LTR-S320-TB-L 赤外線フォトトランジスタ データシート - サイドビュー実装 - ピーク波長940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTR-S320-TB-Lは、近赤外線スペクトルにおけるセンシング用途向けに設計されたディスクリート型赤外線フォトトランジスタです。信頼性の高い赤外線検出を必要とするシステムで使用されることを目的とした、広範なファミリーの光電子部品に属します。本デバイスは、入射する赤外線放射を出力端子で対応する電気信号に変換するように設計されています。

この部品のコア機能は、半導体接合内での光電効果に基づいています。十分なエネルギー（そのピーク感度波長に対応）を持つ赤外線が感光領域に照射されると、電子-正孔対が生成されます。フォトトランジスタでは、この光電流が内部で増幅され、単純なフォトダイオードと比較してはるかに大きなコレクタ電流が得られます。これにより、より低い光レベルの検出や、よりシンプルな回路での使用が可能になります。

その主な設計目標には、現代の自動組立プロセスとの互換性、赤外線リフローはんだ付けに対する堅牢性、およびスペースに制約のあるプリント基板（PCB）レイアウトへの統合を容易にするフォームファクタが含まれます。

1.1 特徴

• RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠し、グリーン製品として分類されています。
• ダークエポキシドームレンズを備えたサイドビュー・パッケージ構成を採用しています。サイドビュー配置により、センサーはPCB平面と平行な赤外線信号を検出することができ、エッジセンシング用途やIR光源が基板に対して垂直でない場合に有用です。
• ダークレンズ材料は可視光を減衰させるのに役立ち、周囲の光源からの干渉を低減し、赤外線信号の信号対雑音比（SN比）を向上させます。
• 高速自動実装機に最適化された、7インチ径リール上の8mmキャリアテープで供給されます。
• パッケージと材料は、表面実装技術（SMT）組立ラインで使用される標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロファイルに耐えるように設計されています。
• EIA（Electronic Industries Alliance）標準パッケージ外形に準拠しており、業界標準のフットプリントおよびハンドリング機器との機械的互換性を保証します。

1.2 用途

• 赤外線受信モジュール：主にリモコンシステム（例：テレビ、オーディオ機器、エアコン）の受信機におけるセンシング素子として使用されます。リモコンからの変調された赤外線信号を検出します。
• PCB実装型赤外線センサー：スマートフォン、タブレット、家電製品、産業機器などのデバイスにおいて、近接検知、物体検出、またはデータ伝送のためにPCBに直接統合されます。
• セキュリティおよび警報システム：ビームブレイクセンサーや反射型物体センサーでの侵入検知に使用できます。
• 産業オートメーション：組立ラインでのカウント、位置決め、物体の有無検出を行う装置に採用されます。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、LTR-S320-TB-Lフォトトランジスタの性能と動作限界を定義する主要な電気的・光学的パラメータについて、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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、信頼性の高い設計では避けるべきです。

• 電力損失（Pd）：周囲温度（Ta）25°C時で75 mW。これは、デバイスが熱的限界を超えることなく熱として放散できる最大電力です。データシートの図2に示すデレーティング曲線は、周囲温度が上昇するにつれてこの定格がどのように減少するかを示しています。
• コレクタ-エミッタ電圧（V_CEO）：30 V。ベースを開放状態でコレクタ端子とエミッタ端子間に印加できる最大電圧です。
• エミッタ-コレクタ電圧（V_ECO）：5 V。エミッタとコレクタ間に印加できる最大逆電圧です。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。デバイスが正しく動作することが規定されている周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲：-55°C から +100°C。電源が入っていない状態でデバイスを保管する温度範囲です。
• 赤外線はんだ付け条件：ピーク温度260°Cを最大10秒間耐えます。これは、鉛フリー（Pbフリー）リフローはんだ付けプロセスとの互換性を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、25°Cの特定の試験条件下で測定された、代表的なおよび保証された性能パラメータです。

