ITR9606-F 光遮断器 データシート - パッケージ 4.0x3.2x2.5mm - 順方向電圧 1.2V - ピーク波長 940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

ITR9606-Fは、コンパクトな並列配置型反射式光遮断器モジュールです。赤外線発光ダイオード（IRED）とシリコンフォトトランジスタを単一の黒色熱可塑性樹脂ハウジング内に集積しています。部品は収束する光軸上に配置されています。基本的な動作原理は、フォトトランジスタがIREDから放射される赤外線を検知することです。不透明な物体がエミッタとディテクタ間の光路を遮断すると、フォトトランジスタの出力状態が変化し、非接触センシングおよびスイッチング機能を実現します。

1.1 主要な特徴と利点

• 高速応答時間：エンコーダや速度センサーなどの用途に適した高速検知を可能にします。
• 高感度：シリコンフォトトランジスタは、低いIR強度でも信頼性の高い信号検知を提供します。
• 特定波長：ピーク発光波長（λp）が940nmであり、近赤外スペクトルに位置するため、周囲の可視光からの干渉を最小限に抑えます。
• 環境適合性：本製品は鉛フリーであり、RoHS指令に準拠し、EU REACH規制にも適合しています。
• コンパクト設計：統合された並列配置パッケージは、PCB実装においてスペースを節約するソリューションを提供します。

1.2 対象アプリケーション

この光遮断器は、以下のような様々な非接触センシングおよび位置検知アプリケーション向けに設計されています：

• コンピュータマウスやコピー機における位置センシング。
• スキャナーやプリンタにおける用紙検知およびエッジセンシング。
• フロッピーディスクドライブやその他のメディアドライブにおけるディスク存在検知。
• 汎用非接触スイッチング。
• 民生電子機器および産業制御機器における直接基板実装。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、デバイスの電気的および光学的仕様について、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

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がある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 入力（IRED）：
  • 電力損失（Pd）： 75 mW（25°C以下）。周囲温度が高い場合は、定格を下げる必要があります。
  • 逆電圧（VR）： 5 V。これを超えるとLED接合部が損傷する可能性があります。
  • 順方向電流（IF）： 50 mA。信頼性の高い長期動作のため、連続DC電流は通常20mAに制限する必要があります。
• 出力（フォトトランジスタ）：
  • コレクタ電力損失（Pd）： 75 mW。
  • コレクタ電流（IC）： 20 mA。
  • コレクタ-エミッタ電圧（BV_CEO）： 30 V。
  • エミッタ-コレクタ電圧（BV_ECO）： 5 V。
• 熱的限界：
  • 動作温度（T_opr）： -25°C ～ +85°C。
  • 保管温度（T_stg）： -40°C ～ +85°C。
  • リードはんだ付け温度（T_sol）： 最大260°C、5秒以内（パッケージ本体から3mmの位置で測定）。

2.2 電気光学特性

T_a= 25°Cで測定されたこれらのパラメータは、通常の動作条件下でのデバイスの典型的な性能を定義します。

• 入力（IRED）特性：
  • 順方向電圧（V_F）： 典型的に1.2V、最大1.5V（I_F=20mA時）。これはLEDの電流制限回路を設計する上で重要です。
  • 逆電流（I_R）： 最大10 μA（V_R=5V時）。
  • ピーク波長（λ_P）： 940 nm。このIR波長は人間の目には見えず、光学的ノイズの低減に役立ちます。
• 出力（フォトトランジスタ）特性：
  • 暗電流（I_CEO）： 最大100 nA（V_CE=20V、照度ゼロ（E_e=0）時）。これはセンサーが遮断されたときのリーク電流です。
  • コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(sat)）： 最大0.4V（I_C=2mA、放射照度1mW/cm²時）。V_CE(sat)が低いほど、デジタルスイッチングアプリケーションに適しています。
  • コレクタ電流（I_C(ON)）： 最小0.5mAから最大10mAの範囲（V_CE=5V、I_F=20mA時）。この広い範囲は、感度におけるユニット間のばらつきを示しています。
• 動的応答：
  • 立ち上がり時間（t_r）および立ち下がり時間（t_f）： 典型的に各15 μs（指定試験条件：V_CE=5V、I_C=1mA、R_L=1kΩ）。これは最大スイッチング周波数能力を定義します。

3. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのデバイスの挙動についてより深い洞察を提供します。

3.1 IRエミッタ特性

データシートには、赤外線エミッタ部品の代表的な曲線が含まれています。

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I_F-V_F曲線）：この指数関数的な曲線はダイオードの標準的なものです。典型的な動作点であるI_F=20mAでは、V_Fは約1.2Vです。V_Fは負の温度係数を持つため、この曲線は熱管理分析に役立ちます。
• スペクトル分布：GaAlAs LEDの典型的な半値全幅（FWHM）で、ピーク発光が940nmであることを確認し、可視スペクトルでの発光は最小限であることを示しています。

