LTR-C971-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-C971-TBは、センシングアプリケーション向けに設計されたディスクリート赤外線フォトトランジスタ部品です。赤外線検出のためのソリューションを提供する幅広い製品ラインの一部であり、様々な電子システムにおいて信頼性の高い性能を発揮する特性を備えています。本デバイスは、自動実装およびはんだ付けプロセスに関する業界標準を満たすように設計されています。

1.1 特徴

• RoHSおよびグリーン製品規格に準拠。
• サイドビュー構成のブラックドームレンズを採用。
• 自動ハンドリングに対応するため、直径7インチのリールに12mmテープで包装。
• 自動実装装置との互換性あり。
• 赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応。
• EIA標準パッケージ仕様に準拠。

1.2 アプリケーション

• 赤外線受信モジュール。
• PCB実装型赤外線センサー。

2. 外形寸法

LTR-C971-TBフォトトランジスタの機械的外形と寸法は、データシートの図面に記載されています。全ての寸法はミリメートルで指定されており、特に断りのない限り標準公差は±0.1mmです。正確なPCBフットプリント設計のためには、詳細な寸法図を参照することが重要です。仕様は予告なく変更される場合があります。

3. 絶対最大定格

以下の表は、周囲温度（TA）25°CにおけるLTR-C971-TBフォトトランジスタの絶対最大定格を示しています。これらの限界を超えると、デバイスに永久的な損傷を与える可能性があります。

組立時の参考として、鉛フリープロセス用の推奨赤外線リフロープロファイルもデータシートに含まれています。

4. 電気的・光学的特性

主要な電気的および光学的パラメータは、TA=25°Cで定義されています。これらの特性は、回路設計および性能予測にとって極めて重要です。

注記：IC(ON)の試験許容差は±15%です。

5. 代表的な特性曲線

データシートには、周囲温度25°C（特に断りのない限り）で測定された一連の代表的な特性曲線が含まれています。これらのグラフは、コレクタ電流対照度、異なる負荷下での応答時間、暗電流の温度依存性など、主要パラメータ間の関係を視覚的に表しています。これらの曲線を分析することで、エンジニアは非標準的または変動する動作条件下でのデバイスの挙動を理解することができ、堅牢なシステム設計に不可欠です。

6. はんだパッドレイアウトと推奨事項

適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するため、PCBレイアウト用の推奨はんだパッド寸法が提供されています。データシートでは、厚さ0.1mm（4ミル）または0.12mm（5ミル）の金属ステンシルを使用したはんだペースト印刷を推奨しています。これらのパッド寸法とステンシル仕様を遵守することは、リフロープロセス中に信頼性の高いはんだ接合を実現し、トゥームストーニングやはんだ不足などの問題を防止するために重要です。

7. テープ＆リール包装仕様

LTR-C971-TBは、大量生産および自動組立ラインに適したテープ＆リール形式で供給されます。キャリアテープおよびリールの詳細な包装寸法が規定されています。主な注意点は以下の通りです：全ての寸法はミリメートル、空の部品ポケットはトップカバーテープで密封、13インチリールあたり6000個収納、連続する欠品は最大2個まで許容、包装はANSI/EIA 481-1-A-1994仕様に準拠。

8. 重要な注意事項と取り扱いガイドライン

8.1 想定用途

本コンポーネントは、オフィス機器、通信機器、家庭用機器を含む一般的な電子機器での使用を想定して設計されています。故障が生命や健康を脅かす可能性のある安全クリティカルなシステム（例：航空機、医療機器）での使用は意図されていません。そのような用途では、設計前にコンポーネントサプライヤーに相談する必要があります。

