LTE-C216R-14 赤外線エミッタ・ディテクタ データシート - 1206パッケージ - 850nm波長 - 60mA電流 - 技術文書

1. 製品概要

LTE-C216R-14は、現代の電子アセンブリへの統合を目的とした表面実装型赤外線（IR）エミッタ・ディテクタ部品です。その主な機能は、ピーク波長850ナノメートルの赤外線を発光・検出することで、様々なセンシング、データ伝送、近接検出アプリケーションに適しています。このデバイスはコンパクトな1206パッケージに収められており、これは標準的なEIAフットプリントであり、自動製造プロセスおよび既存のPCBレイアウトとの幅広い互換性を保証します。

この部品の中核的な利点は、大量生産向けの自動実装装置との互換性と、標準的な赤外線リフローはんだ付けプロセスにおける堅牢性にあります。これは、コスト効率の高い大量生産にとって理想的な選択肢となります。さらに、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しており、グリーン製品として分類されます。これは、グローバル市場への参入と環境規制遵守においてますます重要となっています。

このデバイスのターゲット市場は、民生電子機器、産業オートメーション、通信機器、オフィス機器に及びます。その信頼性と標準化されたパッケージは、信頼性の高いIRソリューションを求める設計者にとって汎用的な構成要素となります。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格を超えて電子部品を動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。LTE-C216R-14の場合、これらの限界値は周囲温度（T_A）25°Cで定義されています。

• 電力損失（P_D）：100 mW。これはデバイスが安全に熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_FP）：800 mA。これは許容される最大瞬間電流であり、通常はパルス条件（毎秒300パルス、10μsパルス幅）下で規定され、短時間のバースト時の熱的過負荷を防ぎます。
• 連続順電流（I_F）：60 mA。これは性能や寿命を劣化させることなく連続的に印加できる最大DC電流です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、半導体接合が破壊される可能性があります。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。デバイスはこの環境温度範囲内で動作することが保証されています。
• 保管温度範囲：-55°C から +100°C。部品はこれらの限界内で劣化することなく保管できます。
• 赤外線はんだ付け条件：260°Cで10秒間耐性あり。これは、鉛フリー（Pb-free）リフローはんだ付けプロファイルに対する耐性を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

主要な性能パラメータは、T_A=25°C、指定された試験条件下で測定され、設計計算の基準を提供します。

• 放射強度（I_E）：4（最小）から13（最大）mW/sr、代表値あり。順電流（I_F）20 mAで測定。このパラメータは、単位立体角（ステラジアン）あたりに放射される光パワーを定量化します。
• ピーク発光波長（λ_ピーク）：850 nm（代表値）。これはエミッタが最大光パワーを出力する波長です。フォトディテクタの分光感度と整合させるための重要なパラメータです。
• スペクトル半値幅（Δλ）：50 nm（代表値）。これは発光の帯域幅を示し、ピーク波長の周りに波長がどの程度広がるかを表します。
• 順電圧（V_F）：1.6 V（代表値）、2.0 V（最大） I_F= 50 mA時。これはデバイスが導通時の両端の電圧降下です。定電流回路の設計に不可欠です。
• 逆電流（I_R）：10 μA（最大） V_R= 5V時。これはデバイスが逆バイアスされたときに流れるわずかなリーク電流です。
• 立ち上がり/立ち下がり時間（T_r/T_f）：30 ns（代表値）。これは光出力のオン/オフの切り替え速度（出力の10%から90%までを測定）を指定し、データ伝送に可能な最大変調速度を決定します。
• 指向角（2θ_1/2）：75度（代表値）。これは放射強度が最大値（軸上）の半分に低下する全角です。広い角度はより広い空間カバレッジを提供しますが、特定の点での強度は低くなります。

3. 性能曲線分析

データシートでは、代表的な電気的・光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文には再現されていませんが、その目的は様々な条件下でのデバイスの動作を視覚的に理解させることです。

これらの曲線には通常以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順電流と順電圧の関係を示します。LEDでは非線形です。これは動的抵抗と目標電流に必要な駆動電圧を決定するのに役立ちます。
• 放射強度 vs. 順電流：光出力パワーが駆動電流とともにどのように増加するかを示します。動作範囲内では一般的に線形ですが、非常に高い電流では飽和する可能性があります。
• ピーク波長 vs. 温度：発光波長が接合温度の変化とともにどのようにシフトするかを示し、温度に敏感なアプリケーションにとって重要です。
• 指向角パターン：発光強度の空間分布を示す極座標プロット。

エンジニアはこれらの曲線を使用して設計を最適化し、デバイスが最も効率的で信頼性の高い領域で動作することを保証し、非標準条件下での性能を予測します。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

