LTR-S320-TB-L 적외선 포토트랜지스터 데이터시트 - 사이드 뷰 패키지 - 940nm 피크 파장 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTR-S320-TB-L은 근적외선 스펙트럼에서 감지 응용 분야를 위해 설계된 개별 적외선 포토트랜지스터입니다. 이는 신뢰할 수 있는 적외선 감지가 필요한 시스템에서 사용하기 위한 광전자 부품군에 속합니다. 이 장치는 입사하는 적외선 복사를 출력 단자에서 해당 전기 신호로 변환하도록 설계되었습니다.

이 부품의 핵심 기능은 반도체 접합 내의 광전 효과에 기반합니다. 충분한 에너지(피크 감도 파장에 해당)의 적외선이 광감지 영역에 조사되면 전자-정공 쌍이 생성됩니다. 포토트랜지스터에서는 이 광전류가 내부적으로 증폭되어 단순한 포토다이오드에 비해 훨씬 더 큰 컬렉터 전류를 생성하므로, 더 낮은 광량을 감지하거나 더 간단한 회로와 함께 사용하는 데 적합합니다.

이 부품의 주요 설계 목표에는 현대적인 자동화 조립 공정과의 호환성, 적외선 리플로우 솔더링을 위한 견고성, 그리고 공간이 제한된 인쇄 회로 기판(PCB) 레이아웃에 통합을 용이하게 하는 폼 팩터가 포함됩니다.

1.1 특징

• RoHS(유해 물질 제한) 지침을 준수하며 그린 제품으로 분류됩니다.
• 어두운 에폭시 돔 렌즈가 있는 사이드 뷰 패키지 구성을 특징으로 합니다. 사이드 뷰 방향은 센서가 PCB 평면과 평행한 적외선 신호를 감지할 수 있게 하여, 에지 감지 응용 분야나 IR 소스가 보드에 수직이 아닌 경우에 유용합니다.
• 어두운 렌즈 재질은 가시광선을 감쇠시키는 데 도움이 되어 주변 광원으로부터의 간섭을 줄이고 적외선 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킵니다.
• 7인치 직경 릴에 8mm 캐리어 테이프로 공급되며, 고속 자동 픽 앤 플레이스 조립 장비에 최적화되어 있습니다.
• 패키지와 재질은 표면 실장 기술(SMT) 조립 라인에서 사용되는 표준 적외선(IR) 리플로우 솔더링 프로파일을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.
• EIA(전자 산업 연합) 표준 패키지 개요를 준수하여 산업 표준 풋프린트 및 취급 장비와의 기계적 호환성을 보장합니다.

1.2 응용 분야

• 적외선 수신 모듈:주로 리모컨 시스템(예: TV, 오디오 장비, 에어컨)용 수신기에서 감지 소자로 사용됩니다. 리모컨으로부터 변조된 적외선 신호를 감지합니다.
• PCB 장착 적외선 센서:스마트폰, 태블릿, 가전 제품 및 산업 장비와 같은 장치에서 근접 감지, 물체 감지 또는 데이터 전송을 위해 PCB에 직접 통합됩니다.
• 보안 및 경보 시스템:침입 감지를 위한 빔 차단 센서나 반사식 물체 센서에 사용될 수 있습니다.
• 산업 자동화:조립 라인에서 물체의 계수, 위치 지정 또는 유무 감지를 위한 장비에 사용됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

이 섹션은 LTR-S320-TB-L 포토트랜지스터의 성능과 동작 한계를 정의하는 주요 전기 및 광학 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않으며 신뢰할 수 있는 설계에서는 피해야 합니다.

