赤外線エミッタ・ディテクタ LTE-C9501-E-T データシート - 940nm ピーク波長 - 20度 指向角 - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、表面実装アプリケーション向けに設計された個別赤外線（IR）部品の仕様を詳細に説明します。このデバイスは赤外線エミッタとディテクタの機能を統合し、信頼性の高いIR信号送受信を必要とするソリューションを対象としています。その中核的な利点は、自動実装プロセスとの互換性、RoHSおよびグリーン製品基準への準拠、赤外線リフローはんだ付けによる大量生産への適合性を含みます。主なターゲット市場は、リモコンシステム向けの民生電子機器、無線データ伝送向けの産業アプリケーション、および警報・センシング機能向けのセキュリティシステムです。

2. 技術仕様詳細

2.1 絶対最大定格

すべての定格は、周囲温度（TA）25°Cで規定されています。これらの限界を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 消費電力（Pd）：最大100 mW。
• ピーク順電流（IFP）：パルス条件下（300 pps、10 μs パルス幅）で最大800 mA。
• DC順電流（IF）：最大連続電流60 mA。
• 逆電圧（VR）：最大5 V。
• 動作温度範囲（Topr）：-40°C から +85°C。
• 保管温度範囲（Tstg）：-55°C から +100°C。
• 赤外線はんだ付け条件：最大ピーク温度260°C、10秒間。

2.2 電気的・光学的特性

特に断りのない限り、代表的な性能はTA=25°Cで測定されます。

• 放射強度（I_E）：順電流（I_F）20mA時、1.0 から 6.0 mW/srの範囲。正確な値はビンコードによって決定されます。
• ピーク発光波長（λ_p）：940 nm（代表値）。この波長は近赤外スペクトルにあり、人間の目には見えないため、リモコンやデータリンクに理想的です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：50 nm（代表値）。このパラメータは、発光するIR光のスペクトル帯域幅を定義します。
• 順電圧（V_F）：代表値1.2V、I_F=20mA時、1.1Vから1.5Vの範囲。
• 逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5V時、最大10 μA。
• 指向角（2θ_1/2）：20度。これは、放射強度が中心軸（0°）での値の半分になる全角です。指向角が狭いほど、指向性の高い放射になります。

3. ビニングシステムの説明

デバイスは、標準試験条件I_F=20mAで測定された放射強度に基づいてビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した光出力を持つ部品を選択できます。

• BIN A：放射強度 1.0 mW/sr（最小）から 2.0 mW/sr（最大）。
• BIN B：放射強度 2.0 mW/sr（最小）から 3.0 mW/sr（最大）。
• BIN C：放射強度 3.0 mW/sr（最小）から 6.0 mW/sr（最大）。

各ビン内の強度には+/-15%の許容差が適用されます。このデータシートでは、波長や順電圧に関する別個のビニングは示されていません。

4. 性能曲線分析

データシートは、回路設計や様々な条件下でのデバイス動作の理解に不可欠ないくつかの特性グラフを提供します。

4.1 スペクトル分布

図1は、相対放射強度対波長を示しています。曲線は940 nmを中心とし、代表的な半値幅は50 nmで、発光する赤外線のスペクトル純度を確認できます。

4.2 順電流 vs. 周囲温度

図2は、周囲温度の上昇に伴う最大許容順電流のデレーティングを示しています。定格電流は、低温での最大値から最大接合温度でのゼロまで直線的に減少し、熱過負荷を防ぐことで信頼性の高い動作を保証します。

4.3 順電流 vs. 順電圧

図3は、IV（電流-電圧）特性曲線を示しています。これはダイオードに典型的な指数関数的関係を示し、順電圧は広範囲の動作電流にわたって比較的一定（約1.2V）です。

4.4 相対放射強度 vs. 周囲温度および順電流

図4と図5は、光出力が温度と駆動電流とともにどのように変化するかを示しています。出力は一般的に温度の上昇とともに減少し（図4）、順電流とともに超線形的に増加します（図5）。これは、安定した駆動電流と熱管理が一貫した性能にとって重要であることを強調しています。

