LTR-C155DD-G フォトダイオード データシート - 940nm ピーク波長 - 5V 逆電圧 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTR-C155DD-Gは、近赤外線スペクトルにおけるセンシング用途向けに設計されたディスクリート型赤外線フォトダイオード部品です。これは、赤外線信号の信頼性の高い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の一部です。その主な機能は、入射する赤外光を電流に変換することで、受信機またはセンサー素子としての使用を可能にします。

1.1 中核的利点とターゲット市場

この部品は設計者にいくつかの重要な利点を提供します。高信号対雑音比を特徴としており、これはリビングルームやオフィスなどの環境で有効な赤外線コマンドと周囲光ノイズを区別するために重要です。本デバイスは自動実装装置および赤外線リフローはんだ付けプロセスと互換性があり、大量生産の自動化ラインに適しています。主なターゲット市場には、リモコンシステム向けの民生電子機器、動体またはビーム検出用のセキュリティ・警報システム、および近距離赤外線データ伝送を含む様々なアプリケーションが含まれます。

1.2 特長

• RoHSおよびグリーン製品指令に準拠。
• 一貫した角度応答を得るための、ウォータークリアのフラットレンズを備えたトップビューパッケージを採用。
• 自動組立のため、7インチ径リールに8mmテープで供給。
• 自動実装（ピックアンドプレース）装置と互換性あり。
• 標準的な赤外線リフローはんだ付けプロセスに耐性あり。
• EIA標準フォームファクターでパッケージング。

1.3 用途

• リモコン（テレビ、エアコン、セットトップボックス）用赤外線受信モジュール。
• 近接センシングまたは物体検出用のPCB実装型赤外線センサー。
• 赤外線ビームを使用するセキュリティ警報システム。
• 簡易赤外線無線データ伝送リンク。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

電気的および光学的特性は、フォトダイオードの動作限界と性能を定義します。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と、意図したアプリケーション内での信頼性の高い動作を確保するために不可欠です。

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。連続動作のための値ではありません。

• 電力損失 (Pd)：最大150 mW。これは主に逆バイアス電流および高照度下での光電流から、デバイスが熱として放散できる総電力です。
• 逆電圧 (VR)：最大30 V。逆方向にこれより高い電圧を印加すると、ブレークダウンを引き起こし、フォトダイオード接合を損傷する可能性があります。
• 動作温度範囲 (TA)：-40°C ～ +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作することが保証されています。
• 保存温度範囲 (Tstg)：-55°C ～ +100°C。デバイスは動作せずにこれらの限界内で保存できます。
• 赤外線はんだ付け条件：260°Cのピーク温度を10秒間耐えることができ、これは典型的な無鉛（Pbフリー）リフロープロファイルに適合します。

2.2 電気的・光学的特性 (TA=25°C)

これらは、指定された試験条件下での典型的および保証された性能パラメータです。

• 順方向電圧 (Vf)：If=1mA時、0.4V ～ 1.0V。このパラメータは、フォトダイオードが誤って順方向バイアスされた場合に関連します。これは通常の動作モードではありません。
• 逆方向降伏電圧 V(BR)：IR=100µA時、最小30V。これはデバイスが定格最大逆電圧を安全に扱えることを確認します。
• 逆方向暗電流 (ID)：VR=5V、Ee=0mW/cm²時、最大100 nA。これは光がないときのリーク電流です。暗電流が低いほど、微弱信号に対する感度が向上します。
• 開放電圧 (VOC)：λ=940nm、Ee=0.5mW/cm²時、最大0.4V。これは、光起電力モード（外部バイアスなし）で照明下においてフォトダイオードによって生成される電圧です。
• 立ち上がり時間 (Tr) および立ち下がり時間 (Tf)：VR=10V、RL=1kΩ時、それぞれ典型的に0.30µsおよび0.28µs。これらのパラメータはスイッチング速度を定義し、変調された赤外線信号（例：38-40 kHzで動作するリモコンからの信号）の復号に適したデバイスとします。
• 逆方向光電流 (Ip)：VR=5V、λ=940nm、Ee=1mW/cm²時、典型的に16 µA（最小10 µA）。これはダイオードが逆バイアスされたときに生成される光電流であり、線形応答と速度のための標準動作モードです。
• 短絡電流 (Is)：Ipと同じ条件下で、典型的に16 µA。光起電力モードでは、これはデバイスが供給できる最大電流です。
• 総容量 (CT)：VR=3V、f=1MHz時、典型的に14 pF。この接合容量は高周波応答に影響を与えます。容量が低いほど、より高い帯域幅が可能になります。
• ピーク感度波長 (λp)：典型的に910 nm。フォトダイオードはこの波長の赤外光に最も感度が高く、940nm赤外線発光ダイオード（IRED）との組み合わせに理想的です。

