LTR-C950-TB 紅外線光電晶體規格書 - 頂視黑透鏡 - 940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款分離式紅外線光電晶體元件的規格。此元件專為感測紅外線光而設計，典型波長為 940nm。其採用頂視封裝並配備黑色穹頂透鏡，有助於定義視角並可能減少環境可見光的干擾。元件以捲帶包裝，適合大量、自動化的表面黏著組裝製程，並符合相關環境標準。

1.1 產品特點

• 符合有害物質環境法規。
• 頂視外型，配備黑色穹頂透鏡。
• 以 12mm 寬捲帶包裝於 7 英吋直徑捲盤，適用自動貼裝。
• 相容於標準紅外線迴焊製程。
• 標準化封裝外型。

1.2 應用領域

• 紅外線接收器模組。
• 電路板安裝之紅外線感測應用。

2. 外型尺寸

本元件符合標準封裝外型。所有關鍵尺寸均於規格書圖表中以毫米標示，除非另有說明，標準公差為 ±0.1mm。此封裝設計用於可靠的電路板安裝。

3. 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。所有數值均在環境溫度 (TA) 25°C 下指定。

• 功率消耗 (PD)：100 mW
• 集極-射極電壓 (VCEO)：30 V
• 射極-集極電壓 (VECO)：5 V
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C
• 紅外線迴焊：峰值溫度 260°C，最長 10 秒。

文件包含針對無鉛製程建議的迴焊溫度曲線，強調預熱、峰值溫度與液相線以上時間等參數，以確保可靠的焊點且無熱損傷。

4. 電氣與光學特性

這些參數定義了元件在 TA=25°C 指定測試條件下的性能，對電路設計至關重要。

• 集極-射極崩潰電壓，V(BR)CEO：30 V (最小值)。測試條件：IR = 100µA，輻照度 (Ee) = 0 mW/cm²。
• 射極-集極崩潰電壓，V(BR)ECO：5 V (最小值)。測試條件：IE = 100µA，Ee = 0 mW/cm²。
• 集極-射極飽和電壓，VCE(SAT)：0.4 V (最大值)。測試條件：IC = 100µA，Ee = 0.5 mW/cm²。
• 上升時間 (Tr) 與下降時間 (Tf)：15 µs (典型值)。測試條件：VCE = 5V，IC = 1mA，RL = 1kΩ。
• 集極暗電流 (ICEO)：100 nA (最大值)。測試條件：VCE = 20V，Ee = 0 mW/cm²。此為無光入射時的漏電流。
• 導通集極電流，IC(ON)：範圍從 1.5 mA (最小值) 到 9.20 mA (最大值)。測試條件：VCE = 5V，Ee = 0.5 mW/cm²，λ=940nm。此為指示靈敏度的關鍵參數。

5. 分級代碼系統

為確保應用的一致性，元件根據其導通集極電流 (IC(ON)) 被分類至不同的性能等級。每個等級內的電流容差為 ±15%。

• 等級 A：IC(ON) = 1.5 mA 至 2.9 mA
• 等級 B：IC(ON) = 2.9 mA 至 5.5 mA
• 等級 C：IC(ON) = 5.5 mA 至 9.2 mA

6. 典型性能曲線

規格書提供數張圖表，說明元件在不同條件下的行為。對於理解單點規格之外的性能至關重要。

• 光譜靈敏度：顯示光電晶體在不同波長下的相對靈敏度曲線，峰值約在 940nm。
• 集極暗電流 vs. 環境溫度：顯示漏電流 (ICEO) 如何隨溫度升高而增加。
• 上升與下降時間 vs. 負載電阻：說明開關速度如何受電路中負載電阻 (RL) 數值影響。
• 相對集極電流 vs. 輻照度：展示入射光功率 (Ee) 與輸出集極電流之間的關係。
• 靈敏度圖：顯示感測器相對角度響應的極座標圖，此響應受黑色穹頂透鏡影響。

7. 焊墊佈局與封裝資訊

提供建議的電路板焊墊尺寸，以確保正確焊接與機械穩定性。建議使用 0.1mm 或 0.12mm 厚度的鋼板進行錫膏印刷。亦包含捲帶包裝的詳細尺寸，指定了料袋間距、捲盤直徑與軸心尺寸，以利自動化處理。

8. 操作、儲存與組裝指南

8.1 儲存條件

對於未開封、含乾燥劑的防潮袋，儲存於 ≤ 30°C 且 ≤ 90% 相對濕度環境，建議使用期限為一年。對於已從原始包裝取出的元件，環境不應超過 30°C / 60% 相對濕度。若在原始包裝外儲存超過一週，建議在焊接前以 60°C 烘烤 20 小時，以去除濕氣並防止迴焊時發生 "爆米花效應"。

8.2 清潔

若需清潔，請使用酒精類溶劑，如異丙醇。

8.3 焊接建議

提供迴焊與手工焊接的詳細參數：

• 迴焊：預熱至 150-200°C，最長 120 秒，峰值溫度不超過 260°C，最長 10 秒。迴焊最多執行兩次。
• 手工焊接：烙鐵頭溫度不應超過 300°C，每個焊點焊接時間最長 3 秒。

