5mm赤外線LED HIR7393C データシート - 直径5.0mm - 順電圧1.45V - 波長850nm - 許容損失150mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本デバイスは、ウォータークリアプラスチックレンズを備えた標準T-1 3/4 (直径5.0mm)パッケージに収められた高強度赤外線発光ダイオード(IRED)です。ピーク波長850nmで光を放射するように設計されており、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、センシングおよび通信システムでの信頼性の高い動作を実現します。

1.1 主な特長とコアアドバンテージ

• 高放射強度:順電流20mAにおいて、典型的な放射強度15 mW/srを提供し、強力な信号伝送を可能にします。
• 低順電圧:順電流20mAにおいて、典型的な順電圧(V_Fsol
• 高信頼性:産業用途に適した堅牢な材料とプロセスで構築されています。
• 鉛フリー & RoHS準拠:環境規制を満たすように製造されています。
• 標準リード間隔:2.54mm (0.1インチ)のピン間隔で、標準的なブレッドボードやPCBとの互換性があります。

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、主に可視光以外の光源を必要とする電子システムに携わる設計者やエンジニアを対象としています。その主なアプリケーションは赤外線応用システムであり、広く以下の用途が含まれます:

• 物体検出および近接センシング
• 赤外線データ伝送 (例: リモコン、近距離通信)
• 光学式エンコーダおよび位置センシング
• バリアシステムおよびセキュリティセンサー
• 産業オートメーションおよびマシンビジョン照明

2. 詳細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
• 保管温度 (T_stg):-40°C ～ +100°C
• 許容損失 (P_d):150 mW (周囲温度25°C以下)
• はんだ付け温度 (T_sol):260°Cで5秒以内

2.2 光電特性 (Ta=25°C)

これらは、指定された試験条件下での典型的な性能パラメータです。

• 放射強度 (I_e):最小 7.8, 標準 15 mW/sr @ I_F=20mA。パルス条件下では、I_F=100mAで約50 mW/srに達することがあります。
• ピーク波長 (λ_p):850 nm (標準) @ I_F=20mA。これはシリコン検出器のピーク感度に近い値です。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):45 nm (標準) @ I_F=20mA。最大強度の半分の強度におけるスペクトル幅を定義します。
• 順電圧 (V_F):標準 1.45V, 最大 1.65V @ I_F=20mA。標準 1.80V, 最大 2.40V @ I_F=100mA (パルス)。
• 逆電流 (I_R):最大 10 μA @ V_R=5V。
• 指向角 (2θ_1/2):45 度 (標準) @ I_F=20mA。これは半値全角です。

2.3 熱特性

許容損失定格150mWは、周囲温度25°C以下で規定されています。周囲温度が上昇すると、最大許容損失は減少します。設計者は、接合温度が安全限界を超えないように、データシートに示唆されているデレーティング曲線を参照する必要があり、これは長期信頼性にとって重要です。-40°Cから+85°Cの動作温度範囲は、過酷な環境にも適しています。

3. ビニングシステムの説明

HIR7393Cは、I_F= 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ます。これにより、特定の輝度要件を満たすデバイスを選択できます。

放射強度ビニング (単位: mW/sr):

• ビン M:最小 7.8, 最大 12.5
• ビン N:最小 11.0, 最大 17.6
• ビン P:最小 15.0, 最大 24.0
• ビン Q:最小 21.0, 最大 34.0

より高いビン(例: Q)を選択することで、より高い最小放射強度が保証され、センシングアプリケーションでの信号対雑音比を最大化したり、赤外線伝送の距離を増加させたりする際に重要となります。

4. 性能曲線分析

4.1 順電流 vs. 周囲温度

デレーティング曲線は、最大許容連続順電流と周囲温度の関係を示しています。温度が上昇すると、過熱を防ぎ接合温度を安全限界内に保つために、最大電流を低減する必要があります。この曲線は、特に高温環境での信頼性の高い回路設計に不可欠です。

4.2 スペクトル分布

スペクトル分布曲線は、相対放射強度を波長に対してプロットしたものです。850nmでのピーク放射と約45nmのスペクトル帯域幅を確認します。この曲線は比較的対称的で850nmを中心としており、800-900nm付近にピーク感度を持つシリコン系検出器との整合に理想的です。

4.3 放射強度 vs. 順電流

この曲線は、放射強度が順電流とともに増加することを示していますが、特に高電流では発熱や効率低下により完全に線形ではありません。パルスモード(100mA試験で指定)で動作させることで、連続動作に伴う熱の蓄積なしに、より高いピーク強度を得ることができます。

4.4 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、LEDの空間放射パターンを図示しています。45度の指向角(半値全幅)は、中程度に広いビームであることを示しています。強度は0度(軸上)で最も高く、端に向かって滑らかに減少します。このパターンは、適切なカバレッジや焦点を確保するための光学システム設計に重要です。

