ITR1502SR40A/TR8 반사형 포토 인터럽터 데이터시트 - 크기 4.0x3.0x2.0mm - 순방향 전압 1.2V - 소비 전력 75mW - 블랙 클리어 렌즈 - 영어 기술 문서

1. 제품 개요

ITR1502SR40A/TR8는 비접촉식 감지 응용 분야를 위해 설계된 고집적 표면 실장형 반사 포토 인터럽터입니다. 적외선 발광소자와 실리콘 포토트랜지스터 검출기를 단일의 컴팩트한 블랙 클리어 렌즈 패키지 내에 통합했습니다. 이 장치는 지정된 최적 감지 거리 4mm로 물체 존재 또는 동작 감지를 안정적으로 수행하도록 설계되었습니다. 리드리스 패키지는 현대적인 리플로우 솔더링 공정과의 호환성을 위해 특별히 설계되어 대량 자동화 조립에 적합합니다.

1.1 핵심 특징 및 장점

• 고감도: 실리콘 포토트랜지스터는 반사된 적외선에 대해 강력한 전기적 응답을 제공하여 신뢰할 수 있는 감지를 가능하게 합니다.
• 가시광선 차단: 검은색 투명 렌즈 소재는 주변 가시광선을 효과적으로 차단하여 환경 광원에 의한 오작동 가능성을 최소화합니다.
• 컴팩트 폼 팩터: 4.0 mm x 3.0 mm x 2.0 mm의 크기로, 공간이 제한된 PCB 설계에 이상적입니다.
• 리플로우 솔더링 가능: The leadless (Tape & Reel) package allows for standard SMT assembly, supporting peak soldering temperatures up to 260°C for 5 seconds.
• 환경 규정 준수: The device is compliant with Halogen-Free standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), EU REACH regulations, and is RoHS compliant.
• Long Focal Distance: 해당 패키지 패밀리의 경우, 4mm라는 비교적 긴 최적 감지 거리를 제공합니다.

1.2 목표 시장 및 응용 분야

이 부품은 신뢰할 수 있고 저비용의 물체 감지가 필요한 소비자 가전, 사무 자동화 및 산업 제어 시스템의 설계자를 대상으로 합니다. 주요 기능은 물리적 접촉 없이 물체의 존재, 부재 또는 통과를 감지하는 것입니다.

• 프린터 및 복사기: 용지 걸림, 트레이 상태 또는 매체 존재 감지.
• Optical Storage Drives (예: CD/DVD): 디스크 트레이 위치 감지 또는 디스크 존재 감지.
• 프로젝터 및 디스플레이: 필터 상태, 커버 위치 또는 기타 내부 메커니즘 모니터링.
• 자판기 및 키오스크: 제품 배출 또는 사용자 상호작용 감지.
• 가전제품: 스마트 도어락, 커피메이커 또는 기타 자동화 장치에서의 위치 감지.

심층 기술 파라미터 분석

ITR1502SR40A/TR8의 성능은 포괄적인 전기 및 광학 파라미터 세트로 정의됩니다. 이를 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 신뢰할 수 있는 시스템 운영에 매우 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

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

• Input Power Dissipation (Pd): 자유 공기 온도 25°C 이하에서 75 mW.
• 순방향 전류 (IF): 50 mA (연속).
• 순방향 피크 전류 (IFP): 듀티 사이클 1%, 펄스 폭 ≤100μs 조건에서 1 A.
• 역방향 전압 (VR): 5 V.
• 콜렉터 전력 소산 (PC): 75 mW.
• 콜렉터 전류 (IC): 25 mA.
• 콜렉터-이미터 전압 (V_CEO): 30 V.
• Emitter-Collector Voltage (V_ECO): 5 V.
• 동작 온도 (T_opr): -25°C ~ +85°C.
• 저장 온도 (T_stg): -40°C ~ +100°C.
• Lead Soldering Temperature: 본체에서 1/16인치 거리에서 260°C로 5초간.

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이는 지정된 시험 조건 하에서 보장된 성능 파라미터입니다.

입력 (적외선 발광소자 - IR GaAs Chip):

• 순방향 전압 (V_F): 일반적으로 1.2V, I_F = 20 mA. 이는 구동 시 LED 양단의 전압 강하를 정의합니다.
• 역전류 (I_R): V = 6V에서 최대 10 μA._R = 6V.
• 피크 파장 (λ_P): I = 10 mA에서 940 nm (공칭)._F 이는 근적외선 스펙트럼에 속하며, 인간의 눈에는 보이지 않습니다.

