LTR-C951-TB 赤外線フォトトランジスタ データシート - 5mmパッケージ - コレクタ・エミッタ間電圧30V - 波長940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTR-C951-TBは、センシングアプリケーション向けに設計された個別型赤外線（IR）フォトトランジスタ部品です。信頼性の高い赤外線検出を必要とするシステムで使用されることを目的とした、広範なファミリーの光電子デバイスに属します。この部品の主な機能は、入射する赤外光をコレクタ・エミッタ端子における対応する電気信号に変換することです。その設計は、自動組立プロセスおよび標準的な表面実装技術（SMT）ラインへの統合に最適化されています。

このデバイスの核心的な利点は、内部利得を提供するフォトトランジスタ構造の採用にあり、基本的なフォトダイオードと比較してより高い感度を実現します。一体型のブラックエポキシドームレンズは、視野角を定義するのに役立ち、ある程度の環境光除去を提供することができますが、この特定モデルでは可視光ノイズ低減のための専用フィルターの仕様はデータシートに記載されていません。本コンポーネントはRoHSおよびグリーンプロダクトイニシアチブに準拠していると規定されています。

ターゲット市場およびアプリケーションは、コスト効率が高く大量生産される民生用および産業用電子機器に向けて明確に方向付けられています。主なアプリケーション分野には、リモコンシステム用の赤外線受信機、近接検知・物体検出・高速性能が主たる要件ではない基本的なデータ伝送リンク用のPCB実装型赤外線センサーなどが含まれます。

2. 技術仕様詳細

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のあるストレスの限界を定義します。これらの値を超える条件下でのデバイスの動作は推奨されません。

• 電力損失（P_D）：100 mW。これは周囲温度（T_A）25°Cにおいてデバイスが熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると、熱暴走や故障のリスクがあります。
• コレクタ・エミッタ間電圧（V_CEO）：30 V。ベースを開放（フォトトランジスタモード）した状態でコレクタとエミッタピン間に印加できる最大電圧です。
• エミッタ・コレクタ間電圧（V_ECO）：5 V。エミッタとコレクタ間に印加可能な最大逆電圧です。
• 動作温度範囲（T_opr）：-40°C ～ +85°C。デバイスが公表された電気的特性を満たすことが保証される周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲（T_stg）：-55°C ～ +100°C。電源を印加せずにデバイスを保管する温度範囲です。
• 赤外線リフローはんだ付け条件：ピーク温度260°C、最大10秒間。これはSMT組立のための熱プロファイル耐性を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、T_A=25°Cの特定の試験条件下で測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

• コレクタ・エミッタ間降伏電圧（V_(BR)CEO）：30 V（最小）。特定の試験条件（I_R= 100µA、無照射）下での絶対最大定格を確認します。
• エミッタ・コレクタ間降伏電圧（V_(BR)ECO）：5 V（最小）。逆電圧定格を確認します。
• コレクタ・エミッタ間飽和電圧（V_CE(SAT)）：0.4 V（最大）。フォトトランジスタが照射下（E_e=0.5 mW/cm²、波長940nm）で完全にオン（飽和）状態にあり、コレクタ電流（I_C）が100µAの場合、コレクタとエミッタ間の電圧降下は0.4V以下となります。低いV_CE(SAT)は、一般にスイッチングアプリケーションにとって有利です。
• 立ち上がり時間（T_r）および立ち下がり時間（T_f）：15 µs（代表値）。これらのパラメータはデバイスの速度を規定します。試験条件V_CE=5V、I_C=1mA、R_L=1kΩにおいて、出力は照射時に最終値の10%から90%まで上昇するのに約15マイクロ秒を要し、光が遮断された時に元に戻るのにさらに15 µsを要します。これは、高速データ伝送ではなく、低～中程度の周波数アプリケーション（数十kHzまで）に適したデバイスであることを示しています。
• コレクタ暗電流（I_CEO）：100 nA（最大）。これは、デバイスが完全な暗闇（E_e= 0 mW/cm²）にあり、V_CE=20Vが印加されているときにコレクタ・エミッタ接合を流れるリーク電流です。低照度条件下での信号対雑音比を向上させるためには、暗電流が低いことが望ましいです。
• オン状態コレクタ電流（I_C(ON)）：5.5 mA（代表値）。これは、特定の放射照度0.5 mW/cm²の940nm赤外光でデバイスを照射し、V_CE=5Vでバイアスしたときに生成される代表的なコレクタ電流です。このパラメータはデバイスの感度に直接関係します。

3. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気的・光学的特性曲線のセクションを参照しています。具体的なグラフは本文には記載されていませんが、その標準的な内容と設計における重要性を推測することができます。