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T-1 3/4 (直径5.0mm)ラウンドパッケージを使用しています。主な寸法は以下の通りです:

• 全体直径: 5.0mm。
• リード間隔: 2.54mm (標準)。
• リード直径: 標準 0.45mm。
• パッケージ高さ: シーティングプレーンからドーム頂部まで約8.6mm。
• 公差: 特に詳細寸法図で指定がない限り ±0.25mm。

PCB上の重要な配置およびフットプリント設計には、正確な機械図面を参照してください。

5.2 極性識別

LEDのプラスチックレンズの縁には、フラットスポットまたはノッチがあり、通常はカソード(負極)側を示します。カソードリードは通常短いリードですが、組立時にトリミングされる場合があります。逆バイアスによる損傷を防ぐため、はんだ付け前に必ず極性を確認してください。

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

• エポキシバルブの基部から少なくとも3mm離れた位置でリードを曲げてください。
• リードフォーミングははんだ付け前 soldering.
• に行ってください。曲げ中にLEDパッケージに応力を加えないでください。
• 室温でリードを切断してください。
• 取り付け応力を避けるため、PCBの穴がLEDリードと完全に一致することを確認してください。

6.2 保管

• 推奨保管条件: 温度 ≤30°C、相対湿度 ≤70% (RH)。
• これらの条件下での保管寿命: 出荷後3ヶ月。
• 長期保管(最大1年)の場合: 窒素雰囲気と吸湿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 はんだ付けプロセス

一般規則: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: 最大 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: 最大 3秒。

ディップ/フローはんだ付け:

• 予熱温度: 最大 100°C (最大60秒)。
• はんだ浴温度: 最大 260°C。
• はんだ内滞留時間: 最大 5秒。

重要な注意点:

• 高温段階中にリードに応力を加えないでください。
• ディップ/手はんだ付けを複数回行わないでください。
• はんだ付け後、室温に冷却されるまで、LEDを機械的衝撃/振動から保護してください。
• 急冷プロセスを避けてください。
• 信頼性の高いはんだ接合が得られる最低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1分以内にのみ洗浄してください。
• 使用前に室温で乾燥させてください。
• 機械的損傷を引き起こす可能性があるため、絶対に必要で事前に適合性が確認されていない限り、超音波洗浄は避けてください。

6.5 熱管理

熱管理は回路設計段階で考慮する必要があります。デレーティング曲線に示すように、周囲温度に基づいて電流を適切にデレーティングする必要があります。LEDリード周囲の十分なPCB銅面積(サーマルリリーフ)は、放熱に役立ちます。高電流または高デューティサイクルのパルス動作では、追加の冷却対策が必要になる場合があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

• 一次梱包:静電気防止バッグあたり500個。
• 内箱:内箱あたり5袋 (2500個)。
• 外箱:外箱あたり10内箱 (25,000個)。

7.2 ラベル情報

製品ラベルには、いくつかの重要な識別子が含まれています:

• CPN:顧客の製品番号。
• P/N:メーカーの製品番号 (例: HIR7393C)。
• QTQ:バッグ内の梱包数量。
• CAT:発光強度ランク (ビンコード、例: M, N, P, Q)。
• HUE:主波長ランク。
• REF:順電圧ランク。
• LOT No:トレーサビリティのための製造ロット番号。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮点

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な回路は、電流制限抵抗との単純な直列接続です。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます: R = (V_supply- V_F) / I_F。例えば、電源5V、V_F=1.45V、希望するI_F=20mAの場合: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω。標準の180Ω抵抗が適しています。より高い強度を得るためのパルス動作では、マイクロコントローラで制御されるトランジスタまたはMOSFETスイッチが一般的です。

8.2 設計上の考慮点

• 電流駆動:熱暴走を防ぐため、LEDは常に定電流源または電流制限付き電圧源で駆動してください。
• 逆電圧保護:最大逆電圧はわずか5Vです。逆バイアスがかかる可能性のある回路(例: AC結合、誘導性負荷)では、LEDと並列に保護ダイオード(カソードからアノード)を含めてください。
• 光学設計:システム用のレンズ、反射器、または絞りを設計する際は、45度の指向角を考慮してください。ウォータークリアレンズは、外部光学素子との併用に適しています。
• 検出器マッチング:最適な性能を得るために、ペアとなる光検出器(フォトトランジスタ、フォトダイオード、受信IC)が850nm領域に感度を持つことを確認してください。

9. 技術比較と差別化

標準的な可視LEDや他の赤外線LEDと比較して、HIR7393Cは以下の特定の利点を提供します:

• 可視LEDとの比較:近赤外スペクトルで発光し、人目には見えないため、目立たないセンシングや通信に理想的です。
• 940nm IR LEDとの比較:850nmの光は標準的なシリコン検出器(800-900nm付近でより感度が高い)でより容易に検出され、一部のデジタルカメラではかすかな赤色の発光として見えることがあり、試作時の位置合わせに役立ちます。
• 低出力IR LEDとの比較:より高い放射強度のビン(P, Q)は、より強力な出力を提供し、ノイズの多い環境での長距離伝送やより優れた信号品質を可能にします。
• 非標準パッケージとの比較:T-1 3/4パッケージはどこにでもあるため、調達、試作、交換が容易です。

10. よくある質問 (FAQ)

Q1: このLEDをマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか?

