赤外線エミッタ・ディテクタ LTE-S9511-E データシート - 940nm波長 - 20mA順電流 - 1.5V順電圧 - 100mW電力損失 - 技術文書

1. 製品概要

LTE-S9511-Eは、信頼性の高い赤外線発光および検出を必要とする幅広いアプリケーション向けに設計された、個別型赤外線コンポーネントです。赤外線ソリューションにおける高出力、高速、広視野角のニーズに対応する包括的な製品ラインの一部を構成します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本コンポーネントは、現代の製造および環境基準を満たすように設計されています。RoHS準拠のグリーン製品であり、高速自動実装装置との互換性のために、13インチ径リール上の8mmテープで供給されます。その設計は赤外線リフローはんだ付けプロセスをサポートしており、大量のPCBアセンブリに適しています。主なターゲットアプリケーションには、リモコンシステム、IR無線データ伝送モジュール、セキュリティアラーム、および赤外線センシングや信号伝送が必要とされるその他の様々な民生用・産業用電子機器が含まれます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

以下のパラメータは、標準条件（TA=25°C）下でのデバイスの動作限界と性能特性を定義します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性がある限界を指定します。連続動作のためのものではありません。

• 電力損失（Pd）：100 mW。これはデバイスが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_FP）：1 A。これは特定の条件（300 pps、10μsパルス幅）下での最大許容パルス電流です。
• DC順電流（I_F）：50 mA。信頼性のある動作のための最大連続順電流です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。このデバイスは逆バイアス動作用に設計されていません。この電圧を超えると破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作温度範囲（T_opr）：-40°C から +85°C。デバイスが正常に機能する周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲（T_stg）：-55°C から +100°C。
• 赤外線はんだ付け条件：最大10秒間260°Cに耐えます。リフロープロファイルの許容範囲を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、定義された試験条件下で測定される代表的な性能パラメータです。

• 放射強度（I_E）：4.0（最小）、6.0（代表）mW/sr。I_F= 20mAで測定。これは単位立体角あたりの光出力を示します。
• ピーク発光波長（λ_Peak）：940 nm（代表）。発せられる赤外線放射が最も強くなる波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：50 nm（代表）。ピーク強度の半分における発光スペクトルの帯域幅です。
• 順電圧（V_F）：1.2（代表）、1.5（最大）V。I_F= 20mAで測定。導通時のデバイス両端の電圧降下です。
• 逆電流（I_R）：10 μA（最大）。V_R= 5Vで測定。逆バイアス下でのわずかなリーク電流です。
• 視野角（2θ_1/2）：20（最小）、25（代表）度。放射強度が軸上値の半分に低下する全角度です。

3. ビニングシステムの説明

本デバイスは、放射強度に基づいて異なる性能グレード、またはビンで提供されます。これにより、設計者はアプリケーションの感度や出力要件に正確に一致するコンポーネントを選択できます。

ビンコードリストは、試験電流20mAにおける各グレードの最小および最大放射強度を指定します：

• ビン K：4 から 6 mW/sr
• ビン L：5 から 7.5 mW/sr
• ビン M：6 から 9 mW/sr
• ビン N：7 から 10.5 mW/sr

より高いビンコード（例：Kに対してN）を選択することで、通常、より高い最小光出力が保証され、システムにおいてより長い距離やより良い信号対雑音比を達成するために重要となる場合があります。

4. 性能曲線分析

データシートは、様々な条件下でのデバイスの挙動を示すいくつかの特性曲線を提供します。これらは詳細な回路設計と性能のトレードオフを理解するために不可欠です。

4.1 スペクトル分布

曲線（図1）は、相対放射強度と波長の関係を示しています。940nmでのピーク発光と約50nmのスペクトル半値幅を確認しており、これはGaAsベースの赤外線エミッタに典型的です。この広いスペクトルは、近赤外領域で広い感度を持つシリコンフォトディテクタとの使用に適しています。

4.2 順電流対順電圧（I-V曲線）

この曲線（図3）は、電流と電圧の非線形関係を描いています。順電圧は電流とともに増加し、約1.0Vから始まり100mAで1.5Vに近づくことを示しています。この曲線は電流制限回路の設計に極めて重要です。