• ピーク感度波長（λ_p）：940 nm。フォトトランジスタが最も感度を持つ赤外線波長です。一般的な940nm GaAs赤外線発光ダイオード（IRED）の発光波長に最適にマッチングされています。
• コレクタ暗電流（I_CEO）：V_CE=20V、E_e=0 mW/cm²時、最大100 nA。これは、赤外線が入射していない（暗状態）ときにコレクタを流れるわずかなリーク電流です。一般に、暗電流が低いほど微弱信号に対する感度が良くなります。
• オン状態コレクタ電流（I_C(ON)）：V_CE=5V、940nm光源による照度（E_e）0.5 mW/cm²時、代表値2.0 mA、最小値1.0 mA。このパラメータは、所定の標準入力光強度に対する出力電流レベルを示します。試験許容差は±15%です。
• コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(SAT)）：I_C=100µA、E_e=0.5 mW/cm²時、最大0.4 V。これは、指定された低電流条件下でトランジスタが完全にオン（飽和）状態にあるときのトランジスタ両端の電圧降下です。
• 立ち上がり時間（T_r）および立ち下がり時間（T_f）：V_CE=5V、I_C=1mA、R_L=1kΩ時、各々代表値15 µs。これらのパラメータは、フォトトランジスタのスイッチング速度、つまり光のステップ変化に応答して出力電流が最終値の10%から90%までどれだけ速く上昇するか（立ち上がり時間）、90%から10%までどれだけ速く下降するか（立ち下がり時間）を定義します。この速度は、標準的なリモコン規格（例：36-40kHzキャリア）に適しています。

3. 性能曲線分析

データシートには、主要パラメータが動作条件とともにどのように変化するかを示すいくつかのグラフが含まれています。これらの曲線を理解することは、堅牢な回路設計にとって重要です。

3.1 分光感度特性（図5）

この曲線は、フォトトランジスタの波長範囲にわたる相対感度をプロットしたものです。940nmでのピーク感度を確認し、より短い（可視）およびより長い（遠赤外）波長での有意な感度低下を示しています。ダークレンズは可視スペクトルの感度を減衰させ、周囲光からのノイズを低減するのに寄与します。

3.2 相対コレクタ電流 vs. 照度（図3）

このグラフは、出力コレクタ電流と入射赤外線パワー密度（照度）との関係を示しています。ある範囲では一般的に線形であり、出力電流が光強度に直接比例することを示しています。これはアナログセンシング用途に望ましい特性です。この曲線は、設計者が所定の光入力に対する期待される出力を決定するのに役立ちます。

3.3 コレクタ暗電流 vs. 温度（図1）および電力損失デレーティング（図2）

図1は、暗電流（I_CEO）が周囲温度の上昇とともに指数関数的に増加することを示しています。これは高温用途における重要な考慮事項であり、暗電流の増加はノイズフロアを上昇させ、実効的な感度を低下させる可能性があります。図2は、周囲温度が上昇するにつれて最大許容電力損失がデレーティングされる様子を示しています。25°C以上では、環境への放熱能力が低下するため、デバイスが安全に扱える電力は少なくなります。

3.4 立ち上がり/立ち下がり時間 vs. 負荷抵抗（図4）

この曲線は、フォトトランジスタ回路設計における基本的なトレードオフを示しています。スイッチング速度（立ち上がり/立ち下がり時間）は、コレクタに接続された負荷抵抗（R_L）に大きく依存します。大きなR_Lは出力電圧振幅を増加させますが、RC時定数も増加させ、応答時間を遅くします。小さなR_Lはより高速なスイッチングをもたらしますが、出力信号は小さくなります。設計者は、アプリケーションにとって速度と信号振幅のどちらがより重要かに基づいてR_Lを選択する必要があります。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 外形寸法

デバイスはサイドビュー表面実装パッケージに収められています。主要寸法には、本体サイズ、リード間隔、レンズ位置が含まれます。特に指定のない限り、すべての主要寸法は標準公差±0.1mmでミリメートル単位で提供されます。サイドビュー配置は図面に明確に示されています。