LTR-C951-TBのようなフォトトランジスタの代表的な曲線には以下が含まれます：

• コレクタ電流（I_C）対 放射照度（E_e）：これは最も重要な曲線であり、異なるコレクタ・エミッタ間電圧（V_CE）における入射光パワーと出力電流の関係を示します。応答の直線性（または非直線性）を示し、設計者が所望の出力電流を得るために必要な放射照度を計算することを可能にします。
• コレクタ電流（I_C）対 コレクタ・エミッタ間電圧（V_CE）：これらは出力特性曲線であり、異なるレベルの放射照度に対してプロットされます。これらはフォトトランジスタの動作領域（飽和領域と活性領域）を示し、適切な負荷抵抗（R_L）の選択に役立ちます。
• 分光感度特性：異なる波長の光に対するデバイスの相対的な感度を示す曲線です。デバイスは940nmの光で試験されていますが、この曲線は他のIR波長（例：850nm、880nm）および可視光に対する応答を示し、特定の波長分離が必要な場合には光学フィルターの必要性を示唆します。
• 温度依存性：暗電流（I_CEO）や感度などの主要パラメータが動作温度範囲にわたってどのように変化するかを示す曲線です。暗電流は通常、温度とともに指数関数的に増加し、高温または高精度アプリケーションでは重要な要因となり得ます。

設計者は、表に示された代表値は25°Cでのスナップショットしか提供しないため、特定の回路および環境条件下でのデバイスの動作を正確にモデル化するためにこれらのグラフを参照する必要があります。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 外形寸法

デバイスは標準的なパッケージ外形に従います。データシートで参照される外形図は、物理的なサイズ、リード間隔、およびレンズ形状を規定します。主な特徴には、センサーの指向性応答（視野角）を制御するのに役立つドームレンズを備えたブラックエポキシボディが含まれます。このパッケージは自動ピックアンドプレース装置との互換性を考慮して設計されており、大量生産を容易にします。

4.2 極性識別

フォトトランジスタは極性を持つデバイスです。データシートの外形図には、ピン配置：コレクタ（C）およびエミッタ（E）が明確に示されます。PCB組立時の極性の誤った接続は、デバイスの機能を妨げます。

4.3 推奨はんだパッドレイアウトおよびパッケージ寸法

データシートには推奨はんだパッド寸法図が含まれています。これはPCBレイアウト設計者にとって重要な参考資料です。リフローはんだ付け時に信頼性の高いはんだ接合を形成し、部品にかかるストレスを最小限に抑えるために、プリント回路基板上に推奨される銅パッド形状（サイズと形状）を提供します。これらの推奨事項に従うことは、製造歩留まりと長期信頼性にとって不可欠です。

さらに、テープおよびリールのパッケージ寸法セクションでは、自動組立用に部品がどのように供給されるかについて詳述しています。キャリアテープの寸法、ポケット間隔、リール直径（7インチ）、およびテープ内の部品の向きを規定します。この情報は、SMT実装機を正しくプログラミングするために極めて重要です。

5. 組立、保管、取り扱いガイドライン

5.1 はんだ付けおよびリフロープロファイル

本デバイスは赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応しています。絶対最大条件はピーク温度260°C、最大10秒間です。データシートでは、JEDEC標準のリフロープロファイル（通常、予熱段階（150-200°C）、ピーク温度への制御された上昇、制御された冷却段階を含む）に従うことを推奨しています。はんだペーストメーカーの仕様書に従うことも強調されています。手動修理の場合は、はんだごての温度は300°Cを超えず、接点ごとの接触時間は最大3秒とします。

5.2 保管条件

湿気感受性はプラスチックSMD部品にとって重要な要素です。LED/フォトトランジスタは乾燥剤とともに防湿バッグに梱包されています。

• 未開封パッケージ：温度30°C以下、相対湿度（RH）90%以下で保管する必要があります。これらの条件下での保管寿命は1年です。
• 開封済みパッケージ：周囲空気にさらされた部品は、温度30°C以下、相対湿度60%以下で保管する必要があります。バッグを開封後、1週間（168時間）以内にIRリフロー工程を完了することが強く推奨されます。元の梱包外で長期間保管する場合は、部品を乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気中で保管する必要があります。1週間以上保管した場合は、はんだ付け前に少なくとも20時間、60°Cでベーキングを行い、吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象による損傷を防止する必要があります。

5.3 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（IPA）などのアルコール系溶剤のみを使用してください。強力または侵襲性のある化学洗浄剤は、エポキシレンズやパッケージを損傷する可能性があります。

6. 梱包および発注情報

LTR-C951-TBは、自動組立用の標準EIA梱包で供給されます。部品はエンボス加工されたキャリアテープにロードされ、直径7インチのリールに巻き取られます。各リールには1500個が含まれます。テープにはカバーシールが施されており、取り扱いおよび輸送中の部品を保護します。データシートには、テープおよびリール梱包に関するANSI/EIA 481-1-A-1994規格への準拠が記載されています。

