5mm 赤外線LED 850nm HIR7373C データシート - サイズ5mm - 電圧1.45V - 電力150mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、高強度5mm赤外線（IR）発光ダイオードの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、信頼性の高い赤外線放射を必要とするアプリケーション向けに設計されており、ピーク波長は850ナノメートル（nm）です。標準的なT-1 3/4（5mm）の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おり、赤外線の最適な透過を可能にします。この部品は、一般的なシリコンフォトトランジスタ、フォトダイオード、および赤外線受信モジュールとスペクトル的に整合しており、様々なIRセンシングおよび通信システムの理想的な光源となります。

本製品の中核的な利点は、高い信頼性、顕著な放射出力、およびエネルギー効率の良い動作に貢献する低順方向電圧特性を含みます。鉛フリー（Pb-Free）で製造され、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格（Br < 900ppm、Cl < 900ppm、Br+Cl < 1500ppm）を含む主要な環境規制に準拠しています。その主なターゲット市場は、近接センサー、物体検出、リモコン、産業オートメーションなどの赤外線ベースのシステムに取り組む設計者およびエンジニアを網羅しています。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

このデバイスの連続順方向電流（I_F）定格は100 mAです。パルス動作では、特定の条件下（パルス幅 ≤ 100μs、デューティサイクル ≤ 1%）で、ピーク順方向電流（I_FP）最大1.0 Aまで扱うことができます。最大許容逆電圧（V_R）は5 Vです。動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲は-40°Cから+100°Cと規定されています。周囲温度25°C以下の自由空気中での最大許容損失（P_d）は150 mWです。はんだ付け温度定格は、5秒を超えない時間で260°Cです。

2.2 電気・光学特性

主要な性能パラメータは、周囲温度（T_a）25°Cで測定されます。放射強度（I_e）は主要な光学出力指標です。標準テスト電流20 mAでは、典型的な放射強度は15 mW/srで、製品ビンに応じて最小値は7.8 mW/srです。最大連続電流100 mA（パルス条件下）では、典型的な放射強度は75 mW/srに増加します。

ピーク発光波長（λ_p）は典型的に850 nmで、半値全幅でのスペクトル帯域幅（Δλ）は約45 nmです。順方向電圧（V_F）は20 mAで典型的に1.45 V、最大1.65 Vです。100 mA（パルス）では、V_Fは1.80 Vから2.40 Vの範囲です。逆電圧5 V印加時の最大逆電流（I_R）は10 μAです。半値強度での全角として定義される指向角（2θ_1/2）は、典型的に40度です。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、I_F= 20 mAで測定された放射強度に基づき、異なる性能ビンに選別されています。これにより、生産における選択の一貫性が確保されます。ビニングは以下のように定義されています：

• ビンM：放射強度範囲 7.8 mW/sr (最小) ～ 12.5 mW/sr (最大)。
• ビンN：放射強度範囲 11.0 mW/sr (最小) ～ 17.6 mW/sr (最大)。
• ビンP：放射強度範囲 15.0 mW/sr (最小) ～ 24.0 mW/sr (最大)。
• ビンQ：放射強度範囲 21.0 mW/sr (最小) ～ 34.0 mW/sr (最大)。

このグレーディングシステムにより、設計者はアプリケーションに必要な特定の最小出力要件を満たす部品を選択でき、システム性能を確保できます。

4. 性能曲線分析

データシートには、設計に不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。

4.1 順方向電流 vs. 周囲温度

このデレーティング曲線は、周囲温度の関数としての最大許容連続順方向電流を示しています。温度が上昇すると、過熱を防ぎ長期信頼性を確保するために、最大許容電流は直線的に減少します。設計者は、予想される環境条件に適した動作電流を選択するために、この曲線を参照する必要があります。

4.2 スペクトル分布

スペクトル分布グラフは、相対放射強度を波長に対してプロットしたものです。850 nmでのピークと約45 nmの帯域幅を確認します。この曲線は、意図した受信機（例：850-950 nm付近にピーク感度を持つフォトトランジスタ）のスペクトル感度との互換性を確保するために重要です。

4.3 放射強度 vs. 順方向電流

このグラフは、駆動電流と光学出力の関係を示しています。放射強度は電流とともに超線形的に増加します。これは、設計者が駆動電流、光パワー、およびデバイス効率のトレードオフを理解するのに役立ちます。

4.4 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、LEDの発光パターンを描いています。強度は中心軸（0°）に沿って最も高く、角度が増加するにつれて減少し、40度の指向角を定義します。この情報は、センシングアプリケーションにおけるレンズ選択やアライメントなどの光学設計に不可欠です。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

このデバイスは、標準的な5mmラジアルリードパッケージを使用しています。パッケージ寸法図には、エポキシレンズの直径（通常5.0mm）、リード間隔（2.54mmまたは0.1インチ、スルーホール部品の標準）、および全長などの物理的寸法が規定されています。図面には公差が含まれており、重要な寸法では通常±0.25mmです。アノード（正極）リードは通常、長いリードとして識別されます。ウォータークリアレンズ材料は、吸収を最小限に抑えた赤外線透過に最適化されています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リードフォーミング

リードを曲げる必要がある場合は、エポキシバルブの基部から少なくとも3mm離れた位置で行う必要があります。フォーミングは常にはんだ付け前、室温で行い、パッケージにストレスを与えたり内部ダイやワイヤーボンドを損傷したりするのを避けてください。PCBの穴はLEDリードと正確に位置合わせされ、取り付けストレスを防止する必要があります。

6.2 保管

部品は、30°C以下、相対湿度70%以下の管理された環境で保管する必要があります。出荷後の推奨保管寿命は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に保管する必要があります。結露を防ぐため、湿気の多い環境での急激な温度変化は避けてください。

6.3 はんだ付けプロセス

はんだ付けは、熱損傷を防ぐために注意して行う必要があります。はんだ接合部はエポキシバルブから少なくとも3mm離す必要があります。

• 手はんだ：最大はんだごて先端温度300°C（30Wはんだごて最大）、リードごとはんだ付け時間3秒を超えないこと。
• フロー/ディップはんだ付け：最大予熱温度100°C、最大60秒。はんだ浴温度は260°Cを超えず、部品の浸漬時間は最大5秒。

推奨はんだ付け温度プロファイルが提供されており、制御された立ち上げ、ピーク温度保持、制御された冷却が強調されています。急冷は推奨されません。ディップまたは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、LEDが室温に戻るまで機械的衝撃から保護する必要があります。

6.4 洗浄

洗浄が必要な場合は、室温のイソプロピルアルコールを1分以内で使用し、その後風乾してください。内部構造を損傷するリスクがあるため、超音波洗浄は一般的に推奨されません。絶対に必要な場合は、事前にプロセスを慎重に評価する必要があります。

6.5 熱管理

これは低電力デバイスですが、特に最大定格付近で動作する場合、アプリケーション設計において熱管理を考慮する必要があります。接合温度を安全限界内に保ち長期信頼性を確保するために、順方向電流 vs. 周囲温度曲線に従って電流をデレートする必要があります。

7. 梱包および発注情報

標準梱包仕様は以下の通りです：500個が1つの静電気防止バッグに梱包されます。これらのバッグ5つが1つの内箱に入れられます。その後、内箱10個が1つのマスター（外）箱に梱包され、マスター箱あたり合計25,000個となります。

梱包のラベルには、顧客製品番号（CPN）、メーカー製品番号（P/N）、梱包数量（QTY）、発光強度ランク（CAT）、主波長ランク（HUE）、順方向電圧ランク（REF）、ロット番号（LOT No.）、および日付コード（Month X）が含まれています。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

この赤外線LEDは、以下を含むがこれらに限定されない幅広いアプリケーションに適しています：赤外線リモコン送信機、近接および物体検出センサー、産業用光スイッチおよびエンコーダー、暗視照明システム、光データ伝送リンク、非接触ユーザーインターフェース。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：電圧源からLEDを駆動する際は、常に直列の電流制限抵抗を使用してください。値はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_電源- V_F) / I_F.
• 受信機マッチング：選択した光検出器（フォトトランジスタ、フォトダイオード、またはIR受信IC）が最適な性能を得るために850 nm付近にピーク感度を持つことを確認してください。
• 光路：長距離または指向性アプリケーションのためにIRビームを平行光線化または集光させるためのレンズや絞りの必要性を考慮し、指向角を考慮してください。
• 電気的ノイズ：センシングアプリケーションでは、IR信号の変調（例：特定の周波数での変調）と受信機での同期検波により、環境光干渉に対する耐性を大幅に向上させることができます。

9. 技術比較および差別化

一般的な赤外線LEDと比較して、このデバイスは、高放射強度（100mAパルス時、typ. 最大75 mW/sr）と比較的低い順方向電圧（20mA時、typ. 1.45V）の明確な組み合わせを提供します。850nm波長は一般的な標準であり、シリコンベースの受信機との幅広い互換性を確保します。厳格な環境規格（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への準拠により、グリーン認証を必要とする現代のエレクトロニクスに適しています。クリアパッケージは、信号を減衰させる可能性のある着色パッケージと比較して、一貫した、フィルタリングされていない出力を提供します。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: 放射強度（mW/sr）と光度（mcd）の違いは何ですか？

A: 放射強度は、単位立体角（ステラジアン）あたりに放射される光パワー（ミリワット）を測定し、すべての波長に関連します。光度は人間の目の感度（明所視曲線）で重み付けされ、カンデラで測定されます。この850nm LEDのような赤外線光源には適用されません。

Q: このLEDを100 mAの定電流で連続駆動できますか？

A: 絶対最大定格は、最大連続順方向電流として100 mAを規定しています。ただし、信頼性の高い長期動作のためには、特に高い周囲温度では、デレーティング曲線を参照してこの最大値以下で動作することが推奨されます。

Q: なぜ指向角は40度と規定されているのですか？

A> 40度の角度（2θ_1/2）は、放射強度が中心軸上のピーク値の半分に低下する点での全幅です。これはLEDのビーム広がりを表しています。

Q: このLEDにはESD保護ダイオードが必要ですか？

A> データシートは高いESD定格を規定していませんが、LEDを含むすべての半導体デバイスをESD対策を施して取り扱うことは一般的に良い習慣です。直列に電流制限抵抗を組み込むことも、ある程度の固有の保護を提供します。

11. 実用的な設計および使用例

例1：シンプルな近接センサー。LEDを短い距離に配置されたフォトトランジスタとペアにします。それらの間を通過する物体がビームを遮断し、フォトトランジスタの電流の低下として検出されます。変調されたLED信号（例：38 kHzの矩形波）と同調受信機を使用することで、環境光を除去できます。

例2：暗視カメラ用IRイルミネーター。これらのLEDのアレイを、1Aピーク電流付近（適切なデューティサイクルで）のパルスモードで駆動することで、850nm光に感度を持つカメラに対して、低照度条件下で有効範囲を拡張する目に見えない強力な照明を提供できます。

12. 動作原理の紹介

赤外線発光ダイオード（IR 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領域からの電子とp領域からの正孔が活性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（この場合はガリウムアルミニウムヒ素 - GaAlAs）がバンドギャップエネルギーを決定し、したがってこのデバイスの場合は赤外線スペクトル（850nm）での発光波長を決定します。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、出力ビームを形成します。

13. 技術トレンド

赤外線エミッタ技術のトレンドは、より高い効率（電気ワット入力あたりのより多くの放射出力）、長距離アプリケーションのための増加したパワー密度、および自動組立と小型化のための表面実装デバイス（SMD）パッケージの開発に向かって続いています。分光法やガス検出などの高度なセンシングアプリケーションのための多波長および広帯域IR光源の開発も進行中です。LED駆動回路と保護機能を部品自体に統合することも、もう一つの進歩の分野です。