출력 (포토트랜지스터 - 실리콘 칩):

• 암전류 (I_CEO): 일반적으로 1 nA, V_CE = 20V에서 최대 100 nA. 이는 검출기에 빛이 입사하지 않을 때의 누설 전류입니다.
• 전달 특성 - 컬렉터 전류 (I_C(ON)): 테스트 조건 V에서 최소 60 μA, 전형적, 최대 450 μA_CE=2V, I_F=4mA, 그리고 d=4mm에서 반사 타겟. 이는 감도를 나타내는 핵심 매개변수입니다.
• 전달 특성 - 오프 상태 전류 (I_C(OFF)): 동일한 테스트 조건에서 반사 없음(또는 흡수 타겟) 시 최대 600 nA.
• 응답 시간 (t_r, t_f): 일반적으로 상승 및 하강 시간 모두 20 μs, 최대 100 μs. V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=1kΩ, d=4mm 조건에서 측정됨. 이는 스위칭 속도를 정의합니다.

참고: 동작 암전류는 주변 환경(예: 주변 적외선원)에 영향을 받을 수 있습니다.

2.3 콜렉터 전류의 Bin Range

장치는 표준 테스트 조건에서 측정된 컬렉터 전류(I_C(ON))를 기준으로 분류(빈닝)됩니다. 이를 통해 설계자는 애플리케이션에 적합한 일관된 감도를 가진 부품을 선택할 수 있습니다.

• Bin A: 60 μA ≤ I_C(ON) < 120 μA
• Bin B: 100 μA ≤ I_C(ON) < 220 μA
• Bin C: 180 μA ≤ I_C(ON) < 350 μA
• Bin D: 310 μA ≤ I_C(ON) ≤ 450 μA

3. 성능 곡선 분석

제공된 특성 곡선은 다양한 조건에서의 소자 동작에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며, 이는 견고한 시스템 설계에 필수적입니다.

3.1 Electrical Characteristics

순방향 전류 대 순방향 전압: 이 곡선은 적외선 발광 LED의 전형적인 IV 특성을 보여줍니다. 이는 일반 다이오드와 유사하게 비선형적입니다. 20mA에서의 전형적인 순방향 전압은 약 1.2V입니다.

순방향 전류 대 콜렉터 전류: 이는 포토트랜지스터의 출력 전류(I_C)가 입력 LED 구동 전류(I_F)에 따라 증가하는 방식을 보여주는 전달 특성 곡선입니다. 동작 영역에서 관계는 대략 선형적이며, 이는 소자의 이득을 보여줍니다.

콜렉터 전류 대 콜렉터-이미터 전압: 이 곡선군은 I_C 를 다른 I_F 레벨(예: 5mA, 10mA, 20mA, 50mA)에서 V_CE 다양하다. 이는 광트랜지스터가 일정 V(포화 전압, 일반적으로 낮음) 이상에서는 전류원으로 작동함을 보여준다; I는 주로 입사광에 의해 결정된다(따라서 I)._CE (포화 전압, 일반적으로 낮음), I_C 는 주로 입사광에 의해 결정된다(따라서 I_F).

3.2 온도 특성

순방향 전압 대 주변 온도: LED의 순방향 전압은 음의 온도 계수를 가지며, 온도가 상승함에 따라 약간 감소합니다(약 -20°C에서 1.21V에서 80°C에서 1.16V로).

상대 콜렉터 전류 대 주변 온도: 이는 매우 중요한 곡선입니다. 온도가 상승함에 따라 콜렉터 전류(감도)가 현저히 감소합니다. 80°C에서는 상대 출력이 25°C에서의 값의 약 80%에 불과합니다. 고온에서 동작하는 설계에서는 충분한 신호 마진을 보장하기 위해 이를 반드시 고려해야 합니다.

콜렉터 암전류 대 주변 온도: 암전류는 온도에 따라 기하급수적으로 증가합니다(-40°C에서 약 0.1nA에서 100°C에서 거의 1000nA까지). 고온 응용 분야에서는 이 증가된 누설 전류가 신호의 상당 부분을 차지하여 신호 대 잡음비를 잠재적으로 감소시킬 수 있습니다.

소비 전력 대 주변 온도: 이 감액 곡선은 주변 온도가 25°C 이상으로 상승함에 따라 장치의 최대 허용 소비 전력이 선형적으로 감소하여 100°C에서 0 mW에 도달함을 보여줍니다.

3.3 광학 및 공간 특성

파장 스펙트럼: 상대 복사 강도 곡선은 에미터의 출력이 전형적인 스펙트럼 폭으로 940 nm를 중심으로 함을 보여줍니다. 블랙 클리어 렌즈는 이 IR 광을 효과적으로 투과시키는 동시에 더 짧은 가시광선 파장을 차단합니다.

