IR333C 5mm赤外線LEDデータシート - 5mm T-1パッケージ - 940nmピーク波長 - 1.5V順電圧 - 日本語技術文書

1. 製品概要

IR333Cは、標準的な5mm（T-1）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発光ダイオードです。940nmのピーク波長で光を放射するように設計されており、不可視光源を必要とする用途に理想的です。本デバイスは、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、信号伝送システムにおける最適な性能を保証します。

この部品の主な利点は、高い信頼性、高い放射強度出力、および低い順電圧要件です。2.54mmのリード間隔は、標準的なブレッドボードやPCBとの互換性を確保します。また、鉛フリーでRoHSに準拠した製品として製造され、現代の環境基準に適合しています。

1.1 主要機能とターゲット市場

IR333Cを定義する主な機能は、赤外線用途に合わせて調整された光学的および電気的特性です。940nmでピークを持つ高い放射強度は、自由空間光通信に非常に効率的です。低い順電圧は消費電力を削減し、バッテリー駆動デバイスにとって重要です。

ターゲットアプリケーションは多岐にわたり、以下を含みます：

• 自由空間伝送システム：短距離無線データリンクに使用されます。
• 赤外線リモコン装置：特に、長距離や障害物越しの動作のために高出力要件を持つもの。
• 煙感知器：煙粒子を検出するための光学チャンバー設計に採用されます。
• 一般的な赤外線応用システム：これには、物体検知、近接検出、産業オートメーションなどが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

デバイスの仕様を徹底的に理解することは、信頼性の高い回路設計とシステム統合にとって極めて重要です。

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。一時的であっても、決して超えてはなりません。

• 連続順電流（I_F）：100 mA。これは、指定条件下で無期限にLEDに流すことができる最大DC電流です。
• ピーク順電流（I_FP）：1.0 A。この高電流は、パルス条件下（パルス幅 ≤ 100μs、デューティサイクル ≤ 1%）でのみ許容されます。これは、非常に高い瞬間放射出力を得るのに有用です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。逆方向に印加できる最大電圧です。これを超えると接合部破壊を引き起こす可能性があります。
• 電力損失（P_d）：25°C以下で150 mW。この定格は、順電圧降下と電流の両方を考慮しています。この制限を超えて動作すると、過度の発熱を引き起こし、性能を低下させるか、故障の原因となります。
• 温度範囲：動作および保管温度は-40°Cから+85°Cまで指定されており、産業および自動車環境への適合性を示しています。
• はんだ付け温度（T_sol）：最大5秒間で260°C。これは、ウェーブはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおいて、パッケージの損傷を防ぐために重要です。

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（E_e）：これは単位立体角あたりの放射光パワー（mW/sr）です。I_F=20mAでの代表値は15 mW/srです。I_F=100mAのパルス条件下では60 mW/srに上昇し、I_F=1Aでは450 mW/srに達します。これは、パルス駆動を使用した際の出力の大幅な向上を示しています。
• ピーク波長（λ_p）：940 nm（代表値）。これは近赤外スペクトルにあり、人間の目には見えませんが、シリコン系センサーで効率的に検出されます。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：45 nm（代表値）。これは、ピークを中心に放射される波長の範囲を定義します。狭い帯域幅は、周囲光ノイズを除去するフィルタリングに有益です。
• 順電圧（V_F）：I_F=20mAで代表値1.5V、I_F=100mA（パルス）で最大1.85V。低いV_Fは、低電圧回路設計における重要な利点です。
• 逆電流（I_R）：V_R=5Vで最大10 μA。このリーク電流は非常に低い値です。
• 指向角（2θ_1/2）：20度（代表値）。この狭いビーム角は放射強度を指向性ビームに集中させ、リモコンなどの用途における有効距離を増加させます。

3. ビニングシステムの説明

IR333Cは、標準試験電流20mAにおける放射強度に基づいて異なるビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションに必要な保証された最低性能レベルを持つ部品を選択できます。

