ITR9707 オプトインタラプタ データシート - 外形寸法 7.0x4.0x3.0mm - 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

ITR9707は、コンパクトなオプトインタラプタモジュールであり、フォトインタラプタやスロットセンサーとも呼ばれます。単一の黒色熱可塑性樹脂ハウジング内に、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統合しています。両素子は収束する光軸上に並んで配置されています。基本的な動作原理は、赤外線ビームの遮断に基づいています。通常状態では、フォトトランジスタが隣接するIR LEDから放射される光を受光します。エミッタとディテクタの間のスロットを不透明な物体が通過すると、光路が遮断され、フォトトランジスタの出力状態が変化します。これにより、物体の有無や位置を非接触で確実に検出する方法を提供します。

1.1 主な特長と利点

• 高速応答性：立ち上がり時間および立ち下がり時間が典型的に15マイクロ秒であり、高速イベントの検出を可能にします。
• 高感度：シリコンフォトトランジスタは、赤外線照射に対して強力な電気的応答を提供します。
• 特定波長：ピーク発光波長（λp）が940nmのIR LEDを採用しており、可視光スペクトル外であるため、環境光からの干渉を低減します。
• 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。

1.2 対象アプリケーション

本デバイスは、コンピュータマウスやコピー機における位置検出、スキャナーやフロッピーディスクドライブのエッジ検出、汎用非接触スイッチング、各種電子アセンブリへの直接基板実装など、多様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向けに設計されています。

2. 技術仕様と詳細解説

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が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（IR LED）：最大連続順方向電流（IF）は50 mAです。最大逆電圧（VR）は5 Vです。周囲温度25°C以下の自由空気中での最大許容損失（Pd）は75 mWです。
• 出力（フォトトランジスタ）：最大コレクタ電流（IC）は20 mAです。コレクタ-エミッタ間降伏電圧（BVCEO）は30 Vです。最大許容損失（Pd）は75 mWです。
• 熱特性：動作温度範囲（Topr）は-25°C ～ +85°Cです。保存温度範囲（Tstg）は-40°C ～ +85°Cです。
• はんだ付け：リードはんだ付け温度（Tsol）は、パッケージ本体から3mmの位置で測定し、5秒以下で260°Cを超えてはなりません。

2.2 電気光学特性

これらは、周囲温度Ta=25°Cで測定された代表的な性能パラメータであり、デバイスの動作特性を定義します。

• 入力特性：IR LEDの順方向電圧（VF）は、駆動電流（IF）=20mAにおいて、典型的に1.2V、最大1.5Vです。逆電流（IR）は、VR=5Vにおいて最大10 µAです。
• 出力特性：無照射時のリーク電流であるコレクタ暗電流（ICEO）は、VCE=20Vにおいて最大100 nAです。フォトトランジスタが飽和状態（IC=2mA, Ee=1mW/cm²）に駆動されたときのコレクタ-エミッタ間飽和電圧（VCE(sat)）は最大0.4Vです。
• 伝達特性：これは入力と出力の関係を定義します。オン状態コレクタ電流（IC(on)）は、IR LEDをIF=20mAで駆動し、フォトトランジスタをVCE=5Vでバイアスした場合、少なくとも0.5mAであることが保証されます。このパラメータは電流伝達率（CTR）として知られ、インターフェース回路設計において極めて重要です。
• 動的応答：立ち上がり時間（tr）および立ち下がり時間（tf）は、指定された試験条件（VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ）下で、典型的に15 µsです。これは最大スイッチング周波数を決定します。

3. 特性曲線分析

3.1 IR LED特性

データシートには、赤外線発光素子の代表的な特性曲線が提供されています。順方向電流 vs. 周囲温度のグラフは、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、最大許容順方向電流がどのように低下するかを示しており、熱管理において重要です。順方向電流 vs. 順方向電圧の曲線は、ダイオードのIV特性を示しており、電流制限抵抗の選択に不可欠です。分光感度のプロットは、940nmにおけるピーク発光と発光帯域幅を確認するものです。

3.2 フォトトランジスタ特性

フォトトランジスタの分光感度曲線は、異なる波長に対する応答性を示しています。近赤外領域でピークを持ち、ペアとなるIR LEDの940nm出力と密接に一致しています。このスペクトルマッチングにより、感度が最大化され、不要な環境光源への応答が最小限に抑えられます。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