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

データシートは基本的な駆動回路の推奨事項を提供しています。フォトトランジスタは電流出力デバイスです。代表的なスイッチングアプリケーションでは、エミッタ接地構成で接続されます：

• コレクタは負荷抵抗（R_CC）を介して電源電圧（V_L）に接続されます。
• エミッタはグランドに接続されます。
• 出力信号はコレクタノードから取り出されます。

光が入射しない場合、フォトトランジスタはオフ（高インピーダンス）状態であり、コレクタの出力電圧はV_CC（R_Lにかかるわずかな暗電流による電圧降下を除く）までプルアップされます。照射されると、フォトトランジスタがオンになり、電流が流れ、出力電圧は低レベル（V_CE(SAT)に近い値）まで低下します。R_Lの値は、所望の出力電圧振幅、速度（回路の寄生要素とRC時定数を形成するため）、および利用可能な光電流（I_C(ON)）に基づいて選択されます。

7.2 設計上の注意点と警告

• 環境光耐性：ブラックレンズはある程度のフィルタリングを提供しますが、強い環境IR（日光、白熱電球）が存在する環境で動作させる場合は、信号対雑音比を改善するために追加の外部IR透過/可視光遮断光学フィルターが必要になる場合があります。
• 速度制限：立ち上がり/立ち下がり時間が数十マイクロ秒であるため、このデバイスは高速データ通信（例：IrDA）には適していません。リモコンコード（例：RC-5、NEC）や単純なオン/オフ検出に最適です。
• リニア動作のためのバイアス：スイッチとしてではなくリニア（アナログ）モードで使用する場合、デバイスは活性領域（V_CE> V_CE(SAT)）で動作させる必要があります。I_C対E_e曲線に示される非線形特性を考慮する必要があります。
• 適用範囲：データシートには、この部品は汎用電子機器向けであるという標準的な警告が含まれています。特に生命維持、安全、または輸送システムなど、例外的な信頼性を必要とするアプリケーションでは、事前の協議およびおそらく部品レベルの認定が必要です。

8. 動作原理

フォトトランジスタは、ベース領域が電気的に接続される代わりに光にさらされているバイポーラ接合トランジスタ（BJT）です。ベース・コレクタ接合はフォトダイオードとして機能します。十分なエネルギー（この場合は赤外線）を持つ光子がこの接合に衝突すると、電子-正孔対を生成します。この光生成電流がトランジスタのベース電流（I_B）として作用します。トランジスタはこの電流を直流電流増幅率（h_FE）で増幅し、はるかに大きなコレクタ電流（I_C= h_FE* I_B(photo)）を生成します。この内部利得が、内部増幅を持たない単純なフォトダイオードと比較してフォトトランジスタに高い感度を与えています。ブラックエポキシパッケージは半導体チップを収納し、入射光を感光領域に集光するドームレンズを形成します。

9. 技術パラメータに基づくFAQ

Q1: このデバイスの代表的な視野角はどれくらいですか？

A1: データシートには数値としての視野角は規定されていません。ブラックドームレンズは通常、中程度の視野角（例：このようなパッケージでは±20°～±40°が一般的）を提供しますが、正確な値は詳細な外形図から確認するか、メーカーに問い合わせる必要があります。

Q2: 850nmのIR LEDと一緒に使用できますか？

A2: デバイスは940nmで試験され、I_C(ON)が規定されています。フォトトランジスタは一般に近赤外線範囲で広い分光応答を持ちます。850nmの光にも応答する可能性はありますが、感度が異なる可能性があります。最適な性能と予測可能な信号レベルを得るためには、ピーク感度波長（おそらく940nm付近）のIRエミッタと組み合わせることをお勧めします。分光感度特性曲線を参照してください。

Q3: 負荷抵抗（R_L）の値はどのように選択すればよいですか？

A3: R_Lは、電源電圧（V_CC）、所望の出力論理レベル、および必要な速度に基づいて選択されます。5V電源の場合：トランジスタがオンの時に良好な論理ロー（例：<0.8V）を確保するためには、R_L≤ (V_CC- V_CE(SAT)) / I_C(ON)となります。V_CC=5V、V_CE(SAT)=0.4V、I_C(ON)=5.5mAの場合、R_L≤ (5-0.4)/0.0055 ≈ 836Ωとなります。標準的な1kΩ抵抗は、消費電流と出力振幅の間の良い妥協点を提供する一般的な選択です。より高速化するためには、より小さなR_Lが有利です（RC時定数を減少させる）が、消費電力が増加します。

Q4: なぜ暗電流が重要なのですか？

A4: 暗電流（I_CEO）はセンサーのノイズフロアを設定します。暗い環境でもこの電流はR_Lを流れ続け、小さな電圧降下を生じさせます。これは検出可能な最小光信号を制限します。高温アプリケーションでは、暗電流が大幅に増加し、出力を飽和させてセンサーを使用不能にする可能性があります。