5mm赤外線LED HIR333C/H0 データシート - 5.0mmパッケージ - 850nm波長 - 1.65V順電圧 - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、5.0mm (T-1 3/4) スルーホール型赤外線 (IR) 発光ダイオードの仕様を詳細に説明します。このデバイスはピーク波長850nmで発光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。高放射出力を可能にする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。

1.1 中核的利点

この部品の主な利点は、高い信頼性と高い放射強度です。低い順電圧を特徴とし、回路設計におけるエネルギー効率に貢献します。本デバイスは鉛フリー材料で構成され、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・安全規制に準拠しています。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

この赤外線LED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います。代表的なアプリケーションは以下の通りです：

• データ通信のための自由空間伝送システム。
• より高出力を必要とする赤外線リモコン装置。
• 煙感知システム。
• センシングおよび検出のための一般的な赤外線応用システム。

2. 詳細技術パラメータ分析

以下のセクションでは、デバイスの電気的、光学的、熱的特性の詳細な内訳を提供します。

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発生する可能性がある限界を定義します。連続動作を意図したものではありません。

• 連続順電流 (IF)：100 mA
• ピーク順電流 (IFP)：1.0 A (パルス幅 ≤100μs、デューティサイクル ≤1%)
• 逆電圧 (VR)：5 V
• 動作温度 (Topr)：-40°C ～ +85°C
• 保管温度 (Tstg)：-40°C ～ +85°C
• はんだ付け温度 (Tsol)：260°C、≤5秒間
• 25°Cにおける電力損失 (Pd)：150 mW

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは周囲温度 (Ta) 25°Cで測定され、指定条件下でのデバイスの典型的な性能を定義します。

• 放射強度 (Ie)：順電流 (IF) 20mAにおける最小典型的値は7.8 mW/srです。パルス条件下 (IF=100mA、パルス幅 ≤100μs、デューティ ≤1%) では、典型的な放射強度は80 mW/srです。同じパルス条件下でピーク電流1Aでは、800 mW/srに達します。
• ピーク波長 (λp)：IF=20mAにおいて850 nm (典型的)。
• スペクトル帯域幅 (Δλ)：IF=20mAにおいて45 nm (典型的)、これは最大強度の半分におけるスペクトル幅を示します。
• 順電圧 (VF)：IF=20mAにおいて1.45V (典型的) から最大1.65Vの範囲です。電流が高くなると増加し、100mAで最大2.40V、パルス動作で1Aで5.25Vに達します。
• 逆電流 (IR)：VR=5Vにおいて最大10 μA。
• 指向角 (2θ1/2)：IF=20mAにおいて30度 (典型的)、放射強度がピーク値の少なくとも半分である角度範囲を定義します。

2.3 熱特性

デバイスの性能は温度に依存します。最大電力損失は、25°Cの自由空気中で150 mWと定格されています。設計者は、より高い周囲温度で動作する際には、長期信頼性を確保し、熱暴走を防ぐためにこの値をデレーティングすることを考慮する必要があります。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、IF=20mAで測定された放射強度に基づいて、異なる性能グレード、またはビンで提供されています。これにより、設計者はアプリケーションの感度要件に正確に一致する部品を選択できます。

放射強度のビニング構造は以下の通りです：

• ビン M：7.8 - 12.5 mW/sr
• ビン N：11.0 - 17.6 mW/sr
• ビン P：15.0 - 24.0 mW/sr
• ビン Q：21.0 - 34.0 mW/sr
• ビン R：30.0 - 48.0 mW/sr

データシートはまた、本デバイスが主波長 (HUE) および順電圧 (REF) のランクで提供可能であることを示していますが、これらのパラメータの特定のビンコードは提供された抜粋では詳細に説明されていません。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのデバイスの挙動についてより深い洞察を提供します。

4.1 順電流 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度が25°C以上に上昇するにつれて、許容される最大順電流のデレーティングを示しています。信頼性を維持するためには、より高い温度では動作電流を低減する必要があります。

4.2 スペクトル分布

このグラフは、850nmピークを中心とした波長スペクトル全体での相対放射出力を示しています。45nmの帯域幅は、発光される波長の範囲を示します。

4.3 ピーク発光波長 vs. 周囲温度

この関係は、ピーク波長 (λp) が接合温度の変化とともにどのようにシフトするかを示しています。典型的には、波長は温度の上昇とともにわずかに増加し、これは検出器との正確なスペクトル整合を必要とするアプリケーションにおいて重要な要素です。

4.4 順電流 vs. 順電圧 (IV曲線)

