ITR8402-F-A 光遮斷器規格書 - 尺寸 4.0x2.0x3.0mm - 順向電壓 1.2V - 峰值波長 940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ITR8402-F-A 是一款專為非接觸式感測應用設計的緊湊型光遮斷器模組。它將一個紅外線發光二極體（IRED）與一個矽光電晶體整合在一個黑色熱塑性塑膠外殼內，並對準於同一條會聚光軸上。其基本工作原理是，在正常情況下，光電晶體會接收IRED發射的紅外線輻射。當不透明物體阻斷發射器與偵測器之間的光路時，光電晶體便停止接收訊號，從而實現物體偵測或位置感測。

此元件的關鍵特性包括快速響應時間、高靈敏度，以及940nm的峰值發射波長，此波長位於可見光譜之外，可最大程度減少環境光的干擾。該元件採用無鉛材料製造，並符合RoHS與歐盟REACH等相關環保法規。

2. 技術參數深入解析

2.1 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。不保證在此條件下運作。

• 輸入端（IRED）：在25°C或以下的自由空氣溫度下，功率消耗（Pd）為75 mW。最大逆向電壓（VR）為5V，最大順向電流（IF）為50 mA。
• 輸出端（光電晶體）：集極功率消耗（Pd）為75 mW。最大集極電流（IC）為20 mA。集極-射極電壓（BV_CEO）為30V，射極-集極電壓（BV_ECO）為5V。
• 環境條件：工作溫度（T_opr）範圍為-25°C至+85°C。儲存溫度（T_stg）範圍為-40°C至+85°C。導線焊接溫度（T_sol）不得超過260°C，持續時間5秒或更短，測量點距離封裝本體3mm。

2.2 電氣光學特性

這些參數是在環境溫度（T_a）為25°C下量測，定義了元件的典型性能。

• 輸入端（IRED）：在順向電流（I_F）為20mA時，典型順向電壓（V_F）為1.2V，最大值為1.5V。在V_R=5V時，逆向電流（I_R）最大值為10 µA。峰值波長（λ_P）為940nm。
• 輸出端（光電晶體）：在零輻照度且V_CEO=20V時，暗電流（I_CE）最大值為100 nA。在輻照度（E_{）為1 mW/cm²且集極電流（I}）為2mA時，集極-射極飽和電壓（V_CCE(sat)_e）最大值為0.4V。
• 傳輸特性：當V_=5V且I=20mA時，最小集極電流（I_CEC(ON)_F）為0.5 mA。在V_r=5V、I_f=1mA、負載電阻（R_CE）為1 kΩ的測試條件下，典型上升時間（t_C）與下降時間（t_L）均為15 µs。

3. 性能曲線分析

規格書提供了紅外線發射器與光電晶體的典型特性曲線。這些曲線對於理解元件在不同條件下的行為至關重要。

3.1 紅外線發射器特性

曲線圖示了順向電流與順向電壓之間的關係，這對於設計驅動電路至關重要。它們也顯示了集極功率消耗隨環境溫度升高而降額的情況，這對熱管理至關重要。光譜靈敏度曲線確認了940nm的峰值發射。

3.2 光電晶體特性

光電晶體的光譜靈敏度曲線顯示了其在不同波長下的響應度，其峰值靈敏度通常與紅外線發射器的940nm輸出波長對齊，確保了最佳的耦合效率。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

ITR8402-F-A 採用緊湊的業界標準封裝。關鍵尺寸包括整體本體尺寸、引腳間距以及光學孔徑的位置。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.3 mm。引腳間距是在引腳從封裝本體伸出的位置進行測量。

4.2 極性識別

此元件設計用於通孔安裝。在PCB佈線與組裝過程中，必須仔細觀察引腳配置，以確保IRED的陽極、陰極以及光電晶體的集極、射極正確連接。

5. 焊接與組裝指南

5.1 引腳成型

如果需要進行引腳成型，必須在焊接前進行。彎曲處應距離環氧樹脂封裝底部至少3mm，以避免應力造成的損壞。彎曲時必須固定引腳，且不應觸碰或對封裝本體施加壓力。引腳切割應在室溫下進行。

5.2 焊接製程

必須小心進行焊接，以防止熱損傷或機械損傷。

• 手工焊接：烙鐵頭最高溫度為300°C（適用於最大額定功率30W的烙鐵）。每個引腳的焊接時間不應超過3秒。焊點與環氧樹脂球體之間需保持至少3mm的距離。
• 波峰焊/浸焊：最高預熱溫度為100°C，持續時間最長60秒。焊錫槽溫度不應超過260°C，停留時間最長5秒。同樣適用距離環氧樹脂球體3mm的規則。

規格書提供了建議的焊接溫度曲線，強調了受控的升溫速率、定義的峰值溫度平台期以及受控的冷卻階段。不建議快速冷卻。焊接（浸焊或手工焊）不應進行超過一次。焊接後，在元件恢復至室溫前，應保護其免受機械衝擊。

5.3 清潔與儲存

禁止對組裝後的元件進行超音波清洗，因為這可能導致內部損壞。儲存時，元件應保存在10-30°C、相對濕度70%或更低的環境中。在原廠出貨包裝內的建議儲存壽命為3個月。如需更長時間儲存，建議使用10-25°C、相對濕度20-60%的氮氣環境。一旦開封，應在24小時內使用，剩餘元件應立即重新密封。

