如何給光電傳感器確定合理的輻射強度與集電極電流？
光電傳感器的輸出電流是光電傳感器非常關鍵的一個性能參數(shù)。光電傳感器的輸出電流不只與發(fā)射器輻射強度和接納器集電極電流的大小、發(fā)射器與接納器之間的間隔或角度、發(fā)射器與接納器前槽孔的大小等設計參數(shù)有關，還與元件及外殼的制造工藝控制、裝配過程的工藝控制、測試過程等有關。在剖析設計與制造過程中影響光電傳感器輸出電流要素的根底上，提出了包括合理肯定發(fā)射器和接納器的輻射強度與集電極電流、增強消費與制造過程工藝控制、分等級匹配等進步產品良品率的措施。
光電傳感器普遍應用于消費過程自動化、辦公自動化設備、醫(yī)療器械、光控玩具等行業(yè)，且不時在一些新的研討范疇中得以應用，如智能車自動尋跡系統(tǒng)、臨床醫(yī)學檢測、焊縫自動跟蹤系統(tǒng)、軍事配備、能源應用系統(tǒng)等。常用的光電傳感器有槽型光電傳感器（Transmissive Optical Sensor）、反射型光電傳感器（Reflective Optical Sensor）等。槽型和反射型光電傳感器均由發(fā)光器件即發(fā)射器（Emitter）和光接納器件即接納器（Detector）組裝而成。槽型光電傳感器將發(fā)射器與接納器隔開一定間隔裝置在外殼中，發(fā)射器發(fā)射的紅外或可見光經過外殼的槽縫抵達接納器，用以檢測發(fā)射器與接納器之間能否有物體遮擋。反射型光電傳感器則將發(fā)射器與接納器按某一角度裝置在外殼中，用以檢測傳感器前能否有反射介質或反射介質的類型。光電傳感器的根本特性包括輸出電流與接納器兩端電壓之間的關系曲線、輸出電流與發(fā)射器輸入電流之間的關系曲線、輸出電流隨溫度變化的關系曲線、脈沖響應特性曲線等。雖然從工作原理上槽型和反射型光電傳感器都并不復雜，但要設計與制造一款滿足請求、性能穩(wěn)定、牢靠性好、本錢合理的光電傳感器亦并非易事，更何況有些應用場所對傳感器性能參數(shù)的請求非常苛刻。本文從設計與制造角度討論影響光電傳感器輸出電流的要素，并提出進步傳感器消費制造過程良品率的一些相應措施。
1發(fā)射器與接納器的選取
光電傳感器的輸出電流ICON是光電傳感器一個非常關鍵的參數(shù)。對槽型光電傳感器而言，在給定條件下，ICON不只與發(fā)射器輻射強度Ee、接納器集電極電流IC有關，還和發(fā)射器與接納器的間隔以及發(fā)射器與接納器前槽縫的寬度有關。圖1為側面發(fā)光發(fā)射器與側面受光接納器之間間隔改動時，發(fā)射器電流10 mA時丈量得到的接納器集電極電流IC隨間隔的變化曲線。間隔越大，相同條件下接納器集電極電流IC就越小。而發(fā)射器與接納器前槽縫的寬度越大，相同條件下光電傳感器的輸出電流ICON就越大。在槽型光電傳感器設計過程中，發(fā)射器輻射強度與接納器集電極電流應分離發(fā)射器與接納器之間的間隔，以及槽縫寬度停止選取。
對反射型光電傳感器而言，在給定條件下，ICON不只與發(fā)射器輻射強度Ee、接納器集電極電流IC有關，還與傳感器與反射面之間的間隔以及發(fā)射器與接納器之間的角度有關。在反射型光電傳感器設計過程中，發(fā)射器輻射強度與接納器集電極電流應分離傳感器與反射面之間的間隔以及發(fā)射器與接納器之間的角度停止選取。
2工藝與制造過程的影響
普通而言，高的發(fā)射器輻射強度Ee與高的接納器集電極電流IC裝配組成的光電傳感器，其輸出電流ICON也較高；反之亦然。但由于工藝、測試及制造過程中的變差，例外的狀況也不少。圖2中的樣品6與樣品10，雖然兩者的發(fā)射器輻射強度Ee接近，樣品10的接納器集電極電流IC高于樣品6的IC，但樣品10的輸出電流ICON卻要低于樣品6的ICON；樣品8與樣品13的發(fā)射器輻射強度Ee與接納器集電極電流IC都相近，但樣品8的輸出電流ICON卻高許多；同樣，樣品1與樣品5的發(fā)射器輻射強度Ee與接納器集電極電流IC都相近，但樣品5的輸出電流ICON卻要低很多。形成這種狀況的影響要素有許多，主要包括塑料外殼注塑過程中惹起的尺寸變差、傳感器組裝過程中惹起的變差、發(fā)射器輻射強度在空間散布的變化以及測試過程中形成的誤差等。
（1）外殼尺寸變差。槽型和反射型光電傳感器絕大多數(shù)的外殼采用塑料外殼，模具加工制造、注塑件的注塑以及冷卻過程都會惹起同一尺寸在不同塑料外殼之間的變化，這包括槽型光電傳感器發(fā)射器與接納器前槽縫寬度的變化、外殼上用于裝置發(fā)射器與接納器局部之間間隔的變化，反射型光電傳感器發(fā)射器與接納器前孔尺寸的改動、外殼上用于裝置發(fā)射器與接納器局部之間角度的變化等。這些尺寸的變化將惹起傳感器輸出電流的變化。