8.2 保管条件

適切な保管は、コンポーネントの信頼性を維持するために不可欠です。乾燥剤入りの密閉防湿バッグの場合、保管条件は温度≤30°C、湿度≤90%RHで、推奨使用期限は1年です。元の包装を開封した後は、コンポーネントは温度≤30°C、湿度≤60%RHで保管してください。開封後1週間以内にIRリフローはんだ付けを完了することを推奨します。元の袋の外で長期間保管する場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターを使用してください。未包装で1週間以上保管されたコンポーネントは、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングする必要があります。

8.3 洗浄

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。パッケージやレンズを損傷する可能性のある強力な化学洗浄剤や不明な洗浄剤の使用は避けてください。

8.4 はんだ付けプロセス

組立の信頼性を確保するための詳細なはんだ付け推奨事項が提供されています。

• リフローはんだ付け：150–200°Cまで予熱、最大120秒間。ピーク温度は260°Cを超えてはならず、この温度以上の時間は最大10秒間に制限してください。リフローは最大2回まで実行可能です。
• はんだごて：はんだごて先端温度は300°Cを超えてはならず、1回の操作におけるリードあたりのはんだ付け時間は最大3秒間に制限してください。

データシートでは、最適な温度プロファイルは特定の基板設計、部品、はんだペースト、およびオーブンに依存することを強調しています。提供されているJEDEC準拠のプロファイルを一般的な目標として使用し、JEDECとはんだペーストメーカーの両方の制限を遵守することを推奨しています。

8.5 駆動回路の推奨

複数のデバイスを使用するアプリケーションでは、回路内の各フォトトランジスタに直列の電流制限抵抗を強く推奨します。この方法は、データシートの回路モデル（A）として図示されており、全てのデバイス間で電流の均一性と一貫した性能を確保するのに役立ちます。個別の抵抗器なしの並列接続（回路モデル（B））では、個々のデバイスの電流-電圧（I-V）特性の違いにより、輝度や感度のばらつきが生じる可能性があります。

9. 製品情報と改訂履歴

メーカーは、改良のため製品の外観および仕様を予告なく変更する権利を留保します。設計者は常に最新の情報を得るためにデータシートの最新版を参照してください。

10. 技術詳細と設計上の考慮点

10.1 動作原理

赤外線フォトトランジスタは、入射した赤外光を電流に変換することで動作します。本質的にはバイポーラ接合トランジスタであり、ベース電流はベース-コレクタ接合（フォトダイオードとして機能）に光子が衝突することで生成されます。十分な波長（本デバイスでは通常940nm）の赤外光が有効領域を照射すると、電子-正孔対が生成されます。この光電流はトランジスタの利得によって増幅され、外部回路で容易に測定できるはるかに大きなコレクタ電流となります。ブラックドームレンズを備えたサイドビューパッケージは、特定の視野角を定義し、周囲の可視光をある程度除去するのに役立ちます。

10.2 主要パラメータの分析

• 感度（IC(ON))：940nm、0.5 mW/cm²の照度下での典型的なオン状態コレクタ電流4.0 mAは、デバイスの感度を示しています。設計者は、信頼性の高いスイッチングまたはアナログ検出のために、入射IR信号強度がこの照度レベルを満たすか超えることを確認する必要があります。
• 速度（Tr, Tf）：典型的な立ち上がり・立ち下がり時間15 μsは、デバイスのスイッチング速度を定義します。このパラメータは、高ビットレートが要求されるデータ伝送アプリケーション（IRリモコンなど）で重要です。指定された試験条件（VCE=5V, IC=1mA, RL=1KΩ）は標準的なベンチマークを提供します。
• 暗電流（ICEO）：VCE=20Vにおける最大暗電流100 nAは、光がない場合のリーク電流を表します。低暗電流は、特に低照度検出シナリオや、電圧利得を高めるために高抵抗値の負荷抵抗を使用する場合に、高い信号対雑音比を達成するために不可欠です。
• 電圧定格（V(BR)CEO, V(BR)ECO）：コレクタ-エミッタ間30Vおよびエミッタ-コレクタ間5Vの降伏電圧は、印加バイアスの安全動作領域を定義します。回路設計では、過渡状態であってもこれらの限界を超えないことを保証する必要があります。

