5mm赤外線LED IR8353-14C データシート - 5mmパッケージ - 順電圧1.2V-1.8V - 波長940nm - 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。本デバイスは透明樹脂パッケージに封止されており、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。そのスペクトル出力は、一般的な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効率的に連携するように特別に調整されています。

1.1 主な特長

• 高信頼性：一貫した性能と長期動作のために設計されています。
• 高放射強度：効果的な信号伝送のための強力な赤外線出力を提供します。
• 低順電圧：20mA時で典型的に1.2Vであり、省エネルギー動作に貢献します。
• 環境適合性：本製品はRoHS、EU REACHに準拠し、ハロゲンフリー（Br < 900ppm、Cl < 900ppm、Br+Cl < 1500ppm）です。

1.2 主な用途

本IR LEDは、リモコン、近接センサー、物体検知、光スイッチ、短距離データ伝送など、様々な赤外線システムでの使用を意図しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

以下の定格は、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、デューティ比 ≤1%)
• 逆電圧 (V_R)：5 V
• 動作温度 (T_opr)：-40°C ～ +85°C
• 保管温度 (T_stg)：-40°C ～ +100°C
• 電力損失 (P_d)：150 mW (周囲温度25°C以下、自由空気中)

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは周囲温度 (T_a) 25°Cで測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

• 放射強度 (I_e)：7.8 - 17.6 mW/sr (I_F=20mA時、ビンによる)。I_F=100mA時、典型的に最大50 mW/sr。
• ピーク波長 (λ_p)：940 nm (I_F=20mA時)。
• スペクトル帯域幅 (Δλ)：45 nm (I_F=20mA時)。
• 順電圧 (V_F)：20mA時：1.2V (代表値) / 1.5V (最大値)；100mA時：1.4V (代表値) / 1.8V (最大値)。
• 逆電流 (I_R)：10 μA (最大値) V_R=5V時。
• 指向角 (2θ_1/2)：27° ～ 43° (I_F=20mA時)。

3. ビニングシステムの説明

本LEDの放射強度は、アプリケーション設計における一貫性を確保するため、異なるビンに分類されています。ビニングは順電流20mAで定義されています。

• ビンM：放射強度範囲 7.80 mW/sr ～ 12.50 mW/sr。
• ビンN：放射強度範囲 11.0 mW/sr ～ 17.6 mW/sr。

これにより、設計者は特定の感度要件に対して保証された最小出力を持つLEDを選択することができます。

4. 特性曲線分析

本データシートには、回路設計および熱管理に不可欠ないくつかの特性曲線が含まれています。

4.1 順電流 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電流を示しています。温度が上昇すると、デバイスの電力損失限界を超えないように、また長期信頼性を確保するために、最大電流を低減する必要があります。設計者は、アプリケーションの熱環境に適した動作電流を選択するためにこの曲線を使用しなければなりません。

4.2 放射強度 vs. 順電流

このグラフは、駆動電流と光出力（放射強度）の関係を示しています。出力はある範囲で一般的に線形ですが、非常に高い電流では飽和します。受信機で所望の信号強度を達成するために必要な駆動電流を決定する上で重要です。

4.3 スペクトル分布

スペクトル曲線は、典型的な帯域幅45nmで940nmにピーク発光があることを確認します。この波長は可視スペクトルの外側にあり、可視光干渉を最小限に抑え、シリコンベースの光検出器の感度に適合しているため理想的です。

4.4 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは指向角 (2θ_1/2) を定義します。これは放射強度が0°（軸上）での値の半分に低下する角度です。指定された27°から43°の範囲はビームの広がりを示します。狭い角度はより集光された光を提供し、広い角度はより広いカバレッジを提供します。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは標準的な5mm丸型LEDパッケージに収められています。主要寸法には、全体の直径（代表値5.0mm）、リード間ピッチ（標準2.54mm / 0.1インチ）、ベースからレンズドームまでの距離が含まれます。リードは通常直径0.45mmです。特に指定がない限り、すべての寸法は公差±0.25mmです。正確なPCBレイアウトのため、詳細な寸法図が元のデータシートに提供されています。

5.2 極性識別

カソード（負極リード）は通常、プラスチックレンズリムの平坦部や、より短いリードによって識別されます。アノード（正極リード）はより長くなっています。回路実装時には正しい極性を守る必要があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リード成形

• 曲げはエポキシバルブのベースから少なくとも3mm離して行う必要があります。
• 成形ははんだ付け前、室温で行う必要があります。
• 曲げや切断時にパッケージにストレスをかけないでください。
• PCBの穴はLEDリードと完全に一致させ、実装ストレスを避けてください。

6.2 保管条件

• 推奨保管条件：温度≤30°C、相対湿度≤70%。
• 出荷後の上記条件下での保管寿命は3ヶ月です。
• 長期保管（最大1年）の場合は、窒素と乾燥剤を入れた密閉容器を使用してください。
• 結露を防ぐため、湿気の多い環境での急激な温度変化を避けてください。

6.3 はんだ付けパラメータ

手はんだ：

• はんだごて先温度：最大300°C (最大30W)
• はんだ付け時間：リードあたり最大3秒。
• はんだ接合部からエポキシバルブまでの最小距離：3mm。

フロー/ディップはんだ付け：

• 予熱温度：最大100°C (最大60秒)
• はんだ浴温度：最大260°C
• 浴時間：最大5秒
• はんだ接合部からエポキシバルブまでの最小距離：3mm。

重要な注意点：

• LEDが熱いうちにリードにストレスをかけないでください。
• はんだ付け（ディップまたは手はんだ）は1回のみとし、複数回行わないでください。
• LEDが室温に冷えるまで、衝撃や振動から保護してください。
• 信頼性の高い接合が得られる最低限のはんだ付け温度を使用してください。

