目錄
1. 產品概述
LTR-C971-TB 是一款專為感測應用設計的分立式紅外線光電晶體元件。它屬於廣泛產品線的一部分，旨在為紅外線偵測提供解決方案，其特性適合在各種電子系統中提供可靠的性能。此元件設計符合自動貼裝與銲接製程的產業標準。
1.1 產品特性
- 符合 RoHS 與綠色產品標準。
- 採用黑色圓頂透鏡與側視配置。
- 以 12mm 寬度捲帶包裝於 7 英吋直徑捲盤，適合自動化處理。
- 相容於自動貼裝設備。
- 相容於紅外線迴流銲接製程。
- 符合 EIA 標準封裝規格。
1.2 應用領域
- 紅外線接收模組。
- PCB 安裝式紅外線感測器。
2. 外型尺寸
LTR-C971-TB 光電晶體的機械外型與尺寸詳見規格書圖示。所有尺寸均以毫米為單位，除非另有說明，標準公差為 ±0.1mm。準確的 PCB 銲接墊設計務必參考詳細的尺寸圖。規格如有變更，恕不另行通知。
3. 絕對最大額定值
下表列出了 LTR-C971-TB 光電晶體在環境溫度 (TA) 為 25°C 時的絕對最大額定值。超過這些限制可能會對元件造成永久性損壞。
| 參數 | 最大額定值 | 單位 |
|---|---|---|
| 功率消耗 | 100 | mW |
| 集極-射極電壓 | 30 | V |
| 射極-集極電壓 | 5 | V |
| 操作溫度範圍 | -40 至 +85 | °C |
| 儲存溫度範圍 | -55 至 +100 | °C |
| 紅外線銲接條件 | 最高 260°C，持續 10 秒。 | - |
規格書中亦包含建議的無鉛製程紅外線迴流溫度曲線，供組裝時參考。
4. 電氣與光學特性
關鍵的電氣與光學參數定義於 TA=25°C 條件下。這些特性對於電路設計與性能預測至關重要。
| 參數 | 符號 | Min. | Typ. | Max. | 單位 | 測試條件 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 集極-射極崩潰電壓 | V(BR)CEO | 30 | - | - | V | IR = 100μA, Ee = 0mW/cm² |
| 射極-集極崩潰電壓 | V(BR)ECO | 5 | - | - | V | IE = 100µA, Ee = 0mW/cm² |
| 集極-射極飽和電壓 | VCE(SAT) | - | - | 0.4 | V | IC = 100µA, Ee=0.5mW/cm² |
| 上升時間 | Tr | - | 15 | - | μs | VCE =5V, IC = 1mA, RL = 1KΩ |
| 下降時間 | Tf | - | 15 | - | μs | VCE =5V, IC = 1mA, RL = 1KΩ |
| 集極暗電流 | ICEO | - | - | 100 | nA | VCE = 20V, Ee = 0mW/cm² |
| 導通狀態集極電流 | IC(ON) | - | 4.0 | - | mA | VCE = 5V, Ee= 0.5mW/cm², λ=940nm |
註：IC(ON) 的測試公差為 ±15%。
5. 典型性能曲線
規格書包含一組在 25°C 環境溫度下測量的典型特性曲線（除非另有註明）。這些圖表以視覺化方式呈現關鍵參數之間的關係，例如集極電流與輻照度的關係、不同負載下的響應時間，以及暗電流的溫度依賴性。分析這些曲線有助於工程師了解元件在非標準或變動操作條件下的行為，這對於穩健的系統設計至關重要。
6. 銲接墊佈局與建議