ITR9707は、標準的なコンパクトパッケージに収められています。主要寸法は、本体幅約7.0mm、高さ4.0mm、奥行き3.0mmです。検出可能な物体のサイズを決定するスロットギャップ幅は、重要な寸法です。リード間隔は、スルーホールPCB実装向けに標準化されています。特に指定がない限り、全ての寸法公差は典型的に±0.3mmです。

4.2 極性識別と実装

本コンポーネントは標準的なピン配置を持ち、IR LEDのアノードとカソードが一方の側に、フォトトランジスタのエミッタとコレクタがもう一方の側に配置されています。黒色ハウジングおよび特定のリード長やパッケージマーキングが通常、向きを示します。PCBレイアウトおよび組立時には、正しい極性を遵守する必要があります。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 リード成形時の注意

実装のためにリードを曲げる必要がある場合は、必ずはんだ付け前に行ってください。曲げは、エポキシパッケージ本体の基部から3mm以上離れた位置で行い、ハウジングのクラックや内部ダイの損傷を引き起こす可能性のある応力を伝達しないようにしてください。曲げ作業中はリードを固定し、室温で作業を行うべきです。

5.2 推奨はんだ付けパラメータ

• 手はんだ：はんだごて先端温度は300°Cを超えないようにしてください（30W以下のごて）。リードごとのはんだ付け時間は3秒以下にしてください。はんだ接合部はエポキシバルブから少なくとも3mm離してください。
• フロー/ディップはんだ付け：予熱温度は最大100°C、最大60秒までとします。はんだ浴温度は260°Cを超えず、フロー中の滞留時間は5秒以下とします。同様に、パッケージから最低3mmの距離を保ってください。

はんだ付け温度プロファイルを推奨し、制御された温度上昇、ピーク温度プラトー、および制御された冷却を強調して、熱衝撃を防止します。

5.3 はんだ付け後の取り扱い

はんだ付け直後でデバイスがまだ熱いうちに、機械的ストレスや振動を加えないでください。自然に室温まで冷却させてください。ディップまたは手はんだ付けは、1回を超えて繰り返さないでください。本デバイスへの超音波洗浄は推奨されません。

6. 保管および取り扱い

出荷後3ヶ月を超える長期保管の場合、デバイスは窒素雰囲気の密閉容器内で、温度10°C～25°C、相対湿度20%～60%の環境で保管する必要があります。湿気に敏感な包装を開封後は、24時間以内またはできるだけ早く使用してください。高湿度環境での急激な温度変化は避け、結露を防止する必要があります。結露は、その後のはんだ付け工程で腐食やその他の損傷を引き起こす可能性があります。

7. 梱包および発注情報

標準梱包構成は、チューブあたり78個です。42チューブが1ボックスに梱包され、4ボックスが1マスターカートンに梱包されます。包装のラベルには、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）、数量（QTY）、参照指示子（REF）、およびロット番号（LOT No）のフィールドが含まれます。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 代表的な回路構成

代表的なアプリケーション回路は、IR LEDアノードと直列に接続された電流制限抵抗を含みます。その値は、電源電圧（Vcc）、LEDの順方向電圧（VF ～1.2V）、および所望の順方向電流（IF、例：20mA）に基づいて計算されます。フォトトランジスタは、一般的にスイッチモードで使用され、コレクタをVccに（必要に応じてプルアップ抵抗を介して）、エミッタをグランドに接続したプルダウンデバイスとして接続されます。ビームが遮断されていないとき（トランジスタON）はコレクタノードの電圧は低くなり、ビームが遮断されたとき（トランジスタOFF）は高くなります。

