ITR8307/L24/TR8 反射式光學感測器規格書 - 無鉛、符合RoHS與REACH規範

1. 產品概述

ITR8307/L24/TR8是一款緊湊型表面黏著反射式光學開關，專為短距離感測應用而設計。它將一個GaAs紅外線發光二極體發射器與一個高靈敏度NPN矽光電晶體接收器，整合在一個並排排列的單一塑膠封裝內。此配置使其能夠透過測量反射回接收器的紅外線光強度，來偵測反射表面的存在與否。

本元件的特點在於其快速響應時間、對紅外線的高靈敏度，以及能截止可見光波長的光譜響應，使其不受環境可見光干擾。其製造符合無鉛標準，遵循歐盟RoHS與REACH指令，並滿足無鹵素要求（Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm）。

1.1 核心優勢與目標市場

此感測器的主要優勢包括其薄型外觀、小巧的佔位面積以及快速的光學響應，這些對於空間受限與高速應用至關重要。其設計使其適用於各種需要可靠非接觸式物體偵測的消費性電子產品與微電腦控制設備。

典型的目標應用包括：數位相機（用於鏡頭或蓋子偵測）、錄影機、軟碟機、卡式錄音機及其他自動控制系統中的位置感測。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

為避免永久損壞，不得在超出這些限制的條件下操作本元件。關鍵額定值包括：在25°C自由空氣溫度下，輸入端（LED）功耗為75 mW；最大順向電流（IF）為50 mA；以及在1%工作週期下，脈衝≤100μs時的峰值順向電流（IFP）為1 A。對於輸出端（光電晶體），最大集極功耗為75 mW，集極電流（IC）為50 mA，集極-射極電壓（BV_CEO）為30 V。工作溫度範圍為-40°C至+85°C。

2.2 電氣光學特性

這些參數是在環境溫度（T_a）為25°C下定義，描述了元件在正常工作條件下的性能。

2.2.1 輸入端（紅外線LED）特性

• 順向電壓（V_F）：在順向電流（I_F）為20 mA時，典型值為1.2 V，最大值為1.6 V。此參數對於設計LED驅動電路至關重要。
• 峰值波長（λ_P）：940 nm，其發射光譜位於近紅外線範圍。

2.2.2 輸出端（光電晶體）特性

• 暗電流（I_CEO）：無光入射時的漏電流，在V_CE=10V時最大值為100 nA。數值越低表示關斷狀態性能越好。
• 亮電流（I_C(ON)）：當LED啟動且光線反射到接收器時的集極電流。在測試條件V_CE=2V且I_F=4mA下，其範圍很廣，從0.5 mA到15.0 mA。此參數高度依賴目標物體的反射率與距離。
• 上升/下降時間（t_r, t_f）：典型值各為20 μsec，定義了感測器的切換速度。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數張圖表，說明在不同條件下關鍵參數之間的關係。這些對於理解超出典型25°C點的真實世界行為至關重要。

3.1 紅外線LED特性

曲線顯示順向電流如何隨環境溫度與順向電壓變化。順向電壓具有負溫度係數，意味著它會隨著溫度升高而降低。光譜分佈曲線確認了在940 nm處的峰值發射，且峰值波長本身會隨溫度輕微偏移。

3.2 光電晶體特性

重要曲線包括：集極暗電流 vs. 環境溫度（隨溫度呈指數增長）、集極電流 vs. 輻照度（顯示光電晶體對光強度的響應）、以及集極電流 vs. 集極-射極電壓。光譜靈敏度曲線顯示接收器對約800-900 nm的紅外線最為敏感，與LED的940 nm輸出波長良好匹配。

3.3 完整感測器（ITR）特性

這些圖表模擬了感測器在實際反射式設置中的行為。相對集極電流 vs. 距離曲線對於系統設計至關重要，它顯示了當感測器與反射表面（如蒸鍍鋁玻璃）之間的間隙增加時，輸出訊號如何衰減。另一條曲線顯示了當卡片移過感測器視野時輸出的變化，適用於邊緣或槽縫偵測。響應時間 vs. 負載電阻圖表有助於選擇合適的上拉電阻以優化速度。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

本元件採用緊湊型表面黏著封裝。規格書提供了詳細的尺寸圖，包含關鍵尺寸如總長、寬、高、引腳間距與焊墊尺寸。除非另有說明，所有公差通常為±0.1 mm。工程師必須參考這些精確的圖面進行PCB焊墊設計，以確保正確的焊接與機械對位。

4.2 極性辨識

封裝上包含標記或特定形狀以指示第1腳。組裝時的正確方向至關重要，因為反向連接可能損壞元件。接腳定義標明了紅外線LED的陽極與陰極，以及光電晶體的集極與射極。

5. 焊接、組裝與儲存指南

5.1 濕度敏感性與儲存

本元件的濕度敏感等級（MSL）為4級。關鍵處理指示包括：

• 在原廠密封防潮袋中的儲存壽命：在<40°C與<90% RH條件下為12個月。
• 開封後，若儲存在工廠條件（<30°C/60%RH）下，必須在72小時內完成貼裝，或儲存在乾燥環境（<20% RH）中。
• 若濕度指示卡（HIC）超過20% RH，則在進行迴焊前需要烘烤（例如，在125°C下烘烤24小時）。