（2）裝配過程中產生的變差。槽型和反射型光電傳感器中發(fā)射器、接納器與外殼間的裝配與固定需求經過一定的工藝來完成，如槽型光電傳感器，對一些外殼資料可經過熱壓的方式將發(fā)射器和接納器與外殼固定。在裝配過程中，對槽式光電傳感器，發(fā)射器透鏡的光軸并不能保證與接納器透鏡光軸在同一條線上，一些產品偏離設計請求小一些，而另一些則偏離大一些；同樣，對反射型光電傳感器，發(fā)射器透鏡的光軸與接納器透鏡光軸的交點也不可能都如設計所請求正好位于反射物的外表上，有些產品的交點靠前，而另一些則可能靠后一些。這些裝配過程中的變差也會惹起傳感器輸出電流的變化。
（3）發(fā)射器輻射強度及其空間散布上的變化晶片位置對發(fā)射器輻射強度及在空間散布有影響。在設計條件下，晶片位于發(fā)射器透鏡的中心線上。但在發(fā)射器的消費制造過程中，固晶（die_attach）和封膠（encapsulation）這兩道工序都可能使晶片偏離中心線，而封膠過程形成的偏離普通會更大。圖3為同一晶圓（wafer）不同批次（lot）發(fā)射器輻射強度的散布。由圖可見，批次1輻射強度在0.07～0.08 mW/10°范圍內發(fā)射器的比例為34.2%，而批次2輻射強度在相同范圍內的比例為41.8%。由于發(fā)射器輻射強度的測試與發(fā)射器在光電傳感器中的運用條件普通并不相同，輻射強度在空間散布的變化有可能招致在相同條件下，裝配測試得到的高輻射強度發(fā)射器的光電傳感器，其輸出電流反而比裝配測試得到的低輻射強度發(fā)射器的光電傳感器低。另外，通常狀況下用于填充反射杯和掩蓋晶片的硅膠的折射率與封膠用的環(huán)氧樹脂（epoxy）的折射率非常接近，故硅膠與環(huán)氧樹脂接壤面的外形對發(fā)射器的輻射強度散布的影響很小。但若兩者有一定差異，則接壤面的外形會對發(fā)射器的輻射強度散布產生影響，這種狀況下控制點膠工序中所用硅膠的量相同或相近非常重要，以便使不同發(fā)射器硅膠與環(huán)氧樹脂接壤面的外形堅持分歧，防止由此惹起發(fā)射器輻射強度在空間散布的變化。
（4）測試誤差。在發(fā)射器與接納器測試過程中，由于機臺、測試人員不同，會招致測試結果的變差。圖4為3位測試人員在同一機臺測試相同的三個接納器樣品得到的結果。由圖可見，樣品2不同集電極電流測試值之間的較大差值以至略高于0.5 mA.測試誤差與機臺的丈量精度、測試過程中用于固定元件的夾具的精度等有關。
3進步產品良品率的措施
（1）合理肯定光電傳感器輸出電流的范圍。依據應用場所的不同，光電傳感器輸出電流的范圍有寬有窄。對輸出電流的范圍有較高請求的應用場所，需合理肯定范圍，過高的請求會招致產品良品率的降落，招致本錢增加。
（2）樣品應具代表性。在樣品制造階段，應從不同消費批次中抽取發(fā)射器和接納器來組裝傳感器樣品，從而在設計階段對一個批次中可用的發(fā)射器和接納器的比例有正確的估量，防止批量消費時良品率偏低。
（3）工藝與制造過程的控制。外殼尺寸的變化、裝配中發(fā)射器與接納器的固定、晶片位置的變化以及測試誤差都會招致傳感器輸出電流的變化，嚴厲控制外殼注塑工藝過程、傳感器的裝配過程、發(fā)射器與接納器的制造過程，是進步傳感器良品率的必要條件。另外，發(fā)射器與接納器測試前都應采用規(guī)范元件對測試機臺停止校準。
（4）分等級匹配。若光電傳感器輸出電流的范圍請求比擬窄，可思索將同一批次的發(fā)射器或接納器按輻射強度或集電極電流分紅兩至三個等級，高輻射強度發(fā)射器與低集電極電流接納器相匹配，或低輻射強度發(fā)射器與高集電極電流接納器相匹配，以進步同一批次中可用發(fā)射器和接納器的比例。在特定狀況下，如外殼本錢較高，以至可思索增加返工工序，交換不合格產品中的發(fā)射器或接納器，使其滿足對輸出電流的請求。
4結論
大多數(shù)應用場所對光電傳感器的輸出電流的范圍有一定請求，有些場所的請求還很苛刻，如何合理肯定發(fā)射器的輻射強度與接納器的集電極電流，以及光電傳感器的其他一些設計參數(shù)，是光電傳感器設計與研發(fā)中的一個關鍵。同時，發(fā)射器與接納器制造過程中的一些變差、外殼注塑及裝配過程中的變差、測試誤差等都會影響光電傳感器的輸出，需求對這些工藝及制造過程停止嚴厲控制。對輸出電流請求苛刻的光電傳感器，在制造過程中，還可思索將接納器與發(fā)射器按輻射強度與集電極電流停止分等級匹配，以進步產品良品率。
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