4.2 極性識別

部品には2本のリードがあります。データシートの図面は、どのリードがコレクタで、どれがエミッタであるかを示しています。PCB組立時には正しい極性を守る必要があります。通常、テープ包装では長いリード（存在する場合）またはテープ上のマークされたコーナーがコレクタを示します。

4.3 推奨はんだパッドレイアウト（セクション6）

PCBの推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。これには、リフロー後のはんだ接合部の信頼性を確保するためのパッド寸法、間隔、形状が含まれます。推奨事項には、はんだペースト塗布用に厚さ0.1mm（4ミル）または0.12mm（5ミル）のメタルステンシルの使用が含まれます。

5. はんだ付け・組立ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（Pbフリー）組立プロセス向けに、詳細な赤外線リフロープロファイルが推奨されています。主要パラメータは以下の通りです：

• プリヒート：150-200°Cまで上昇。
• ソーク/プリヒート時間：最大120秒まで。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線以上時間（TAL）：ピーク温度の±5°C以内の時間は10秒を超えてはなりません。デバイスは、これらの条件下で2回を超えるリフローサイクルにさらされるべきではありません。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、温度が300°Cを超えないはんだごてを使用してください。各リードの接触時間は、はんだ接合部ごとに最大3秒に制限する必要があります。

5.3 保管・取り扱い

• 密封パッケージ：デバイスは乾燥剤入りの防湿バッグで出荷されます。温度30°C以下、相対湿度60%以下で保管する必要があります。密封バッグを開封すると、部品は湿気に敏感と見なされます。
• フロアライフ：元の包装を開封した後は、1週間（168時間）以内にIRリフロー工程を完了することが推奨されます。
• 長期保管/ベーキング：開封後1週間を超えて保管する場合は、部品を乾燥剤入りの密閉容器に保管する必要があります。この時間を超えて暴露された場合は、はんだ付け前に少なくとも20時間、60°Cでベーキングを行い、吸収された湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象（パッケージのひび割れ）を防止する必要があります。

5.4 洗浄

必要に応じて、フラックス残渣の洗浄にはイソプロピルアルコールまたは同様のアルコール系溶剤が推奨されます。強力または侵襲性のある化学洗浄剤は避けてください。

6. 包装・発注情報

6.1 テープおよびリール仕様

部品は標準的な7インチ（178mm）径リールで供給されます。主要な包装詳細は以下の通りです：

• キャリアテープ幅： 8mm.
• リールあたり数量：3000個。
• 最小発注数量（MOQ）：残数については500個。
• ポケットカバレッジ：空の部品ポケットはカバーテープで密封されています。
• 欠品：包装標準に従い、連続する最大2個までの欠品が許容されます。
• 包装はANSI/EIA-481-1-A仕様に準拠しています。

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 駆動回路構成

フォトトランジスタは電流出力デバイスです。最も一般的な回路構成は、エミッタ接地（コモンエミッタ）設定で接続することです：

• エミッタはグランドに接続します。
• コレクタは、負荷抵抗（R_CC）を介して正の電源電圧（V_L）に接続します。
• 出力信号はコレクタノードから取り出します。光がセンサーに当たると、トランジスタがオンになり、コレクタ電圧を低く（V_CE(SAT)に向かって）引き下げます。暗状態では、トランジスタはオフになり、コレクタ電圧は高くなります（R_CCによってV_Lまでプルアップされます）。

7.2 信号対雑音比（SN比）の改善

• 光学的フィルタリング：内蔵のダークレンズはある程度のフィルタリングを提供します。強い周囲光がある環境では、940nmを中心とした追加の外部赤外線バンドパスフィルターを使用して、不要な光を遮断することができます。
• 電気的フィルタリング：多くのIRリモコンは変調されたキャリア周波数（例：38kHz）を使用するため、後段の増幅段にこの周波数に同調したバンドパスフィルターを組み込むことで、DC周囲光や低周波ノイズを除去し、SN比を劇的に改善できます。
• シールディング：センサーを周囲の光源（例：日光、ランプ）からの直接暴露から機械的に遮蔽することで、ノイズを低減できます。