この基本的な曲線は、ダイオードにかかる電圧とそれによって生じる電流の間の指数関数的関係を描いています。これは電流制限回路（例えば、直列抵抗の選択）を設計するために不可欠です。

4.5 放射強度 vs. 順電流

このプロットは、放射強度が順電流に対して超線形的に増加することを示しています。しかし、非常に高い電流（特にDC）で動作すると、発熱が増加し、効率低下の可能性があるため、高強度要件にはパルス動作が望ましいです。

4.6 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、指向角 (2θ1/2 = 30°) 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ており、光学システムの設計やエミッタと検出器の位置合わせに重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは、標準的なT-1 3/4 (5mm) ラジアルリードパッケージに準拠しています。主要な寸法には、約5.0mmの全径と、標準パーフォレートボードと互換性のある標準リード間隔2.54mm (0.1インチ) が含まれます。寸法図では、特に断りのない限り±0.25mmの公差が指定されています。レンズドームの正確な形状とリード長は、詳細なパッケージ図で定義されています。

5.2 極性識別

カソードは通常、プラスチックレンズリムの平らな部分、または短いリードによって識別されます。回路組立時には逆バイアス損傷を防ぐために、正しい極性を守る必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

機械的および熱的損傷を防ぐため、適切な取り扱いが重要です。

6.1 リード成形

• 曲げは、エポキシボールの基部から少なくとも3mm離れた場所で行う必要があります。
• はんだ付け前にリードを成形してください。
• 曲げ中にパッケージに応力を加えないでください。
• リードは室温で切断してください。
• PCBの穴がLEDリードと完全に一致するようにして、取り付け応力を避けてください。

6.2 保管条件

• 温度≤30°C、相対湿度 (RH) ≤70%で保管してください。
• 元の梱包での最大保管寿命は3ヶ月です。
• より長期間の保管（最大1年）には、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を避け、結露を防いでください。

6.3 はんだ付けパラメータ

手はんだ：はんだごて先端温度 ≤300°C (最大30Wのはんだごて)、リードあたりのはんだ付け時間 ≤3秒。はんだ接合部からエポキシボールまで最低3mmの距離を保ってください。

フロー/ディップはんだ付け：予熱温度 ≤100°C、≤60秒間。はんだ浴温度 ≤260°C、≤5秒間。3mm距離ルールを守ってください。

一般的なルール：高温時にリードに応力を加えないでください。同じデバイスを複数回はんだ付けしないでください。室温まで冷却する間、デバイスを衝撃/振動から保護してください。急冷プロセスを使用しないでください。フローはんだ付けには推奨されるはんだ付けプロファイルに従ってください。

6.4 洗浄

データシートでは、洗浄は必要な場合にのみ行うべきと記載されていますが、特定の洗浄剤の推奨や超音波洗浄パラメータは提供された抜粋では詳細に説明されていません。標準的な実践としては、エポキシ樹脂と適合するマイルドで非侵襲性の洗浄剤を使用することです。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

本デバイスはESD保護のため、静電気防止バッグに梱包されています。標準的な梱包フローは以下の通りです：

1. 静電気防止バッグあたり500個。

2. 内箱あたり5袋 (2,500個)。

3. 外箱あたり10個の内箱 (25,000個)。

7.2 ラベル形式仕様

製品ラベルには、トレーサビリティと識別のための主要情報が含まれます：

- CPN (顧客部品番号)

- P/N (メーカー部品番号: HIR333C/H0)

- QTY (梱包数量)

- CAT (発光/放射強度ランク、例: M, N, P, Q, R)

- HUE (主波長ランク)

- REF (順電圧ランク)

- LOT No. (ロット番号、トレーサビリティ用)

- Date Code (日付コード)

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な駆動回路は、順電流を制限するための単純な直列抵抗です。抵抗値 (R) はオームの法則を用いて計算されます：R = (Vcc - Vf) / If。ここで、Vccは電源電圧、VfはLEDの順電圧（信頼性のために最大値を使用）、Ifは所望の順電流です。パルス動作（例えば、リモコン）では、トランジスタスイッチを使用して高いピーク電流（最大1A）を供給しながら、平均電力を制限内に保つために低いデューティサイクルを維持するのが一般的です。

8.2 光学設計上の注意点

30度の指向角は、ビーム集中とカバレッジの良いバランスを提供します。より長距離またはより狭いビームのアプリケーションでは、二次光学素子（レンズ）が必要になる場合があります。ウォータークリアレンズは850nmの伝送に最適です。システム効率を最大化するために、受信器（フォトトランジスタ、フォトダイオード、またはIC）が850nm領域でスペクトル的に感度を持つことを確認してください。

