ITR8102 光遮断器データシート - パッケージ寸法 4.8x4.8x3.2mm - 順方向電圧 1.25V - ピーク波長 940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

ITR8102は、非接触センシングアプリケーション向けに設計されたコンパクトな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、黒色の熱可塑性樹脂ハウジング内で収束する光軸上に配置して一体化しています。この構成により、通常状態ではフォトトランジスタがIREDからの放射を受光します。エミッタと検出器の間の光路を不透明な物体が遮断すると、フォトトランジスタの導通が停止し、物体検知や位置検出が可能となります。

主な特長として、高速応答性、高感度、RoHSやEU REACHなどの環境規格への適合が挙げられます。本デバイスは鉛フリー材料を使用して製造されています。

2. 技術パラメータ詳細解説

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生じる可能性のある限界値を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 入力電力損失 (Pd):周囲温度25°C以下の自由空気中で75 mW。
• 入力逆電圧 (VR):最大5 V。
• 入力順方向電流 (IF):最大50 mA。
• 出力コレクタ電力損失 (Pc):75 mW。
• 出力コレクタ電流 (IC):最大20 mA。
• コレクタ-エミッタ電圧 (BVCEO):最大30 V。
• 動作温度 (Topr):-25°C から +85°C。
• 保管温度 (Tstg):-40°C から +85°C。
• リードはんだ付け温度 (Tsol):パッケージから3mmの位置で測定し、5秒未満で260°C。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータはTa=25°Cで測定され、代表的な動作性能を定義します。

• 順方向電圧 (VF):代表値1.25V、IF=20mA時最大1.60V。
• 逆電流 (IR):VR=5V時、最大10 μA。
• ピーク波長 (λP):IF=20mA時、940 nm。
• 暗電流 (ICEO):照度ゼロ（Ee=0 mW/cm²）、VCE=20V時、最大100 nA。
• コレクタ-エミッタ飽和電圧 (VCE(sat)):IC=0.9mA、IF=20mA時、最大0.4V。
• コレクタ電流 (IC(ON)):最小0.9mA、代表値はより高く、VCE=5V、IF=20mA時、最大15mAまで。
• 立上り/立下り時間 (tr, tf):指定試験条件（VCE=5V、IC=1mA、RL=1kΩ）下で、それぞれ代表値15 μsec。

3. 性能曲線分析

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提供されています。順方向電流 vs. 順方向電圧曲線は非線形関係を示しており、定電流駆動回路の設計に不可欠です。順方向電流 vs. 周囲温度曲線は、過熱を防ぐために周囲温度の上昇に伴って最大許容順方向電流を減衰させる必要性を示しています。スペクトル分布曲線は、940nmでのピーク発光を確認しており、フォトトランジスタの感度と一致させ、周囲の可視光の干渉を最小限に抑えるのに最適です。

3.2 フォトトランジスタ特性

フォトトランジスタの重要な曲線は、スペクトル感度プロットです。これは、検出器の異なる波長に対する応答性を示し、940nm付近の近赤外領域でピークに達します。IRエミッタの出力とのこの正確なスペクトルマッチングにより、センシングシステムで高い感度とS/N比が確保されます。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

ITR8102は、標準的な4ピンのサイドルーキングパッケージに収められています。重要な寸法には、リードを除いた本体の全長約4.8mm、全高約4.8mm、全幅約3.2mmが含まれます。リード間隔は2.54mm（0.1インチ）です。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、一般的な公差は±0.3mmです。リードは黒色プラスチックハウジングの底部から出ており、これはエミッタと検出器間のクロストークを防ぐ光学的バリアとして機能します。

4.2 極性識別

本コンポーネントは標準的なピン配置構成を使用しています。デバイスを前面（レンズ開口部のある側）から見た場合、ピンは通常左から右へ次のように配置されています：IREDのアノード、IREDのカソード、フォトトランジスタのエミッタ、フォトトランジスタのコレクタ。正しい回路接続を確保するために、確定的な識別にはパッケージ図面を参照することが極めて重要です。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 リードフォーミング

リードははんだ付け前に成形する必要があります。曲げは、エポキシパッケージ本体の底部から3mm以上離れた位置で行い、応力によるクラックや性能劣化を避けてください。リードフレームは曲げ中に確実に保持し、エポキシバルブへの応力を防ぐ必要があります。リードの切断は室温で行ってください。