4.3 温度特性

複数の曲線が、デバイスの周囲温度（T_a）への依存性を示しています。

- 順電流対周囲温度（図2）：電力損失限界を超えないようにするため、周囲温度が上昇するにつれて最大許容順電流がどのように低下するかを示している可能性が高いです。

- 相対放射強度対周囲温度（図4）：温度が上昇すると光出力が低下することを示しています。この負の温度係数は、様々な熱環境で動作するアプリケーションにおける重要な考慮事項であり、一貫した性能を維持するために駆動回路や受信回路での温度補償が必要となる場合があります。

4.4 相対放射強度対順電流

この曲線（図5）は、放射強度が一般に順電流に比例するが、発熱や効率低下により非常に高い電流では準線形関係になる可能性があることを示しています。これは、所望の出力レベルに対する最適動作電流を決定するのに役立ちます。

4.5 放射パターン

極座標図（図6）は視野角を視覚的に表しています。強度は0°（軸上）で最も高く、対称的に減少し、約±12.5°（25°視野角の場合）で半分に低下します。このパターンは、エミッタとディテクタを整列させたり、ビームを形成する光学系を設計したりするために極めて重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法

本デバイスはEIA標準パッケージに準拠しています。主要寸法には、ボディサイズ、リード間隔、全高が含まれます。特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートルで提供され、代表的な公差は±0.1mmです。パッケージは、サイド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おり、発せられる光をPCB平面に対して垂直方向に導きます。

5.2 推奨はんだパッド寸法

図面は、リフロープロセス中および後の適切なはんだ接合部の形成と機械的安定性を確保するために推奨されるPCBランドパターン寸法を提供します。これらのガイドラインに従うことは、製造歩留まりと長期信頼性にとって重要です。

5.3 極性識別

カソードは通常、パッケージの平らな側、切り欠き、または短いリードで示されます。最大定格を超える逆電圧を印加するとデバイスが瞬時に損傷する可能性があるため、組立時には正しい極性を守らなければなりません。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

本デバイスは赤外線リフロープロセスと互換性があります。推奨条件は以下の通りです：

- 予熱：150–200°C、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まで）。

これらのパラメータはJEDEC標準および一般的な無鉛はんだペースト仕様に準拠しています。プロファイルは、使用する特定のPCB設計、部品、およびオーブンに対して特性評価を行う必要があります。

6.2 保存条件

本デバイスの湿気感受性レベル（MSL）は3です。

- 未開封パッケージ：30°C以下、90%RH以下で保存。バッグ封印日から1年以内に使用してください。

- 開封済みパッケージ：防湿バッグから取り出した部品については、保存環境は30°C/60%RHを超えてはなりません。1週間（168時間）以内に赤外線リフローを完了することを推奨します。元の包装から外して長期間保存する場合は、乾燥剤を入れた密閉容器を使用してください。1週間以上保存された部品は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングを行い、吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止する必要があります。

6.3 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を使用してください。強力または侵襲性のある化学薬品は避けてください。

7. 包装および注文情報

7.1 テープおよびリール仕様

本デバイスは、13インチ（330mm）径リール上の8mmキャリアテープで供給されます。各リールには約9000個が含まれます。包装はANSI/EIA 481-1-A-1994仕様に準拠しています。テープにはトップカバーシールがあり、連続する空の部品ポケットは最大2つまで許容されます。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• リモコン：テレビ、オーディオシステム、その他の民生用電子機器用。
• 赤外線データ伝送：センサーや制御信号のための短距離、単方向無線通信。
• セキュリティシステム：侵入検知ビームや近接センサーの一部として。
• 物体検知：カウント、位置検知、エッジ検知のためのPCB実装センサー。

8.2 設計上の考慮事項と駆動方法

LEDは電流駆動デバイスです。一貫した強度と長寿命を確保するためには、電流源または直列の電流制限抵抗を備えた電圧源で駆動する必要があります。抵抗値（R_s）はオームの法則を使用して計算できます：R_s= (V_supply- V_F) / I_F。ここで、V_Fは所望の動作電流I_Fにおけるデータシートからの順電圧です。複数のLEDを並列に駆動する場合は、各LEDのV_F characteristics.

