LTR-S971-TB 赤外線フォトトランジスタ データシート - サイドビュー型パッケージ - Vce 30V - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTR-S971-TBは、センシング用途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。信頼性の高い赤外光検出を必要とする環境での使用を目的とした、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、入射する赤外線放射を電気信号、具体的には受信したIRパワー密度に比例するコレクタ電流に変換することです。

その中核的な利点は、ブラックパッケージに収められたサイドビュー型ドームレンズであり、視野角を制御し、他の角度からの環境光による干渉を低減するのに役立ちます。このデバイスは現代の実装プロセスに対応したパッケージングが施されており、13インチ径リール上の8mmテープに供給されるため、自動実装装置や赤外線リフローはんだ付けプロセスとの互換性があります。また、RoHSおよびグリーンプロダクト規格に準拠しています。

このフォトトランジスタのターゲット市場およびアプリケーションは、主に民生電子機器および産業用センシングです。主な応用分野には、リモコンなどのシステムにおける赤外線受信機としての使用、近接検知、物体検知、IRを媒体とする基本的なデータ伝送リンクなどの機能のためのPCB実装型赤外線センシングの実現などが含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

LTR-S971-TBの性能は、一連の絶対最大定格および詳細な電気的・光学的特性によって定義され、これらはすべて周囲温度（TA）25°Cで規定されています。

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のある応力限界を定義します。通常動作を意図した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。
• コレクタ-エミッタ間電圧（V_CE）：30 V。コレクタ端子とエミッタ端子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_EC）：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_op）：-40°C ～ +85°C。デバイスが確実に動作する周囲温度範囲です。
• 保管温度範囲（T_stg）：-55°C ～ +100°C。非動作状態での保管温度範囲です。
• 赤外線はんだ付け条件：最大10秒間260°Cに耐えることができ、そのリフローはんだ付け能力を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、指定された試験条件下でのデバイスの性能を定義し、典型的な動作特性を表します。

• コレクタ-エミッタ間降伏電圧（V_(BR)CEO）：30 V（最小）。逆方向リーク電流（I_R）が100µAで、入射IR照射がない状態（E_e= 0 mW/cm²）で測定されます。
• エミッタ-コレクタ間降伏電圧（V_(BR)ECO）：5 V（最小）。I_E= 100µA、無照射状態で測定されます。
• コレクタ-エミッタ間飽和電圧（V_CE(SAT)）：0.4 V（最大）。デバイスが完全にオン状態にあるときの両端電圧で、0.5 mW/cm²の照度下でI_C= 100µAで試験されます。
• 立ち上がり時間（T_r）および立ち下がり時間（T_f）：15 µs（標準）。これらのスイッチング速度パラメータは、V_CE=5V、I_C=1mA、R_L=1kΩの条件で測定され、中速検出への適合性を示します。
• コレクタ暗電流（I_CEO）：100 nA（最大）。光がない状態で、V_CE=20Vのときにコレクタからエミッタに流れるリーク電流です。低い値ほど信号対雑音比（SN比）に有利です。
• オン状態コレクタ電流（I_C(ON)）：4.0 mA（標準）。デバイスが照射されたときの出力電流で、940nm光源からの0.5 mW/cm²の照度下でV_CE=5Vで試験されます。これは重要な感度パラメータです。

3. 性能曲線分析

データシートには、典型的な電気的・光学的特性曲線のセクションが参照されています。これらのグラフ表現は、設計エンジニアが単一点の仕様を超えてデバイスの動作を理解するために極めて重要です。