5.2 迴焊條件

提供了建議的無鉛焊料迴焊溫度曲線。關鍵注意事項包括：

• 限制迴焊次數最多為兩次。
• 避免在加熱過程中對封裝施加機械應力。
• 防止焊接後PCB板翹曲。

5.3 維修

不建議在焊接後進行維修。若不可避免，應使用雙頭烙鐵同時加熱元件兩側，以最小化熱應力。必須事先評估對元件特性的潛在影響。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 包裝規格

標準包裝流程為：每捲1000顆，每箱15捲，每箱2盒。

6.2 載帶與捲盤尺寸

提供了載帶（口袋尺寸、間距）與捲盤（直徑、軸心尺寸）的詳細圖面，用於自動貼片機的程式設計。

6.3 標籤規格

包裝標籤包含客戶料號（CPN）、產品料號（P/N）、數量（QTY）與批號（LOT No.）等欄位，以供追溯。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

基本應用電路涉及將一個限流電阻與紅外線LED陽極串聯。光電晶體通常將其集極連接到一個上拉電阻（V_CC），射極接地。集極節點的電壓作為數位或類比輸出訊號。上拉電阻（R_L）的值會影響輸出電壓擺幅與響應時間，如規格書曲線所示。

7.2 設計考量

• 物體反射率：感測器的輸出（I_C(ON)）與目標表面的反射率成正比。高反射性材料（例如白色塑膠、金屬）提供強訊號，而深色或吸光材料則可能無法。
• 距離與對位：感測距離很短（通常為幾毫米）。感測器與目標路徑之間的精確機械對位對於穩定操作至關重要。
• 抗環境光能力：雖然接收器的光譜靈敏度截止了可見光，但強烈的環境紅外線光源（例如陽光、白熾燈泡）仍可能造成干擾。在此類環境中，可能需要光學遮罩或調變/解調變技術。
• 電氣雜訊：在雜訊環境中，建議在元件附近使用旁路電容並謹慎進行PCB佈局。

8. 技術比較與差異化

與更簡單的光電晶體或光二極體相比，ITR8307整合了發射器與接收器，簡化了光學設計與對位。相較於透射式感測器（需要物體阻斷分離元件之間的光束），反射式感測器允許更簡單的機械設計，僅需在物體的一側進行感測。其關鍵差異化特點在於其緊湊的SMD封裝、符合現代環保法規（無鉛、無鹵素），以及跨溫度範圍內均有完善記錄的性能。

9. 基於技術參數的常見問題（FAQ）

問：典型的感測距離是多少？

答：距離並非固定規格，而是取決於目標反射率與所需的輸出電流。對於標準反射表面，相對集極電流 vs. 距離圖表顯示訊號在超過1-2 mm後會顯著衰減。設計時應以最短的可靠距離為準。

問：我可以直接用電壓源驅動LED嗎？

答：不行。LED是電流驅動元件。您必須使用一個串聯的限流電阻，根據您的電源電壓（V_F）與LED的順向電壓（V_CC≈ 1.2V）來設定所需的順向電流（I_F）（例如20 mA）。限流電阻R_limit= (V_CC- V_F) / I_F.

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問：為什麼亮電流的範圍如此之廣（0.5至15.0 mA）？

答：此範圍考量了LED輸出功率與光電晶體靈敏度在正常製造過程中的變異。它也強調了此參數在應用中對特定反射目標與距離的高度依賴性。電路設計必須適應此範圍，通常使用具有可調閾值的比較器，而非依賴絕對的電流值。

問：如何解讀MSL 4等級？

答：MSL 4意味著封裝在暴露於標準工廠環境條件下72小時後，可能吸收足以造成損害的濕氣。為了避免在高溫迴焊過程中發生爆米花效應或分層，您必須遵循第5.1節中概述的嚴格儲存、處理與烘烤指南。

10. 實際應用範例

情境：印表機中的紙張偵測。

感測器可安裝在送紙路徑附近。在感測器位置的對面，於滾筒或固定表面上放置一條反射條。當沒有紙張時，紅外線光從反射條反射回接收器，產生高輸出（邏輯高電位）。當一張紙通過感測器與反射條之間時，它會阻擋或顯著減少反射光，導致輸出下降（邏輯低電位）。微控制器可以偵測此轉變，以確認紙張存在、偵測卡紙或計算頁數。快速的響應時間（20 μs）使其即使在高速送紙時也能進行偵測。

11. 工作原理_C本元件基於調變光反射的原理運作。內部的紅外線LED發射一束940 nm的紅外線光。此光線從封裝向外傳播。如果一個反射物體位於短距離內，並且在LED與光電晶體的視野範圍內，則部分發射光將被反射回來。NPN光電晶體充當光控電流源。當反射的紅外線光子撞擊其基極區域時，會產生電子-電洞對，有效地產生基極電流。此基極電流被電晶體的增益放大，從而產生更大的集極電流（I_C）。此集極電流的大小與反射光的強度成正比，而反射光強度又取決於目標物體的距離與反射率。透過監測I

（或負載電阻兩端的電壓），系統可以判斷物體的存在或接近程度。

12. 技術趨勢