Relative Collector Current vs. Z-Moving Distance (Mirror): 이 곡선은 감지 프로파일을 정의합니다. 반사 대상이 최적 거리(4mm)에 있을 때 출력 전류가 가장 높습니다. 대상이 가까워지거나 멀어질수록 신호가 감소하여 실질적인 감지 범위를 정의합니다. 곡선의 형태는 대략 가우시안 분포를 따릅니다.

스위칭 시간 대 부하 저항: 상승 시간(t_r)과 하강 시간(t_f부하 저항(R)이 높아질수록 증가합니다._L가장 빠른 스위칭을 위해서는 낮은 R을 사용해야 하지만, 이는 출력 전압 스윙도 낮아지게 됩니다._L 설계자는 속도와 신호 레벨을 균형 있게 고려해야 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

본 장치는 길이 4.0mm, 너비 3.0mm, 높이 2.0mm의 컴팩트한 무리드 표면 실장 패키지를 채택하고 있습니다. 주요 치수 관련 참고사항은 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 밀리미터(mm) 단위입니다.
• 별도로 지정되지 않은 경우 공차는 ±0.1mm입니다.
• 리드 간격은 리드가 패키지를 빠져나오는 지점에서 측정됩니다.
• 제품 질량은 약 0.025그램입니다.

4.2 권장 PCB Land Pattern

신뢰성 있는 납땜과 기계적 안정성을 보장하기 위해 권장 솔더 패드 레이아웃이 제공됩니다. 중요한 설계 규칙은 다음과 같습니다: PCB와 하우징 본체 사이의 간격으로 솔더가 올라가거나 새는 것을 방지하기 위해 솔더 양을 신중하게 제어해야 합니다. 이 영역에 과도한 솔더가 있으면 응력이 발생하여 기능을 저하시키거나 장기 신뢰성을 감소시킬 수 있습니다. 패드 설계는 일반적으로 강력한 접합을 위한 서멀 릴리프 연결과 충분한 구리 면적을 포함합니다.

4.3 극성 및 방향

본 장치는 핀 1을 나타내는 표시된 방향(일반적으로 상단 표면의 점 또는 노치)을 가지고 있습니다. 핀아웃은 이러한 장치에 표준입니다: 적외선 발광 다이오드의 애노드와 캐소드가 한 쌍을 이루고, 포토트랜지스터의 컬렉터와 이미터가 다른 쌍을 이룹니다. 정확한 핀 할당을 위해서는 데이터시트 다이어그램을 참조해야 합니다. 잘못된 방향은 장치가 작동하지 않도록 할 것입니다.

5. 납땜, 조립 및 보관 지침

5.1 리플로우 납땜 조건

ITR1502SR40A/TR8은 무연(Pb-free) 리플로우 납땜 공정에 적합하도록 등급이 지정되어 있습니다. 일반적으로 다음을 포함하는 권장 온도 프로파일이 제공됩니다:

• 예열/상승 구간: 플럭스를 활성화하기 위한 제어된 상승.
• 소킹(균열) 구간: 액상선 이하의 온도에서 균일한 가열을 보장하기 위한 시간.
• Reflow Zone: 최고 온도는 260°C를 초과하지 않아야 하며, 240°C 이상의 시간은 제한되어야 합니다(예: 30-60초).
• 냉각: 제어된 냉각 기간.

중요 참고사항: 동일한 장치에서 리플로우 솔더링은 내부 구성 요소와 몰딩 컴파운드에 열 응력 손상을 피하기 위해 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.

5.2 Moisture Sensitivity and Storage (MSL 3)

본 패키지는 습기에 민감합니다. 리플로우 중 증기압으로 인한 패키지 균열("팝콘 현상")을 방지하려면 다음 절차를 준수해야 합니다.

• 미개봉 백 보관: 30°C 이하, 상대습도 90% 이하에서 보관하십시오. 출하 후 1년 이내에 사용하십시오.
• 백 개봉 후: ≤30°C 및 ≤70% 상대습도에서 보관하십시오.
• Floor Life: 습기 차단 백 개봉 후 168시간(7일) 이내에 장치를 솔더링해야 합니다.
• Baking: 바닥 수명을 초과하거나 수분 표시기(건조제)가 포화 상태를 나타내는 경우, 사용 전에 장치를 60°C ±5°C에서 24시간 동안 베이킹하여 흡수된 수분을 제거하십시오.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 테이프 및 릴 사양

본 장치는 자동 픽 앤 플레이스 조립을 위해 표준 EIA-481 규격을 준수하는 테이프 및 릴 포장으로 공급됩니다.