具体的な曲線は提供された本文では詳細に記述されていませんが、LTR-S971-TBのようなフォトトランジスタの典型的なプロットには以下が含まれます：

• コレクタ電流（I_C）対コレクタ-エミッタ間電圧（V_CE）：異なるレベルの入射赤外線照度（E_e）をパラメータとした曲線群です。これは出力特性と飽和領域を示します。
• コレクタ電流（I_C）対入射照度（E_e）：このプロットは、多くの場合固定V_CEで示され、フォトトランジスタの光強度に対する応答の直線性（または非直線性）を示し、その感度の中心となります。
• 分光感度特性：デバイスの異なる波長の光に対する相対的な感度を示す曲線です。試験条件は940nmを指定していますが、この曲線はピーク応答波長と感度の帯域幅を示し、不要な光源を除去するために重要です。
• 温度依存性：暗電流（I_CEO）やコレクタ電流（I_C）などの主要パラメータが周囲温度とともにどのように変化するかを示すグラフで、室温外で動作する設計にとって重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 外形寸法

このデバイスはドームレンズを備えたサイドビュー型パッケージを特徴とします。すべての寸法は、特に指定がない限り標準公差±0.1 mmでミリメートル単位で提供されます。正確な機械図面は、PCBレイアウトにとって重要なボディサイズ、リード間隔、レンズ位置、および全体のフットプリントを定義します。

4.2 推奨はんだ付けパッド寸法

PCB用の推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。これらの寸法に従うことで、はんだ付けプロセス中の適切なはんだ接合部の形成、機械的安定性、および熱緩和が確保されます。

4.3 テープ＆リールのパッケージ寸法

キャリアテープ寸法（ポケットサイズ、ピッチ）、カバーテープ、およびリール寸法を指定した詳細図面が提供されます。この情報は自動組立ラインのセットアップに不可欠です。記載されている主要仕様は、ANSI/EIA 481-1-A-1994規格に従い、13インチリールに9000個が収納され、連続欠品は最大2個まで許容されます。

5. はんだ付け・実装ガイドライン

5.1 保管条件

このデバイスは湿気に敏感です。乾燥剤入りの密閉防湿バッグ内では、30°C以下かつ相対湿度90%以下で保管し、1年以内に使用する必要があります。開封後は、保管環境が30°C、60%RHを超えてはなりません。元の包装から出されて1週間以上経過した部品は、リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、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。

5.2 はんだ付けパラメータ

リフローはんだ付け：JEDEC準拠のプロファイルが推奨されます。

• 予熱：150–200°C、最大120秒。
• ピーク温度：最大260°C。
• 260°C以上の時間：最大10秒、最大2回のリフローサイクルが許容されます。

• はんだごて温度：最大300°C。
• 接触時間：接合部ごとに最大3秒。

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などのアルコール系溶剤のみを使用してください。

6. アプリケーションノートと設計上の考慮点

6.1 駆動回路設計

フォトトランジスタは基本的に電流出力デバイスです。データシートは、複数のデバイスを駆動するための重要なガイダンスを提供します。回路モデル（A）は推奨される構成であり、各フォトトランジスタが電源電圧に接続された独自の直列電流制限抵抗を持ちます。これにより、個々のデバイス間の電流-電圧（I-V）特性のわずかな変動を補償することで、強度の均一性が確保されます。回路モデル（B）は、複数のデバイスが単一の抵抗を共有する構成であり、デバイスの不一致による不均一な輝度や電流分担を引き起こす可能性があるため、推奨されません。

6.2 適用範囲と注意事項

この部品は、標準的な電子機器（オフィス、通信、家庭用）での使用を意図しています。データシートには、事前の協議と認定なしに、航空、医療生命維持装置、または交通制御システムなどの安全上重要な、または高信頼性が要求されるアプリケーションでの使用を避けるよう、具体的な注意が含まれています。故障が生命や健康を危険にさらす可能性があるためです。

6.3 代表的なアプリケーションシナリオ

• 赤外線リモコン受信機：リモコンからの変調IR信号を検出します。
• 近接および物体検知：反射または遮断されたIR光を検出することで、物体の有無をセンシングします。
• 基本的なIRデータリンク：近距離、低速の無線データ伝送用です。
• セキュリティアラームセンサー：ビームブレイク式または反射式の侵入検知システムの一部として。