A: マイクロコントローラのピンの電流供給能力によります。多くのMCUピンは20mAを供給できますが、上限に近いことが多いです。一般的に、マイクロコントローラのピンで制御されるスイッチとして、単純なトランジスタ(例: 2N3904のようなNPN)を使用してLEDを駆動する方が安全で推奨されます。

Q2: 最大パルス電流(1A)が連続電流(100mA)よりもはるかに高いのはなぜですか?

A: 発熱は電流の二乗(I²R)に比例します。非常に短いパルス(≤100μs)で低デューティサイクル(≤1%)の場合、LEDチップ内で有意な熱が蓄積する時間がなく、熱損傷を防ぎます。高電流での連続動作は過熱を引き起こします。

Q3: スペクトル的に整合とはどういう意味ですか?

A: このLEDのピーク発光波長(850nm)が、一般的なシリコン系光検出器のピークスペクトル感度とよく一致していることを意味します。この整合により、与えられた量の赤外線光に対して検出器で生成される電気信号が最大化され、システム効率と信号対雑音比が向上します。

Q4: 適切なビン(M, N, P, Q)をどのように選択すればよいですか?

A: システムの感度要件に基づいて選択してください。一貫した高出力が必要な場合(例: 長距離伝送や減衰材料を通す場合)は、ビンPまたはQを指定してください。最小輝度がそれほど重要でないコスト重視のアプリケーションでは、ビンMまたはNで十分な場合があります。正確な最小/最大値については、ビニング表を参照してください。

11. 実践的な設計と使用例

11.1 簡易物体近接センサー

代表的なアプリケーションは反射型物体センサーです。HIR7393Cはフォトトランジスタの隣に配置されます。LEDはセンサー前面の領域を照射します。物体が近づくと、赤外線光をフォトトランジスタに反射し、そのコレクタ電流を増加させます。この変化はコンパレータまたはマイクロコントローラのADCで検出され、アクションをトリガーできます。LEDの45度のビームは、このようなセンシングにおいてスポットサイズと強度の良いバランスを提供します。

11.2 赤外線データリンク

単純なシリアルデータ伝送(テレビのリモコンのような)の場合、LEDは変調されたデジタル信号(例: 38kHzキャリア)に従って高電流(例: 100mAパルス)でパルス駆動されます。パルスモードでの高い放射強度により、合理的な距離での伝送が可能になります。受信側では、同じ周波数に同調した対応する赤外線受信モジュール(内蔵復調器付き)が使用されます。

12. 動作原理

赤外線発光ダイオード(IRED)は、半導体p-n接合ダイオードです。順方向バイアスがかかると、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、エネルギーを放出します。ガリウムアルミニウム砒素(GaAlAs)で作られたIREDでは、このエネルギーは主に赤外線スペクトル(この場合は約850nm)の光子として放出されます。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、放射光を特徴的なビームパターンに形成します。この電界発光プロセスの効率が、所定の駆動電流に対する放射強度を決定します。

13. 技術トレンド

基本的なT-1 3/4パッケージと850nm技術は成熟していますが、IR LEDのトレンドには以下が含まれます:

• 高効率化:材料科学の継続的な改善により、単位電気入力電力あたりのより多くの光出力(放射強度)を生成し、発熱とエネルギー消費を削減することを目指しています。
• 狭帯域化:ガスセンシングや高速通信などの一部のアプリケーションでは、非常に特定の狭い発光波長を持つLEDが有利です。
• 集積化デバイス:IR LEDと光検出器を単一パッケージ(光カプラスタイル)に組み合わせたり、駆動回路と組み合わせたりして、システム統合を簡素化するトレンドがあります。
• 小型化:5mmは依然として人気がありますが、表面実装デバイス(SMD)パッケージは、自動組立やコンパクト設計でますます一般的になっています。
• 目の安全性:特に高出力デバイスからの赤外線放射が国際的な目の安全基準(IEC 62471)に準拠していることを確保することに焦点が当てられています。

HIR7393Cは、信頼性が高く理解しやすいコンポーネントであり、幅広い電子センシングおよび制御システムの基本的な構成要素として引き続き役立っています。