3. 性能曲線分析

提供されるグラフは、様々な条件下でのデバイスの動作に関する視覚的な洞察を提供します。

3.1 光電流対放射照度

この曲線は、入射光パワー（放射照度 Ee）と生成される光電流（Ip）の関係を示しています。線形領域（逆バイアス）で動作するフォトダイオードの場合、この関係は通常線形です。グラフは、940nm光の1 mW/cm²において、表に記載されている通り光電流が約16 µAであることを確認します。この直線性はアナログセンシングアプリケーションにとって重要です。

3.2 分光感度

このグラフは、波長に対する相対放射感度をプロットしています。約910nm付近にピークを示し、約800nmから1050nmの範囲で有意な応答があります。可視光（700nm以下）に対する感度は急激に低下し、これは白熱電球や太陽光などの光源からの周囲光ノイズを除去するのに有益です。説明で言及されているフィルターを含めることで、このカットオフをさらに鋭くすることができます。

3.3 総電力損失対周囲温度

このデレーティング曲線は、周囲温度が上昇するにつれて最大許容電力損失がどのように減少するかを示しています。25°Cでは、フルの150 mWが許容されます。温度が最大動作限界の85°Cに向かって上昇するにつれて、許容電力損失は直線的に減少します。これは、過熱を防ぐためのアプリケーション設計における熱管理にとって重要です。

3.4 角度感度図

極座標図は、入射光の異なる角度における相対感度を示しています。このようなフラットレンズを備えたフォトダイオードは、通常、比較的広い視野角（感度が50%に低下する角度はしばしば±60度程度）を持ちます。この広い角度は、精密な位置合わせなしに広い領域からの信号を捕捉する必要がある受信機にとって有利です。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 外形寸法

デバイスは標準的な業界パッケージ外形に準拠しています。主要な寸法には、ボディサイズ、リード間隔、および全高が含まれます。パッケージは表面実装技術（SMT）向けに設計されています。特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.1mmです。

4.2 極性識別とパッド設計

カソードは通常、パッケージ上にマーキングされています。データシートは、PCBレイアウトのための推奨はんだパッド寸法を提供します。推奨されるパッド設計は、リフロープロセス中および後の信頼性の高いはんだ接合と適切な機械的安定性を確保します。はんだペーストの塗布には、厚さ0.1mmから0.12mmのメタルステンシルの使用が推奨されます。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

本コンポーネントは無鉛（Pbフリー）リフローはんだ付けプロセスに適合しています。JEDEC標準に準拠した推奨温度プロファイルが提供されています。主要なパラメータには、予熱ゾーン（150-200°C）、260°Cを超えないピーク温度、およびコンポーネントを過度の熱ストレスにさらすことなく適切なはんだ接合を形成するための液相線以上時間（TAL）が含まれます。デバイスは、ピーク温度で最大10秒間、最大2回までこのプロファイルに耐えることができます。

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、接点ごとの接触時間は最大3秒に制限する必要があります。これにより、半導体ダイまたはプラスチックパッケージへの熱損傷のリスクを最小限に抑えます。

5.3 保存条件

リフロー中にポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気の吸収を防ぐために、特定の保存条件が義務付けられています。乾燥剤入りの元の密閉防湿バッグ内では、デバイスは≤30°C、≤90%RHで保存し、1年以内に使用する必要があります。バッグを開封した後は、部品を≤30°C、≤60%RHで保存し、理想的には1週間以内に処理する必要があります。元の包装の外で長期間保存する場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間のベーキングが必要です。

5.4 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。パッケージ材料やレンズを損傷する可能性があるため、強力な化学洗浄剤は避けてください。

6. 包装および注文情報

6.1 テープおよびリール仕様

コンポーネントは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに供給されます。テープ幅は8mmで、標準の7インチ（178mm）径リールに巻かれています。各リールには3000個が含まれています。包装はANSI/EIA 481-1-A-1994仕様に準拠しており、自動フィーダーとの互換性を確保しています。

7. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

7.1 典型的な回路構成

LTR-C155DD-Gのようなフォトダイオードの最も一般的な動作モードは、光導電モードです。ここでは、ダイオードは電圧（例：試験条件のように5V）で逆バイアスされます。生成される光電流は光強度に比例します。この電流は、負荷抵抗（RL）を使用して電圧に変換できます。RLの値は、フォトダイオードの接合容量（CT）と形成されるRC時定数のため、出力電圧スイングと回路の帯域幅（速度）の両方に影響を与えます。38 kHz IRリモコン復号のような高速アプリケーションでは、より小さなRL（例：1kΩ～10kΩ）が使用されます。低照度条件下でのより高い感度を得るには、より大きなRLまたはトランスインピーダンスアンプ（TIA）回路が推奨されます。

7.2 光学的設計上の考慮事項

性能を最適化するには、赤外線光源（IRED）がフォトダイオードのピーク感度（約940nm）に一致する発光波長を持つ必要があります。フォトダイオードの前に光学フィルターを配置して可視光を遮断することで、強い周囲光環境での信号対雑音比を大幅に改善できます。フォトダイオードの広い視野角は光学的位置合わせを簡素化しますが、迷光の影響を受けやすくする可能性もあります。機械的なシュラウドは視野角を定義するのに役立ちます。

7.3 レイアウト上の考慮事項

良好なはんだ付け性と機械的強度を確保するために、推奨されるはんだパッドレイアウトに従ってください。感度の高いアナログ回路では、フォトダイオードのアノードとカソードからのトレースを可能な限り短くして、ノイズのピックアップと寄生容量を最小限に抑えてください。電気的にノイズの多い環境では、適切な接地とシールドが必要になる場合があります。

8. 技術比較と差別化

フォトトランジスタと比較して、LTR-C155DD-Gのようなフォトダイオードはより高速な応答時間（マイクロ秒未満対マイクロ秒）を提供し、高速データ伝送または変調信号受信に優れています。また、光強度に対するより線形な出力も提供します。他のフォトダイオードと比較して、その主な特徴には、自動組立のための標準化されたパッケージ、無鉛リフローとの互換性、および民生IRプロトコルに適した指定された高速性能が含まれます。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 逆方向光電流（Ip）と短絡電流（Is）の違いは何ですか？

逆方向光電流（Ip）は、フォトダイオードが逆バイアス電圧（例：5V）下にある状態で測定されます。これは線形応答と速度のための標準動作条件です。短絡電流（Is）は、ダイオード両端の電圧がゼロボルト（光起電力モード）の状態で測定されます。典型的な値は類似していますが、光起電力モードは応答が遅く、電圧依存の電流出力を持ちます。

9.2 負荷抵抗（RL）の値はどのように選択すればよいですか？

選択は、帯域幅と信号振幅の間のトレードオフを含みます。38kHz IR信号の場合、周期は約26µsです。フォトダイオードの立ち上がり/立ち下がり時間（0.3µs）はこれよりもはるかに速いため、制限要因ではありません。RC時定数（RL * CT）は、検出する必要があるパルス幅よりも大幅に小さくする必要があります。1kΩ抵抗と14pF容量の場合、時定数は14nsであり、高速性に優れています。より大きなRLは同じ光レベルに対してより大きな出力電圧を与えますが、帯域幅を減少させ、ノイズを増加させる可能性があります。

9.3 部品がバッグの外で保存された場合、なぜベーキングが必要なのですか？

プラスチックSMT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蒸発し、内部圧力を発生させ、パッケージの剥離やダイのクラックを引き起こす可能性があります。これはポップコーン現象として知られています。ベーキングはこの吸収された湿気を除去し、この故障モードを防止します。

10. 動作原理の紹介

フォトダイオードは半導体PN接合です。半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを持つ光子が接合の空乏層に衝突すると、価電子帯から伝導帯へ電子を励起し、電子-正孔対を生成することができます。内部電界（接合に固有のもの、または外部逆バイアス電圧によって増強されたもの）の影響下で、これらの電荷キャリアは引き離され、外部回路に測定可能な電流を生成します。この光電流は、デバイスがその線形領域内で動作する限り、入射光の強度に直接比例します。感度のピーク波長は、使用される半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。

11. 開発動向

フォトダイオードのようなディスクリート赤外線センサーの動向は、より低い暗電流、より高い速度、周囲光干渉に対する強化された耐性などの性能パラメータを維持または改善しながら、パッケージのさらなる小型化に向かっています。統合はもう一つの重要な動向であり、フォトダイオードと専用アンプ、フィルター、デジタルロジックを単一パッケージに組み合わせて、最終製品設計を簡素化する完全なIR受信モジュールを作成するデバイスがあります。また、自動車や産業用途などのますます厳格な環境および製造基準との互換性と、より高い信頼性を求める継続的な推進力もあります。