• 전력 소산 (Pd):주변 온도(Ta) 25°C에서 75 mW. 이는 열 한계를 초과하지 않고 장치가 열로 소산할 수 있는 최대 전력량입니다. 디레이팅 곡선(데이터시트의 그림 2)은 주변 온도가 증가함에 따라 이 정격이 어떻게 감소하는지 보여줍니다.
• 컬렉터-이미터 전압 (V_CEO):30 V. 베이스가 개방된 상태에서 컬렉터와 이미터 단자 사이에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 이미터-컬렉터 전압 (V_ECO):5 V. 이미터와 컬렉터 사이에 인가할 수 있는 최대 역전압입니다.
• 동작 온도 범위:-40°C ~ +85°C. 장치가 정상적으로 동작하도록 규정된 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위:-55°C ~ +100°C. 전원이 공급되지 않을 때 장치를 보관하기 위한 온도 범위입니다.
• 적외선 솔더링 조건:최대 10초 동안 피크 온도 260°C를 견딥니다. 이는 무연(Pb-free) 리플로우 솔더링 공정과의 호환성을 정의합니다.

2.2 전기 및 광학 특성

이는 25°C의 특정 테스트 조건에서 측정된 전형적이고 보장된 성능 파라미터입니다.

• 피크 감지 파장 (λ_p):940 nm. 포토트랜지스터가 가장 민감한 적외선 파장입니다. 일반적인 940nm GaAs 적외선 발광 다이오드(IRED)의 방출 파장과 최적으로 일치합니다.
• 컬렉터 암전류 (I_CEO):V_CE=20V, E_e=0 mW/cm² 조건에서 최대 100 nA. 이는 적외선 빛이 입사하지 않는(암조건) 상태에서 컬렉터를 통해 흐르는 작은 누설 전류입니다. 일반적으로 더 낮은 암전류는 약한 신호에 대한 감도에 유리합니다.
• 온 상태 컬렉터 전류 (I_C(ON)):V_CE=5V 및 940nm 광원에 대한 조사도(E_e) 0.5 mW/cm² 조건에서 전형값 2.0 mA, 최소값 1.0 mA. 이 파라미터는 주어진 표준 입력 광 강도에 대한 출력 전류 수준을 나타냅니다. 테스트 허용 오차는 ±15%입니다.
• 컬렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)):I_C=100µA, E_e=0.5 mW/cm² 조건에서 최대 0.4 V. 이는 지정된 저전류 조건에서 트랜지스터가 완전히 "온"(포화) 상태일 때 트랜지스터 양단에 걸리는 전압 강하입니다.
• 상승 시간 (T_r) 및 하강 시간 (T_f):V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ 조건에서 각각 전형값 15 µs. 이 파라미터는 포토트랜지스터의 스위칭 속도, 즉 빛의 계단 변화에 응답하여 출력 전류가 최종 값의 10%에서 90%로 상승하는 속도(상승 시간)와 90%에서 10%로 하강하는 속도(하강 시간)를 정의합니다. 이 속도는 표준 리모컨 프로토콜(예: 36-40kHz 반송파)에 적합합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 주요 파라미터가 동작 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 그래프가 포함되어 있습니다. 이 곡선들을 이해하는 것은 견고한 회로 설계에 중요합니다.

3.1 스펙트럼 감도 (그림 5)

이 곡선은 다양한 파장 범위에서 포토트랜지스터의 상대 감도를 나타냅니다. 940nm에서 피크 감도를 확인하고 더 짧은(가시광선) 및 더 긴(원적외선) 파장에서 상당한 감쇠를 보여줍니다. 어두운 렌즈는 가시광선 스펙트럼에서 감도를 감쇠시켜 주변광으로부터의 잡음을 줄이는 데 기여합니다.