指南參考 JEDEC 標準，並強調需針對特定電路板設計進行製程特性分析。

8.4 驅動電路考量

光電晶體為電流輸出元件。對於涉及多個感測器的應用，強烈建議為每個元件串聯獨立的限流電阻（如規格書中 "電路 A" 所示），以確保響應一致並防止任何單一元件的電流壟斷。若將元件直接並聯（"電路 B"）而無獨立電阻，可能因元件特性差異導致性能不匹配。

9. 應用說明與設計考量

9.1 工作原理

紅外線光電晶體透過將入射紅外線光轉換為電流來運作。具有足夠能量（對應於元件敏感波長，約 940nm）的光子被晶體管的基極區域吸收，產生電子-電洞對。此光生電流作為基極電流，隨後被晶體管的增益放大，產生與入射光強度成正比、更大的集極電流。黑色穹頂透鏡有助於聚焦入射光並定義視野。

9.2 典型應用情境

主要用於紅外線接收系統。包括：

• 遙控器接收器：解碼來自電視、音響與家電遙控器的訊號。
• 接近感測：透過反射紅外線光束來偵測物體存在與否。
• 基本光學開關：中斷光束以進行計數或位置偵測。
• 簡易資料鏈路：使用調變紅外線光進行低速、短距離無線資料傳輸。

9.3 設計檢查清單

• 選擇適當的等級代碼，依據應用所需的靈敏度。
• 選擇負載電阻 (RL)，考量期望的輸出電壓擺幅以及與響應速度的權衡（參見上升/下降時間 vs. RL 曲線）。
• 實施適當的濾波於訊號調理電路中，以抑制環境光產生的雜訊（例如，螢光燈在 100/120Hz 的閃爍）。
• 遵循建議的電路板佈局與焊接指南，以確保可靠性。
• 考量角度靈敏度圖，於設計機械放置與外殼時，確保感測器正確對準。

9.4 性能與溫度關係

設計者必須考慮溫度效應。集極暗電流 (ICEO) 會隨溫度顯著增加，這可能提高低光應用中的雜訊基底。光電流本身也具有溫度係數。對於在寬廣溫度範圍（-40°C 至 +85°C）內的關鍵應用，建議在溫度極端值進行測試或模擬。

10. 技術比較與選型指南

選擇紅外線光偵測器時，關鍵區別包括：

• 光電晶體 vs. 光二極體：光電晶體提供內部增益，在給定光強度下產生更大的輸出訊號，簡化了後續放大器設計。然而，其響應時間通常比光二極體慢。此元件具有 15µs 的上升/下降時間，適用於標準遙控器訊號（例如，38kHz 載波），但對於極高速資料通訊可能太慢。
• 波長：940nm 的峰值靈敏度非常適合與常見的 GaAs 紅外線發射器配對，且相較於 850nm 光源，對人眼較不可見，可減少感知的光污染。
• 封裝與透鏡：頂視黑色透鏡封裝針對表面黏著組裝進行了優化，並提供受控的視角，有助於抑制來自側面的雜散光。

11. 常見問題 (FAQ)

問：分級代碼的目的是什麼？

答：分級代碼確保了可預測的靈敏度 (IC(ON)) 範圍。為了在生產中獲得一致的性能，訂購時請指定所需等級。

問：我可以在陽光下使用此感測器嗎？

答：陽光直射含有大量紅外線輻射，很可能使感測器飽和。其設計用於室內或受控環境。戶外使用可能需要光學濾波或搭配同步偵測的脈衝操作。

問：為什麼儲存與烘烤程序如此重要？

答：表面黏著封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些濕氣可能迅速汽化，導致內部分層或破裂（"爆米花效應"），從而損壞元件。正確的儲存與烘烤可防止此情況。

問：如何計算輸出電壓？

答：光電晶體作為電流源運作。集極的輸出電壓約為 VCC - (IC * RL)。根據期望的輸出擺幅以及光源預期的 IC 來選擇 RL 和 VCC。

12. 實務設計範例

情境：設計一個用於 38kHz 調變遙控器訊號的簡易紅外線接收器。

1. 元件選擇：使用此光電晶體（例如，選擇中等靈敏度的等級 B），並搭配 38kHz 帶通濾波器或專用解碼器 IC。
2. 偏壓電路：透過負載電阻 RL 將集極連接到 5V 電源 (VCC)。射極接地。RL = 1kΩ 是常見的起始值，能在輸出電壓擺幅與速度之間提供良好平衡。
3. 訊號調理：偵測到紅外線光時，集極的電壓會下降。此交流耦合訊號隨後饋入放大器或比較器級，以清理數位波形。與 RL 並聯的電容有助於濾除高頻雜訊，但會減慢響應速度。
4. 佈局：將感測器置於電路板前端，並在外殼上留有清晰開口。使其遠離切換式穩壓器等雜訊源。遵循建議的焊墊佈局。

13. 技術趨勢

分離式紅外線元件領域持續演進。趨勢包括開發將訊號調理 IC 整合於單一封裝內的光偵測器，提供數位輸出並增強環境光抑制能力。同時也推動更高速度的元件，以實現更快的資料傳輸，應用於如紅外線資料協會 (IrDA) 與手勢感測等領域。此外，封裝技術的改進旨在為精確感測應用提供更窄且更一致的視角，同時保持與自動化組裝製程的相容性。本規格書所述的元件，代表了針對需要基本紅外線偵測、成本敏感且大量生產應用的成熟、可靠解決方案。