LTR-C950-TB 赤外線フォトトランジスタ データシート - トップビュー ブラックレンズ - 940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、個別部品としての赤外線フォトトランジスタの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、典型的には波長940nmの赤外光を検知するために設計されています。視野角を定義し、周囲の可視光からの干渉を低減するのに役立つブラックドームレンズを備えたトップビューパッケージが特徴です。部品はテープ&リールに梱包されており、大量生産に対応した自動表面実装プロセスとの互換性があります。関連する環境規格に準拠しています。

1.1 特長

• 有害物質に関する環境規制に準拠。
• ブラックドームレンズを備えたトップビュー形状。
• 自動実装に対応するため、直径7インチのリールに12mmテープで供給。
• 標準的な赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応。
• 標準化されたパッケージ外形。

1.2 用途

• 赤外線受信モジュール。
• 基板実装型赤外線センシングアプリケーション。

2. 外形寸法

本デバイスは標準的なパッケージ外形に準拠しています。全ての主要寸法はデータシートの図面にミリメートル単位で記載されており、特に指定のない限り標準公差は±0.1mmです。このパッケージは、信頼性の高い基板実装のために設計されています。

3. 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定義します。全ての値は周囲温度(TA)25°Cで規定されています。

• 電力損失 (PD):100 mW
• コレクタ-エミッタ間電圧 (VCEO):30 V
• エミッタ-コレクタ間電圧 (VECO):5 V
• 動作温度範囲:-40°C ～ +85°C
• 保管温度範囲:-55°C ～ +100°C
• 赤外線リフローはんだ付け:ピーク温度260°C、最大10秒間。

鉛フリープロセス用の推奨リフロー温度プロファイルが含まれており、プリヒート、ピーク温度、液相線温度以上の時間などのパラメータを強調し、熱ダメージなく信頼性の高いはんだ接合を確保することを目的としています。

4. 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、TA=25°Cの指定試験条件下におけるデバイスの性能を定義します。回路設計において極めて重要です。

• コレクタ-エミッタ間降伏電圧, V(BR)CEO:30 V (最小)。試験条件: IR = 100µA、照度 (Ee) = 0 mW/cm²。
• エミッタ-コレクタ間降伏電圧, V(BR)ECO:5 V (最小)。試験条件: IE = 100µA、Ee = 0 mW/cm²。
• コレクタ-エミッタ間飽和電圧, VCE(SAT):0.4 V (最大)。試験条件: IC = 100µA、Ee = 0.5 mW/cm²。
• 立ち上がり時間 (Tr) & 立ち下がり時間 (Tf):15 µs (代表値)。試験条件: VCE = 5V、IC = 1mA、RL = 1kΩ。
• コレクタ暗電流 (ICEO):100 nA (最大)。試験条件: VCE = 20V、Ee = 0 mW/cm²。これは光が入射していない時のリーク電流です。
• オン状態コレクタ電流, IC(ON):1.5 mA (最小) から 9.20 mA (最大) の範囲。試験条件: VCE = 5V、Ee = 0.5 mW/cm²、λ=940nm。これは感度を示す重要なパラメータです。

5. ビンコード体系

デバイスは、アプリケーションにおける性能の一貫性を確保するため、オン状態コレクタ電流(IC(ON))に基づいて性能ビンに分類されます。各ビン内の電流公差は±15%です。

• BIN A:IC(ON) = 1.5 mA ～ 2.9 mA
• BIN B:IC(ON) = 2.9 mA ～ 5.5 mA
• BIN C:IC(ON) = 5.5 mA ～ 9.2 mA

6. 代表的な特性曲線

データシートには、様々な条件下でのデバイスの挙動を示すいくつかのグラフが掲載されています。これらは、単一点の仕様を超えた性能を理解するために不可欠です。

• 分光感度:フォトトランジスタの異なる波長に対する相対感度を示す曲線で、約940nm付近でピークを持ちます。
• コレクタ暗電流 vs. 周囲温度:リーク電流(ICEO)が温度上昇とともにどのように増加するかを示します。
• 立ち上がり・立ち下がり時間 vs. 負荷抵抗:回路内の負荷抵抗(RL)の値がスイッチング速度にどのように影響するかを示します。
• 相対コレクタ電流 vs. 照度:入射光パワー(Ee)と出力コレクタ電流の関係を示します。
• 感度ダイアグラム:センサーの相対的な角度応答を示す極座標プロットで、ブラックドームレンズの影響を受けます。