ビニング構造は以下の通りです：

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

一貫した明るさやより長い距離を必要とする用途では、より高いビン（例：PまたはQ）を指定することをお勧めします。製品ラベルにはランクを示すCATフィールドが含まれています。

4. 性能曲線分析

データシートには、パラメータが動作条件とともにどのように変化するかを示すいくつかの特性曲線が提供されています。

4.1 順電流対周囲温度（図1および8）

これらの曲線は、最大許容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、最大許容連続電流は直線的に減少します。これは、高温での電力損失能力が低下するためです。設計者は、信頼性を確保するために、予想される最大周囲温度に基づいて動作電流を減衰させる必要があります。

4.2 スペクトル分布（図2）

このグラフは、波長に対する相対強度をプロットしています。940nmでのピーク放射を確認し、放射スペクトルの形状と幅（約45nm）を示しています。これは、受信機で適切な光学フィルターを選択する際に重要です。

4.3 ピーク波長対温度（図3）

ピーク放射波長にはわずかな温度係数があり、接合温度が上昇すると通常、より長い波長（赤方偏移）にシフトします。このシフトは赤外線LEDでは通常小さいですが、精密センシングアプリケーションでは考慮すべきです。

4.4 順電流対順電圧（図4）

これはダイオードの標準的なI-V曲線です。指数関数的な関係を示しています。この曲線により、設計者は所定の駆動電流に対する電圧降下を決定でき、直列抵抗値や駆動回路要件の計算に不可欠です。

4.5 相対強度対順電流（図5）

この曲線は、代表的な動作範囲では放射出力が順電流とほぼ線形関係にあることを示しています。ただし、非常に高い電流では、発熱やその他の影響により効率が低下する可能性があります。

4.6 相対放射強度対角度変位（図6）

この極座標プロットは指向角を視覚的に定義します。強度は0度（軸上）で最も高く、角度が増加するにつれて減少し、約±10度で最大値の半分に達します（したがって、20度の全指向角）。

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスは業界標準の5mm T-1パッケージを使用しています。リード間隔は2.54mm（0.1インチ）で、多くの試作基板やPCBレイアウトの標準ピッチです。パッケージは940nm赤外光に対して透明なウォータークリアプラスチックで成形されており、光学的損失を最小限に抑えます。カソードは通常、プラスチックレンズリムの平らな部分や、短いリードで識別されます。データシートの詳細な機械図面には、PCBフットプリント設計やハウジングやレンズへの適切な取り付けを確保するために不可欠な、公差を含むすべての重要な寸法が提供されています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

組立中の損傷を防ぐため、特定のはんだ付け条件を遵守する必要があります。はんだ付け温度の絶対最大定格は260°Cで、はんだ付け時間は5秒を超えてはなりません。これは手はんだ付けとウェーブはんだ付けプロセスの両方に適用されます。リフローはんだ付けでは、ピークが260°C以下のプロファイルが必要です。高温への長時間の曝露は、エポキシパッケージのクラックや内部ワイヤーボンドの損傷を引き起こす可能性があります。また、リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、部品を乾燥した環境で保管することをお勧めします。

7. 梱包および注文情報

IR333Cの標準梱包は以下の通りです：500個が1袋に梱包され、5袋が1箱に入り、10箱で1カートンを構成します。これにより、カートンあたり合計25,000個となります。製品ラベルには、トレーサビリティと識別のためのいくつかの主要フィールドが含まれています：CPN（顧客部品番号）、P/N（メーカー部品番号）、QTY（数量）、CAT（強度ランク/ビン）、HUE（ピーク波長）、REF（参照）、およびLOT No（ロット番号）。