4.5 放射パターン

図6は、発光の空間分布を示す極座標放射図です。このパターンは20度の指向角を確認し、中心軸から+/-10度で強度が50%に低下します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法

部品は標準的なEIAパッケージに収められています。正確な寸法はデータシートの図面に記載されており、特に指定がない限り一般的な公差は±0.1mmです。パッケージは、トップビュー構成のウォータークリアプラスチックレンズを備えています。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

PCB設計のための推奨ランドパターンが提供されており、パッドの寸法は1.0mm x 1.8mmです。このレイアウトは、リフロー工程中の信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性のために最適化されています。

5.3 極性識別

標準的なダイオード極性マーキングが適用されます。カソードは通常、パッケージ上に表示されます。設計者は、実装時の正しい向きを確保するために、正確なマーキング方式については詳細な外形図を参照する必要があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

無鉛（Pbフリー）プロセス向けの推奨赤外線リフロープロファイルが含まれています。主要なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート：150-200°C。
• プリヒート時間：最大120秒。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線以上時間：最大10秒（最大2回のリフローサイクルを推奨）。

このプロファイルは、部品の信頼性を確保するためにJEDEC標準に基づいています。データシートは、最適なプロファイルは特定のPCB設計、はんだペースト、およびオーブンに依存するため、ボードレベルの特性評価を推奨しています。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごてを最大温度300°Cで使用し、接合部ごとに3秒以内とします。部品に過度の機械的ストレスを加えないでください。

6.3 保管条件

適切な保管ははんだ付け性にとって重要です：

• 未開封パッケージ：30°C以下、相対湿度90%以下で保管。防湿バッグ開封後1年以内に使用してください。
• 開封済みパッケージ：30°C以下、相対湿度60%以下で保管。部品は1週間以内にリフローする必要があります。長期保管の場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素雰囲気を使用してください。元のバッグから出して1週間以上保管された部品は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングする必要があります。

6.4 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤のみを使用してください。プラスチックパッケージやレンズを損傷する可能性のある強力な洗浄剤や水系洗浄剤の使用は避けてください。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ・リール仕様

部品は、標準的な自動実装機と互換性のある、直径7インチのリール上の8mmキャリアテープで供給されます。各リールには2000個が含まれています。梱包はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しています。

7.2 型番の内訳

部品番号LTE-C9501-E-Tは、この特定のバリアントを識別します。サフィックスEおよびTは、メーカーの内部コーディングシステムに従って、特定のビニング、梱包（テープ＆リール）、またはその他の製品バリエーションを示している可能性があります。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

IRエミッタは通常、必要なパルス電流（例：リモコンコード用）を供給するために、トランジスタまたは専用ドライバICによって駆動されます。順電流（I_F）を所望の値に設定するための直列電流制限抵抗は必須であり、（電源電圧 - V_F） / I_Fで計算されます。ディテクタ側（フォトダイオードまたはフォトトランジスタが統合されている場合）は、負荷抵抗とともに逆バイアス構成で接続され、光電流を測定可能な電圧に変換します。

8.2 設計上の考慮点

• 電流駆動：絶対最大定格内で動作させてください。連続動作の場合は、60mA DCを超えないでください。パルス動作（リモコンのような）の場合、最大800mAまでのより高いピーク電流が許容され、瞬間的な放射出力と伝送距離が大幅に向上します。
• 熱管理：100mWの消費電力定格を遵守する必要があります。PCB上では、特に最大定格付近で動作する場合、ヒートシンクとして機能するようにパッド周囲に十分な銅面積を確保してください。
• 光路：20度の指向角は比較的狭いです。エミッタとディテクタを正確に位置合わせしてください。障害物を避け、異なるビームパターンが必要な場合は、レンズやライトパイプの使用を検討してください。
• 環境光除去：ディテクタアプリケーションでは、940nmのピーク感度は可視光ノイズの除去に役立ちます。強いIR光源（日光や白熱電球など）がある環境では、信号対雑音比を改善するために、追加の光学フィルタリングまたは変調（AC結合）信号検出技術が必要になる場合があります。