3.2 フォトトランジスタ特性

• スペクトル感度：シリコンフォトトランジスタは、近赤外領域でピーク感度を持ち、ペアのIREDの940nm発光と密接に一致しています。この整合により、結合効率と信号対雑音比が最大化されます。
• コレクタ電力損失 vs. 周囲温度：周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、許容最大電力損失が直線的に減少することを示す定格低下曲線です。高温環境における信頼性計算に重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

ITR9606-Fは、コンパクトな長方形ハウジングを有しています。

• 全体寸法：長さ約4.0mm、幅約3.2mm、高さ約2.5mm（リードを除く）。
• リード間隔：標準リードピッチは2.54mm（0.1インチ）で、一般的なPCBレイアウトと互換性があります。
• リード形状：リードはスルーホール実装用に設計されています。寸法図には、タイバーの位置と推奨曲げ点が指定されています。
• 公差：特に指定がない限り、寸法公差は±0.3mmです。

4.2 極性識別と実装

黒色ハウジングは、内部の光学的クロストークを防止するのに役立ちます。部品は明示的に対称ではありません。データシートの図は、エミッタ側とディテクタ側の位置を示しています。収束光軸が意図通りに機能するためには、正しい向きが不可欠です。PCBフットプリントは、はんだ付け時にエポキシ樹脂本体に機械的ストレスがかからないよう、リード位置と正確に一致させる必要があります。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いは、デバイスの完全性と性能を維持するために重要です。

5.1 リードフォーミング手順

• 曲げは、エポキシパッケージ本体の底面から3mm以上離れた位置で行う必要があります。
• リードフォーミングは、はんだ付けプロセスの
• 前に完了させなければなりません。 曲げ中はリードフレームを確実に固定し、エポキシ樹脂本体にストレスがかからないようにして、ひび割れや内部損傷を防止する必要があります。 リードの切断は室温で行ってください。
• Cutting of leads should be done at room temperature.

5.2 推奨はんだ付けパラメータ

• 手はんだ：はんだごて先温度最大300°C（30Wごての場合）、はんだ付け時間はリードあたり最大3秒。はんだ接合部からエポキシバルブまでの距離を最低3mm確保してください。
• フロー/ディップはんだ付け：予熱温度最大100°C（最大60秒）。はんだ浴温度最大260°C、浸漬時間最大5秒。3mm距離ルールを維持してください。
• 重要な注意事項：
  • デバイスが熱いうちにリードにストレスを加えないでください。 ディップ/手はんだ付けを複数回行わないでください。 デバイスが室温まで冷却するまで、機械的衝撃から保護してください。 超音波洗浄方法を使用しないでください。
  • Do not perform dip/hand soldering more than once.
  • Protect the device from mechanical shock until it cools to room temperature.
  • Do not use ultrasonic cleaning methods.

5.3 保管条件

• 短期（3ヶ月以内）：温度10-30°C、相対湿度（RH）70%以下で保管してください。
• 長期（3ヶ月以上）：窒素雰囲気の密閉容器内で、温度10-25°C、相対湿度20-60%で保管してください。
• 開封後：可能であれば24時間以内にデバイスを使用してください。残りは温度10-25°C、相対湿度20-60%で保管し、梱包袋を速やかに再密封してください。 湿気の多い環境での急激な温度変化を避け、結露を防止してください。
• Avoid rapid temperature changes in humid environments to prevent condensation.

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包仕様

• チューブあたり90個。
• ボックスあたり48チューブ。
• カートンあたり4ボックス。

6.2 ラベル情報

梱包ラベルには、トレーサビリティのための標準フィールドが含まれます：顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、数量（QTY）、ランク（CAT）、参照（REF）、ロット番号（LOT No.）。

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 代表的な回路構成

基本的なアプリケーション回路は、IREDアノードと直列に接続された電流制限抵抗を含みます。フォトトランジスタは通常、コレクタにプルアップ抵抗を接続したコモンエミッタ構成を形成します。出力はコレクタから取り出され、IR光が検知されると（物体なし）ローにプルされ、光路が遮断されると（物体あり）ハイになります。プルアップ抵抗の値とIRED電流は、出力電圧スイングと応答速度を決定します。