部品は標準的な1206パッケージフットプリントを使用します。データシートには、すべての重要な寸法をミリメートル単位で示した詳細な機械図面が提供されています。主要な寸法には、部品本体の全長、幅、高さ、およびデバイス自体のはんだパッドの配置とサイズが含まれます。これらの寸法の公差は、特に指定がない限り通常±0.10 mmです。これらの寸法を遵守することは、成功するPCBランドパターン設計と自動実装にとって極めて重要です。

4.2 推奨はんだパッドレイアウト

PCB用の推奨はんだパッドフットプリントが提供されています。このレイアウトは、リフロー中に信頼性の高いはんだ接合部を形成し、トゥームストーニング（部品が立つ）やはんだ不足などの問題を最小限に抑えるように設計されています。適切なはんだフィレット形成を可能にするため、通常は部品の端子よりわずかに大きいこれらの推奨パッド寸法に従うことは、製造性と長期信頼性のためのベストプラクティスです。

4.3 テープ＆リール包装

自動実装用に、部品は7インチ径のリールに8mmテープで供給されます。各リールには3000個が含まれます。テープおよびリールの仕様はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しており、標準的なピックアンドプレースマシンとの互換性を保証します。注意事項として、空の部品ポケットはカバーテープで密封され、リールあたり連続して最大2個の欠品（"ランプ"）が許容されることが規定されており、これはテープ＆リール包装の標準的な品質保証です。

5. はんだ付け・実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

このデバイスは、赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセス、特に鉛フリー（Pb-free）はんだを使用するプロセスに適合しています。推奨リフロープロファイルが提供されており、主要パラメータには、予熱段階（150-200°C）、最大ピーク温度260°C、および液相線温度以上（鉛フリーはんだでは通常約217°C）の時間が10秒を超えないことが含まれます。データシートでは、最適なプロファイルは特定のPCB設計、部品、はんだペースト、オーブンに依存することを強調し、はんだペーストメーカーの仕様を遵守しながら、JEDEC標準プロファイルをベースラインとして使用することを推奨しています。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先端温度を300°C以下に抑え、接触時間は最大3秒に制限する必要があります。これは、プラスチックパッケージおよび内部半導体ダイへの熱ダメージを防ぐために、一度だけ行うべきです。

5.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された洗浄剤のみを使用してください。データシートでは、指定外の化学液体の使用はパッケージ材料を損傷する可能性があるため、明確に警告しています。推奨される洗浄方法には、LEDを常温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬することが含まれます。

5.4 保管・取り扱い

湿気感受性は表面実装デバイスの重要な要素です。LEDは乾燥剤入りの防湿バリアバッグで出荷されます。密封状態では、保管温度は≤30°C、相対湿度（RH）は≤90%で、1年以内に使用する必要があります。元のバッグを開封した後は、保管環境は30°C、60% RHを超えてはなりません。密封バッグから取り出した部品は、理想的には1週間以内にリフローはんだ付けする必要があります。元の包装外で長期間保管する場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気中で保管しなければなりません。乾燥バッグ外で1週間以上保管された部品は、はんだ付け前に吸収した湿気を除去するためにベーキング処理（約60°Cで少なくとも20時間）が必要であり、リフロー中の"ポップコーン"現象による損傷を防ぎます。

6. アプリケーション提案

6.1 代表的なアプリケーション例

LTE-C216R-14は、一般的な電子機器を対象としています。一般的なアプリケーションには以下が含まれます：

• 近接センサー：IR光を反射させることで物体の有無を検出。
• 光スイッチ：IRビームを遮断して動きや位置を検出。
• データ伝送：駆動電流を変調することによる単純な赤外線データリンク（例：リモコン、短距離シリアル通信）。
• 物体カウント：物体がビームを遮る自動化ラインで。
• オフィス機器、通信機器、家電製品への統合。

データシートには重要な注意事項が含まれています：故障が生命や健康を危険にさらす可能性のあるアプリケーション（航空、医療機器、安全システム）では、設計導入前にメーカーに相談する必要があります。

6.2 駆動回路設計

LEDを使用する際の基本原則が強調されています：LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを並列に駆動する際に均一な輝度を確保するために、データシートでは各LEDと直列に個別の電流制限抵抗を使用することを強く推奨しています（回路モデルA）。これは、デバイスごとの順電圧（V_F）特性のわずかなばらつきを補償します。個別の抵抗なしでLEDを直接並列に接続すること（回路モデルB）は推奨されません。なぜなら、わずかにV_Fが低いLEDが不均衡に多くの電流を引き込み、輝度の不均一やそのデバイスの過負荷を引き起こす可能性があるためです。