提供了建議的 PCB 佈局銲接墊尺寸，以確保正確的銲接與機械穩定性。規格書建議使用厚度為 0.1mm (4 mils) 或 0.12mm (5 mils) 的金屬鋼網進行錫膏印刷。遵循這些銲接墊尺寸與鋼網規格對於在迴流過程中獲得可靠的銲點至關重要，並可防止墓碑效應或銲錫不足等問題。
7. 捲帶包裝規格
LTR-C971-TB 以適合大批量自動化組裝線的捲帶包裝形式供應。詳細說明了載帶與捲盤的包裝尺寸。關鍵注意事項包括：所有尺寸均以毫米為單位、空的元件凹槽以頂部蓋帶密封、每 13 英吋捲盤包含 6000 個元件、最多允許連續兩個元件缺失，且包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規範。
8. 重要注意事項與操作指南
8.1 預期用途
此元件設計用於普通電子設備，包括辦公設備、通訊裝置和家用電器。不適用於故障可能危及生命或健康的安全關鍵系統（例如航空、醫療設備）。若用於此類應用，需在設計前諮詢元件供應商。
8.2 儲存條件
正確的儲存對於維持元件可靠性至關重要。對於帶有乾燥劑的密封防潮袋，請儲存在 ≤30°C 和 ≤90% RH 的環境中，建議在一年內使用。一旦打開原始包裝，元件應儲存在 ≤30°C 和 ≤60% RH 的環境中。建議在開封後一週內完成紅外線迴流銲接。若需在原始包裝袋外長時間儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃。未包裝儲存超過一週的元件，在銲接前應在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時。
8.3 清潔
如需清潔，請使用酒精類溶劑，例如異丙醇。避免使用可能損壞封裝或透鏡的強效或未知化學清潔劑。
8.4 銲接製程
提供了詳細的銲接建議，以確保組裝可靠性。
- 迴流銲接：預熱至 150–200°C，最長 120 秒。峰值溫度不得超過 260°C，且高於此溫度的時間應限制在最多 10 秒。迴流銲接最多執行兩次。
- 銲接烙鐵：烙鐵頭溫度不得超過 300°C，單次操作中每個引腳的銲接時間應限制在最多 3 秒。
規格書強調，最佳溫度曲線取決於具體的電路板設計、元件、錫膏和爐子。建議將提供的符合 JEDEC 標準的曲線作為通用目標，並同時遵守 JEDEC 和錫膏製造商的限制。
8.5 驅動電路建議
對於涉及多個元件的應用，強烈建議為電路中的每個光電晶體串聯一個限流電阻。此做法在規格書中標示為電路模型 (A)，有助於確保所有元件間的電流均勻性和性能一致性。未使用個別電阻的並聯連接方式（電路模型 (B)）可能由於個別元件的電流-電壓 (I-V) 特性差異而導致亮度或靈敏度變化。
9. 產品資訊與修訂記錄
製造商保留為改進產品外觀和規格而進行修改的權利，恕不另行通知。設計人員應始終參考最新版本的規格書以獲取最新資訊。
10. 技術深入探討與設計考量
10.1 工作原理
紅外線光電晶體透過將入射的紅外線轉換為電流來工作。它本質上是一個雙極性接面電晶體，其基極電流由光子撞擊基極-集極接面（作為光電二極體）而產生。當足夠波長（此元件通常為 940nm）的紅外線照射到有效區域時，會產生電子-電洞對。此光電流隨後被電晶體的增益放大，產生更大的集極電流，可輕易被外部電路量測。帶有黑色圓頂透鏡的側視封裝有助於定義特定的視場角，並能提供一定程度的環境可見光抑制。
10.2 關鍵參數分析
- 靈敏度 (IC(ON))：在 940nm 波長、0.5 mW/cm² 輻照度下，典型的導通狀態集極電流為 4.0 mA，這表明了元件的靈敏度。設計人員必須確保入射的紅外線訊號強度達到或超過此輻照度水平，以實現可靠的開關或類比偵測。
