1.6mm 丸型超小型赤外線LED HIR26-21C/L289/TR8 データシート - サイズ1.6mm - 波長850nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

HIR26-21C/L289/TR8は、超小型表面実装型(SMD)赤外線発光ダイオードです。現代の自動化組立プロセスに対応した、コンパクトで信頼性の高い赤外線光源を必要とするアプリケーション向けに設計されています。本デバイスは、1.6mmの丸型パッケージ、ウォータークリア樹脂封止、および球面トップレンズを特徴とし、光学出力を最適化しています。

その中核的な利点は、シリコンフォトディテクタ（フォトダイオードおよびフォトトランジスタ）とのスペクトルマッチングにあり、センシングシステムにおいて非常に効率的です。本デバイスは、この波長範囲における高性能赤外線エミッタの標準であるGaAlAs（ガリウムアルミニウムヒ素）チップ材料を使用して構築されています。

ターゲット市場は、スペースが制約され、信頼性の高い赤外線信号伝達またはセンシングが必要な、民生電子機器、産業用センサー、および自動化機器の設計者およびメーカーを含みます。

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発生する可能性がある限界を定義します。これらの限界を超えて動作することは推奨されません。

• 連続順電流 (I_F): 65 mA。これは、周囲温度(T_a) 25°Cにおいて連続的に印加できる最大DC電流です。
• ピーク順電流 (I_FP): 1.0 A。この高電流は、パルス幅 ≤100μs、デューティサイクル ≤1%のパルス条件下でのみ許容されます。これは、短い高電力バーストを使用するリモコンアプリケーションに典型的です。
• 逆電圧 (V_R): 5 V。この逆バイアス電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作温度 (T_opr): -40°C ～ +85°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• 保管温度 (T_stg): -40°C ～ +100°C。
• はんだ付け温度 (T_sol): 5秒を超えない時間で260°C。鉛フリーリフロープロセスに対応しています。
• 電力損失 (P_d): 自由空気温度25°C以下で130 mW。この定格は、電力変換とデバイスの放熱能力の両方を考慮しています。

2.2 電気・光学特性

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

• 放射強度 (I_e): 単位立体角（ステラジアン）あたりの光出力。順電流20mA時、代表値は17 mW/sr（最小10 mW/sr）です。パルス条件下（100mA、≤100μs、デューティ ≤1%）では、代表的な放射強度は85 mW/srに大幅に上昇し、ピーク出力に対するパルス動作の利点を示しています。
• ピーク波長 (λ_p): 850 nm（代表値）。これは近赤外スペクトルにあり、シリコンベースの検出器に理想的で、940nmなどの短い波長よりも人間の目には見えにくく、良好な大気透過性を提供します。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 30 nm（代表値）。これは、ピーク波長を中心に放射される波長の範囲を定義します。
• 順電圧 (V_F): 20mA時、代表的な順電圧は1.40V（範囲1.20V～1.70V）です。パルス電流100mA時、V_Fは代表値1.60V（範囲1.40V～2.20V）に増加します。この情報は、駆動回路設計と電源選択に極めて重要です。
• 逆電流 (I_R): 逆電圧5V時、最大10 μA。良好な接合品質を示しています。
• 視野角 (2θ_1/2): 25度（代表値）。これは、放射強度がピーク値（軸上）の半分に低下する全角です。25°の角度は比較的指向性のあるビームを提供し、指向性センシングや信号伝達に適しています。

3. 性能曲線分析

データシートは、様々な条件下でのデバイスの挙動を理解するためのいくつかの重要なグラフを提供します。

3.1 順電流 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、許容される最大連続順電流のデレーティングを示しています。過熱を防ぐため、温度が最大動作限界85°Cに向かって上昇するにつれて、電流を直線的に減少させる必要があります。設計者は、自社アプリケーションの熱環境で確実な動作を保証するために、このグラフを使用する必要があります。

3.2 スペクトル分布

このグラフは、相対放射強度を波長に対してプロットし、850nmのピークと約30nmのスペクトル帯域幅を視覚的に確認します。指定された波長を中心とした比較的純粋な赤外線を放射することを示しています。

