되어 삽입 중 에폭시 본체에 기계적 응력을 가하지 않도록 해야 하며, 그렇지 않으면 성능 저하 또는 고장을 초래할 수 있습니다.

5. 납땜 및 조립 가이드라인

적절한 처리는 장치의 무결성과 성능 유지에 중요합니다.

5.1 리드 성형

리드 구부리기가 필요한 경우, 반드시납땜 전에 수행해야 합니다. 굽힘은 에폭시 패키지 본체 하단에서 3 mm 이상 떨어진 거리에서 이루어져야 합니다. 구부리는 동안 리드 프레임을 단단히 고정하여 취약한 에폭시 불브에 응력이 전달되어 균열이나 내부 손상을 일으키는 것을 방지해야 합니다. 리드 절단은 실온에서 수행해야 합니다.

5.2 납땜 공정

납땜 접합부와 에폭시 불브 사이에 최소 3 mm의 거리를 유지해야 합니다. 권장 조건은 다음과 같습니다:

• 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, 체류 시간 최대 5초.

장치가 고온 상태일 때 리드에 어떠한 기계적 응력도 가하지 마십시오. 딥 또는 핸드 납땜은 한 번 이상 수행해서는 안 됩니다. 납땜 후, 장치가 실온으로 돌아올 때까지 기계적 충격이나 진동으로부터 보호해야 합니다. 급속 냉각 공정은 권장되지 않습니다.

5.3 세척 및 보관

초음파 세척은 금지됩니다, 고주파 진동이 내부 구성 요소나 에폭시 실링을 손상시킬 수 있기 때문입니다. 보관의 경우, 출하 후 최대 3개월 동안 장치는 10-30°C 및 70% RH 이하에서 보관해야 합니다. 장기 보관(최대 1년)의 경우, 질소 분위기의 밀봉 용기를 10-25°C 및 20-60% RH에서 사용하는 것이 좋습니다. 습기 민감 포장을 개봉한 후, 장치는 24시간 이내 또는 가능한 한 빨리 사용하고, 남은 부품은 즉시 재밀봉해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

표준 포장 사양은 튜브당 120개, 박스당 96튜브, 카톤당 2박스입니다. 포장의 라벨에는 고객 부품 번호(CPN), 제조사 부품 번호(P/N), 포장 수량(QTY), 참조(REF) 및 로트 번호(LOT No.) 필드가 포함됩니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 프린터/복사기/스캐너의 용지 감지:용지 존재, 용지 걸림 또는 문서의 선단/후단 감지.
• 카메라의 렌즈 커버 또는 필터 위치 감지:렌즈 캡이 씌워져 있는지 또는 필터 휠이 올바른 위치에 있는지 감지.
• 비접촉 엔드스톱 감지:스캐너, 플로터 또는 자동화 스테이지에서 물리적 접촉 없이 홈 또는 리미트 위치를 감지하는 데 사용.
• 물체 계수 또는 분류:컨베이어 벨트 위의 물체가 적외선 빔을 차단할 때 감지.
• 회전식 인코더 디스크 감지:속도 또는 위치를 측정하기 위해 회전 디스크의 슬롯을 읽음 (고해상도 작업에는 전용 인코더 모듈이 더 적합한 경우가 많음).

7.2 설계 고려사항 및 회로 인터페이스

ITR20403으로 설계할 때 몇 가지 요소를 고려해야 합니다:

1. IRED용 전류 제한:공급 전압(V_CC), 원하는 순방향 전류(I_F, 정격 출력의 경우 일반적으로 20mA), 순방향 전압 강하(V_F~1.23V)를 기반으로 직렬 저항기를 계산해야 합니다. R = (V_CC- V_F) / I_F.
2. 출력 인터페이스 회로:포토트랜지스터는 두 가지 일반적인 구성으로 사용될 수 있습니다:
   • 스위치 모드:콜렉터에서 V_CC로 풀업 저항기(예: 1kΩ ~ 10kΩ)를 연결합니다. 이미터는 접지에 연결됩니다. 빔이 차단되지 않았을 때(트랜지스터 ON) 콜렉터의 출력은 낮음(V_CE(sat) 근처)이 되고, 빔이 차단되었을 때(트랜지스터 OFF)는 높음(V_CC)이 됩니다.
   • 아날로그 모드:포토트랜지스터는 콜렉터 저항기가 있는 공통 이미터 구성에서 광도에 비례하는 전압을 생성하는 데 사용될 수 있습니다. 그러나 비선형 응답과 온도 의존성으로 인해, 오피앰프 회로가 있는 포토다이오드에 비해 정밀한 아날로그 측정에는 덜 이상적입니다.
3. 노이즈 내성:주변광에 저항성이 있지만, 회로는 여전히 전기적 노이즈를 받을 수 있습니다. 장치의 전원 핀 근처에 바이패스 커패시터(0.1 μF)를 배치하고 신중한 PCB 레이아웃을 권장합니다. 긴 케이블 구간이나 노이즈가 많은 환경의 경우, 차폐 또는 출력을 슈미트 트리거 입력으로 구동하는 것이 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
4. 개구부 및 슬롯 설계:빔을 차단하는 물체는 적외선에 대해 불투명해야 합니다. 감지의 해상도와 반복성은 장치 하우징의 슬롯 너비에 대한 물체의 너비에 따라 달라집니다. 에지 감지의 경우, 날카로운 에지를 가진 베인 또는 플래그가 가장 정밀한 타이밍을 제공합니다.

8. 기술 비교 및 차별화

ITR20403은 주로 소형화된 소비자 가전에서 유리한 소형, 얇은 폼 팩터를 통해 차별화됩니다. 빠른 15 μs 응답 시간은 중간 정도 고속 이벤트 감지에 적합합니다. 발광부와 수광부를 스펙트럼적으로 일치시키는 통합 하우징은 고유한 주변광 제거 기능을 제공하며, 이는 개별 부품을 사용하는 것에 비해 설계를 단순화하는 기능입니다. 반사형 물체 센서와 비교할 때, 차단기는 더 높은 위치 정확도를 제공하며 대상 물체의 색상이나 반사율에 덜 민감합니다. 더 넓은 간격을 가진 슬롯형 광학 스위치와 비교할 때, 이 장치의 좁은 간격은 더 작은 물체 감지 또는 더 정밀한 에지 감지를 가능하게 합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 IR LED의 일반적인 동작 전류는 얼마입니까?

전기-광학 특성은 I_F= 20 mA에서 테스트되며, 이는 지정된 on-state 콜렉터 전류를 달성하기 위한 일반적이고 권장되는 동작점입니다. 회로는 절대 최대 정격인 50 mA를 초과하지 않도록 설계되어야 합니다.

9.2 On-State 콜렉터 전류의 범위(0.2mA ~ 5.0mA)가 왜 그렇게 넓습니까?

이 범위는 전류 전달 비율(CTR)의 장치 간 변동을 나타내며, 이는 포토트랜지스터 출력 전류(I_C) 대 IRED 입력 전류(I_F)의 비율입니다. 이 변동은 광커플러 및 차단기의 제조 공정에 내재되어 있습니다. 회로는 지정된 최소 I_C(on)(0.2mA)에서도 올바르게 작동하도록 설계되어 모든 생산 유닛에 걸쳐 신뢰성을 보장해야 합니다.

9.3 이 센서를 실외에서 사용할 수 있습니까?

하우징이 우수한 주변광 제거 기능을 제공하지만, 직사광선에는 센서를 포화시킬 수 있는 상당한 적외선 복사가 포함되어 있습니다. 실외 사용의 경우, 신뢰할 수 있는 성능을 위해 추가적인 광학 필터링, 차폐 또는 동기 감지가 있는 펄스 동작이 필요할 것입니다. 동작 온도 범위(-25°C ~ +80°C)도 극한 환경 응용을 제한합니다.

9.4 빔을 차단하기 위해 물체가 얼마나 가까이 있어야 합니까?

장치는 좁고 집중된 간격을 가집니다. 물체는 발광부와 검출부 사이의 슬롯을 물리적으로 통과해야 합니다. "근접" 감지 능력은 없습니다; 출력 상태가 신뢰성 있게 변경되려면 빔이 완전히 차폐되어야 합니다.

10. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 데스크탑 프린터의 용지 부족 센서.