7. はんだランドパターン & パッケージ情報

適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するために、推奨される基板ランドパターン（はんだパッド）寸法が提供されています。はんだペースト塗布には、ステンシル厚さ0.1mmまたは0.12mmが推奨されます。また、テープ&リール梱包の詳細寸法も含まれており、自動ハンドリングを容易にするためのポケット間隔、リール直径、ハブサイズを規定しています。

8. 取り扱い、保管、実装ガイドライン

8.1 保管条件

未開封の乾燥剤入り防湿バッグについては、保管温度は30°C以下、相対湿度90%以下で、推奨使用期限は1年です。元の梱包から取り出したデバイスについては、周囲環境は30°C / 60%RHを超えないようにしてください。元のバッグの外で1週間以上保管した場合は、はんだ付け前に60°Cで20時間のベーキング（乾燥）を行うことを推奨します。これにより湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止します。

8.2 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。

8.3 はんだ付け推奨条件

リフローはんだ付けおよび手はんだ付けの詳細なパラメータを以下に示します:

• リフローはんだ付け:150-200°Cまでプリヒート（最大120秒）、ピーク温度は260°Cを超えず、最大10秒間。リフローは最大2回まで実施可能です。
• 手はんだ付け:はんだごて先端温度は300°Cを超えず、1接点あたりのはんだ付け時間は最大3秒です。

このガイドラインはJEDEC規格を参照しており、特定の基板設計に対するプロセスの特性評価の必要性を強調しています。

8.4 駆動回路に関する考慮事項

フォトトランジスタは電流出力デバイスです。複数のセンサーを使用するアプリケーションでは、均一な応答を確保し、いずれかのユニットによる電流の偏りを防ぐために、各デバイスと直列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（データシートの回路Aに示す通り）。個別の抵抗なしでデバイスを直接並列に接続する（回路B）と、デバイス特性のばらつきにより性能の不一致が生じる可能性があります。

9. アプリケーションノート & 設計上の考慮点

9.1 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。十分なエネルギー（デバイスの感度波長、約940nmに対応）を持つ光子がトランジスタのベース領域で吸収され、電子-正孔対を生成します。この光生成電流はベース電流として作用し、トランジスタの増幅率によって増幅されることで、入射光強度に比例したより大きなコレクタ電流が得られます。ブラックドームレンズは入射光を集光し、視野角を定義するのに役立ちます。

9.2 代表的なアプリケーション例

主な用途は赤外線受信システムです。これには以下が含まれます:

• リモコン受信機:テレビ、オーディオ、家電リモコンからの信号を復調。
• 近接センシング:IRビームを反射させることで物体の有無を検出。
• 基本的光スイッチング:ビームを遮断してカウントや位置検出を行う。
• 簡易データリンク:変調されたIR光を使用した低速・短距離の無線データ伝送。

9.3 設計チェックリスト

• アプリケーションに必要な感度に基づいて適切なビンコードを選択する。
• 望ましい出力電圧振幅と応答速度のトレードオフを考慮して負荷抵抗(RL)を選択する（立ち上がり/立ち下がり時間 vs. RL曲線参照）。
• 周囲光からのノイズ（例：蛍光灯の100/120Hzフリッカ）を除去するため、信号調整回路に適切なフィルタリングを実装する。
• 信頼性を確保するため、推奨される基板レイアウトおよびはんだ付けガイドラインに従う。
• センサーが正確に向けられるように機械的配置と筐体を設計する際に、角度感度ダイアグラムを考慮する。