9. 技術比較と差別化

一般的なIR LEDと比較して、この部品は特定の利点を提供します：自動実装およびIRリフローはんだ付けとの互換性により、大量生産が効率化されます。強度ビン（A、B、C）での入手可能性により、設計の一貫性が確保されます。940nm波長は民生用リモコンの一般的な標準であり、幅広いレシーバーとの互換性を保証します。詳細なはんだ付けプロファイルと保管ガイドラインの包含は、製造性を考慮した設計に焦点を当てていることを示しています。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: 放射強度（mW/sr）と光度（mcd）の違いは何ですか？

A: 放射強度は、立体角あたりの総光出力を測定し、IRデバイスに関連します。光度は、人間の目で知覚される明るさを、明所視応答曲線で重み付けして測定し、可視LEDに使用されます。このIRデバイスでは、放射強度が正しい指標です。

Q: これは連続データ伝送に使用できますか？

A: はい、ただしDC順電流制限の60mA以内で動作させる必要があります。より高速またはより長距離の伝送には、パルス動作（800mAピーク定格内）の方が効果的です。なぜなら、より高い瞬間的な光出力が可能になるからです。

Q: 正しいBINをどのように選択しますか？

A: リンクバジェットに必要な光出力に基づいて選択してください。BIN C（3-6 mW/sr）は最高の出力と最長の距離を提供します。BIN AまたはBは、短距離アプリケーションには十分であり、よりコスト効果的である可能性があります。

Q: 外部レンズは必要ですか？

A: デバイスは20度のビームを提供する統合トップビューレンズを備えています。ビームのコリメーション（より狭い角度）や集光が必要でない限り、通常、外部レンズは必要ありません。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：家電製品向けのシンプルなIRリモコン送信機の設計。

設計ステップ：

1. 部品選択：このIRエミッタを選択（例：良好な距離のためBIN C）。

2. 駆動回路：マイクロコントローラのGPIOピンを使用して、変調搬送波信号（例：38kHz）を生成します。この信号は、スイッチ構成のトランジスタ（例：NPN）を駆動します。トランジスタのコレクタはIRエミッタのアノードに接続され、カソードはグランドに接続されます。エミッタと直列の抵抗が電流を設定します：R = (Vcc - V_CE(sat)- V_F) / I_F。Vcc=3.3V、V_CE(sat)=0.2V、V_F=1.2V、および所望のI_F=100mA（パルス）と仮定すると、R = (3.3 - 0.2 - 1.2) / 0.1 = 19Ω（標準20Ω抵抗を使用）。トランジスタがピーク電流を処理できることを確認してください。

3. PCBレイアウト：エミッタをPCBの端に配置します。推奨はんだパッド寸法を使用します。放熱のための小さな銅面を設けます。

4. テスト：IR受信モジュールまたはデジタルカメラ（940nmの光をかすかな紫色の光として見ることができる）を使用して出力を確認します。

12. 動作原理

このデバイスは、エミッタ部分についてはエレクトロルミネッセンスの原理で動作します。半導体チップ（940nm発光のためGaAsベースの可能性が高い）に順電流が印加されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、材料のバンドギャップエネルギー（940nm）に対応する波長の光子（光）としてエネルギーを放出します。ディテクタ部分（存在する場合）は、光電効果の原理で動作します。十分なエネルギーを持つ入射赤外線光子は、半導体内で電子-正孔対を生成し、逆バイアス電圧が印加されると光電流を生成します。この電流は入射IR光の強度に比例します。

13. 業界動向

個別IR部品の市場は、リモコン、近接センシング、光スイッチなどの確立されたアプリケーションによって安定しています。動向としては、IRエミッタとディテクタを、内蔵ドライバとロジックを備えたより複雑なモジュール（例：I2C出力付き近接センサモジュール）に統合することが挙げられます。また、駆動電流1mAあたりのより高い放射効率と、ますますコンパクトになる民生デバイスに適合するためのより小さなパッケージサイズへの継続的な推進もあります。このデータシートに見られるように、RoHS準拠とグリーン製造への重点は、業界全体の標準です。