3.3 順電流 vs. 順電圧 (I-V曲線)

この基本的な特性曲線は、ダイオードの電流と電圧の指数関数的関係を示しています。動作点の決定や電流制限回路の設計に不可欠です。この曲線は温度によってシフトします。

3.4 放射強度 vs. 順電流

このグラフは、駆動電流の関数としての光出力を示します。通常、非線形関係を示し、熱効果やその他の影響により、非常に高い電流では効率（mAあたりの放射強度）が低下する可能性があります。このグラフは、所望の光出力レベルを得るための駆動電流を最適化するのに役立ちます。

3.5 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、LEDの視野角と放射パターンを視覚的に表しています。観測角度が中心軸（0°）から離れるにつれて強度がどのように減少するかを示し、約±12.5°で50%に低下します（25°の全視野角を確認）。これは、光学システム設計、アライメント、および放射光の照射範囲を理解する上で極めて重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

本デバイスは、1.6mmのボディ直径を持つ両端SMDパッケージです。データシートの詳細な機械図面には、全高、リード間隔、レンズ形状を含むすべての重要な寸法が提供されています。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、標準公差は±0.1mmです。

4.2 パッド設計とステンシル推奨

確実なはんだ付けを確保し、ソルダーボールなどの問題を回避するために、推奨されるパッドレイアウトとステンシル設計が提供されています。主な推奨事項は以下の通りです：

• ソルダーペースト: Sn/Ag3.0/Cu0.5（一般的な鉛フリー合金）。
• ステンシル厚さ: 0.10mm。
• ステンシル開口図は、小さなパッドのペースト量を制御するように設計されたパターンを示しています。

重要事項: 推奨されるパッド寸法は参考のみです。最終的なPCBランドパターンは、特定の製造プロセス、熱要件、および個々の設計ニーズに基づいて修正する必要があります。

4.3 極性識別

カソードは通常、パッケージ上のノッチ、フラットエッジ、またはベースの緑色マーキングなどの視覚的マーカーで示されます。データシートの図面は、正しいPCB向きに不可欠なカソード側を明確に識別しています。

5. はんだ付けと実装ガイドライン

5.1 湿気感受性と保管

本デバイスは湿気に敏感です。リフロー中の急速な蒸気膨張によるパッケージクラック（"ポップコーン現象"）を防ぐための予防措置を講じる必要があります。

• 使用準備が整うまで防湿袋を開封しないでください。
• 開封後は、温度≤30°C、相対湿度(RH) ≤60%で保管してください。
• 袋を開封してから168時間（7日）以内に使用してください。
• 保管時間を超過した場合、または乾燥剤が湿気の侵入を示している場合は、使用前に60±5°Cで24時間ベーキングしてください。

5.2 リフローはんだ付けプロセス

本デバイスは、赤外線および気相リフロープロセスに対応しています。データシートには鉛フリーリフロー温度プロファイルが提案されています。主要パラメータには、予熱、ソーク、リフロー最高温度（5秒を超えない時間で260°C以下）、冷却速度が含まれます。部品への熱ストレスを最小限に抑えるため、リフローはんだ付けは2回までとすべきです。

5.3 手はんだ付けとリワーク

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です：

• 先端温度<350°Cの半田ごてを使用してください。
• 端子ごとの接触時間を≤3秒に制限してください。容量25W以下の半田ごてを使用してください。
• 熱の蓄積を防ぐため、各端子のはんだ付けの間隔を≥2秒空けてください。
• 初期はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、はんだ接合部とLED自体への機械的ストレスを防ぐため、除去時に両端子を同時に加熱するツインヘッド半田ごてを使用してください。リワーク後は常にデバイスの機能を確認してください。

5.4 回路基板の取り扱い

加熱（はんだ付け）中にLEDに機械的ストレスをかけないでください。また、はんだ付け後に回路基板を反らせないでください。これは部品やはんだ接合部のクラックの原因となります。