7.2 設計およびレイアウトのベストプラクティス

• 光路：検知対象の物体が、エミッタとディテクタ間のスロットを確実に通過するようにしてください。物体のサイズ、反射率、速度を考慮してください。
• 環境光耐性：940nmフィルタとハウジングはある程度の保護を提供しますが、IRED電流を変調するシステム設計と、受信回路での同期検出を使用することで、環境光および電気的ノイズに対する耐性を大幅に向上させることができます。
• 熱管理：電力定格低下曲線に従ってください。高い周囲温度または高デューティサイクルアプリケーションでは、動作電流（I_F）を適宜低減してください。
• 機械的実装：デバイスをPCBにしっかりと固定し、信頼性に影響を与える可能性のある振動を最小限に抑えてください。リードを介してパッケージにストレスが伝わらないようにしてください。

8. 技術比較と差別化

ITR9606-Fは、一般的なサイドルッキング型光遮断器の一種です。その主な差別化要因には、特定の940nm波長のペアリング、典型的な15μsの応答時間、コンパクトなスルーホールパッケージが含まれます。物理的なギャップを持つ透過型センサーと比較して、この反射並列配置はゼロギャップでの物体検知を可能にしますが、有効検知距離がわずかに短く、ターゲット物体の反射率に対してより敏感になる可能性があります。

9. よくある質問 (FAQ)

9.1 技術パラメータに基づく

Q: この遮断器の典型的な検知距離またはギャップはどれくらいですか？

A: データシートには最大検知ギャップは指定されていません。これはIRED駆動電流、フォトトランジスタのゲイン、ターゲット物体の反射率/サイズに大きく依存します。本デバイスは、長距離検知ではなく、内部光路への近接または直接遮断用に設計されています。

Q: コレクタ電流（I_C(ON)）がなぜこのように広い範囲（0.5mAから10mA）で指定されているのですか？

A: この範囲は、フォトカプラの電流伝達比（CTR）の自然なばらつきを考慮したものです。CTRは、フォトトランジスタ出力電流とIRED入力電流の比です。すべての生産ユニットで機能を確実にするために、指定された最小I_C(ON)で確実に動作する回路を設計してください。

Q: IREDを20mAを超えるパルス電流で駆動できますか？

A: 連続順方向電流の絶対最大定格は50mAです。20mAを超える短いパルスは可能かもしれませんが、平均電力損失は、デューティサイクルと周囲温度を考慮して、定格75mWを超えてはなりません。定格を超えると、寿命の短縮や即時故障のリスクがあります。

10. 実用的なアプリケーション例

10.1 プリンタにおける用紙検知

プリンタの用紙トレイでは、ITR9606-Fを、用紙束がエミッタとディテクタ間の光路に位置するように取り付けることができます。用紙がある場合、IR光をフォトトランジスタに反射し、用紙ありを示します。トレイが空の場合、反射面がないためフォトトランジスタ出力の状態が変化し、用紙切れアラートをトリガーします。高速応答時間により、用紙が高速で送られる場合でも検知が可能です。

10.2 モーター速度用ロータリーエンコーダ

モーターシャフトに取り付けられたスロットディスクがセンサーの検知ゾーンを通過します。スロットとスポークが交互に通過するにつれてIRビームを遮断し、フォトトランジスタ出力にデジタルパルス列を生成します。この信号の周波数はモーター速度に直接比例します。15μsの応答時間は、スロット密度に基づく最大分解可能速度の上限を設定します。

11. 動作原理

ITR9606-Fは、変調された赤外光反射の原理で動作します。内部IREDは940nmで光を放射します。デフォルト状態（ターゲット物体なし）では、この光はハウジングの内部形状またはデフォルトの背景で反射され、同じ場所にあるフォトトランジスタによって検知されてオンになります。物体がセンシングゾーンに入ると、通常はIR光を吸収または散乱させることで、この反射光路を変化させ、フォトトランジスタが受ける放射照度、ひいてはその出力電流に測定可能な低下を引き起こします。この出力の変化は、物体の存在または位置を示すデジタルまたはアナログ信号として使用されます。

12. 技術トレンド

ITR9606-Fのような光遮断器は、成熟した信頼性の高い技術を代表しています。この分野の現在のトレンドは、いくつかの領域に焦点を当てています：

• 小型化：現代の電子機器でPCBスペースを節約するため、さらに小さな表面実装デバイス（SMD）パッケージの開発。
• 集積化：シュミットトリガ、アンプ、ロジック出力などの追加回路をセンサーパッケージに組み込み、外部設計を簡素化し、ノイズ耐性を向上させる。
• 性能向上：高速アプリケーション向けの応答時間の改善、および低駆動電流での使用による省電力化のための感度向上。
• 特殊化：自動車や産業オートメーションなどの特定の市場セグメント向けに、異なる波長、検知距離、または出力タイプ（デジタル、アナログ）を持つバリアントの作成。

これらのトレンドにもかかわらず、基本的な反射並列配置設計は、無数の近接および位置センシングアプリケーションにおいて、費用対効果が高く堅牢なソリューションであり続けています。