5.2 はんだ付けプロセス

信頼性のために、推奨されるはんだ付け条件が重要です。

• 手はんだ:はんだごて先端温度最大300°C（30Wごての場合）、はんだ付け時間はリードごとに最大3秒。
• 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、最大浸漬時間5秒。
• クリティカル距離:はんだ接合部は、熱損傷を防ぐためにエポキシバルブから少なくとも3mm離す必要があります。
• プロセス制限:ディップまたは手はんだ付けは1回以上行わないでください。

熱衝撃を最小限に抑えるために、制御された立ち上がり、ピーク温度のプラトー、制御された冷却段階を強調した推奨はんだ付け温度プロファイルが提供されています。

5.3 洗浄および保管

内部部品やエポキシシールを損傷する可能性があるため、超音波洗浄は禁止されています。保管については、出荷後3か月以内に使用する場合は、10-30°C、相対湿度70%以下の環境で保管してください。長期保管（最大1年）の場合は、10-25°C、相対湿度20-60%の窒素雰囲気が推奨されます。防湿バッグを開封した後は、24時間以内に使用するか、速やかに再密封してください。

6. 梱包および発注情報

標準梱包仕様は、チューブあたり100個、箱あたり20チューブ、カートンあたり4箱で、カートンあたり合計8000個です。梱包のラベルには、トレーサビリティのための顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、梱包数量（QTY）、ロット番号（LOT No.）のフィールドが含まれています。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

ITR8102は、以下のような様々な非接触センシングおよびスイッチングアプリケーションに適しています：

• プリンター/スキャナー/コピー機における位置検出:用紙の有無、トレイ位置、またはキャリッジのホーム位置の検出。
• 回転エンコーディング:スロット付きホイールと組み合わせて、モーター、ファン、フロッピーディスクドライブの速度や位置を測定するために使用されます。
• 物体検出:自動販売機、産業オートメーション、またはセキュリティシステムにおける物体の有無の検出。
• 非接触スイッチング:民生電子機器や家電製品におけるタッチレススイッチの実装。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限抵抗:IREDのアノードと直列に外部抵抗を接続し、順方向電流（IF）を所望の値（例：通常動作で20mA）に制限する必要があります。これは、電源電圧とIREDの順方向電圧（VF）に基づいて計算されます。
• フォトトランジスタのバイアス:負荷抵抗（RL）は、フォトトランジスタのコレクタと正電源の間に接続されます。RLの値は、出力電圧スイングとスイッチング速度を決定します。代表的な値は1kΩです。
• 環境光耐性:黒色ハウジングと940nmのマッチング波長ペアにより、周囲の可視光に対する良好な除去特性を提供します。高い環境赤外線環境では、変調/復調技術が必要になる場合があります。
• 開口部およびギャップ設計:検知距離と分解能は、ビームを遮断する物体のサイズと位置合わせに依存します。収束する光軸は特定の検知ギャップを定義します。
• 熱管理:順方向電流は、減衰曲線に従ってより高い周囲温度で減衰させる必要があり、入力電力損失（Pd）が安全限界を超えないようにします。

8. 技術比較および差別化

ITR8102は、汎用光遮断用途に対してバランスの取れた仕様を提供します。その主な差別化要因には、中速センシングに適した比較的高速な15μsの応答時間、強力な出力信号を確保する高い最小コレクタ電流（0.9mA）、コンパクトで業界標準のパッケージが含まれます。反射型センサと比較して、ITR8102のような遮断型モジュールは、ターゲット物体の反射率の変動の影響を受けないため、より高い信頼性と一貫性を提供します。物理的なギャップを伴う並列配置は、特定の平面を通過する物体を検出するのに理想的です。

9. よくある質問 (FAQ)

9.1 代表的な検知距離またはギャップはどれくらいですか？

検知ギャップは、パッケージ内部のエミッタと検出器レンズ間の機械的分離によって定義されます。ITR8102の場合、これは固定された内部ギャップです。デバイスは、このギャップに挿入され赤外線ビームを遮断するあらゆる不透明な物体を検出します。物体が物理的にスロットに入る必要があるため、実質的な検知距離はゼロです。

