セラミック3535シリーズ 1W 赤外線LED データシート - 外形寸法 3.5x3.5x0.9mm - 順電圧 1.5V - 電力 1W - 波長 850nm

1. 製品概要

セラミック3535シリーズは、堅牢で信頼性の高い赤外線照明を必要とするアプリケーション向けに設計された、高出力・表面実装型LEDです。この1Wデバイスはセラミック基板を採用しており、従来のプラスチックパッケージと比較して優れた熱管理と長期安定性を提供します。主な発光波長は850nmであり、幅広いセンシング、マシンビジョン、セキュリティアプリケーションに適しています。

このシリーズの中核的な利点は、セラミック構造による優れた放熱能力、広範囲をカバーする120度の広い指向角、高密度PCBレイアウトを容易にするコンパクトな3.5mm x 3.5mmのフットプリントです。ターゲット市場は、産業オートメーション、監視システム、生体認証センサー、および一貫した高強度の赤外線光を要求するあらゆるアプリケーションです。

2. 技術パラメータと客観的解釈

2.1 絶対最大定格

以下のパラメータは、デバイスに永久的な損傷が発生す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。

• 順電流 (IF):500 mA (DC)
• 順パルス電流 (IFP):700 mA (パルス幅 ≤10ms, デューティサイクル ≤1/10)
• 消費電力 (PD):1000 mW
• 動作温度 (Topr):-40°C ～ +100°C
• 保管温度 (Tstg):-40°C ～ +100°C
• 接合部温度 (Tj):125°C
• はんだ付け温度 (Tsld):リフローはんだ付けは230°Cまたは260°Cで最大10秒間。

2.2 電気光学特性 (代表値 @ Ta=25°C)

これらのパラメータは、指定された試験条件下での代表的な性能を示します。

• 順電圧 (VF):1.5 V (代表値), 2.0 V (最大値) at IF=350mA。低い順電圧は、システム効率の向上に寄与します。
• 逆電圧 (VR):5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、即座に故障する可能性があります。
• ピーク波長 (λd):850 nm。これは放射強度が最も高い波長です。
• 逆電流 (IR):50 μA (最大値) at VR=5V。
• 指向角 (2θ1/2):120度。この広い角度は、広く均一な照明パターンを提供します。

2.3 熱特性

セラミックパッケージが主要な熱的特徴です。セラミック材料は高い熱伝導率を持ち、LEDチップの接合部からPCBおよび周囲環境へ効率的に熱を伝達します。これはデバイスの寿命と光束維持率に直接影響します。特に350mAの全駆動電流で動作する場合、接合部温度を最大定格125°C以下に維持するためには、十分な銅面積やヒートシンクを含む、アプリケーションPCB上の適切な熱設計が重要です。

3. ビニングシステムの説明

製品は、生産ロット内の一貫性を確保するためにビンに分類されます。設計者は、アプリケーションでの性能マッチングを保証するためにビンを指定する必要があります。

3.1 順電圧ビニング

LEDは、試験電流における順電圧(VF)に基づいて選別されます。

• コード A:VF = 1.4V ～ 1.6V
• コード B:VF = 1.6V ～ 1.8V
• コード C:VF = 1.8V ～ 2.0V

注: 測定許容差は±0.08Vです。狭い電圧ビンを選択することで、定電流回路設計を簡素化できます。

3.2 ピーク波長ビニング

この特定のモデル(T1901PIA)では、波長は以下のようにビニングされます:

• コード I2:λd = 845nm ～ 865nm。この狭い20nmの範囲は、特定の赤外線波長に敏感なアプリケーション（特定のタイプの暗視装置や光学センサーなど）に適しています。

4. 性能曲線分析

データシートは、回路および熱設計に不可欠なグラフィカルデータを提供します。

4.1 順電流 vs. 順電圧 (I-V曲線)

この曲線は、電流と電圧の指数関数的関係を示します。350mAにおける代表的なVF 1.5Vが重要なポイントです。設計者はこの曲線を使用して適切な電流制限抵抗を選択したり、定電流ドライバを設計したりします。この曲線は温度によってシフトします。所定の電流に対して、接合部温度が上昇すると電圧は低下します。

4.2 相対放射パワー vs. 接合部温度

このグラフは、LED出力の熱的デレーティングを示しています。赤外線LEDは一般に、可視光LEDと比較して温度による効率低下が少ないですが、接合部温度が上昇すると出力は依然として減少します。これは、製品の寿命期間中および動作温度範囲全体で一貫した性能を確保するために、熱管理において考慮されなければなりません。