8.2 設計要因

• 物体検出：本デバイスは、スロット内で赤外線ビームを完全に遮断する不透明な物体を検出します。反射性または半透明の材料では、確実な状態変化がトリガーされない場合があります。
• 環境光耐性：940nmの波長とマッチしたスペクトル応答により、一般的な可視環境光に対して良好な除去特性を提供します。ただし、強力な赤外線光源（例：太陽光、白熱電球）は干渉を引き起こす可能性があり、重要なアプリケーションでは光学的シールドや変調/復調技術が必要になる場合があります。
• 応答速度：15 µsの応答時間により、比較的高速で移動する物体の検出が可能であり、エンコーダや速度センサーに適しています。
• アライメント：内蔵の収束光学系によりアライメントが簡素化されていますが、PCBはリードが応力をかけずに挿入できるように設計され、スロットは障害物がない状態を保つ必要があります。

9. 技術比較とポジショニング

ITR9707は、スルーホール実装向けの標準的でコスト効率の高いソリューションを表しています。その主な差別化要因は、業界標準である特定の940nm波長と堅牢な構造です。反射型センサーと比較して、インタラプタはターゲット表面の反射率の変動の影響を受けにくいため、より確実で一貫性のある検出を提供します。最新の表面実装デバイスと比較して、スルーホールパッケージは、振動がかかるアプリケーションや手動組立が行われる場合において、機械的堅牢性を提供します。

10. よくあるご質問（FAQ）

Q: 典型的な動作距離またはギャップはどれくらいですか？

A: 動作ギャップとは、パッケージ内部の物理的なスロットのことです。本デバイスは、この内部スロットに入り込み遮断する不透明な物体を検出します。パッケージ外部の遠距離にある物体を検知する用途には使用されません。

Q: IR LEDを電圧源で直接駆動できますか？

A: いいえ。LEDは電流駆動デバイスです。電源電圧が低く見えても、LEDを破壊する過剰電流を防止するために、直列の電流制限抵抗が必須です。

Q: 最小IC(on)値0.5mAはどのように解釈すればよいですか？

A: これは、入力が標準試験条件（IF=20mA, VCE=5V）で駆動された場合に保証される最小出力電流です。実際のデバイスがこの最小仕様であった場合でも回路設計が正しく機能するようにすることで、生産バラツキに対する堅牢性を確保します。

Q: このセンサーは太陽光の影響を受けませんか？

A: 940nmのフィルタは役立ちますが、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あります。屋外使用や非常に明るい屋内環境では、追加の光学的シールドや電子フィルタリング（例：変調光）を推奨します。

11. 実用的なアプリケーション例

例1: プリンターの用紙詰まり検出。インタラプタは、用紙フラグまたは用紙自体がそのスロットを通過するように取り付けられます。用紙があるときはビームが遮断され、フォトトランジスタはオフになります。用紙詰まりまたは用紙切れ状態（遮断なし）では、トランジスタがオンになり、マイクロコントローラに信号を送ります。

例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、インタラプタのアーム間を回転します。各スロットが通過するたびに、ビームが交互に遮断・通過し、矩形波パルス列を生成します。この信号の周波数は、モーターの回転速度に直接比例します。

12. 動作原理

ITR9707は、透過光遮断の原理で動作します。GaAlAs LEDによって赤外線ビームが生成されます。このビームはデバイスハウジング内の小さなエアギャップを横切り、シリコンNPNフォトトランジスタの感光領域に集光されます。フォトトランジスタは電流源として機能します。入射光子はそのベース領域で電子-正孔対を生成し、ベース電流を誘起し、それがトランジスタの増幅率によって増幅され、はるかに大きなコレクタ電流となります。物体がビームを遮断すると、光子束はゼロに低下し、ベース電流が停止し、コレクタ電流は非常に低い暗電流レベルに低下します。この出力電流の急激な変化が、物体の存在を示すデジタル信号として使用されます。

13. 技術トレンド

オプトインタラプタは、位置および動きセンシングにおける基本的なコンポーネントであり続けています。現在のトレンドには、自動組立向けの表面実装デバイス（SMD）バージョンの開発があり、より小さな占有面積と低いプロファイルを提供します。また、ヒステリシス付きデジタル出力のためのシュミットトリガ、アナログ出力のためのアンプ、さらには完全なエンコーダロジックなど、追加の回路をチップ上に統合する動きもあります。さらに、パッケージ材料の進歩は、熱性能と基板洗浄プロセスへの耐性の向上を目指しています。しかしながら、光学的遮断の基本原理は、そのシンプルさ、信頼性、非接触性のために評価され続けています。