ITR9606-F 光遮斷器規格書 - 封裝尺寸 4.0x3.2x2.5mm - 順向電壓 1.2V - 峰值波長 940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ITR9606-F 是一款緊湊型、並排式反射型光遮斷器模組。它將一個紅外線發射二極體 (IRED) 和一個矽光電晶體整合在單一黑色熱塑性塑膠外殼內。元件安裝在會聚的光軸上。其基本工作原理是光電晶體偵測IRED發出的輻射。當不透明物體阻斷發射器與偵測器之間的光路徑時，光電晶體的輸出狀態會改變，從而實現非接觸式感測與開關功能。

1.1 核心功能與優勢

• 快速響應時間：適用於編碼器、速度感測器等需要高速偵測的應用。
• 高靈敏度：矽光電晶體即使在低紅外線強度下也能提供可靠的訊號偵測。
• 特定波長：峰值發射波長 (λp) 為 940nm，屬於近紅外線光譜，能將環境可見光的干擾降至最低。
• 環保合規：產品為無鉛設計，符合 RoHS 指令，並遵循歐盟 REACH 法規。
• 緊湊設計：整合式並排封裝為 PCB 安裝提供了節省空間的解決方案。

1.2 目標應用

此光遮斷器專為各種非接觸式感測與位置偵測應用而設計，包括但不限於：

• 電腦滑鼠與影印機中的位置感測。
• 掃描器與印表機中的紙張偵測與邊緣感測。
• 軟碟機及其他媒體驅動器中的磁碟存在偵測。
• 通用非接觸式開關。
• 消費性電子產品與工業控制中的直接電路板安裝。

2. 深入技術參數分析

本節提供對裝置電氣與光學規格的詳細、客觀解讀。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限。不保證在此條件下運作。

• 輸入端 (IRED)：
  • 功率消耗 (Pd)：75 mW（在 25°C 或以下）。環境溫度較高時需要降額使用。
  • 逆向電壓 (VR)：5 V。超過此值可能損壞 LED 接面。
  • 順向電流 (IF)：50 mA。為了可靠的長期運作，連續直流電流通常應限制在 20mA。
• 輸出端 (光電晶體)：
  • 集極功率消耗 (Pd)：75 mW。
  • 集極電流 (IC)：20 mA。
  • 集極-射極電壓 (BV_CEO)：30 V。
  • 射極-集極電壓 (BV_ECO)：5 V。
• 溫度極限：
  • 工作溫度 (T_opr)：-25°C 至 +85°C。
  • 儲存溫度 (T_stg)：-40°C 至 +85°C。
  • 接腳焊接溫度 (T_sol)：最高 260°C，持續時間最長 5 秒，測量點距離封裝本體 3mm。

2.2 電氣光學特性

在 T_a= 25°C 下量測，這些參數定義了裝置在正常工作條件下的典型性能。

• 輸入端 (IRED) 特性：
  • 順向電壓 (V_F)：典型值 1.2V，在 I_F=20mA 時最大值為 1.5V。這對於設計 LED 的限流電路至關重要。
  • 逆向電流 (I_R)：在 V_R=5V 時最大值為 10 μA。
  • 峰值波長 (λ_P)：940 nm。此紅外線波長人眼不可見，有助於降低光學雜訊。
• 輸出端 (光電晶體) 特性：
  • 暗電流 (I_CEO)：在 V_CE=20V、零照度 (E_e=0) 下最大值為 100 nA。這是感測器被阻擋時的漏電流。
  • 集極-射極飽和電壓 (V_CE(sat))：在 I_C=2mA 且輻照度為 1mW/cm² 時最大值為 0.4V。較低的 V_CE(sat)對於數位開關應用更為有利。
  • 集極電流 (I_C(ON))：在 V_CE=5V 且 I_F=20mA 時，範圍從最小值 0.5mA 到最大值 10mA。此寬範圍表示靈敏度可能存在單元間差異。
• 動態響應：
  • 上升時間 (t_r) 與下降時間 (t_f)：在指定測試條件下 (V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ)，典型值各為 15 μs。這定義了最大切換頻率能力。