4.3 スペクトル分布曲線

この曲線は、支配的な850nmのピーク波長を確認し、スペクトル帯域幅を示します。狭い帯域幅は高品質の赤外線エミッタに典型的です。スペクトルを理解することは、特定のスペクトル感度を持つ対応する光検出器やカメラセンサーと組み合わせるために不可欠です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と外形図

デバイスは3.5mm x 3.5mmの正方形のセラミックボディを持ちます。全高は約0.9mmです。正確なPCBレイアウトのために、公差付きの詳細な寸法図（例：.X寸法は±0.10mm、.XX寸法は±0.05mm）が提供されています。

5.2 推奨パッドレイアウトとステンシル設計

信頼性の高いはんだ付けと最適な熱伝達を確保するために、ランドパターン設計が提案されています。パッドレイアウトは通常、2つのアノード/カソードパッドと中央の熱放散パッドを含みます。ステンシル設計（はんだペーストマスク）も指定されており、大きな熱放散パッドに対しては、はんだブリッジや過剰なペースト量を防ぐために開口部を小さくすることが推奨されることがよくあります。これらの推奨事項に従うことは、信頼性の高いはんだ接合を達成し、熱放散パッドからPCBへの放熱を最大化するために重要です。

5.3 極性識別

カソードは通常、パッケージの上面に緑色の着色やレンズの切り欠き/角切りでマークされています。PCBフットプリントには、この特徴に一致する極性マーカーを含める必要があり、誤った実装を防ぎます。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

このLEDは、標準的な赤外線または対流リフロー工程と互換性があります。最大ピーク温度は260°Cで、液相線温度（例：217°C）以上の時間は10秒を超えてはなりません。熱衝撃を避けるために、推奨されるリフロープロファイルに従う必要があります。セラミックパッケージは一般にプラスチックパッケージよりも湿気吸収に強いですが、使用される特定の材料に応じて、湿気敏感デバイス(MSD)に対する標準的な取り扱い上の注意が依然として適用される場合があります。

6.2 取り扱いおよび保管上の注意

LEDは乾燥した静電気防止環境で保管してください。レンズに機械的ストレスをかけないでください。取り扱い中はESD対策を講じてください。はんだ付け後の超音波洗浄機による洗浄は、内部構造を損傷する可能性があるため行わないでください。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール梱包

製品は、エンボス加工されたキャリアテープに巻かれたリールで供給され、自動ピックアンドプレース実装機に適しています。テープ寸法（ポケットサイズ、ピッチ）は標準化されています。リールあたりの数量は通常数千個です。

7.2 型番体系

部品番号（例：T1901PIA）は主要な属性をコード化しています:

• T:シリーズ識別子。
• 19:セラミック3535のパッケージコード。
• P:単一高出力ダイのダイカウントコード。
• I:赤外線(IR)のカラーコード。
• A:内部コードまたはビンコード。
• 追加の接尾辞は、電圧ビン、波長ビンなどを示す場合があります。

システムで定義されているその他のコードには、色（R, G, B, Y, Wなど）、ダイカウント（S, P, 2, 3）、レンズタイプ（00はなし、01はレンズあり）が含まれます。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 監視・セキュリティ:IRカットフィルター付きCCTVカメラの照明として、目に見えない暗視機能を提供します。
• マシンビジョン:自動検査システムにおける構造化光、コントラスト強調、欠陥検出。
• 生体認証センサー:虹彩認証、顔認証、指紋スキャナー。
• 近接・ジェスチャーセンシング:民生電子機器および自動車アプリケーションで使用されます。
• 光スイッチ＆エンコーダ:遮断方式のセンシング用の光源を提供します。

8.2 設計上の考慮事項

• ドライバ回路:安定した出力のために定電流ドライバを使用してください。低いVFにより、低電源電圧での動作が可能です。全出力での高効率動作には、スイッチングレギュレータの使用を検討してください。
• 熱管理:これは最も重要です。熱放散パッドを、複数の熱ビアで内層または底面ヒートシンクに接続されたPCB上の大きな銅面に接続してください。高出力または高周囲温度アプリケーションでは、熱シミュレーションが推奨されます。
• 光学設計:120度のビームは、特定のアプリケーションに合わせて光を整形するために、二次光学部品（レンズ、拡散板）を必要とする場合があります。セラミックパッケージ表面は直接の光学的結合には理想的でない場合があり、一次レンズが組み込まれていることがよくあります。