3.2 상대 컬렉터 전류 대 조사도 (그림 3)

3.3 컬렉터 암전류 대 온도 (그림 1) 및 전력 소산 디레이팅 (그림 2)

그림 1은 암전류(I

)가 주변 온도 상승에 따라 지수적으로 증가함을 보여줍니다. 이는 고온 응용 분야에서 암전류 증가가 잡음 바닥을 높이고 유효 감도를 감소시킬 수 있으므로 중요한 고려 사항입니다. 그림 2는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 최대 전력 소산의 디레이팅을 보여줍니다. 25°C 이상에서는 장치가 환경으로 열을 발산하는 능력이 감소하므로 더 적은 전력을 안전하게 처리할 수 있습니다._CEO3.4 상승/하강 시간 대 부하 저항 (그림 4)

이 곡선은 포토트랜지스터 회로 설계의 근본적인 트레이드오프를 설명합니다. 스위칭 속도(상승/하강 시간)는 컬렉터에 연결된 부하 저항(R

)에 크게 의존합니다. 더 큰 R_L은 출력 전압 스윙을 증가시키지만 RC 시정수도 증가시켜 응답 시간을 늦춥니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 스위칭을 제공하지만 더 작은 출력 신호를 생성합니다. 설계자는 응용 분야에 속도와 신호 진폭 중 어느 것이 더 중요한지에 따라 R_L을 선택해야 합니다._L4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 외형 치수

장치는 사이드 뷰, 표면 실장 패키지로 구성되어 있습니다. 주요 치수에는 본체 크기, 리드 간격 및 렌즈 위치가 포함됩니다. 모든 중요 치수는 별도로 명시되지 않는 한 표준 허용 오차 ±0.1mm로 밀리미터 단위로 제공됩니다. 사이드 뷰 방향은 도면에 명확히 표시되어 있습니다.

4.2 극성 식별

부품에는 두 개의 리드가 있습니다. 데이터시트 도면은 어느 리드가 컬렉터이고 어느 것이 이미터인지를 나타냅니다. PCB 조립 시 올바른 극성을 준수해야 합니다. 일반적으로 더 긴 리드(테이프 포장에 있는 경우) 또는 테이프의 표시된 모서리가 컬렉터를 나타냅니다.

4.3 권장 솔더링 패드 레이아웃 (섹션 6)

PCB에 권장되는 랜드 패턴(풋프린트)이 제공됩니다. 여기에는 리플로우 후 신뢰할 수 있는 솔더 접합을 보장하기 위한 패드 치수, 간격 및 형상이 포함됩니다. 권장 사항에는 솔더 페이스트 도포를 위해 두께 0.1mm(4 mil) 또는 0.12mm(5 mil)의 금속 스텐실 사용이 포함됩니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

5.1 리플로우 솔더링 프로파일

무연(Pb-free) 조립 공정을 위해 상세한 적외선 리플로우 프로파일이 권장됩니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

예열:

• 150-200°C까지 상승.소킹/예열 시간:
• 최대 120초.피크 온도:
• 최대 260°C.액상선 온도 이상 시간 (TAL):
• 피크 온도의 5°C 이내에 머무는 시간은 10초를 초과해서는 안 됩니다. 장치는 이러한 조건에서 리플로우 사이클을 두 번 이상 거쳐서는 안 됩니다.이 프로파일은 부품의 에폭시 패키지나 내부 구조를 손상시키지 않고 신뢰할 수 있는 솔더링을 보장하기 위해 JEDEC 표준을 기반으로 합니다.

핸드 솔더링이 필요한 경우, 온도가 300°C를 초과하지 않는 솔더링 아이언을 사용해야 합니다. 각 리드에 대한 접촉 시간은 솔더 접합당 최대 3초로 제한해야 합니다.

5.3 보관 및 취급

밀봉 포장:

• 장치는 건조제와 함께 습기 차단 백으로 배송됩니다. ≤30°C 및 ≤60% RH 조건에서 보관해야 합니다. 밀봉 백이 개봉되면 부품은 습기에 민감한 것으로 간주됩니다.플로어 라이프:
• 원래 포장을 개봉한 후에는 일주일(168시간) 이내에 IR 리플로우 공정을 완료하는 것이 권장됩니다.장기 보관/베이킹:
• 개봉 후 일주일 이상 보관할 경우, 부품은 건조제와 함께 밀폐 용기에 보관해야 합니다. 이 시간을 초과하여 노출된 경우, 흡수된 수분을 제거하고 리플로우 중 "팝콘 현상"(패키지 균열)을 방지하기 위해 솔더링 전 최소 20시간 동안 60°C에서 베이킹이 필요합니다.5.4 세척