のわずかなばらつきによる電流の偏りを防ぐために、個別の電流制限抵抗を使用することを強く推奨します。

9. 技術比較と差別化

940nm波長を持つLTE-S9511-Eは、可視光LEDや他の赤外線波長と比較して重要な利点を提供します：人間の目にはほとんど見えないため、目立たない動作に理想的です。850nmエミッタと比較して、940nmは通常、太陽光放射のバックグラウンドノイズが低く、周囲光条件下での信号対雑音比を改善できます。サイドビューレンズパッケージは、IRビームをPCB表面と平行に伝播させる必要があるアプリケーション、スロット型センサーやエッジライトパネルで一般的な要件に特化して設計されています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？_FA: いいえ。電流を制限するために直列抵抗を使用する必要があります。例えば、5V電源で目標I_Fを20mA（V_s~1.2V）とする場合、R

= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω。200Ω抵抗が適切な標準値となります。

Q: 放射強度と視野角の違いは何ですか？

A: 放射強度（mW/sr）は、特定の方向（単位立体角あたり）にどれだけの光パワーが集中しているかを測定します。視野角はそのビームの広さを定義します。高い放射強度を持つが非常に狭い視野角を持つデバイスは、強力だが狭いビームを投影します。このデバイスは適度な25°の視野角を持ち、ビームの集中とカバレッジの良いバランスを提供します。

Q: 湿気感受性レベル（MSL 3）が重要なのはなぜですか？

A: 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、内部の剥離、クラック、またはポップコーン現象を引き起こし、デバイスを破壊する可能性があります。この故障モードを防止するためには、規定の保存、取り扱い、およびベーキング手順に従うことが不可欠です。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：シンプルな赤外線物体検知センサーの設計。

1. 一般的な設計では、LTE-S9511-Eをエミッタとディテクタの両方として（反射型センシングモードで）使用するか、別個のフォトトランジスタを使用します。エミッタは特定の周波数（例：38kHz）でパルス駆動されます。ディテクタ回路には、この周波数に同調したフィルタが含まれます。物体がIRビームをディテクタに反射すると、回路は信号を検出します。主要な設計ステップ：駆動回路：

2. マイクロコントローラによってスイッチングされるトランジスタ（例：NPNまたはNチャネルMOSFET）を使用して、所望の電流（例：50mAパルス）と周波数でLEDをパルス駆動します。計算された直列抵抗を含めます。受信回路：

3. フォトトランジスタの出力は、変調周波数（38kHz）を中心とした増幅器および帯域通過フィルタに入力されます。これにより、周囲光（DCおよび低周波数）や他のIRノイズを除去します。アライメント：

4. 放射パターンを使用してエミッタとディテクタを整列させます。反射型センシングでは、それらはしばしば角度を付けて並べて配置され、視野が所望の検知距離で交差するようにします。PCBレイアウト：

推奨パッドレイアウトに従って部品を配置します。クリアプラスチックレンズがソルダーマスクや他の部品によって妨げられないようにします。

12. 原理紹介

LTE-S9511-Eは、赤外線エミッタとして、半導体ダイオードです。順方向バイアスが印加されると、電子と正孔が活性領域（GaAsやAlGaAsなどの材料で構成）で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。特定の材料組成がこれらの光子の波長を決定します。この場合、近赤外スペクトルに位置する940nmを中心としています。サイドビューレンズはウォータークリアエポキシで成形されており、半導体チップからの光を効率的に取り出し、横方向に導きます。このデバイスは、十分なエネルギー（材料のカットオフ波長より短い波長の光子）を持つ光にさらされたときに半導体PN接合が小さな光電流を生成できるため、ディテクタとしても機能します。ただし、その主に最適化された機能は発光です。

13. 開発動向

- 個別型赤外線コンポーネントの分野は進化を続けています。動向には以下が含まれます：高効率化：

- 単位電気入力あたりの光出力を増加させ、発熱と消費電力を削減するための新しい半導体材料と構造（例：多重量子井戸）の開発。高速化：

- データ伝送アプリケーション向けに、立ち上がり/立ち下がり時間がより速いコンポーネントにより、より高いデータレートが可能になります。集積化：

- エミッタ、ディテクタ、および制御ロジック（変調/復調など）を単一パッケージまたはモジュールに組み合わせることで、設計を簡素化し性能を向上させます。小型化：

- 性能仕様を維持または向上させながら、ますます小型化する民生用電子機器の要求に適合するためのパッケージサイズの継続的な縮小。信頼性の向上：