ZHCAE54 June 2024 OPT3007 , OPT4001 , OPT4001-Q1
引言
德州儀器 (TI) 于 2009 年率先推出了采用晶圓芯片級封裝（稱為 PicoStar）的 IC。PicoStar 催生了大量不同產(chǎn)品，這些產(chǎn)品適用于空間受限環(huán)境，同時保持客戶所期待的高性能水平。隨著這一專有封裝技術(shù)在全公司范圍內(nèi)的推廣，德州儀器 (TI) 于 2016 年率先發(fā)布了采用 PicoStar 方案的環(huán)境光傳感器 OPT3006，隨后陸續(xù)推出了 OPT3007 和 OPT4001。將這種小尺寸光傳感器整合到工業(yè)、汽車和商業(yè)產(chǎn)品中，大有裨益。本應(yīng)用簡報將討論采用 PicoStar 封裝的 TI 光傳感器的優(yōu)勢和用例。
市場趨勢
除了個人電子產(chǎn)品和工業(yè)市場開始采用更時尚的顯示屏外，汽車行業(yè)也出現(xiàn)了車載顯示屏數(shù)量激增的現(xiàn)象，包括音響主機、中心信息顯示屏、乘客顯示屏和后座娛樂系統(tǒng)。在設(shè)計現(xiàn)代儀表板和信息娛樂系統(tǒng)時，采用 PicoStar 封裝的 TI 汽車級光傳感器可以帶來更大的靈活性。在現(xiàn)代車輛中，出現(xiàn)了一種趨勢，即在儀表板上配備多個顯示屏，或者采用一個從駕駛員一側(cè)一直延伸到乘客一側(cè)的連續(xù)大屏。對于此類顯示屏而言，局部傳感器對于提升用戶體驗至關(guān)重要，因此采用 PicoStar 封裝的 TI 汽車級光傳感器成為相關(guān)設(shè)計的理想選擇。
小尺寸
使用 PicoStar 器件時最明顯的優(yōu)勢是 XY 尺寸和 Z 尺寸均較小。YMF 封裝（OPT3006、OPT3007）的長寬尺寸為 0.856mm x 0.946mm，而 YMN 封裝 (OPT4001) 的長寬尺寸為 1.05mm x 0.84mm，兩者都為小面積應(yīng)用提供了靈活性。這對于光傳感器來說極為重要，因為現(xiàn)代顯示屏的布局空間非常受限。大多數(shù)現(xiàn)代顯示器、手機、平板電腦和筆記本電腦都有極窄邊框甚至無邊框，這一點限制了光傳感器的放置位置。對于這些應(yīng)用來說，光傳感器非常重要，而 PicoStar 封裝正好能夠安裝在相鄰顯示屏之間的細小縫隙中。
封裝高度是另一個不容忽視的重要因素。PicoStar 封裝的高度僅為 0.22mm，因此可呈現(xiàn)超薄的光傳感器。除了電路板上的 XY 空間外，高度也很重要，因為 LCD 面板的照明電路板會限制顯示屏附近的體積空間。采用 PicoStar 封裝的光傳感器需要在柔性 PCB 上采用朝下組裝的實施方案，這樣就可以將器件放置在更靠近顯示屏的位置，并可安裝在狹小的空間內(nèi)。
朝下組裝
另一個需要強調(diào)的優(yōu)點是該器件需要采取獨特的組裝方式。TI 的 PicoStar 光傳感器的感光區(qū)域朝下，而不是傳統(tǒng)的朝上。截至本文發(fā)布時，該傳感器是唯一量產(chǎn)的朝下的光傳感器。得益于這一特性，柔性 PCB 可以直接附著到蓋板玻璃上，從而維持較高的基礎(chǔ)性能。此外，由于無需增加光學(xué)屏蔽層和護罩，有助于避免產(chǎn)生額外成本，進而降低整體系統(tǒng)級成本。
圖 1 和圖 2 展示了 PicoStar 封裝置于系統(tǒng)中的外觀情況，其中包括側(cè)視圖和頂視圖。
圖 1 顯示了 TI 的 PicoStar 封裝光傳感器 (OPT) 相對于蓋板玻璃、顯示屏堆疊、背板和外殼的放置位置（沒有按比例顯示）。該傳感器通過柔性 PCB (FPCB) 與顯示屏堆疊相連，而 FPCB 上有一個切孔用于露出傳感器區(qū)域。柔性 PCB 和傳感器的高度合計約為 0.426mm。
圖 1 PicoStar 側(cè)視圖圖 2 顯示了 OPT 傳感器附著到柔性 PCB 底部時的頂視圖。柔性 PCB 上必須有一個切孔，以便光線能夠透過蓋板玻璃直接照射在傳感器區(qū)域。柔性 PCB 上的切孔可以是圓形、矩形（如圖所示）或十字形，具體取決于系統(tǒng)需求。
圖 2 PicoStar 頂視圖更高的分辨率
TI 采用 PicoStar 封裝的 OPT4001 比采用 SOT 和 QFN 封裝的版本具有更高的分辨率，且其靈敏度低至 312.5μLux，而其他封裝為 400μLux。這樣的低靈敏度使該器件即使放置在更暗的蓋板玻璃下也能更好地測量環(huán)境光。除了分辨率之外，由于功耗降低了多達 10 倍，動態(tài)范圍增加了 4 至 12 位，并且經(jīng)優(yōu)化能夠滿足嚴(yán)格的要求，該器件的整體性能也得到了提升。下表詳細說明了 TI OPT4001 不同封裝版本之間的差異：
| DNP | DTS | YMN (PicoStar) | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 尺寸 | 2mm x 2mm x 0.65mm | 2.1mm x 1.9mm x 0.6mm | 0.84mm x 1.05mm x 0.226mm | ||||||||||||||||||
| 引腳數(shù) | 6 | 8 | 4 | ||||||||||||||||||
| 傳感器區(qū)域 | 頂部 | 頂部 | 底部 | ||||||||||||||||||
| 分辨率 |
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| 動態(tài)范圍 | 107kLux 飽和度 | 117kLux 飽和度 | 83kLux 飽和度 | ||||||||||||||||||
| 溫度范圍 | -40°C 至 105°C | -40°C 至 105°C | -40°C 至 125°C |
結(jié)語
總而言之，德州儀器 (TI) 采用 PicoStar 封裝的光傳感器具備諸多優(yōu)勢，適用于工業(yè)、汽車和商業(yè)應(yīng)用中空間受限的系統(tǒng)設(shè)計。PicoStar 封裝目前已用于 OPT3007、OPT4001 和 OPT4001-Q1，預(yù)計不久將用于更多產(chǎn)品。TI 在 TI 高精度實驗室視頻系列中提供了有關(guān)光傳感器和 PicoStar 封裝的更多信息。您可以在光傳感器主頁上找到有關(guān) TI 光傳感產(chǎn)品系列的數(shù)據(jù)表、應(yīng)用手冊等。