ITR9707 光遮斷器規格書 - 尺寸 7.0x4.0x3.0mm - 順向電壓 1.2V - 峰值波長 940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ITR9707 是一款緊湊型光遮斷器模組，亦稱為光遮斷器或槽型感測器。它將一個紅外線發光二極體（IRED）與一個矽光電晶體整合在單一的黑色熱塑性塑膠外殼內。元件以並排方式配置於會聚的光軸上。其基本運作原理基於紅外線光束的中斷。在正常狀態下，光電晶體會接收位於同一處的紅外線LED所發出的輻射。當不透明物體通過發射器與偵測器之間的槽縫時，光路被阻斷，導致光電晶體的輸出狀態改變。這提供了一種可靠的非接觸式方法，用於偵測物體的存在、不存在或位置。

1.1 核心特色與優勢

• 快速響應時間：能夠偵測高速事件，典型的上升與下降時間為 15 微秒。
• 高靈敏度：矽光電晶體對紅外線照明提供強烈的電氣響應。
• 特定波長：採用峰值發射波長（λp）為 940nm 的紅外線LED，此波長位於可見光譜之外，可減少環境光的干擾。
• 環境法規符合性：本產品為無鉛設計，符合 RoHS 指令，並遵循歐盟 REACH 法規。

1.2 目標應用

此元件設計用於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邊緣偵測、通用型非接觸式開關，以及各種電子組件中的直接電路板安裝。

2. 技術規格與深入解讀

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（紅外線LED）：最大連續順向電流（IF）為 50 mA。最大逆向電壓（VR）為 5 V。在自由空氣溫度等於或低於 25°C 時，功率消耗（Pd）為 75 mW。
• 輸出端（光電晶體）：最大集極電流（IC）為 20 mA。集極-射極崩潰電壓（BVCEO）為 30 V。功率消耗（Pd）為 75 mW。
• 熱特性：操作溫度範圍（Topr）為 -25°C 至 +85°C。儲存溫度範圍（Tstg）為 -40°C 至 +85°C。
• 焊接：引腳焊接溫度（Tsol）不得超過 260°C，持續時間為 5 秒或更短，測量點距離封裝本體 3mm。

2.2 電氣-光學特性

這些是在 Ta=25°C 下測量的典型性能參數，定義了元件的運作行為。

• 輸入特性：紅外線LED的順向電壓（VF）在驅動電流（IF）為 20mA 時，典型值為 1.2V，最大值為 1.5V。在 VR=5V 時，逆向電流（IR）最大值為 10 µA。
• 輸出特性：集極暗電流（ICEO），即無光照時的漏電流，在 VCE=20V 時最大值為 100 nA。當光電晶體被驅動至飽和狀態時（IC=2mA，Ee=1mW/cm²），集極-射極飽和電壓（VCE(sat)）最大值為 0.4V。
• 轉換特性：此定義了輸入與輸出之間的關係。當紅外線LED以 IF=20mA 驅動，且光電晶體以 VCE=5V 偏壓時，保證導通狀態集極電流（IC(on)）至少為 0.5mA。此參數稱為電流轉換比（CTR），對於設計介面電路至關重要。
• 動態響應：在指定的測試條件下（VCE=5V，IC=1mA，RL=1kΩ），上升時間（tr）與下降時間（tf）的典型值均為 15 µs。這決定了最大切換頻率。

3. 性能曲線分析

3.1 紅外線LED特性

規格書提供了紅外線發射元件的典型曲線。順向電流 vs. 環境溫度圖表顯示了當環境溫度超過 25°C 時，最大允許順向電流如何降額，這對於熱管理至關重要。順向電流 vs. 順向電壓曲線說明了二極體的 IV 特性，對於選擇限流電阻至關重要。光譜靈敏度圖表確認了在 940nm 處的峰值發射以及發射頻寬。

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。它在近紅外線區域達到峰值，與配對紅外線LED的 940nm 輸出緊密匹配。這種光譜匹配最大化了靈敏度，並最小化了對不需要的環境光源的響應。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

ITR9707 採用標準的緊湊型封裝。關鍵尺寸包括整體本體寬度約 7.0mm、高度 4.0mm 以及深度 3.0mm。槽縫寬度決定了可偵測物體的尺寸，是一個關鍵尺寸。引腳間距標準化，適用於通孔 PCB 安裝。除非另有說明，所有尺寸公差通常為 ±0.3mm。

4.2 極性識別與安裝

元件具有標準的引腳配置，紅外線LED的陽極與陰極位於一側，光電晶體的射極與集極位於另一側。黑色外殼以及特定的引腳長度或封裝標記通常指示方向。在 PCB 佈局與組裝過程中必須注意正確的極性。

5. 焊接與組裝指南

5.1 引腳成型注意事項

如果需要彎曲引腳以便安裝，必須在焊接前進行。彎曲處距離環氧樹脂封裝本體底部不得少於 3mm，以避免傳遞應力導致外殼破裂或內部晶片損壞。彎曲時必須固定引腳，且操作應在室溫下進行。

5.2 建議焊接參數

• 手工焊接：烙鐵頭溫度不應超過 300°C（適用於最大 30W 烙鐵）。每個引腳的焊接時間應為 3 秒或更短。焊點必須距離環氧樹脂本體至少 3mm。
• 波峰焊/浸焊：預熱溫度最高應為 100°C，持續時間最長 60 秒。焊錫槽溫度不應超過 260°C，在波峰中的停留時間為 5 秒或更短。同樣，需與封裝保持至少 3mm 的最小距離。