7. 技術比較・差別化

この単体のデータシートでは他の型番との直接的な比較は提供されていませんが、LTE-C216R-14の主要な差別化機能は以下のように推測できます：

• 標準化フットプリント（1206/EIA）：独自パッケージと比較して、容易なドロップイン交換と設計の親しみやすさを提供。
• 鉛フリー＆RoHS準拠：現代の環境規制を満たしており、古いまたはニッチな部品には当てはまらない場合があります。
• 自動化対応：テープ＆リール包装、およびピックアンドプレースおよびリフロープロセスとの互換性により、コスト効率の高い大量生産に非常に適しています。
• バランスの取れた性能：75度の指向角、850nm波長、30nsの速度により、汎用IRアプリケーション向けのバランスの取れた特性セットを提供します。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: このIR LEDを5Vマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？
A: できません。代表的な順電圧は50mAで1.6Vです。5Vピンに直接接続すると、非常に高く破壊的な電流が流れようとします。直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。例：5V電源から20mAを得る場合：R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω（標準の180Ωまたは150Ω抵抗を使用）。

Q2: このエミッタで可能な最大データレートは？
A: 立ち上がり/立ち下がり時間30 nsは、理論上の最大変調帯域幅が数十MHzの範囲であることを示唆しています。ただし、信頼性の高い通信のための実用的なデータレートは低く、駆動回路、検出器、環境ノイズに依存して、数百kbpsから数Mbpsの範囲になることが多いです。

Q3: バッグ開封後の保管条件がなぜ厳しいのですか（≤60% RH）？
A: 表面実装プラスチックパッケージは空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、内部圧力が発生してパッケージが割れたり内部接続が剥離したりする可能性があります。これは"ポップコーン"現象として知られる故障です。厳格な保管条件とベーキング要件は、これを防ぐための予防措置です。

Q4: 放射強度値（mW/sr）はどのように解釈すればよいですか？
A: 光パワー密度を測定します。10 mW/srの値は、デバイスが向けている方向の1ステラジアンの円錐空間に10ミリワットの光パワーを放射することを意味します。総パワーを求めるには、この強度を全指向角（75度、約1.84 sr）にわたって積分します。

9. 設計導入事例

シナリオ: プリンタ用紙有無センサーの設計
目標：給紙トレイに用紙があることを検出。
実装：LTE-C216R-14エミッタを用紙経路の片側に配置し、対応するフォトディテクタ（または類似部品のディテクタ部分）を真向かいに配置します。用紙がない場合、IRビームはディテクタに到達し、信号を生成します（例：論理HIGH）。用紙がある場合、ビームを遮断し、ディテクタ信号が低下します（論理LOW）。
設計上の考慮事項：

• 電流設定：エミッタを直列抵抗を使用して20mAで駆動し、一貫性のある長寿命の出力を確保。
• 位置合わせ：75度の指向角により、機械的な位置ずれに対するある程度の許容範囲を提供。
• 外乱光耐性：変調された850nm光を使用するため、単純な変調/復調回路を追加するか、デイライトフィルタ付きのディテクタを使用することで、システムを外乱光干渉に対して耐性を持たせることができます。
• はんだ付け：部品を損傷することなくPCB上で信頼性の高い接続を確保するために、推奨リフロープロファイルに従う。

10. 動作原理

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、半導体材料におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。p-n接合に順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。IR LEDでは、この放出されるエネルギーが赤外線スペクトル（このデバイスでは約850nm）の光子に対応するように半導体のバンドギャップが設計されています。生成された光子は光として放出されます。ペア部品で適用される場合のディテクタ機能は逆に動作します：十分なエネルギーを持つ入射赤外線光子がフォトダイオードの半導体中で電子-正孔対を生成し、逆バイアス時に測定可能な光電流を生成します。

11. 技術トレンド

光エレクトロニクスの分野は進化を続けています。LTE-C216R-14のような部品に関連するトレンドには以下が含まれます：

• 高集積化：エミッタ、ディテクタ、および制御ロジック（変調ドライバや信号調整器など）を単一パッケージに統合し、システム設計を簡素化する方向へ。
• 高効率化：より多くの電気入力を光出力に変換する半導体材料と構造の開発により、消費電力と発熱を低減。
• 小型化：1206パッケージは標準ですが、ますますコンパクトなデバイスでPCBスペースを節約するため、さらに小さなフットプリント（例：0805、0603）への推進があります。
• 信頼性向上：より高いリフロー温度と過酷な環境条件に耐えるパッケージ材料とプロセスの改善により、製品寿命を延長。
• スマートセンシング：部品レベルでの基本的な知能（例：外乱光キャンセルやデジタル出力）の組み込みにより、マイクロコントローラとのインターフェースを簡素化。

これらのトレンドは、次世代の電子製品のための、より高性能で信頼性が高く、使いやすい構成要素を設計者に提供することを目指しています。