8.3 熱管理

パッケージは25°Cで150mWを放散できますが、高電流または高温環境での連続動作には、リードを通じた効果的な放熱または注意深い基板レイアウトが必要です。パルス駆動モードを使用すると、平均電力損失と熱ストレスを大幅に低減できます。

9. 技術比較と差別化

標準的な可視LEDや他のIR LEDと比較して、このデバイスの主な差別化要因は、以下の組み合わせです：高い放射強度(ビンRで最大48 mW/sr)、低い順電圧(典型的に1.45V)、および包括的な環境適合性(RoHS、REACH、ハロゲンフリー)。GaAlAsチップ材料の使用は、高効率850nm発光の標準です。5mmパッケージは、表面実装デバイスが理想的でない可能性がある幅広い産業および民生アプリケーションに適した堅牢なスルーホール形状を提供します。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: このLEDを100mAで連続駆動できますか？

A: 連続順電流の絶対最大定格は100mAです。しかし、この最大電流での連続動作はかなりの熱を発生させます (Pd ≈ Vf * If)。信頼性の高い長期動作のためには、特に周囲温度が25°C以上の場合、電流をデレーティングするか、ヒートシンクを使用することをお勧めします。

Q: ビン (M, N, P, Q, R) の違いは何ですか？

A: ビンは、LEDが20mAで駆動されたときの最小および最大放射強度を分類します。ビンMは最も低い出力 (7.8-12.5 mW/sr)、ビンRは最も高い出力 (30.0-48.0 mW/sr) です。必要な信号強度と受信回路の感度に基づいてビンを選択してください。

Q: なぜ1Aでの順電圧は20mAよりも高いのですか？

A: これは、半導体ダイおよびボンディングワイヤの内部直列抵抗によるものです。電流が増加すると、この抵抗にかかる電圧降下 (V = I*R) が増加し、より高い総順電圧になります。

Q: 800 mW/srの放射強度を達成するにはどうすればよいですか？

A: この強度はパルス条件下で規定されています：順電流1A、パルス幅100マイクロ秒以下、デューティサイクル1%以下です。これにより、非常に高い瞬間的な光出力を可能にしながら、発熱を最小限に抑えます。

11. 設計および使用事例

事例1: 長距離赤外線リモコン

設計者は30メートル以上の距離を持つリモコンを必要としています。最大出力を得るために、ビンRのHIR333C/H0を選択します。回路はマイクロコントローラを使用して変調データパルスを生成します。LEDはNPNトランジスタスイッチを介して1Aパルス (幅100μs、デューティサイクル1%) で駆動されます。高いピーク強度により、遠方の受信機に強い信号が届くことが保証され、低いデューティサイクルによりバッテリー消費とデバイスの発熱が最小限に抑えられます。

事例2: 産業環境における近接センサー

自動化機械には堅牢な近接センサーが必要です。IR LEDとフォトトランジスタがコンベヤ経路を挟んで向かい合って配置されます。LEDは一定の50mA電流（信頼性のために100mA最大値からデレーティング）で駆動されます。850nm波長は、可視赤色LEDよりも周囲の可視光からの干渉を受けにくいです。30度のビームは、過度な広がりなしに十分なカバレッジを提供します。センサーは物体がビームを遮断したときに検出します。

12. 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。順電圧が印加されると、n領域からの電子がチップの活性領域内でp領域からの正孔と再結合します。この再結合プロセスにより、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。チップの活性領域で使用される特定の材料（この場合、ガリウムアルミニウムヒ素 - GaAlAs）が、放出される光子の波長を決定します。GaAlAsの場合、これはピーク波長約850nmの赤外線をもたらし、人間の目には見えませんが、シリコンベースの光検出器で容易に検出できます。

13. 技術トレンド

赤外線LED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）に向かって続いており、同じパッケージでより低い電力消費またはより高い出力を可能にします。また、IrDAや光無線ネットワークなどのデータ通信アプリケーションのための高速変調能力の向上も進んでいます。パッケージングは、高電力アプリケーションのための改善された熱性能を持つ表面実装デバイス (SMD) を含むように進化していますが、5mmのようなスルーホールパッケージは、その機械的堅牢性とプロトタイピングの容易さから依然として人気があります。駆動回路および光検出器との統合を単一モジュールにすることは、システム設計を簡素化するためのもう一つの一般的なトレンドです。