10.3 アプリケーション回路設計

最も一般的な構成は、フォトトランジスタをエミッタ接地スイッチモードで使用することです。コレクタは負荷抵抗（RL）を介して電源電圧（VCC）に接続され、エミッタは接地されます。出力信号はコレクタノードから取り出されます。RLの値は重要な設計選択です：大きなRLは、所定の光電流に対してより高い出力電圧振幅（より高い利得）を提供しますが、増加したRC時定数のために応答時間を遅くします。データシートの速度仕様はRL=1KΩで与えられており、基準点を提供します。線形応答を必要とするアナログアプリケーションでは、デバイスはフォトダイオードモード（ベースを開放し、コレクタ-ベース接合のみを使用）で動作させるか、飽和を避けるように注意深くバイアスする必要があります。

10.4 環境および実装に関する考慮点

-40°Cから+85°Cの動作温度範囲により、本デバイスは民生用、産業用、および一部の車載環境に適しています。設計者は、暗電流と感度の温度係数を考慮する必要があります。これらは通常、温度の上昇に伴ってそれぞれ増加および減少します。プラスチックパッケージと内部ワイヤボンディングは熱衝撃と過度の熱に敏感であるため、厳格なはんだ付けプロファイルガイドラインが必要です。JEDECベースのプロファイルに従うことで、応力を最小限に抑え、潜在的な故障を防止します。

10.5 比較と選定

赤外線センサーを選定する際、エンジニアはフォトトランジスタとフォトダイオードを比較します。フォトトランジスタはより高い利得（単位光量あたりの出力電流）を提供しますが、一般的に速度が遅く、フォトダイオードと比較してより非線形な応答特性を持ちます。増幅機能を内蔵したLTR-C971-TBは、追加の増幅段を必要とせずに高い出力が必要な、単純なデジタル検出（IR信号の有無）または低速アナログセンシングに最適な選択肢です。高速データリンクや精密なアナログ光測定には、PINフォトダイオードの方が適している場合があります。

10.6 実用例

典型的な使用例は、非接触蛇口用の赤外線近接センサーです。940nmでパルス発光する赤外線LEDエミッタを使用します。近くに配置されたLTR-C971-TBフォトトランジスタが反射信号を検出します。手が蛇口の下に置かれると、IR光がセンサーに反射され、コレクタ電流が増加します。この変化はマイクロコントローラーによって検出され、水バルブが作動します。サイドビューパッケージにより、LEDとフォトトランジスタが同じPCB平面上に実装されたコンパクトなセンサーモジュールが可能になります。デバイスの感度により、弱い反射でも確実な検出が保証され、その速度はこのような遅い人間の動作インターフェースには十分以上です。設計には、駆動LED用の推奨直列抵抗と、フォトトランジスタのコレクタに適切な負荷抵抗（例：10kΩ）を含め、電流変化をマイクロコントローラーのADCまたはコンパレータ入力で測定可能な電圧に変換します。

10.7 業界動向

ディスクリート赤外線コンポーネントのトレンドは、高集積化、小型パッケージ化、および性能向上に向かっています。LTR-C971-TBのようなデバイスは、コスト重視またはスペース制約のある設計において依然として重要ですが、光検出器、増幅器、デジタルロジック（I²C出力など）を単一パッケージに統合した統合ソリューションの採用が増えています。これらのモジュールは設計を簡素化しますが、コストが高くなる場合があります。もう一つのトレンドは、周囲光ノイズに対する耐性を向上させるためにパッケージに統合された特定波長フィルターの使用増加であり、これは幅広い製品ラインで利用可能な機能として言及されています。基本的な検出タスクでは、ディスクリートフォトトランジスタは性能、コスト、設計の柔軟性の最適なバランスを提供します。