7.3 IRエミッタとのペアリング

反射型または近接センシング用途では、LTR-S320-TB-Lを940nmまたはその近傍で発光する赤外線LEDとペアリングします。エミッタの駆動電流が、検出器で必要な反射信号を生成するのに十分であることを確認してください。エミッタをパルス駆動し、フォトトランジスタの出力を同期検出することで、信号を周囲光から識別するのに役立ちます。

8. 技術比較・差別化

標準的なフォトダイオードと比較して、LTR-S320-TB-Lフォトトランジスタは固有の電流利得（ベータ/h_FE）を提供し、同じ光入力に対してはるかに大きな出力信号をもたらします。これにより、後段の増幅が少なくて済むことが多いため、回路設計が簡素化されます。ただし、この利得は、より遅い応答時間（フォトダイオードのナノ秒に対してマイクロ秒）およびより高い暗電流という代償を伴います。サイドビューパッケージはトップビューセンサーと差別化され、PCBのエッジに沿ったセンシングのための設計自由度を提供します。自動SMT組立および標準リフロープロファイルとの互換性により、スルーホール代替品と比較して大量生産においてコスト効率の高い選択肢となります。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 ダークレンズの目的は何ですか？

ダークエポキシレンズは可視光フィルターとして機能します。可視スペクトルの光を減衰させながら、赤外線波長（約940nm）を通します。これにより、センサーの室内光、蛍光灯、日光に対する感度が低下し、ノイズを最小限に抑え、意図した赤外線信号の検出の信頼性を向上させます。

9.2 負荷抵抗（R_L）の値はどのように選べばよいですか？

選択にはトレードオフが伴います。データシートの図4をガイドとして使用してください。最大速度（最速の立ち上がり/立ち下がり時間）を得るには、より小さなR_L（例：1kΩ以下）を選択します。最大出力電圧振幅（より高い信号振幅）を得るには、より大きなR_L（例：10kΩ以上）を選択しますが、これにより応答は遅くなります。トランジスタがオン状態のとき（I_LC(ON)_{* R}）のR_L両端の電圧降下が、電源電圧からV_CE(SAT).

を引いた値を超えないようにしてください。

9.3 このセンサーは屋外で使用できますか？

注意深い設計により屋外で使用できます。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たりノイズを引き起こしたりする可能性があります。効果的な光学的フィルタリング（狭帯域940nmバンドパスフィルター）、直射日光を遮る適切なハウジング、および変調信号検出技術は、信頼性の高い屋外動作に不可欠です。

9.4 バッグを開封して1週間以上経過した場合、はんだ付け前にベーキングが必要なのはなぜですか？

プラスチックエポキシ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、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、高い内部圧力を発生させることがあります。これにより、パッケージがひび割れたり、層間剥離を起こしたりする可能性があります。この故障はポップコーン現象として知られています。60°Cでのベーキングにより、この吸収された湿気を追い出し、部品をリフローに安全な状態にします。

10. 実践的な設計例

1. シナリオ：おもちゃ用のシンプルなIR近接センサーの設計目標：
2. 物体がセンサーの約5cm以内にあることを検出します。使用部品：
3. LTR-S320-TB-Lフォトトランジスタ、940nm IR LED、マイクロコントローラ（MCU）。回路：_LフォトトランジスタはR_CC= 4.7kΩでV
4. (3.3V)に接続します。そのコレクタ出力はMCUのアナログ-デジタル変換器（ADC）ピンに接続します。IR LEDはフォトトランジスタの隣に配置し、電流制限抵抗（例：20mA）を介してMCUの出力ピンによって駆動します。動作：
5. MCUは特定の周波数（例：1kHz）でIR LEDを短いバーストでパルス駆動します。その後、フォトトランジスタからのADC値を読み取ります。物体がない場合、反射信号は低くなります。物体が範囲内にあると、赤外線がフォトトランジスタに反射され、ADC読み取り値に測定可能な増加が生じます。MCUソフトウェアでしきい値を設定して近接を検出します。考慮事項：_Lセンサーは周囲のIR光源から遮蔽する必要があります。パルス駆動と測定技術は、信号を周囲光から識別するのに役立ちます。R