필요한 경우, 플럭스 잔류물을 세척하기 위해 이소프로필 알코올 또는 유사한 알코올 기반 용매를 권장합니다. 강력하거나 공격적인 화학 세척제는 피해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 테이프 및 릴 사양

부품은 표준 7인치(178mm) 직경 릴에 공급됩니다. 주요 포장 세부 사항은 다음과 같습니다:

캐리어 테이프 폭:

• 릴당 수량: 8mm.
• 3000개.최소 주문 수량 (MOQ):
• 잔여 수량의 경우 500개.포켓 커버리지:
• 빈 부품 포켓은 커버 테이프로 밀봉됩니다.누락 부품:
• 포장 표준에 따라 최대 두 개의 연속 누락 부품이 허용됩니다.포장은 ANSI/EIA-481-1-A 사양을 준수합니다.
• 7. 응용 설계 고려 사항

7.1 구동 회로 구성

포토트랜지스터는 전류 출력 장치입니다. 가장 일반적인 회로 구성은 공통 이미터 설정으로 연결하는 것입니다:

이미터는 접지에 연결됩니다.

• 컬렉터는 부하 저항(R
• )을 통해 양의 공급 전압(V_CC)에 연결됩니다._L출력 신호는 컬렉터 노드에서 취합니다. 빛이 센서에 조사되면 트랜지스터가 켜져 컬렉터 전압을 낮춥니다(V
• CE(SAT)_{쪽으로). 암조건일 때 트랜지스터는 꺼지고, 컬렉터 전압은 높아집니다(R}에 의해 V_CC로 풀업됨)._LR

광학 필터링:

• 내장된 어두운 렌즈가 일부 필터링을 제공합니다. 강한 주변광이 있는 환경의 경우, 940nm에 중심을 둔 추가 외부 적외선 대역 통과 필터를 사용하여 원치 않는 빛을 차단할 수 있습니다.전기적 필터링:
• 많은 IR 리모컨이 변조된 반송파 주파수(예: 38kHz)를 사용하므로, 후속 증폭 단에 이 주파수에 맞춘 대역 통과 필터를 포함시키면 DC 주변광 및 저주파 잡음을 제거하여 SNR을 극적으로 향상시킬 수 있습니다.차폐:
• 센서를 주변 광원(예: 햇빛, 램프)에 직접 노출되지 않도록 기계적으로 차폐하면 잡음을 줄일 수 있습니다.7.3 IR 에미터와의 페어링

반사식 또는 근접 감지 응용 분야의 경우, LTR-S320-TB-L을 940nm 또는 그 근처에서 방출하는 적외선 LED와 페어링하십시오. 에미터의 구동 전류가 검출기에서 필요한 반사 신호를 생성하기에 충분한지 확인하십시오. 에미터를 펄싱하고 포토트랜지스터의 출력을 동기적으로 검출하면 신호를 주변광과 구별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 포토다이오드와 비교하여, LTR-S320-TB-L 포토트랜지스터는 내재적인 전류 이득(베타/h

)을 제공하여 동일한 광 입력에 대해 훨씬 더 큰 출력 신호를 제공합니다. 이는 종종 후속 증폭이 덜 필요하므로 회로 설계를 단순화합니다. 그러나 이 이득은 더 느린 응답 시간(포토다이오드의 나노초 대비 마이크로초)과 더 높은 암전류라는 비용이 따릅니다. 사이드 뷰 패키지는 탑 뷰 센서와 차별화되어 PCB 가장자리를 따라 감지하는 데 설계 유연성을 제공합니다. 자동화된 SMT 조립 및 표준 리플로우 프로파일과의 호환성은 스루홀 대안에 비해 대량 생산에 비용 효율적인 선택이 되게 합니다._FE9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

9.1 어두운 렌즈의 목적은 무엇입니까?