- 速度 (Tr, Tf)：典型的 15 μs 上升與下降時間定義了元件的開關速度。此參數對於需要高比特率的資料傳輸應用（如紅外線遙控器）至關重要。指定的測試條件 (VCE=5V, IC=1mA, RL=1KΩ) 提供了標準基準。
- 暗電流 (ICEO)：在 VCE=20V 時，最大暗電流為 100 nA，代表無光時的漏電流。低暗電流對於實現高訊噪比至關重要，特別是在低光偵測情境或使用高值負載電阻以增加電壓增益時。
- 電壓額定值 (V(BR)CEO, V(BR)ECO)：30V 的集極-射極崩潰電壓和 5V 的射極-集極崩潰電壓定義了施加偏壓的安全操作區域。電路設計必須確保即使在暫態條件下也不超過這些限制。
10.3 應用電路設計
最常見的配置是將光電晶體用於共射極開關模式。集極透過一個負載電阻 (RL) 連接到電源電壓 (VCC)，射極接地。輸出訊號取自集極節點。RL 的值是一個關鍵的設計選擇：較大的 RL 對於給定的光電流能提供更高的輸出電壓擺幅（較高增益），但由於 RC 時間常數增加，會減慢響應時間。規格書的速度規格是在 RL=1KΩ 條件下給出的，提供了一個參考點。對於需要線性響應的類比應用，元件應在光電二極體模式下操作（基極開路，僅使用集極-基極接面）或小心偏壓以避免飽和。
10.4 環境與組裝考量
-40°C 至 +85°C 的操作溫度範圍使該元件適用於消費性、工業和一些汽車環境。設計人員應考慮暗電流和靈敏度的溫度係數，它們通常分別隨溫度升高而增加和降低。嚴格的銲接溫度曲線指南是必要的，因為塑膠封裝和內部接合線對熱衝擊和過熱很敏感。遵循基於 JEDEC 的溫度曲線可以最大限度地減少應力並防止潛在故障。
10.5 比較與選型
在選擇紅外線感測器時，工程師會比較光電晶體與光電二極體。與光電二極體相比，光電晶體提供更高的增益（每單位光的輸出電流），但通常速度較慢且響應更非線性。LTR-C971-TB 憑藉其整合的放大功能，是簡單數位偵測（紅外線訊號的有無）或需要高輸出而無需額外放大級的低速類比感測的絕佳選擇。對於高速資料鏈路或精確的類比光量測，PIN 光電二極體可能更為合適。
10.6 實際應用範例
一個典型的應用案例是用於免觸碰水龍頭的紅外線接近感測器。一個紅外線 LED 發射器以 940nm 波長發出脈衝。放置在附近的 LTR-C971-TB 光電晶體偵測反射訊號。當手放在水龍頭下時，會將紅外線反射回感測器，導致集極電流增加。此變化由微控制器偵測，然後啟動水閥。側視封裝允許 LED 和光電晶體安裝在同一 PCB 平面上，形成緊湊的感測器模組。元件的靈敏度確保即使在微弱反射下也能可靠偵測，其速度對於這種緩慢的人機介面綽綽有餘。設計將包括建議的 LED 驅動串聯電阻，以及在光電晶體集極上使用合適的負載電阻（例如 10kΩ），以將電流變化轉換為微控制器 ADC 或比較器輸入可量測的電壓。
10.7 產業趨勢
分立式紅外線元件的趨勢是朝向更高整合度、更小封裝和更佳性能發展。雖然像 LTR-C971-TB 這樣的元件對於成本敏感或空間受限的設計仍然至關重要，但越來越多地採用整合解決方案，將光偵測器、放大器和數位邏輯（如 I²C 輸出）整合在單一封裝中。這些模組簡化了設計，但成本可能更高。另一個趨勢是越來越多地使用整合到封裝中的特定波長濾光片，以提高對環境光雜訊的免疫力，這是更廣泛產品線中提及的可用功能。對於基本的偵測任務，分立式光電晶體在性能、成本和設計靈活性方面提供了最佳的平衡。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |