5.0mm赤外線LED SIR323-5データシート - 5mmパッケージ - 順電圧1.3V - 波長875nm - 許容損失150mW - 技術文書

1. 製品概要

SIR323-5は、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た高強度赤外線（IR）発光ダイオードです。ピーク波長875ナノメートル（nm）の光を放射するように設計されており、これは近赤外スペクトルに属します。このデバイスは、信頼性の高い強力な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おり、そのスペクトル出力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の互換性を確保するために特別に調整されています。パッケージは標準的な2.54mmリード間隔を特徴としており、スルーホールプリント基板（PCB）設計への容易な統合を可能にします。

1.1 中核的利点とターゲット市場

この部品の主な利点は、強力な信号伝送を保証する高い放射強度と、エネルギー効率の良い動作に貢献する低い順電圧を含みます。鉛フリー材料で構成され、RoHS（有害物質の使用制限）、EU REACH規制、およびハロゲンフリー規格（Br < 900ppm、Cl < 900ppm、Br+Cl < 1500ppm）に準拠しており、厳しい環境要件を持つ世界市場に適しています。このデバイスは、民生用および産業用電子機器にとって重要な要素である高い信頼性を特徴としています。そのターゲットアプリケーションは、主に無線、非接触信号システムです。

2. 詳細技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートで定義されている主要な電気的、光学的、および熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

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のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• 連続順電流（I_F)）： 100 mA。これは、LEDに劣化のリスクなく連続的に印加できる最大の直流電流です。
• ピーク順電流（I_FP)）： 1.0 A。この高い電流は、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、長距離伝送に有用な非常に明るい短時間のバースト光を可能にします。
• 逆電圧（V_R)）： 5 V。この値を超える逆バイアス電圧を印加すると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 許容損失（P_d)）： 周囲温度25°C以下で150 mW。これは、パッケージが熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると接合温度が上昇し、寿命と出力が低下します。
• 動作・保管温度： デバイスは-40°Cから+85°Cで動作し、-40°Cから+100°Cで保管できます。
• はんだ付け温度： 5秒を超えない時間で260°C。これは標準的な鉛フリーリフローはんだ付けプロファイルと互換性があります。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは標準試験条件（Ta=25°C）で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 放射強度（I_e)）： これは単位立体角（ステラジアン）あたりに放射される光パワーです。順電流20mAでは、代表値は7.8 mW/sr、最小値は4.0 mW/srです。パルス条件下（I_F=100mA、パルス ≤100μs、デューティ ≤1%）では、代表的な放射強度は40 mW/srに達し、高出力バーストの能力を示しています。
• ピーク波長（λ_p)）： 875 nm（代表値）。これは放射される光パワーが最大となる波長です。スペクトル帯域幅（Δλ）は代表値で45 nmであり、ピーク周辺で放射される波長の範囲を示しています。
• 順電圧（V_F)）： 20mA時、代表的な順電圧は1.3V、最大値は1.65Vです。100mAパルス条件下では、代表値1.4V（最大1.8V）まで上昇します。この低いV_Fは低電圧回路設計に有利です。
• 逆電流（I_R)）： 逆電圧5Vで最大10 μA。良好な接合絶縁を示しています。
• 指向角（2θ_1/2)）： 35度（代表値）。これは放射強度が最大値（軸上）の半分に低下する全角です。35度の角度は中程度に集光されたビームを提供し、指向性のあるアプリケーションに適しています。

測定不確かさに関する注意： データシートは主要測定値の許容差を指定しています： V_F(±0.1V)、I_e(±10%)、λ_p(±1.0nm)。これらは精密設計計算で考慮する必要があります。

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挙動を示すいくつかの特性曲線が含まれています。

3.1 順電流対周囲温度

この曲線（図1）は、一般的に周囲温度の上昇に伴う最大許容順電流の低下を示します。最大接合温度と150mWの許容損失限界を超えないようにするため、25°Cを超えて動作する場合は連続順電流を低減する必要があります。設計者は高温アプリケーションではこのグラフを参照する必要があります。

3.2 スペクトル分布

スペクトル分布グラフ（図2）は、相対強度を波長に対してプロットしています。875nmでのピーク波長と約45nmのスペクトル帯域幅を視覚的に確認できます。この曲線は、意図した受光素子（フォトトランジスタ、フォトダイオード、またはIC）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 相対強度対順電流

このグラフ（図3）は、駆動電流と光出力の関係を示しています。LEDの場合、通常の動作範囲では光出力は一般に順電流に比例します。しかし、熱効果やその他の非線形性により、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。この曲線は、設計者が所望の放射強度を達成するために適切な駆動電流を選択するのに役立ちます。

3.4 相対放射強度対角度変位

この極座標プロット（図4）は、LEDの放射パターンをマッピングします。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います。35度の指向角（強度がピークの50%となる角度）はこの曲線から導き出されます。この情報は、光学システム設計、ビームカバレッジとアライメント許容差の決定に重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

デバイスは標準的な5mm（T-1 3/4）丸型LEDパッケージを使用しています。データシートの詳細な機械図面には、本体直径、レンズ形状、リード長、リード間隔など、すべての重要な寸法が記載されています。リード間隔は2.54mm（0.1インチ）であることが確認されており、これはスルーホール部品の標準です。特に指定がない限り、すべての寸法の公差は±0.25mmです。レンズ材料はウォータークリアプラスチックで、吸収を最小限に抑えつつ赤外線透過に最適化されています。

4.2 極性識別

スルーホールLEDの場合、極性は通常、リードの長さと内部構造の2つの特徴で示されます。長いリードがアノード（陽極）、短いリードがカソード（陰極）です。さらに、多くのパッケージでは、カソードリード付近のレンズベースの縁に平らな部分があります。はんだ付け前に常に極性を確認し、逆バイアスによる損傷を防いでください。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

デバイスはフローまたは手はんだ付けに対応しています。重要なパラメータは、5秒を超えない時間での最大はんだ付け温度260°Cです。これは鉛フリーリフロープロファイルのIPC/JEDEC J-STD-020規格に準拠しています。高温への長時間の曝露は、プラスチックパッケージと内部のワイヤーボンドを損傷する可能性があります。手はんだ付けの場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、接触時間を最小限に抑えてください。デバイスは保管温度範囲（-40〜+100°C）に従って乾燥環境で保管し、リフロー中のポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気の吸収を防いでください。

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包仕様

部品は保護のため静電気防止バッグに梱包されています。標準梱包数量はバッグあたり200〜500個です。5つのバッグが1つの箱に入れられます。最後に、10箱が1つの出荷用段ボール箱に梱包されます。

6.2 ラベル仕様

梱包ラベルにはいくつかの主要な識別子が含まれています：

• CPN： 顧客生産番号（顧客固有の品番）。
• P/N： 生産番号（メーカーの品番、例：SIR323-5）。
• QTY： 梱包数量。
• CAT： ランク（性能ビンを示す場合があります）。
• HUE： ピーク波長（例：875nm）。
• REF： 参照。
• LOT No： トレーサビリティのためのロット番号。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 赤外線リモコン： 高い放射強度、特にパルスモード（代表値40 mW/sr）により、テレビ、オーディオシステム、その他の民生電子機器の長距離リモコンに最適です。
• 自由空間伝送システム： 短距離無線データリンク、侵入警報、物体検出システムで使用され、IRビームが空気中を介して受信機に伝送されます。
• 煙感知器： 光学式（光電式）煙感知器によく採用されます。IR LEDビームが煙粒子によって散乱され、フォトダイオードに当たって警報をトリガーします。
• 一般的な赤外線応用システム： 産業オートメーション（物体計数、位置検出）、タッチスクリーン、光学エンコーダを含みます。

7.2 設計上の考慮事項と回路保護

• 電流制限： LEDは電流駆動デバイスです。最大連続順電流（100mA）を超えないようにするために、常に直列の電流制限抵抗（または定電流ドライバ）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します： R = (V_電源- V_F) / I_F.
• パルス動作： 高強度バーストの場合、駆動回路が1Aのピーク電流を供給できることを確認し、パルス幅（≤100μs）とデューティサイクル（≤1%）の制限を厳密に遵守してください。単純なマイクロコントローラのGPIOピンは、多くの場合、これほど多くの電流を直接供給できず、トランジスタスイッチ（例：MOSFET）が必要になる場合があります。
• 逆電圧保護： デバイスは最大5Vの逆電圧に耐えられますが、逆バイアスを避けることが良い習慣です。AC結合回路や逆電圧が発生する可能性のある回路では、LEDと並列に保護ダイオードを追加することを検討してください（カソードからアノードへ）。
• 熱管理： パッケージは小さいですが、より高い電流と周囲温度では、電力損失が重要になります。適切な換気を確保し、25°Cを超えて動作する場合は低下曲線を考慮してください。
• 光学設計： 35度の指向角を考慮してください。集光ビームの場合は、外部レンズまたは反射器が必要になる場合があります。広範囲の照明の場合は、本来の角度で十分な場合があります。受信機が875nmのピーク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。

8. 技術比較と差別化

SIR323-5は、主要なパラメータの組み合わせにより、5mm IR LED市場で差別化を図っています。一般的な5mm IR LEDと比較して、より高い代表的な放射強度（20mA時7.8 mW/sr対、しばしば5-6 mW/sr）を提供し、同じ信号強度でより長い距離またはより低い消費電力を可能にします。その低い順電圧（代表値1.3V）は、バッテリー駆動デバイスに有利です。875nmの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保証します。現代の環境規格（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への準拠は、最新の電子機器製造のほとんどで必須要件であり、古いまたは低コストの代替品ではそうでない場合があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 放射強度と光度の違いは何ですか？

放射強度（I_e、単位mW/sr）は、単位立体角あたりに放射される光パワーであり、すべての波長に関連します。光度（単位カンデラ、cd）は、人間の目の感度（明所視感度曲線）で重み付けされ、可視光に対してのみ意味があります。これは赤外線LEDであるため、放射強度が正しく指定された指標です。

9.2 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？

直接接続すべきではありません。マイクロコントローラのGPIOピンには電流供給限界（しばしば20-40mA）があり、LEDの潜在的な電流消費や1Aパルスを扱えません。さらに重要なことに、電流を制限するための直列抵抗が必要です。例えば、5V電源からI_F=20mA、V_F=1.3Vを目標とする場合： R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185オーム（標準の180または220オーム抵抗を使用）。GPIOピンは、LED電流をスイッチングするトランジスタのベース/ゲートを駆動します。

9.3 ピーク順電流（1A）が連続電流（100mA）よりもはるかに高いのはなぜですか？

これは熱限界によるものです。1Aパルスは非常に短く（≤100μs）、頻度が低い（デューティ ≤1%）ため、半導体接合部が大幅に加熱する時間がありません。100mAの連続定格は、定常状態で発生する熱を考慮しており、パッケージは接合温度を安全限界内に保つために環境に放散する必要があります。

9.4 このLEDに適合する受光素子はどのように選定しますか？

ピークスペクトル感度が875nm付近にあるフォトトランジスタ、フォトダイオード、またはIR受信モジュールを探してください。ほとんどのシリコンベースの検出器は800nmから950nmの間にピーク感度があり、良好な適合性があります。受信機のデータシートでそのスペクトル感度曲線を常に確認してください。

10. 実践的設計と使用事例

事例：長距離IRリモコンの設計
目標： 一般的なリビングルームで最大15メートルまで信頼性の高い信号を送信する。
設計選択:

1. 駆動モード： I_FP= 1Aでのパルス動作を使用し、最長距離のために放射強度（代表値40 mW/sr）を最大化する。
2. 回路： マイクロコントローラが符号化されたパルス列を生成します。GPIOピンがNチャネルMOSFETを制御します。LEDと小さな電流検出抵抗は、電源（例：単3電池2本〜3V）とMOSFETのドレインの間に直列に配置されます。抵抗値は小さく、ピーク電流を設定するだけです： R = (V_{バッテリー}- V_{F_パルス}- V_{DS_on}) / 1A。MOSFETにはゲート抵抗が使用されます。
3. パルスタイミング： リモコンコード（例：NECプロトコル）の各ハイパルスの幅が≤100μsであることを確認してください。送信バースト全体のデューティサイクルは≤1%でなければなりません。これは通常、短いリモコンコードでは容易に満たされます。
4. 光学系： 本来の35度のビームで十分な場合があります。指向性と距離を向上させるために、LEDの前に簡単なプラスチックのコリメートレンズを追加することができます。

11. 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。順電圧が印加されると（アノードがカソードに対して正）、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、エネルギーを放出します。標準的なシリコンダイオードでは、このエネルギーは主に熱として放出されます。このLEDで使用されているガリウムアルミニウムヒ素（GaAlAs）のような材料では、この再結合エネルギーの大部分が光子（光）として放出されます。放射される光の特定の波長（この場合は875nm）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定され、結晶成長プロセス中に設計されます。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、放射される光を特徴的なビームパターンに形成します。

12. 技術トレンドと発展

赤外線LED技術は進化を続けています。基本的な5mmスルーホールパッケージはレガシーデザインやホビー用途で人気を保っていますが、業界のトレンドは表面実装デバイス（SMD）パッケージ（例：0805、1206、またはチップスケールパッケージ）に向かっています。SMDはより小さなサイズ、自動ピックアンドプレース実装へのより良い適合性、そしてしばしば改善された熱性能を提供します。また、より高い効率（電気ワット入力あたりのより多くの光出力）を達成するための材料、特定のセンシングアプリケーションのための異なるピーク波長（例：隠密作戦用の940nm、IR照明付き監視カメラ用の850nm）、およびLEDと駆動回路、さらには受信機を単一モジュールに統合するための継続的な開発もあります。しかし、SIR323-5について説明された基本的な動作原理と主要なパラメータは、あらゆるIR LEDを理解し指定するための基盤であり続けます。