3mm 赤外線LED 850nm HIR204C データシート - T-1パッケージ - 順電圧1.45V - 消費電力150mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高輝度3mm（T-1）赤外線発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。このデバイスは、ピーク波長850ナノメートル（nm）で光を放射するように設計されており、様々な赤外線センシングおよび伝送アプリケーションに適しています。その主な利点は、高い信頼性、優れた放射出力、および低い順電圧要件です。

LEDは、ガリウムアルミニウム砒素（GaAlAs）チップ材料を使用して構築され、ウォータークリアプラスチックパッケージに収められています。このスペクトル出力は、フォトトランジスタ、フォトダイオード、統合受信モジュールなどの一般的な赤外線受信機との互換性を確保するために意図的に調整されています。本製品はRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。

1.1 対象アプリケーション

本デバイスは、堅牢な赤外線信号伝送を必要とするシステム向けに設計されています。主な適用分野は以下の通りです：

• 自由空間光データ伝送システム。
• 特に高出力が要求される赤外線リモコン装置。
• 光学センシング原理を利用した煙感知および火災警報システム。
• 産業用または民生用の汎用赤外線ベースアプリケーションシステム。

2. 技術パラメータ分析

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。

• 連続順電流（I_F)）： 100 mA
• ピーク順電流（I_FP)）： 1.0 A（パルス幅 ≤ 100μs、デューティサイクル ≤ 1%）
• 逆電圧（V_R)）： 5 V
• 動作温度（T_opr)）： -40°C ～ +85°C
• 保存温度（T_stg)）： -40°C ～ +100°C
• はんだ付け温度（T_sol)）： 260°C（5秒以内）
• 消費電力（P_d)）： 150 mW（周囲温度25°C以下）

2.2 電気光学特性（T_a= 25°C）

これらのパラメータは、指定された試験条件下でのデバイスの代表的な性能を定義します。

• 放射強度（I_e):
  • ）： I_F= 20 mA 時、代表値 17.6 mW/sr。
  • ）： I_F= 100 mA（パルス）時、代表値 90 mW/sr。
  • ）： I_F= 1 A（パルス）時、代表値 900 mW/sr。
• ピーク波長（λ_p)）： I_F= 20 mA 時、代表値 850 nm。
• スペクトル帯域幅（Δλ））： I_F= 20 mA 時、代表値 45 nm。
• 順電圧（V_F):
  • ）： I_F= 20 mA 時、代表値 1.45 V、最大値 1.65 V。
  • ）： I_F= 100 mA（パルス）時、代表値 1.80 V、最大値 2.40 V。
  • ）： I_F= 1 A（パルス）時、代表値 4.10 V、最大値 5.25 V。
• 逆電流（I_R)）： V_R= 5 V 時、最大値 10 μA。
• 指向角（2θ_1/2)）： I_F= 20 mA 時、代表値 25度。

注記：順電圧（±0.1V）、放射強度（±10%）、主波長（±1.0nm）については測定不確かさが規定されています。

3. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの動作を示すいくつかの特性曲線が提供されています。これらは、設計エンジニアが実際のアプリケーションでの性能を予測するために重要です。

3.1 順電流 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度の上昇に伴う最大許容順電流のデレーティングを示します。デバイスの消費電力能力は温度の上昇とともに低下するため、過熱を防ぐための熱設計において考慮する必要があります。

3.2 スペクトル分布

スペクトル出力グラフは、定義された帯域幅を持つ850nmでのピーク発光を確認します。これは、意図する受信機（例えば、800-900nm付近で最も感度が高いシリコンフォトディテクタ）のスペクトル感度との互換性を確保するために不可欠です。

3.3 放射強度 vs. 順電流

このプロットは、駆動電流と光出力の関係を示します。通常、サブリニアな増加を示し、非常に高い電流では効率が低下する可能性があることを意味します。設計者はこれを使用して、出力電力と効率、デバイスの寿命をバランスさせる動作点を選択します。

3.4 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、空間放射パターン（指向角）を定義します。代表的な25度の半値角は、中程度に集束されたビームを示しており、赤外線エネルギーを特定のターゲットやセンサに向けるのに有用です。

3.5 ピーク発光波長 vs. 周囲温度

赤外線LEDは、温度に伴ってピーク波長がシフトします（通常、約0.2-0.3 nm/°C）。この曲線は、HIR204Cにおけるそのシフトを定量化しており、正確な波長マッチングが重要なアプリケーションにおいて重要です。

3.6 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）

ダイオードの基本的な電気的特性です。この曲線は、所定の動作電流におけるLED両端の電圧降下を決定するために使用され、駆動回路の設計（例えば、電流制限抵抗の選択や定電流ドライバの設計）に必要です。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法（T-1, 3mm）

本デバイスは、標準的なT-1（3mm）ラジアルリードパッケージ寸法に準拠しています。主な機械的仕様は以下の通りです：

• パッケージ全体の直径は約3.0mmです。
• 標準リード間隔（中心間）は2.54mm（0.1インチ）です。
• データシートには詳細な寸法図が提供されており、特に断りのない限り一般的な公差±0.25mmで長さ、直径、リード線径を規定しています。

4.2 極性識別

LEDには、カソード（負）端子を示すために、レンズ側にフラットな面または短いリードがあります。回路組立時には正しい極性を守る必要があります。

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、デバイスの信頼性と性能を維持するために重要です。

5.1 リード成形

• 内部ダイとワイヤボンディングへの応力を避けるため、エポキシレンズの基部から少なくとも3mm離れた位置で曲げてください。
• はんだ付け前にリードを成形してください。
• パッケージに応力を加えないでください。PCBの穴はLEDリードと完全に一致させ、取り付け応力を防ぐ必要があります。
• リードは室温で切断してください。

5.2 保管条件

• 推奨保管条件：温度 ≤ 30°C、相対湿度（RH） ≤ 70%。
• 出荷後の上記条件下での棚寿命は3ヶ月です。
• 長期保管（最大1年）の場合は、窒素雰囲気と乾燥剤を入れた密閉容器を使用してください。
• 湿気の多い環境での急激な温度変化は結露を引き起こす可能性があるため避けてください。

5.3 はんだ付け推奨事項

はんだ接合部からエポキシバルブまでの最小距離を3mm確保してください。

• 手はんだ： はんだごて先温度 ≤ 300°C（最大30W）、はんだ付け時間 ≤ 3秒。
• フロー/ディップはんだ付け： 予熱 ≤ 100°C（最大60秒）、はんだ浴温度 ≤ 260°C、浸漬時間 ≤ 5秒。
• 高温作業中はリードに応力を加えないでください。
• ディップ/手はんだ付けは複数回行わないでください。
• はんだ付け後、デバイスを室温まで徐冷させ、冷却中の衝撃や振動から保護してください。

5.4 洗浄

• 必要に応じて、室温のイソプロピルアルコールで1分以内にのみ洗浄してください。風乾してください。
• 超音波洗浄は推奨されません。やむを得ない場合は、その潜在的な影響を慎重に評価する必要があります。

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包材料および仕様

デバイスは、保管および輸送中の損傷を防ぐために防湿材料を使用して梱包されています。梱包の階層は以下の通りです：

1. デバイスは静電気防止バッグに入れられます。
2. バッグは内箱に入れられます。
3. 内箱は出荷用マスターカートンに梱包されます。

6.2 梱包数量

• 静電気防止バッグあたり最小200個から1000個。
• 内箱あたり5袋。
• マスター出荷カートンあたり10箱。

6.3 ラベル説明

梱包のラベルには以下の主要な識別子が含まれます：

• CPN： 顧客生産番号
• P/N： 生産番号（品番）
• QTY： 梱包数量
• CAT： ランク（性能区分）
• HUE： 主波長
• REF： リファレンス
• LOT No： トレーサビリティのためのロット番号

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 駆動回路設計

ダイオードの指数関数的なI-V特性のため、定電流ドライバまたは電流制限抵抗が必須です。抵抗値（R_limit）はオームの法則を使用して計算できます： R_limit= (V_supply- V_F) / I_F。与えられたI_Fに対しては、常にデータシートの最大V_Fを使用して、あらゆる条件下で十分な電流が確保されるようにしてください。パルス動作（例：リモコン）の場合、ドライバが正しいデューティサイクルで高いピーク電流（最大1A）を供給できることを確認してください。