建議遵循焊接溫度曲線，強調受控的升溫、峰值溫度平台期以及受控的冷卻，以防止熱衝擊。

5.3 焊接後處理

避免在元件因焊接仍處於高溫時施加機械應力或振動。讓其自然冷卻至室溫。浸焊或手工焊接不應重複超過一次。不建議對此元件進行超音波清洗。

6. 儲存與處理

對於超過標準 3 個月（自出貨日起算）保存期限的長期儲存，元件應儲存在氮氣環境的密封容器中，溫度為 10°C~25°C，相對濕度為 20%~60%。打開防潮包裝後，元件應在 24 小時內或盡快使用。必須避免在高濕度環境中溫度急劇變化，以防止冷凝，這可能導致後續焊接過程中發生腐蝕或其他損壞。

7. 包裝與訂購資訊

標準包裝配置為每管 78 個元件。四十二管裝入一個內盒，四個內盒裝入一個外箱。包裝上的標籤包含客戶料號（CPN）、製造商料號（P/N）、數量（QTY）、參考標示符（REF）以及用於追溯的批號（LOT No）等欄位。

8. 應用設計考量

8.1 典型電路配置

典型的應用電路涉及一個與紅外線LED陽極串聯的限流電阻。其阻值根據電源電壓（Vcc）、LED的順向電壓（VF ~1.2V）以及所需的順向電流（IF，例如 20mA）計算得出。光電晶體通常以開關模式使用，連接為下拉裝置，其集極接至 Vcc（如有需要可透過上拉電阻），射極接地。當光束未被中斷時（電晶體導通），集極節點的電壓為低電位；當光束被阻斷時（電晶體截止），則為高電位。

8.2 設計因素

• 物體偵測：此元件偵測在槽縫內完全阻斷紅外線光束的不透明物體。反射性或半透明材料可能無法觸發可靠的狀態變化。
• 抗環境光能力：940nm 波長與匹配的光譜響應提供了對常見可見環境光的良好抑制。然而，強烈的紅外線光源（例如陽光、白熾燈泡）可能造成干擾，對於關鍵應用可能需要光學屏蔽或調變/解調變技術。
• 響應速度：15 µs 的響應時間允許偵測相對高速移動的物體，適用於編碼器與速度感測器。
• 對準：內建的會聚光學結構簡化了對準，但 PCB 必須設計成讓引腳插入時無應力，且槽縫必須保持暢通無阻。

9. 技術比較與定位

ITR9707 代表了一種標準、經濟實惠的通孔安裝解決方案。其主要區別在於其特定的 940nm 波長（這是常見的業界標準）以及堅固的結構。與反射式感測器相比，遮斷器提供更可靠且一致的偵測，因為它們較不易受目標表面反射率變化的影響。與現代表面黏著元件相比，通孔封裝在承受振動或使用手動組裝的應用中提供了機械穩固性。

10. 常見問題（FAQ）

問：典型的操作距離或間隙是多少？

答：操作的間隙是指封裝內部的物理槽縫。此元件偵測任何進入並阻斷此內部槽縫的不透明物體。它不用於感測封裝外部遠處的物體。

問：我可以直接用電壓源驅動紅外線LED嗎？

答：不行。LED 是電流驅動元件。必須串聯一個限流電阻以防止過大電流損壞 LED，即使電源電壓看起來很低。

問：如何解讀 0.5mA 的最小 IC(on) 值？

答：這是在標準測試條件下（IF=20mA，VCE=5V）驅動輸入時，保證的最小輸出電流。即使實際元件處於此最低規格，您的電路設計也應能正常運作，確保在生產變異下的穩健性。

問：此感測器能抵抗陽光干擾嗎？

答：雖然 940nm 濾波有所幫助，但直射陽光含有大量的紅外線輻射，可能使感測器飽和。對於戶外使用或在非常明亮的室內環境中，建議增加光學屏蔽或電子濾波（例如調變光）。

11. 實際應用範例

範例 1：印表機卡紙偵測。將遮斷器安裝成讓紙張擋片或紙張本身通過其槽縫。當有紙張存在時，光束被阻斷，光電晶體截止。卡紙或缺紙狀態（無阻斷）會使電晶體導通，向微控制器發出信號。

範例 2：用於馬達速度的旋轉編碼器。附著在馬達軸上的開槽圓盤在遮斷器的兩臂之間旋轉。當每個槽縫通過時，光束交替地被中斷和允許通過，從而產生方波脈衝序列。此信號的頻率與馬達的轉速成正比。

12. 運作原理

ITR9707 基於透射光中斷的原理運作。紅外線光束由 GaAlAs LED 產生。此光束穿過裝置外殼內的一個小氣隙，並聚焦到矽 NPN 光電晶體的敏感區域上。光電晶體作為一個電流源；入射光子在其基極區域產生電子-電洞對，誘發基極電流，然後被電晶體的增益放大，產生更大的集極電流。當物體阻斷光束時，光子通量降至零，基極電流停止，集極電流降至其極低的暗電流水平。輸出電流的這種急劇變化被用作指示物體存在的數位信號。

13. 技術趨勢

光遮斷器在位置與運動感測中仍然是基礎元件。當前的趨勢包括開發用於自動化組裝的表面黏著元件（SMD）版本，其佔用面積更小、高度更低。此外，也有朝向在晶片上整合額外電路的趨勢，例如用於帶遲滯數位輸出的施密特觸發器、用於類比輸出的放大器，甚至是完整的編碼器邏輯。此外，封裝材料的進步旨在改善熱性能以及對電路板清洗製程的耐受性。然而，光學遮斷的核心原理因其簡單性、可靠性及非接觸特性而持續受到重視。