6.4 洗浄

• 必要に応じて、室温のイソプロピルアルコールで最大1分間のみ洗浄してください。
• 事前評価がない限り、超音波洗浄は損傷を引き起こす可能性があるため使用しないでください。

7. 熱管理

効果的な放熱は、LEDの性能と寿命にとって重要です。電流は順電流 vs. 周囲温度曲線に従ってデレーティングする必要があります。最終アプリケーションにおけるLED周囲の温度を制御する必要があります。これには、適切なPCB銅面積を放熱に使用すること、十分な通気を確保すること、または高電流を連続駆動する場合はヒートシンクを使用することが含まれる場合があります。

8. 梱包および発注情報

8.1 梱包仕様

• LEDは静電気防止バッグに梱包されています。
• 梱包数量：バッグあたり200-500個。内箱あたり5バッグ。外箱あたり10内箱。

8.2 ラベル情報

製品ラベルには、顧客部品番号（CPN）、製品番号（P/N）、梱包数量（QTY）、光度ランク（CAT）、主波長ランク（HUE）、順電圧ランク（REF）、ロット番号、および日付コードが含まれます。

9. アプリケーション設計上の考慮点

9.1 LEDの駆動方法

常に直列の電流制限抵抗を使用してください。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_supply- V_F) / I_F。保守的な設計のため、データシートの最大V_Fを使用してください。パルス動作（例：リモコン）の場合、過熱を避けるためにピーク電流（I_FP）とデューティ比の制限を超えないようにしてください。

9.2 光学設計

システムのレンズや反射板を設計する際には指向角を考慮してください。940nm波長は不可視であるため、動作確認のためにインジケータLEDや回路フィードバックが必要になる場合があります。最適な感度を得るために、受信機（フォトトランジスタ、IC）が940nmにスペクトル的に適合していることを確認してください。

9.3 電気的ノイズ耐性

電気的にノイズの多い環境では、LED/受信機ペアをシールドすること、対応する復調受信機を持つ変調IR信号（例：38kHzキャリア）を使用すること、周囲光やノイズスパイクを除去するためのソフトウェアフィルタリングを実装することを検討してください。

10. 技術比較と製品位置付け

この5mm、940nm IR LEDは、汎用赤外線アプリケーションにおいて性能とコストのバランスを提供します。その主な差別化要因は、標準的な5mmパッケージから得られる比較的高い放射強度（最大17.6 mW/sr）と、消費電力を削減する低順電圧です。従来の880nmや850nm LEDと比較して、940nm発光は可視性が低く（かすかな赤色光がない）、目立たないアプリケーションにより適しています。極端に狭いビーム角やより高出力が必要なアプリケーションでは、代替のパッケージスタイル（例：サイドビュー、高電力SMD）がより適切です。

11. よくあるご質問 (FAQ)

11.1 ビンMとビンNの違いは何ですか？

ビンMとビンNは、20mA時の保証最小放射強度に基づいてLEDを分類します。ビンNのLEDは、ビンM（7.8 mW/sr）と比較してより高い最小出力（11.0 mW/sr）を持ちます。より強い信号強度や長距離が必要なアプリケーションにはビンNを選択してください。

11.2 このLEDを100mAで連続駆動できますか？

はい、連続順電流の絶対最大定格は100mAです。ただし、デレーティング曲線を参照する必要があります。周囲温度25°Cでは100mAは許容されますが、周囲温度が上昇すると、接合温度を安全限界内に保つために最大許容連続電流は減少します。連続高電流動作には十分な放熱が不可欠です。

11.3 はんだ付け最小距離（3mm）が重要な理由は？

3mmの距離は、はんだ付け工程中に過剰な熱がリードを伝わって内部の半導体ダイやエポキシ封止体を損傷するのを防ぎます。過剰な熱は、クラック、剥離、または永久的な電気的特性劣化を引き起こす可能性があります。

12. 設計ユースケース例

シナリオ：簡易物体近接センサー

設計：IR LEDとフォトトランジスタを並べて同じ方向に向けて配置します。LEDを20mAの定電流で駆動します（5V電源から抵抗を使用：R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω、標準値180Ωを使用）。物体が範囲内に入ると、赤外線が物体で反射してフォトトランジスタに入り、そのコレクタ電流が増加します。この電流変化はプルアップ抵抗を介して電圧に変換され、コンパレータやマイクロコントローラのADCに入力して物体の存在を検出できます。940nm波長は可視周囲光を除去するのに役立ちます。ビンMとNの選択は、必要な検知距離と物体の反射率に依存します。

13. 動作原理

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。順方向バイアス（アノードにカソードに対して正の電圧を印加）されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、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、発光の波長を決定します。GaAlAsの場合、これは可視スペクトルの外側にある約940ナノメートルを中心とした赤外線放射をもたらします。透明レンズは光をフィルタリングまたは着色せず、赤外線出力の最大伝送を可能にします。

14. 技術トレンド

ディスクリート5mmスルーホールLEDは、試作、ホビイストプロジェクト、および一部の産業アプリケーションで依然として人気がありますが、業界のトレンドは表面実装デバイス（SMD）パッケージに強く向かっています。SMD IR LEDは、より小さな占有面積、自動ピックアンドプレース実装へのより高い適合性、PCBへの直接実装によるしばしば改善された熱性能などの利点を提供します。IRエミッタの効率（電気ワット入力あたりの放射出力）と信頼性を向上させるための継続的な開発も行われています。しかし、動作原理の基本、および波長、強度、指向角などの主要パラメータは、あらゆるIRアプリケーションにとって重要な選択基準であり続けます。