• 포장 수량: 릴 당 800개.
• 카톤 당 릴 수: 외부 카톤 당 38릴.
• 외부 카톤 치수: 409 mm (A) x 245 mm (B) x 360 mm (C).

릴에는 진행 방향을 나타내는 특정 방향 라벨이 부착되어 있습니다. 상세한 릴 치수(허브 직경, 릴 너비 등)는 장비 호환성을 위해 제공됩니다.

6.2 포장 절차

릴은 밀봉된 알루미늄 방습 백에 포장됩니다. 각 백에는 습기 수준을 모니터링하기 위한 건조제 팩과 습도 표시 카드가 포함되어 있습니다. 여러 개의 백은 그 후 주 운송용 판지 상자에 포장됩니다.

7. 애플리케이션 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 회로

기본적인 응용 회로는 크게 두 부분으로 구성됩니다:

1. Emitter Drive: IR LED와 직렬로 연결된 전류 제한 저항. 저항값은 R_limit = (V_CC - V_F) / I_F. 예를 들어, 5V 공급 전압과 원하는 I_F 20mA의: R_limit = (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω (표준 200Ω 저항 사용). LED는 지속적으로 구동하거나 펄스 구동하여 전력 소비를 낮출 수 있습니다.
2. Detector Interface: 포토트랜지스터는 일반적으로 풀업 저항(R_L컬렉터에서 V로_CC이미터는 접지에 연결됩니다. 반사광이 없을 때 트랜지스터는 오프 상태이며, 컬렉터의 출력 전압은 높음(V)입니다._CC빛이 감지되면 트랜지스터가 켜져 출력 전압을 접지 쪽으로 낮춥니다. R의 값은_L 출력 전압 스윙과 응답 속도 모두에 영향을 미칩니다(성능 곡선 참조). 일반적인 값은 1kΩ에서 10kΩ입니다.

7.2 신뢰할 수 있는 센싱을 위한 설계 요소

• 타겟 반사율: 신호 강도는 타겟 표면의 반사율에 정비례합니다. 흰색의 반사 표면은 가장 강한 신호를 생성하고, 검은색의 무광택 표면은 가장 약한 신호를 생성합니다. 시스템은 최악의 조건의 타겟에서도 작동하도록 설계되어야 합니다.
• 타겟 거리 및 정렬: 센서는 4mm에서 특정 "스위트 스팟"을 가집니다. 조립 공차 또는 타겟 위치의 변동은 신호 레벨에 영향을 미칩니다. 일관된 정렬을 유지하기 위해 기계적 고정 장치를 설계하십시오.
• 주변광 내성: 검은색 렌즈가 대부분의 가시광선을 차단하지만, 강한 적외선 광원(햇빛, 백열등)은 여전히 간섭을 일으킬 수 있습니다. 변조된(펄스) LED 구동 신호와 수신 회로의 동기 검출을 사용하면 주변광에 대한 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 온도 보상: 곡선에서 보듯이, 감도는 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 넓은 온도 범위에서 동작하는 응용 분야의 경우, 회로에는 마진 또는 능동 보상(예: 온도에 따라 I를 조정)이 포함되어야 합니다._F 고온에서도 신뢰할 수 있는 검출을 보장하기 위함입니다.
• 전기적 노이즈: 센서 트레이스를 짧게 유지하고 노이즈가 많은 디지털 또는 전원 라인에서 멀리하십시오. 장치 근처의 V_CC 및 펄스 방식인 경우 LED 전원 양쪽에 바이패스 커패시터를 사용하십시오.

8. 기술적 비교 및 차별화

ITR1502SR40A/TR8은 몇 가지 핵심 특성을 통해 반사형 센서 시장에서 차별화됩니다:

• vs. 더 큰 스루홀 차단 센서: 주요 장점은 초소형 4.0x3.0mm SMD 폼팩터로, 소형화와 자동화 조립을 가능하게 하며, 이는 더 큰 스루홀 장치가 따라올 수 없는 부분입니다.
• vs. 기타 SMD 반사형 센서: 이 소형 폼팩터 내에서 4mm의 최적 감지 거리와 가시광선 차단용 블랙 클리어 렌즈의 조합은 특정 설계 포인트입니다. 일부 경쟁사는 더 짧은 감지 거리나 다른 렌즈 소재를 제공할 수 있습니다.
• vs. 아날로그 출력 vs. 디지털 센서: 이 장치는 아날로그 포토트랜지스터 출력을 제공하여 설계자가 임계값을 완전히 제어할 수 있고 아날로그 거리/반사율 측정이 가능합니다. 이는 단순히 켜기/끄기 신호만 제공하는 내장 디지털 로직이 있는 센서에 비해 더 많은 유연성을 제공합니다.
• vs. 개별 발광기/검출기 쌍: 통합 패키지는 발광기와 검출기 사이의 정밀하고 고정된 정렬을 보장하며, 이는 두 개의 별도 부품으로는 달성하기 어렵고 비용이 많이 듭니다. 또한 PCB 레이아웃과 조립을 단순화합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술적 매개변수 기반)