7.2 熱管理

パッケージは25°Cで150mWを放散できますが、この定格は周囲温度に応じてデレーティングされます。密閉空間や高い周囲温度では、実際の消費電力（I_F* V_F）がデレーティング後の限界値を下回るようにしてください。連続的な大電流動作には、十分なPCB銅面積やその他の放熱対策が必要になる場合があります。

7.3 光学設計

25度の指向角は、ビームの集中とカバレッジのバランスを提供します。長距離アプリケーションでは、ビームを平行にするために二次光学系（レンズ）を使用することがあります。広範囲のカバレッジには、拡散板が必要になる場合があります。受信機の視野角とスペクトル感度がLEDの出力と一致していることを確認してください。

8. 技術比較および差別化

HIR204Cの同クラス（3mm IR LED）における主な差別化要因は、高い放射強度（パルス時最大900 mW/sr）と比較的低い順電圧（20mA時代表値1.45V）の組み合わせです。これにより、より高いV_Fを持つデバイスと比較して、所定の光出力に対して効率的で、消費電力と発熱を低減します。850nm波長はシリコンベース受信機の標準であり、受信機感度と相対的な不可視性の良いバランスを提供します。その堅牢な構造とクリアなパッケージ材料は、記載の高い信頼性に貢献しています。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 連続定格電流とパルス定格電流の違いは何ですか？

連続定格電流（100mA）は、LEDが損傷のリスクなく無期限に扱える最大DC電流です。パルス定格電流（1A）ははるかに高い値ですが、非常に短いパルス（≤100μs）で非常に低いデューティサイクル（≤1%）でのみ適用できます。これにより、リモコン信号などで一般的な、デバイスを過熱させることなく、非常に高い輝度の短いバーストが可能になります。

9.2 なぜ1A時の順電圧は20mA時よりも高いのですか？

これは、LEDチップおよびパッケージ内に固有の直列抵抗があるためです。電流が増加すると、この内部抵抗にかかる電圧降下（V = I * R）が増加し、総順電圧が高くなります。データシートはこのデータを提供しており、目標動作電流で必要な電圧を供給するドライバを設計できるようにしています。

9.3 このLEDはデータ伝送に使用できますか？

はい、その高速スイッチング能力（リモコンでの使用から示唆される）により、自由空間システムでの変調データ伝送に適しています。達成可能なデータレートは、駆動回路が電流を高速にスイッチングする能力と受信機の帯域幅に依存します。

10. 実用例

10.1 シンプルなIRビーコンの設計

目的： 数メートルの範囲で近接センシング用の連続点灯IRビーコンを作成する。

設計手順:

1. 動作点の選択： 良好な出力と適度な電力をバランスさせるため、I_F= 50mAを選択。I-V曲線から、V_F≈ 1.6Vと推定。
2. 駆動回路の計算： 5V電源と直列抵抗を使用： R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω。抵抗での消費電力： P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17W。68Ω、0.25Wの抵抗を使用。
3. 熱チェック： LEDの消費電力： P_LED= V_F* I_F= 1.6V * 0.05A = 80mW。これは25°Cでの定格150mWをはるかに下回ります。周囲温度が50°Cになると予想される場合は、デレーティング曲線を参照して80mWが依然安全であることを確認してください。
4. 取り付け： リードに合わせた穴のあるPCBに配置。はんだ付けは、接合部をレンズ本体から3mm以上離して行う。
5. ペアリング： 850nm光に感度のあるフォトトランジスタまたは受信モジュールを使用し、LEDの25度ビームコーン内に配置する。

11. 動作原理

赤外線LEDは、半導体p-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。使用される特定の半導体材料（この場合はGaAlAs）がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光子の波長を定義します—この場合、850nm付近の近赤外領域です。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て出力ビームを整形し、繊細な半導体チップを保護します。

12. 技術トレンド

赤外線LEDの開発は、いくつかの主要分野に焦点を当てて継続しています：効率向上（入力電力あたりの光出力の増加）、高出力密度（より多くの電流を扱える小型パッケージ）、および過酷な環境条件下での信頼性向上。また、他の特定波長（例：隠密性向上のための940nm、ガスセンシング用の特定波長）でのデバイス開発も進行中です。駆動回路や受信機との統合をコンパクトなモジュール化する傾向も、エンドユーザー向けのシステム設計を簡素化する重要なトレンドです。HIR204Cは、その意図されたアプリケーションに適した成熟した信頼性の高い技術を代表しています。