7. 動作原理

フォトトランジスタは、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）構造内での光電効果の原理に基づいて動作します。十分なエネルギー（このデバイスの場合は赤外線スペクトル）を持つ入射光子は、ベース-コレクタ接合領域で吸収され、電子-正孔対を生成します。これらの光生成キャリアは、トランジスタの電流増幅率（ベータ、β）によって効果的に増幅されます。ベース端子はしばしば未接続のままか、バイアス制御のために抵抗と共に使用されます。結果として得られる出力は、一次光電流よりもはるかに大きいコレクタ電流（I_C）であり、固有の信号増幅を提供します。サイドビューレンズは入射するIR光を集光し、感光性半導体領域に向け、デバイスの視野角を定義します。

8. パッケージングと発注情報

標準パッケージングは、13インチリールあたり9000個です。テープ＆リール仕様はANSI/EIA規格に準拠しており、自動ピック＆プレース装置との互換性を確保しています。部品番号LTR-S971-TBは、この特定のバリアント（サイドビュー型を示すパッケージタイプTBと思われる）を一意に識別します。

9. 技術パラメータに基づくFAQ

Q: このセンサーの典型的な応答速度はどれくらいですか？

A: 典型的な立ち上がり時間と立ち下がり時間は15マイクロ秒であり、リモコンで一般的な38 kHzなどの搬送波周波数で動作する変調IR信号の検出に適しています。

Q: LTR-S971-TBの感度はどの程度ですか？

A: 940nm、0.5 mW/cm²、V_CE=5Vの試験条件下では、通常4.0 mAのコレクタ電流を提供します。使用可能な出力電流を生成するのに必要な照度が低いほど、感度は高くなります。

Q: 屋外や高温環境で使用できますか？

A: 動作温度範囲は-40°Cから+85°Cであり、幅広い環境での使用が可能です。ただし、設計者は、暗電流や出力電流の温度依存性を考慮する必要があり、極端な温度では信号対雑音比に影響を与える可能性があります。

Q: なぜ並列接続された各フォトトランジスタに個別の抵抗が必要なのですか？

A: 製造上の自然なばらつきにより、個々のフォトトランジスタのI-V特性はわずかに異なります。共有抵抗を使用すると、それらに同じ電圧を強制することになり、大きな電流不均衡を引き起こす可能性があります。個別の抵抗を使用することで、各デバイスが自己バイアスし、より均一な電流分担と性能が確保されます。

10. 設計・使用事例例

シナリオ：IRビームブレイクセンサーを使用した簡単な物体カウンターの設計。

1. セットアップ：IRエミッタ（IRED）をコンベアベルトの片側に配置し、LTR-S971-TBフォトトランジスタを真向かいに配置します。
2. 回路：フォトトランジスタはコモンエミッタ構成で設定されます。プルアップ抵抗（例：1kΩ～10kΩ）がコレクタからV_CC（例：5V）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得されます。
3. 動作：IRビームが遮断されていないとき、フォトトランジスタは照射され、導通してコレクタ電圧を低く（V_CE(SAT)付近に）引き下げます。物体がビームを遮断すると、照射が止まり、フォトトランジスタがオフになり、抵抗によってコレクタ電圧が高く引き上げられます。
4. 信号処理：このデジタル電圧遷移（ローからハイへ）は、マイクロコントローラのデジタル入力ピンまたはコンパレータに入力して、カウントルーチンをトリガーすることができます。
5. 設計上の考慮点：プルアップ抵抗の値は、スイッチング速度と消費電流に影響します。環境IR光（例：太陽光）は誤トリガーを引き起こす可能性があるため、システムには光学フィルタリング、環境光を遮るハウジング、またはIRビームの変調/復調が必要になる場合があります。

注：製品の外観および仕様は改良のため予告なく変更されることがあります。