6. 梱包と発注情報

6.1 テープ＆リール仕様

本デバイスは、業界標準のエンボス加工キャリアテープに巻かれた7インチ径リールで供給されます。キャリアテープの寸法（ポケットサイズ、ピッチなど）の詳細図面が提供されています。各リールには1500個が含まれます。

6.2 ラベル仕様

リールラベルには、トレーサビリティと製造のための標準情報が含まれます：

• CPN（顧客部品番号）
• P/N（メーカー部品番号: HIR26-21C/L289/TR8）
• QTY（数量）
• CAT（ランク/ビニング）
• HUE（ピーク波長）
• REF（参照）
• LOT No.（ロット番号）
• MSL-X（湿気感受性レベル）
• Made In（製造国）

7. 応用提案

7.1 代表的な応用シナリオ

• PCB実装型赤外線センサー: 近接センシング、物体検出、ロボットのライン追従。
• 赤外線リモコンユニット: 標準的なリモコンLEDよりも高い出力パワーを必要とするアプリケーションに理想的で、より長い距離や明るい環境でのより良い性能を可能にする可能性があります。
• ガスカウンター/メーター: ユーティリティメーター内の光学センシング機構でよく使用されます。
• 一般的な赤外線システム: データ伝送、エンコーディング、またはセンシングのために、コンパクトで信頼性の高いIR光源を必要とするあらゆる組み込みシステム。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限は必須: 注意事項で明示されているように、LEDと直列に外部の電流制限抵抗（または定電流ドライバ）を使用する必要があります。順電圧には範囲があり、適切に制限されない場合、供給電圧のわずかな増加が大きく破壊的な電流増加を引き起こす可能性があります。
• 熱管理: 電力損失(P_d=V_F*I_F) と温度による最大電流のデレーティングを考慮してください。特に高周囲温度または高デューティサイクルのパルスアプリケーションでは、熱を逃がすための十分なPCB銅面積またはその他の手段を確保してください。
• 光学設計: 25°の視野角は指向性を提供します。より広い照射範囲が必要な場合は、二次光学素子（拡散板）が必要になる場合があります。より長い距離の場合は、ビームを平行にするためにレンズを使用できます。
• 駆動回路: 1Aでのパルス動作には、トランジスタまたはMOSFETスイッチが必要です。ドライバがピーク電流と必要な高速立ち上がり/立ち下がり時間を処理できることを確認してください。

8. 技術比較と差別化

標準的な5mmまたは3mmのスルーホール赤外線LEDと比較して、HIR26-21C/L289/TR8は以下のような大きな利点を提供します：

• サイズ: 1.6mm SMDパッケージにより、最終製品の小型化が可能であり、高速ピックアンドプレース組立に対応しています。
• 性能: 20mA時の代表的な17 mW/srの放射強度は競争力があり、パルス条件下での85 mW/srは高出力ニーズのための重要な特徴です。
• 信頼性: SMD構造と標準リフロープロセスへの対応により、手はんだ付けのスルーホール部品と比較して、より堅牢で一貫性のあるはんだ接合部が得られます。
• 適合性: 本デバイスは鉛フリー、RoHS適合、REACH適合、ハロゲンフリー（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）であり、世界市場の厳しい環境規制を満たしています。

9. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

9.1 このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

No.代表的な順電圧はわずか1.4V-1.6Vです。電流制限抵抗なしで3.3Vまたは5V電源に直接接続すると、過剰電流によりほぼ確実にLEDが破壊されます。常にオームの法則を使用して計算された直列抵抗を使用してください：R = (V_supply- V_F) / I_F.