9. 技術比較と差別化

標準的なプラスチック3535 LEDと比較して、このセラミック版は以下のような大きな利点を提供します:

• 優れた熱性能:接合部から基板への熱抵抗が低く、動作接合部温度が低くなり、最大駆動電流の可能性が高まり、高出力での寿命が大幅に長くなります。
• 強化された信頼性:セラミックは不活性であり、一部のプラスチックとは異なり、高温または高UV暴露下でも劣化や黄変しません。また、機械的なクラックに対する耐性も高くなっています。
• 安定した光出力:優れた熱管理により、時間の経過や温度サイクルにわたって、より安定した波長と放射パワーが得られます。
• トレードオフとして、通常、プラスチックパッケージと比較してユニットコストがわずかに高くなります。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

10.1 順電流(IF)とパルス電流(IFP)の違いは何ですか？

IF (500mA)は、LEDが扱える最大連続DC電流です。IFP (700mA)は、短いパルス（幅≤10ms、デューティサイクル≤10%）で許容される最大電流です。パルス駆動により、より高い瞬間的な放射出力が可能となり、ストロボやパルスセンシングアプリケーションで有用ですが、平均電力は1Wの制限を超えてはなりません。

10.2 正しい電圧ビンをどのように選択しますか？

設計が電流制限に単純な直列抵抗を使用する場合、狭いVFビン（例：すべてコードB）を選択することで、より一貫した電流が確保され、アレイ内のすべてのLEDの輝度が一貫します。能動的な定電流ドライバを使用する設計では、ドライバが設定電流を維持するために電圧を調整するため、電圧ビンはそれほど重要ではありません。

10.3 このLEDをヒートシンクなしで駆動できますか？

定格の350mA/1Wでフル駆動する場合、適切な熱経路が必須です。セラミックパッケージは役立ちますが、PCBの熱管理システムに接続する必要があります。より低い駆動電流（例：100-200mA）またはパルス動作では、要件は厳しくありませんが、それでも熱解析が推奨されます。

11. 実用的なアプリケーション事例研究

シナリオ: 高速産業用バーコードスキャナー。スキャナーは高速移動する梱包上のコードを読み取る必要があります。システムは、ターゲットを照明するためにパルス式850nm赤外線LEDアレイを使用します。セラミック3535 LEDは、明るく短時間のフラッシュを生成するための高パルス電流（最大700mA）を扱う能力のために選択され、モーションブラーのない鮮明な画像をキャプチャします。セラミックパッケージの熱安定性により、暖かい工場環境での長時間の動作期間中、一貫したパルス振幅と波長が確保されます。広い120度のビームにより、より少ないLED数で走査領域をカバーできます。PCBは、各LEDの熱放散パッドの下に厚い銅層と熱ビアを配置して、パルス動作中に発生する平均熱を放散するように設計されています。

12. 動作原理の紹介

赤外線発光ダイオード(IR LED)は、可視光LEDと同じエレクトロルミネッセンスの原理で動作します。p-n接合に順方向電圧が印加されると、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。発光の波長（色）は、使用される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ます。850nmの発光には、アルミニウムガリウムヒ素(AlGaAs)などの材料が一般的に使用されます。セラミックパッケージは、主に半導体ダイ、ワイヤーボンディング、一次光学部品（存在する場合）のための機械的に頑丈で熱伝導性の高い筐体として機能します。

13. 技術トレンドと開発動向

高出力赤外線LEDのトレンドは、高いWall-Plug効率（入力電力あたりの光出力の向上）と高い電力密度に向かっています。これは、フリップチップ、薄膜などの先進的なチップ技術と、最適な熱管理のためのセラミックや金属コア基板などのパッケージ材料の採用を推進しています。また、過酷な条件（高温、高湿度）下での信頼性と寿命の向上にも焦点が当てられています。さらに、ドライバやセンサーをLEDと統合したスマートモジュールへの統合は成長傾向にあり、エンドユーザーのシステム設計を簡素化しています。センシングアプリケーション向けの特定の狭い波長帯域の需要は、エピタキシャル材料成長とデバイスエンジニアリングの進歩を引き続き推進しています。