3. 性能曲線分析

圖形數據提供了在不同條件下裝置行為的更深入見解。

3.1 紅外線發射器特性

規格書包含紅外線發射器元件的典型曲線。

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I_F-V_F曲線)：此指數曲線是二極體的標準曲線。在 I_F=20mA 的典型工作點，V_F約為 1.2V。該曲線有助於熱管理分析，因為 V_F具有負溫度係數。
• 光譜分佈：確認峰值發射在 940nm，並顯示 GaAlAs LED 典型的半高全寬 (FWHM)，在可見光譜中的發射極少。

3.2 光電晶體特性

• 光譜靈敏度：矽光電晶體在近紅外線區域具有峰值靈敏度，與配對 IRED 的 940nm 發射波長緊密匹配。這種對齊最大化了耦合效率與訊噪比。
• 集極功率消耗 vs. 環境溫度：這是一條降額曲線，顯示當環境溫度超過 25°C 時，最大允許功率消耗會線性下降。這對於高溫環境下的可靠性計算至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

ITR9606-F 具有緊湊的矩形外殼。

• 整體尺寸：長度約 4.0mm，寬度約 3.2mm，高度約 2.5mm（不含接腳）。
• 接腳間距：標準接腳間距為 2.54mm (0.1 英吋)，與常見的 PCB 佈局相容。
• 接腳形式：接腳設計用於通孔安裝。尺寸圖指定了連接桿的位置和建議的彎折點。
• 公差：除非另有說明，尺寸公差為 ±0.3mm。

4.2 極性辨識與安裝

黑色外殼有助於防止內部光學串擾。元件並非完全對稱；規格書圖示標明了發射器與偵測器側的位置。正確的方向對於會聚光軸按預期運作至關重要。PCB 焊盤必須與接腳位置精確對齊，以避免焊接時對環氧樹脂本體造成機械應力。

5. 焊接與組裝指南

正確的操作對於保持裝置完整性與性能至關重要。

5.1 接腳成型說明

• 彎折必須在距離環氧樹脂封裝本體底部大於 3mm 的位置進行。
• 接腳成型必須在焊接過程之前完成。
• 彎折時必須牢固固定引線框架，並避免對環氧樹脂本體施加應力，以防止破裂或內部損壞。
• 接腳切割應在室溫下進行。

5.2 建議焊接參數

• 手工焊接：烙鐵頭溫度最高 300°C（適用於 30W 烙鐵），每個接腳焊接時間最長 3 秒。保持焊點到環氧樹脂本體的最小距離為 3mm。
• 波峰焊/浸焊：預熱溫度最高 100°C（持續時間最長 60 秒）。焊錫槽溫度最高 260°C，停留時間最長 5 秒。遵守 3mm 距離規則。
• 重要注意事項：
  • 避免在裝置高溫時對接腳施加應力。
  • 不要進行超過一次的浸焊/手工焊接。
  • 在裝置冷卻至室溫前，保護其免受機械衝擊。
  • 請勿使用超音波清洗方法。

5.3 儲存條件

• 短期 (≤3 個月)：儲存在 10-30°C，相對濕度 (RH) ≤70%。
• 長期 (≥3 個月)：儲存在氮氣環境的密封容器中，溫度 10-25°C，相對濕度 20-60%。
• 開封後：盡可能在 24 小時內使用裝置。剩餘元件儲存在 10-25°C，相對濕度 20-60%，並立即重新密封包裝袋。
• 避免在潮濕環境中溫度劇烈變化，以防止凝結。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 包裝規格

• 每管 90 個。
• 每盒 48 管。
• 每箱 4 盒。

6.2 標籤資訊

包裝標籤包含用於追溯的標準欄位：客戶料號 (CPN)、製造商料號 (P/N)、數量 (QTY)、等級 (CAT)、參考 (REF) 和批號 (LOT No.)。

7. 應用設計考量

7.1 典型電路配置

基本的應用電路涉及一個與 IRED 陽極串聯的限流電阻。光電晶體通常在其集極連接一個上拉電阻，形成共射極配置。輸出從集極取出，當偵測到紅外線光時（物體不存在）輸出會被拉低，當光路徑被阻斷時（物體存在）輸出為高電位。上拉電阻的值和 IRED 電流將決定輸出電壓擺幅和響應速度。