8. アプリケーション設計の提案

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、単純な直列抵抗です。抵抗値（R_s）はオームの法則を使用して計算されます：R_s= (V_supply- V_F) / I_F。例えば、代表的なV_Fが1.5Vの場合、5V電源からLEDを20mAで駆動するには：R_s= (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω。標準の180Ω抵抗が適しています。高電流（例：1A）でのパルス動作には、トランジスタやMOSFETスイッチが必要であり、多くの場合マイクロコントローラーによって駆動されます。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：パッケージは小さいですが、高い連続電流では、電力損失（P_d= V_F* I_F）が150mWの制限に近づく可能性があります。十分な換気を確保するか、平均電力を削減するためにパルス駆動の使用を検討してください。
• 光学設計：20度の指向角は集中ビームを提供します。より広いカバレッジが必要な場合は、拡散レンズが必要になる場合があります。逆に、非常に長距離の用途では、二次のコリメートレンズを使用してビームをさらに絞ることができます。
• 受信機のマッチング：IR333Cは常に、940nm領域に感度を持つ受信機（フォトトランジスタ、フォトダイオード、またはIC）とペアリングしてください。可視光を遮断する光学フィルターを使用すると、周囲光での信号対雑音比を大幅に改善できます。

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、IR333Cの主な差別化要因は、高いパルス出力能力（1Aで450 mW/sr）、低い順電圧、および狭い20度のビーム角の組み合わせです。一部の競合デバイスは、より広いカバレッジのために広い指向角を提供する場合がありますが、軸上強度を犠牲にします。940nm波長は最も一般的でコスト効率が良く、良好な大気透過性と豊富な受信機オプションを備えています。これは、例えば、わずかに可視の赤い光を発する850nm LEDなどと比較した場合です。

10. よくある質問（FAQ）

Q: このLEDをマイクロコントローラーのピンから直接駆動できますか？

A: 20mAでの連続動作の場合、マイクロコントローラーのGPIOピンがそのような電流を供給または吸収できるか確認してください。多くは10-25mAしか扱えません。トランジスタをスイッチとして使用する方が安全な場合が多いです。

Q: なぜパルス条件下では放射強度が非常に高くなるのですか？

A: 電流をパルス化することで、接合部を過熱させることなく、LEDをDC定格をはるかに超える電流で駆動することができます。光出力は主に瞬間電流の関数であるため、短く高電流のパルスは非常に明るいフラッシュを生み出します。

Q: カソードをどのように識別しますか？

A: 丸いプラスチックレンズの平らなエッジを探してください。この平らな部分に隣接するリードがカソードです。また、カソードリードは通常アノードリードよりも短いです。

Q: このような赤外線LEDは目に安全ですか？

A: 不可視ですが、赤外線放射は目の水晶体によって網膜に集光される可能性があります。高出力用途、特にレンズを使用する場合は、直接視認を避けることが賢明です。ほとんどの民生用リモコンは平均電力が非常に低く、目に安全と見なされています。

11. 実用的な使用例

シナリオ: ゲートオープナーのための長距離赤外線リモコン。

設計者は、日中に50メートルの距離を持つリモコンを必要としています。彼らは最大強度を得るためにビンQのIR333Cを選択します。回路は、マイクロコントローラーを使用して38kHzの搬送波信号を生成し、データコードで振幅変調します。NPNトランジスタを使用して、非常に低いデューティサイクル（例：1%）でLEDを1Aでパルス駆動します。LEDの前に簡単なプラスチックレンズを追加してビームをわずかにコリメートします。受信側では、940nmフィルターを備えた標準的な38kHz赤外線受信モジュールを使用します。この設計は、LEDの高いパルス出力と狭いビームを活用して、必要な距離を達成しながら、長いバッテリー寿命のために低い平均消費電力を維持します。

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領域からの正孔が接合部を越えて注入されます。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。IR LEDでは、このエネルギーが主に電磁スペクトルの赤外線部分（約940nm）の光子として放出されるように、半導体材料（IR333Cの場合はGaAlAs）が選択されています。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。

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）とより高い電力密度に向かって続いています。これにより、ポータブルデバイスでのより長いバッテリー寿命とより長い動作距離が可能になります。また、ガス分析や分光測定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可変赤外線光源の開発も進んでいます。LED駆動回路やセンサーさえもコンパクトなモジュールに統合することは、エンドユーザーの設計を簡素化するもう一つの一般的なトレンドです。RoHSおよびグリーン製造基準への根本的な推進力は、業界全体で依然として強いままです。