6. 包裝與訂購資訊

標準包裝規格為每管90個元件，每箱48管，每箱4盒。包裝標籤包含客戶料號（CPN）、料號（P/N）、包裝數量（QTY）、等級（CAT）、參考（REF）和批號（LOT No）等欄位。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

ITR8402-F-A 非常適合各種非接觸式感測與開關應用，包括但不限於：電腦滑鼠與影印機中的位置感測、掃描器與軟碟機中的紙張偵測、印表機中的邊緣偵測，以及通用物體偵測。其通孔封裝使其適用於廣泛的消費性與工業電子產品中的直接電路板安裝。

7.2 設計考量

使用此光遮斷器進行設計時，以下幾個因素至關重要：

• 電路設計：必須為IRED串聯限流電阻，以確保其工作在指定的順向電流（I_F）範圍內。光電晶體輸出端通常需要一個上拉電阻，以在光束未被遮斷時定義邏輯高電平。
• 機械整合：PCB上的孔位必須與元件引腳精確對齊，以避免安裝應力。發射器與偵測器之間的槽口必須保持暢通，避免阻塞與污染。
• 熱管理：必須考慮IRED與光電晶體的功率消耗，特別是在高環境溫度的應用中。請參考降額曲線以獲得指引。
• 抗環境光能力：雖然940nm波長與外殼提供了一定的抗干擾能力，但將系統設計在受控的光環境中運作，或使用調變的紅外線訊號配合同步偵測，可以增強在惡劣條件下的可靠性。

8. 技術比較與差異化

ITR8402-F-A 在速度、靈敏度與尺寸之間取得了平衡。其15µs的快速響應時間使其適用於需要快速偵測的應用，例如編碼器或高速計數。高靈敏度使其即使在較低的驅動電流或灰塵較多的環境中也能可靠運作。與更專業或反射式感測器相比，這種採用標準封裝、並排會聚光軸的設計，為許多常見的感測需求提供了經濟高效的解決方案。

9. 常見問題（FAQ）

9.1 典型的感測距離或間隙是多少？

規格書並未指定最大感測間隙。此參數在很大程度上取決於施加於IRED的電流、特定光電晶體的靈敏度、所需的輸出訊號擺幅，以及遮斷物體的特性（不透明度、尺寸）。需針對每個應用進行實測確定。

9.2 我可以在陽光下使用此感測器嗎？

陽光直射含有大量的紅外線輻射，可能使光電晶體飽和，導致運作不可靠。對於戶外或高環境光的應用，強烈建議增加遮罩、光學濾波，或使用調變紅外線訊號配合同步偵測。

9.3 為何上升/下降時間是使用1kΩ負載來指定？

光電晶體的開關速度受其接面電容與負載電阻形成的RC時間常數影響。使用標準負載（1 kΩ）來指定，可以讓不同元件之間進行一致的比較。使用不同的負載電阻將會改變實際的上升與下降時間。

10. 實務設計與使用案例

10.1 案例研究：印表機卡紙偵測

在此應用中，沿著紙張路徑放置多個 ITR8402-F-A 感測器。紅外線光束通常會被紙張的存在所遮斷。當光束在兩個感測器之間預期的傳輸時間過後仍保持暢通（光電晶體導通），或在不應有紙張的感測器處被遮斷（光電晶體截止）時，即偵測到卡紙。快速的響應時間確保了及時偵測，防止損壞。

10.2 案例研究：用於馬達速度控制的旋轉編碼器

一個附著在馬達軸上的開槽圓盤在 ITR8402-F-A 的發射器與偵測器之間旋轉。當槽口通過光束時，它們會從光電晶體產生脈衝輸出。這些脈衝的頻率與馬達的轉速成正比。15µs的響應時間使其即使在高速RPM下也能進行精確的速度測量。

11. 工作原理

光遮斷器（或稱光遮斷器）是一個自成一體的元件，將一個紅外線光源和一個光偵測器整合在單一封裝內，兩者隔著一個物理間隙相對。IRED被施加順向偏壓以發射不可見的紅外線光。位於對面的光電晶體則作為一個光控開關。當沒有光照射到它時（暗電流極小），其集極-射極電阻非常高（處於截止狀態）。當紅外線光照射到其基極區域時，會產生電子-電洞對，有效地偏壓電晶體，使顯著的集極電流得以流通，將其導通。放置在間隙中的物體會阻擋光線，使光電晶體截止。這個數位化的導通/截止訊號即用於偵測。

12. 技術趨勢

光遮斷器的核心技術已相當成熟，但趨勢集中在微型化（更小的SMD封裝）、針對資料傳輸應用的更高速度，以及在封裝內整合額外電路（例如施密特觸發器或放大器），以提供更乾淨的數位輸出訊號並提高抗雜訊能力。此外，針對電池供電的物聯網裝置，也有朝向更低工作電流的趨勢。使用調變光偵測來抑制環境光的原理，仍然是穩健的工業與汽車應用的關鍵發展領域。