구현:ITR20403은 프린터의 용지 공급 경로에 장착됩니다. 용지가 없을 때 스프링에 부착된 레버 또는 플래그가 센서의 슬롯에 위치합니다. 용지가 공급되면, 용지가 플래그를 슬롯 밖으로 밀어내어 적외선 빔이 통과하도록 하고 포토트랜지스터를 ON 상태로 만듭니다.

회로 설계:IRED는 프린터의 5V 논리 공급 전원에서 전류 제한 저항기를 통해 20mA로 구동됩니다. 포토트랜지스터 콜렉터는 4.7kΩ 풀업 저항기를 통해 3.3V 마이크로컨트롤러 입력 핀에 연결됩니다. 이미터는 접지됩니다.

소프트웨어 로직:마이크로컨트롤러 핀은 디지털 입력으로 구성됩니다. LOW 판독값은 빔이 차단되지 않았음을 나타냅니다(플래그 빠짐, 용지 있음). HIGH 판독값은 빔이 차단되었음을 나타냅니다(플래그 들어감, 용지 없음), 이는 사용자에게 "용지 부족" 경고를 트리거합니다. 디바운싱 로직(예: 소프트웨어 내)이 플래그의 기계적 진동을 무시하도록 추가됩니다.

이 사례에 대한 주요 고려사항:플래그 메커니즘은 신뢰성 있게 완전히 센서 슬롯에 들어가도록 설계되어야 합니다. 스프링은 확실한 복귀를 위한 충분한 힘을 제공해야 하지만 용지를 손상시키거나 센서에 마모를 일으킬 정도로 강하지 않아야 합니다. 센서의 위치는 정렬을 유지하기 위해 단단히 고정되어야 합니다.

11. 동작 원리

ITR20403은 변조된 광 전송 및 검지 원리로 동작합니다. 적외선 발광 다이오드(IRED)는 정전류로 순방향 바이어스되어 940 nm의 피크 파장에서 광자를 방출합니다. 바로 맞은편, 동일한 하우징 내에는 실리콘 NPN 포토트랜지스터가 있습니다. 적외선 빔이 간격을 가로질러 방해받지 않고 이동하면, 포토트랜지스터의 베이스 영역에 충돌합니다. 흡수된 광자는 전자-정공 쌍을 생성하며, 이는 베이스 전류 역할을 하여 트랜지스터를 ON 상태로 만들고 광도에 비례하는 콜렉터 전류(I_C)가 흐르도록 합니다. 불투명 물체가 간격에 들어가면 빔을 차단하고, 광생성 베이스 전류가 중단되며 트랜지스터는 OFF 상태가 됩니다. 출력 회로는 이 ON/OFF 상태 변화를 사용 가능한 전기 신호로 변환합니다. 블랙 열가소성 하우징은 광 경로를 포함시키고, 광학적 크로스토크를 방지하며, 대부분의 주변 가시광을 차단하는 역할을 합니다. 가시광의 광자는 일반적으로 실리콘 포토트랜지스터의 밴드갭에 흡수될 만큼 충분한 에너지를 가지지 않으므로, 고유한 광학 필터링을 제공합니다.

12. 기술 트렌드

ITR20403과 같은 광학 차단기는 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술을 나타냅니다. 이 분야의 현재 트렌드는 몇 가지 영역에 초점을 맞추고 있습니다: 더 작은 휴대용 및 웨어러블 장치에 통합하기 위한 추가 소형화; 자동화 조립을 위한 향상된 리플로우 납땜 호환성을 가진 표면 실장 장치(SMD) 버전 개발; 인코더 응용 또는 더 빠른 기계에서 더 높은 데이터 속도를 지원하기 위한 증가된 스위칭 속도; 더 높은 온도, 습도 및 오염과 같은 환경 요인에 대한 향상된 견고성. 또한 히스테리시스를 위한 출력에 내장 슈미트 트리거 또는 더 스마트하고 주소 지정 가능한 센서 모듈을 위한 디지털 인터페이스(I2C, SPI)와 같은 추가 기능 통합 추세도 있습니다. 그러나 ITR20403에서 볼 수 있는 기본적인 스루홀, 개별 부품 설계는 여전히 매우 비용 효율적이며 성능과 폼 팩터가 충분한 응용 분야에서 널리 사용됩니다.