Q1: 빈(A, B, C, D) 간의 차이점은 무엇입니까? 어떻게 선택해야 하나요?
A: 빈은 서로 다른 감도 범위(I_C(ON))를 나타냅니다. 필요한 신호 마진에 따라 빈을 선택하십시오. 반사율이 높은 타겟 또는 짧은 거리의 응용 분야의 경우, 낮은 빈(A 또는 B)으로 충분할 수 있습니다. 반사율이 낮은 타겟, 긴 거리, 또는 감도가 떨어지는 고온 환경에서 작동하는 경우, 높은 빈(C 또는 D)이 더 많은 헤드룸을 제공합니다. 생산을 위해서는 동일한 빈 내에서의 일관성도 중요합니다.

Q2: 전류 제한 저항 없이 전압을 직접 가해 IR LED를 구동할 수 있나요?
A: 아니요. LED의 순방향 전압은 고정된 값이 아니며 온도와 소자에 따라 변합니다. 전압원에 직접 연결하여 구동하면 전류가 제어되지 않아 Absolute Maximum Rating을 초과하여 발광소자를 파손할 가능성이 높습니다. 항상 직렬 전류 제한 저항을 사용하십시오.

Q3: 제 센서가 불안정하게 작동합니다. 원인이 무엇일까요?
A: 일반적인 문제는 다음과 같습니다: 1) 신호 마진 불충분: I 확인_C(ON) 특정 타겟과 함께 사용하고, 온도 감액을 고려하여 회로의 검출 임계값을 훨씬 초과하는지 확인하십시오. 2) 주변광 간섭: 센서를 직사광선으로부터 차폐하거나 변조 방식을 도입하십시오. 3) 솔더 접합 문제: 권장된 랜드 패턴이 사용되었는지 확인하고 솔더 브리지 또는 솔더 불량을 검사하십시오. 4) 과도한 암전류: 매우 높은 온도에서는 암전류가 중요해질 수 있습니다. 회로가 실제 신호와 구별할 수 있는지 확인하십시오.

Q4: 장치의 전력 소산을 어떻게 계산합니까?
A: 총 전력 소산은 입력(LED)과 출력(포토트랜지스터) 소산의 합입니다. P_D(total) ≈ (V_F * I_F) + (V_CE(sat) * I_C). 일반적인 조건에서 (I_F=20mA, V_F=1.2V, I_C=5mA, V_CE=0.2V), P_D ≈ 24mW + 1mW = 25mW로, 이는 25°C에서의 정격 75mW보다 훨씬 낮습니다. 25°C 이상에서 동작할 경우 이 값을 감액해야 함을 기억하십시오.

10. 동작 원리

ITR1502SR40A/TR8은 변조된 광 반사 원리로 동작합니다. 내부 적외선 발광 다이오드(IR LED)가 피크 파장 940nm의 빛을 방출합니다. 이 빛은 렌즈를 통해 패키지 외부로 나가 센서 전방의 대상 물체에 부딪혀 일부가 반사되어 돌아옵니다. 적외선에 민감한 집적 실리콘 포토트랜지스터가 이 반사된 빛을 감지합니다. 광자가 포토트랜지스터의 베이스 영역에 충돌하면 전자-정공 쌍이 생성되어 베이스 전류로 작용합니다. 이렇게 광생성된 베이스 전류는 트랜지스터의 이득에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 컬렉터 전류(I_C)를 발생시킵니다. 이 컬렉터 전류가 전기적 출력 신호이며, 이는 반사된 빛의 강도에 비례합니다. 검은색 투명 렌즈 재질은 940nm 적외선에는 투명하지만 대부분의 가시광선에는 불투명하여 주변 가시광선원의 영향을 받지 않도록 합니다. 몰드 패키지 내부에서 고정되고 동일 평면상에 정렬된 발광부와 검출부는 센서 전방 특정 거리(4mm)에서 물체를 감지하도록 최적화된 정밀한 광 경로를 형성합니다.