어두운 에폭시 렌즈는 가시광선 필터 역할을 합니다. 가시광선 스펙트럼의 빛을 감쇠시키면서 적외선 파장(약 940nm)을 통과시킵니다. 이는 센서의 실내 주변광, 형광등 및 햇빛에 대한 감도를 줄여 잡음을 최소화하고 의도한 적외선 신호 감지의 신뢰성을 향상시킵니다.

9.2 부하 저항(R

)의 값을 어떻게 선택합니까?_L선택에는 트레이드오프가 수반됩니다. 데이터시트의 그림 4를 가이드로 사용하십시오.

최대 속도(가장 빠른 상승/하강 시간)를 위해서는 더 작은 R(예: 1kΩ 이하)를 선택하십시오._L최대 출력 전압 스윙(더 높은 신호 진폭)를 위해서는 더 큰 R(예: 10kΩ 이상)를 선택하십시오. 그러나 이는 응답을 느리게 할 것입니다. 트랜지스터가 켜져 있을 때(I_LC(ON)_L* R_{) R} 양단의 전압 강하가 공급 전압에서 V_LCE(SAT)_{를 뺀 값을 초과하지 않도록 하십시오.}.

9.3 이 센서는 실외에서 사용할 수 있습니까?

신중한 설계로 실외에서 사용할 수 있습니다. 직사광선에는 상당한 양의 적외선 복사가 포함되어 있어 센서를 포화시키거나 잡음을 유발할 수 있습니다. 효과적인 광학 필터링(좁은 940nm 대역 통과 필터), 직사광선을 차단하기 위한 적절한 하우징 및 변조 신호 검출 기술은 신뢰할 수 있는 실외 동작에 필수적입니다.

9.4 백이 일주일 이상 열린 경우 솔더링 전에 베이킹이 필요한 이유는 무엇입니까?

플라스틱 에폭시 패키지는 공기 중의 수분을 흡수할 수 있습니다. 고온 리플로우 솔더링 공정 중에 갇힌 이 수분이 급격히 증발하여 높은 내부 압력을 생성할 수 있습니다. 이로 인해 패키지가 균열되거나 박리가 발생할 수 있으며, 이를 "팝콘 현상"이라고 합니다. 60°C에서 베이킹하면 흡수된 수분을 제거하여 부품을 리플로우에 안전하게 만듭니다.

10. 실용 설계 예시

시나리오: 장난감용 간단한 IR 근접 센서 설계.

1. 목표:물체가 센서로부터 약 5cm 이내에 있을 때 감지.
2. 부품:LTR-S320-TB-L 포토트랜지스터, 940nm IR LED, 마이크로컨트롤러(MCU).
3. 회로:포토트랜지스터는 R_L= 4.7kΩ으로 V_CC(3.3V)에 연결됩니다. 컬렉터 출력은 MCU의 아날로그-디지털 변환기(ADC) 핀에 연결됩니다. IR LED는 포토트랜지스터 옆에 배치되고 전류 제한 저항(예: 20mA)을 통해 MCU 출력 핀에 의해 구동됩니다.
4. 동작:MCU는 짧은 버스트 동안 특정 주파수(예: 1kHz)로 IR LED를 펄싱합니다. 그런 다음 포토트랜지스터로부터 ADC 값을 읽습니다. 물체가 없을 때 반사 신호는 낮습니다. 물체가 범위 내에 있을 때 적외선 빛이 포토트랜지스터로 반사되어 ADC 판독값에서 측정 가능한 증가를 유발합니다. MCU 소프트웨어에 근접 감지를 위한 임계값이 설정됩니다.
5. 고려 사항:센서는 주변 IR 소스로부터 차폐되어야 합니다. 펄스 및 측정 기술은 신호를 주변광과 구별하는 데 도움이 됩니다. R_L의 값은 예상 반사 광량에서 좋은 전압 스윙을 제공하면서 합리적인 속도를 유지하도록 선택됩니다.