9.2 20mA DC定格と100mAパルス定格の違いは何ですか？

20mA定格は連続動作のためのものです。100mA定格は、非常に短いパルス（≤100μs）で低デューティサイクル（≤1%）のためのものです。これにより、LEDを短時間に非常に強く駆動し、平均電力が低いままであるため過熱することなく、はるかに明るいフラッシュ（85 mW/sr vs. 17 mW/sr）を生成できます。これはリモコンに最適です。

9.3 視野角25度はどのように解釈すればよいですか？

これは、光強度が最大（軸上）値の半分になる全角です。これを光の主なビームまたはローブの幅と考えてください。この角度の外側にも光は放射されますが、強度は低くなります。25°の角度は中程度に集光されています。

9.4 湿気感受性とベーキングが重要なのはなぜですか？

プラスチックSMD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、この湿気が急速に蒸気に変わり、内部圧力が発生し、パッケージのクラックやチップからの剥離（"ポップコーン現象"）を引き起こす可能性があります。保管とベーキングのガイドラインに従うことで、この故障モードを防ぎます。

10. 実践的設計と使用事例

シナリオ: 長距離赤外線ビーコンの設計

設計者は、室内環境で周囲のIRノイズがある中、20メートル離れたセンサーで検出可能な、コンパクトでバッテリー駆動のビーコンを必要としています。

1. 駆動方法の選択: 検出距離を最大化するために、設計者は高い85 mW/srのパルス放射強度を活用するためにパルス動作を選択します。
2. 回路設計: マイクロコントローラのGPIOピンがNチャネルMOSFETを制御します。LEDは、電源（例：3.3V）とMOSFETドレインの間に直列に電流制限抵抗を接続します。抵抗値は100mA用に計算されます：R = (3.3V - 1.6V) / 0.1A = 17Ω（標準値18Ωを使用）。マイクロコントローラは、1%のデューティサイクル（例：100μsオン、9900μsオフ）で100μs幅のパルスを生成します。
3. PCBレイアウト: 推奨されるパッドレイアウトを出発点として使用します。高電流パルス中の放熱を助けるために、パッド周囲に追加のサーマルリリーフと銅箔を追加します。
4. 組立: 部品をPCB上に配置します。LEDリールは適切に保管され、組立された基板は推奨される鉛フリープロファイルを使用して単一のリフローパスを受けます。
5. 光学系（オプション）: 距離をさらに延長するために、LEDの上に単純なプラスチック平行光レンズを配置してビームを絞り、出力パワーを目標距離でより小さな領域に集中させることができます。

この事例は、主要なデータシートパラメータ（パルス放射強度、順電圧、電流定格、パッケージサイズ）が、どのように実践的な設計に直接情報を提供するかを示しています。

11. 動作原理

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子とp型材料からの正孔が接合部を越えて注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。このようなGaAlAsダイオードでは、半導体材料のエネルギーバンドギャップが調整されており、この放出されるエネルギーは赤外線スペクトル、特に約850ナノメートルの光子に対応します。ウォータークリアエポキシパッケージはレンズとして機能し、放射光を指定された放射パターン（25°視野角）に形成します。

12. 業界動向と発展

超小型赤外線LEDの市場は進化を続けています。HIR26-21C/L289/TR8のようなデバイスに関連する主なトレンドは以下の通りです：

• 統合の増加: よりシンプルなセンサーモジュールのために、IRエミッタをドライバICまたはフォトディテクタと単一パッケージに組み合わせる傾向。
• 高効率化: 材料科学の継続的な研究により、IR LEDのワールプラグ効率（光出力/電力入力）の向上が目指されており、同じサイズのパッケージで低消費電力または高出力を実現します。
• 新たな波長: 850nmと940nmが主流ですが、ガスセンシングや強化された目の安全性などの特定のアプリケーションのため、他のIR波長への関心が高まっています。
• 先進的なパッケージング: サイズとコストをさらに削減し、熱性能を向上させるためのチップスケールパッケージング（CSP）およびウェハーレベルパッケージングの開発。
• 応用分野の拡大:
  • 生体認証とセキュリティ: 顔認識、虹彩スキャン。
  • 自動車: 車室内乗員検知、ドライバーモニタリングシステム。
  • 民生電子機器: 電話/タブレットの近接センシング、ジェスチャー認識。
  • 産業用IoT: マシンビジョン、状態監視。

HIR26-21C/L289/TR8のようなデバイスは、その小型フォームファクタ、信頼性の高い性能、環境基準への適合性により、コンパクトで効率的な赤外線光源が基本的な要件であるこれらの拡大する市場に適しています。