7.2 設計與佈局最佳實務

• 光路徑：確保待偵測物體能乾淨地通過發射器與偵測器之間的槽縫。考慮物體的尺寸、反射率和速度。
• 抗環境光能力：雖然 940nm 濾波器和外殼提供了一些保護，但設計系統以調變 IRED 電流並在接收器電路中使用同步偵測，可以大大增強對環境光和電氣雜訊的抗干擾能力。
• 熱管理：遵守功率降額曲線。在高環境溫度或高工作週期的應用中，應相應降低工作電流 (I_F)。
• 機械安裝：將裝置牢固地固定在 PCB 上，以最小化振動，振動可能影響可靠性。確保沒有應力通過接腳傳遞到封裝體。

8. 技術比較與差異化

ITR9606-F 屬於常見的側視型光遮斷器類別。其主要差異點包括其特定的 940nm 波長配對、典型的 15μs 響應時間以及緊湊的通孔封裝。與具有物理間隙的穿透式感測器相比，這種反射式並排配置允許零間隙物體偵測，但有效感測距離可能稍短，並且對目標物體的反射率可能更敏感。

9. 常見問題 (FAQ)

9.1 基於技術參數

問：此遮斷器的典型感測距離或間隙是多少？

答：規格書未指定最大感測間隙。這高度依賴於 IRED 驅動電流、光電晶體增益以及目標物體的反射率/尺寸。它專為近距離或直接阻斷內部光路而設計，而非遠距離偵測。

問：為什麼集極電流 (I_C(ON)) 的指定範圍如此寬廣 (0.5mA 至 10mA)？

答：此範圍考慮了光耦合器電流傳輸比 (CTR) 的自然變化，CTR 是光電晶體輸出電流與 IRED 輸入電流的比值。設計電路時應確保在指定的最小 I_C(ON)下也能可靠工作，以確保所有生產單元的功能性。

問：我可以用高於 20mA 的脈衝電流驅動 IRED 嗎？

答：連續順向電流的絕對最大額定值為 50mA。雖然短時間脈衝高於 20mA 可能可行，但平均功率消耗不得超過額定的 75mW，需考慮工作週期和環境溫度。超過額定值有縮短使用壽命或立即失效的風險。

10. 實際應用範例

10.1 印表機紙張偵測

在印表機紙匣中，可以安裝 ITR9606-F，使紙疊位於發射器與偵測器之間的光路徑中。當有紙張時，它將紅外線光反射到光電晶體，指示已裝紙。當紙匣為空時，缺乏反射表面會導致光電晶體輸出狀態改變，觸發紙張不足警報。快速的響應時間即使在紙張快速進紙時也能進行偵測。

10.2 馬達轉速旋轉編碼器

附著在馬達軸上的開槽圓盤可以通過感測器的偵測區域。當槽縫和輻條交替通過時，它們會阻斷紅外線光束，在光電晶體輸出端產生數位脈衝序列。此訊號的頻率與馬達轉速成正比。15μs 的響應時間根據槽縫密度設定了最大可解析速度的上限。

11. 工作原理

ITR9606-F 基於調變紅外線光反射的原理運作。內部 IRED 發射 940nm 的光。在其預設狀態（無目標物體）下，此光從外殼的內部結構或預設背景反射，並被同位置的光電晶體偵測到，使其導通。當物體進入感測區域時，它會改變此反射光路徑——通常是吸收或散射紅外線光——導致光電晶體接收到的輻照度及其輸出電流可測量地下降。此輸出變化被用作指示物體存在或位置的數位或類比訊號。

12. 技術趨勢

像 ITR9606-F 這樣的光遮斷器代表了一種成熟、可靠的技術。該領域當前的趨勢集中在幾個方面：

• 微型化：開發更小的表面黏著元件 (SMD) 封裝，以節省現代電子產品中的 PCB 空間。
• 整合化：將額外電路（如施密特觸發器、放大器或邏輯輸出）整合到感測器封裝中，以簡化外部設計並提高抗雜訊能力。
• 性能提升：為高速應用改進響應時間，並提高靈敏度以便使用更低的驅動電流來節省電力。
• 專業化：為汽車或工業自動化等特定市場領域，創造具有不同波長、感測距離或輸出類型（數位、類比）的變體。

儘管有這些趨勢，基本的並排反射式設計對於無數的接近與位置感測應用來說，仍然是一種經濟高效且穩健的解決方案。