9.2 IREDを電圧源で直接駆動できますか？

できません。IREDは動的抵抗と順方向電圧降下を持つダイオードです。VFを超える電圧源に直接接続すると過剰な電流が流れ、デバイスを破損する可能性があります。直列の電流制限抵抗は必須です。

9.3 フォトトランジスタ出力をマイクロコントローラに接続するにはどうすればよいですか？

フォトトランジスタは光依存スイッチとして機能します。負荷抵抗（RL）をVCCに接続すると、ビームが遮断されていないとき（ON状態）はコレクタ出力がLOW（VCE(sat)付近）にプルダウンされます。ビームが遮断されると、トランジスタはオフになり、コレクタ出力はHIGH（VCC）になります。このデジタル信号は、マイクロコントローラのデジタル入力ピンで直接読み取ることができます。光強度のアナログセンシングの場合、RL両端の電圧をADCで測定できますが、直線性は限られる場合があります。

9.4 はんだ付け距離（3mm）がなぜそれほど重要ですか？

半導体チップを封止しているエポキシパッケージは、極端な熱応力に敏感です。本体に近すぎる位置ではんだ付けすると、過剰な熱が伝わり、エポキシのクラック、内部のワイヤーボンディングの損傷、またはレンズの光学特性の変化を引き起こし、即時故障や長期信頼性の低下につながる可能性があります。

10. 実践的設計事例

事例：デスクトッププリンターの用紙切れセンサー

このアプリケーションでは、ITR8102はプリンターのメインボードに実装され、その検知ギャップが用紙束が通過する経路と一致するように配置されます。用紙トレイに取り付けられた機械的なレバーまたはフラグは、用紙がなくなるとセンサーのギャップに入ります。

回路実装:IREDは、プリンターの5Vロジック電源から180Ωの直列抵抗を介して一定の20mA電流で駆動されます（(5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω、標準値180Ω）。フォトトランジスタのコレクタは、4.7kΩのプルアップ抵抗を介して5V電源に接続され、またプリンターのマイクロコントローラのGPIOピンにも接続されます。

動作:用紙がある場合、フラグはギャップの外にあり、ビームは遮断されず、フォトトランジスタはON状態となり、コレクタ出力をLOWにプルダウンします。マイクロコントローラは論理0を読み取り、用紙があることを示します。用紙がなくなると、フラグがギャップに入り、ビームを遮断します。フォトトランジスタはOFFになり、プルアップ抵抗によってコレクタ出力がHIGHになります。マイクロコントローラは論理1を読み取り、ユーザーインターフェースで用紙切れアラートをトリガーします。ITR8102の高速応答時間により、即時の検出が確保されます。

11. 動作原理

ITR8102は、変調光の伝送と検出の原理に基づいて動作します。内部の赤外線発光ダイオード（IRED）は、適切な電流で順方向バイアスされると、ピーク波長940nmで光子を放出します。これらの光子は、ハウジング内の小さく正確に位置合わせされた空気ギャップを横断します。IREDの反対側に配置されたシリコンフォトトランジスタは、この特定の波長に敏感です。光子がフォトトランジスタのベース領域に衝突すると、電子-正孔対を生成し、実質的にベース電流を作り出してトランジスタをオンにし、はるかに大きなコレクタ電流を流します。このコレクタ電流は、受信した赤外線の強度に比例します。不透明な物体がギャップに入ると、光子フラックスが遮断され、フォトトランジスタのベース電流はほぼゼロ（暗電流）に低下し、トランジスタはオフになります。出力でのこの明確なON/OFFの電気状態は、光路内の物体の有無に直接対応します。

12. 技術トレンド

光遮断器技術は、光エレクトロニクスおよび製造技術の進歩とともに進化し続けています。トレンドには、民生電子機器やウェアラブルにおける小型化を可能にする、さらに小さなパッケージフットプリントを持つデバイスの開発が含まれます。また、高速データエンコーディングや高速産業オートメーションをサポートするためのより高速なスイッチング速度への推進もあります。信号調整用の内蔵シュミットトリガや電流制限抵抗などの追加機能の統合により、回路設計が簡素化されます。さらに、成形材料とプロセスの改善により環境耐性が向上し、自動車および産業アプリケーション向けに、より広い温度および湿度範囲での動作が可能になっています。基本原理は堅牢なままであるため、信頼性の高い非接触位置および物体検出のための光遮断器の継続的な関連性が確保されています。