9.4 温度に対する性能変化

設計者は温度の影響を考慮しなければなりません。コレクタ暗電流(ICEO)は温度とともに著しく増加し、低照度アプリケーションではノイズフロアを上昇させる可能性があります。光電流自体にも温度係数があります。広い温度範囲（-40°C ～ +85°C）にわたる重要なアプリケーションでは、温度極限での試験またはシミュレーションを行うことをお勧めします。

10. 技術比較 & 選定ガイダンス

赤外線光検出器を選定する際の主な違いには以下があります:

• フォトトランジスタ vs. フォトダイオード:フォトトランジスタは内部増幅を提供し、所定の光量に対してより大きな出力信号を得られるため、後段の増幅器設計が簡素化されます。ただし、一般的に応答時間はフォトダイオードよりも遅くなります。本デバイスは15µsの立ち上がり/立ち下がり時間を有し、標準的なリモコン信号（例：38kHzキャリア）には適していますが、非常に高速なデータ通信には遅すぎる可能性があります。
• 波長:940nmのピーク感度は、一般的なGaAs赤外線発光素子との組み合わせに理想的であり、850nm光源と比較して人間の目には見えにくく、知覚される光害を低減します。
• パッケージとレンズ:トップビューブラックレンズパッケージは表面実装に最適化されており、制御された視野角を提供します。これは側面からの迷光を低減するのに役立ちます。

11. よくあるご質問 (FAQ)

Q: ビンコードの目的は何ですか？

A: ビンコードは、感度(IC(ON))の予測可能な範囲を保証します。生産における一貫した性能のために、発注時には必要なビンを指定してください。

Q: このセンサーを日光下で使用できますか？

A: 直射日光には大量の赤外線放射が含まれており、センサーを飽和させる可能性が高いです。本デバイスは屋内使用または制御された環境での使用を想定しています。屋外使用では、光学フィルタリングや同期検出を伴うパルス動作が必要になる場合があります。

Q: 保管とベーキング手順がなぜそれほど重要ですか？

A: 表面実装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、この湿気が急速に気化し、内部の剥離や亀裂（ポップコーン現象）を引き起こし、部品を破壊することがあります。適切な保管とベーキングはこれを防止します。

Q: 出力電圧はどのように計算しますか？

A: フォトトランジスタは電流源として動作します。コレクタの出力電圧は、およそ VCC - (IC * RL) です。望ましい出力振幅と光源からの予想ICに基づいて、RLとVCCを選択してください。

12. 実践的な設計例

シナリオ:38kHz変調リモコン信号用の簡易IR受信機を設計する。

1. 部品選定:このフォトトランジスタ（例：中感度のBIN B）を使用し、38kHz帯域通過フィルタまたは専用の復調ICと組み合わせる。
2. バイアス回路:コレクタを負荷抵抗RLを介して5V電源(VCC)に接続する。エミッタはグランドに接続する。RL = 1kΩの値は、出力電圧振幅と速度の良いバランスを提供する一般的な出発点です。
3. 信号調整:IR光が検出されると、コレクタの電圧が低下します。このAC結合された信号は、その後、増幅器またはコンパレータ段に送られ、デジタル波形を整形します。RLと並列に接続されたコンデンサは高周波ノイズのフィルタリングに役立ちますが、応答を遅くします。
4. レイアウト:センサーを基板の前面に配置し、筐体には明確な開口部を設ける。スイッチングレギュレータなどのノイズ源から離す。推奨されるはんだランドパターンに従う。

13. 技術トレンド

個別赤外線部品の分野は進化を続けています。トレンドとしては、単一パッケージ内に信号調整ICを統合した光検出器の開発があり、デジタル出力と強化された周囲光除去機能を提供します。また、IRデータ通信(IrDA)やジェスチャーセンシングなどのアプリケーション向けに、より高速なデータ伝送を可能にする高速デバイスの開発も進められています。さらに、パッケージングの改善により、自動実装プロセスとの互換性を維持しつつ、精密なセンシングアプリケーション向けに、より狭く一貫した視野角を提供することが目指されています。本データシートで説明されているデバイスは、基本的な赤外線検出が必要なコスト重視の大量生産アプリケーション向けの、成熟した信頼性の高いソリューションを表しています。