高さ0.8mm フラットトップ赤外線LED HIR25-21C/L423/TR8 データシート - 外形寸法 2.0x1.25x0.8mm - 順電圧 1.35V - 電力 100mW - ウォータークリアレンズ - 日本語技術文書

1. 製品概要

HIR25-21C/L423/TR8は、超小型表面実装デバイス（SMD）赤外線発光ダイオードです。極薄の0.8mmという非常に低いプロファイルを備えたコンパクトな両端リードパッケージに収められており、スペースに制約のあるアプリケーションに適しています。デバイスはウォータークリアプラスチックで成形されたフラットトップレンズを備えており、特定の放射パターンを提供します。そのコア半導体材料はガリウムアルミニウムヒ素（GaAlAs）であり、シリコンフォトダイオードおよびフォトトランジスタとの最適なスペクトル整合のために設計されており、検出システムにおける高効率を保証します。

本製品は、システム全体の電力効率に貢献する低順電圧特性を備えて設計されています。鉛フリー（Pbフリー）、EU REACH規則への準拠、ハロゲンフリー要件（Br<900 ppm、Cl<900 ppm、Br+Cl<1500 ppm）の適合を含む、現代の環境および安全基準に完全に準拠しています。デバイスは、自動実装プロセスを容易にするため、7インチ径のリールに巻かれた8mmテープ上で供給されます。

2. 技術パラメータの詳細解釈

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、周囲温度（Ta）25°Cの条件下で定義されています。これらの定格を超えると永久損傷を引き起こす可能性があります。逆電圧（V_R）は5Vで規定されています。順電流（I_F）の最大定格は100mAです。電力損失（P_D）は100mWで定格されています。動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲は-40°Cから+100°Cです。はんだ付け温度は注意深く管理する必要があり、鉛フリーリフロープロファイルに従ってピーク260°Cを10秒間とします。

2.2 電気光学特性

主要な性能パラメータは、通常、I_F=20mAおよびTa=25°Cで測定されます。順電圧（V_F）は通常1.35Vです。放射強度（I_e）は最小値で規定され、光出力を定義します。ピーク発光波長（λ_p）は赤外線スペクトルに中心があり、通常約940nmで、一般的なシリコン系受信機のピーク感度と完全に一致します。スペクトル帯域幅（半値幅）も定義されており、発光する波長の範囲を示します。視野角はフラットトップレンズ設計によって決定され、対象となるアプリケーションに適した特定の放射パターンを提供します。

3. ビニングシステムの説明

型番HIR25-21C/L423/TR8は、性能の一貫性を確保するためのビニング構造を組み込んでいます。データシートはGaAlAsチップ材料とウォータークリアレンズを示す一般的なデバイス選択ガイドを提供しますが、ピーク波長（HUE）や放射強度（CAT）などのパラメータの特定のビンは製造工程で管理されます。お客様はこれらの主要パラメータについて指定された許容範囲内の部品を受け取り、デバイスが特定の回路およびアプリケーションで要求通りに動作することが保証されます。型番内の'L423'および'TR8'コードは、それぞれ特定の性能ビンとテープ/リール包装仕様に関連しています。

4. 性能曲線分析

データシートには、表形式のデータを超えたデバイスの挙動についてより深い洞察を提供するいくつかの特性曲線が含まれています。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

この曲線は、LEDを流れる電流とその端子間の電圧の関係を示しています。通常、指数関数的な関係を示し、定義された膝電圧があります。このLEDの低順電圧特性はここで視覚的に確認され、いくつかの代替品と比較してより低い電圧で著しく導通し始めることを示しており、低電圧回路設計に有益です。

4.2 放射強度対順電流

このグラフは、駆動電流の関数としての光出力（放射強度）を示しています。通常、推奨動作電流範囲内で線形関係を示し、光出力が電流に直接比例することを確認します。この直線性は、赤外線データ伝送など、変調信号を必要とするアプリケーションにとって極めて重要です。

4.3 放射強度対周囲温度

この曲線は、周囲温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを描いています。すべてのLEDと同様に、この赤外線エミッタの効率は温度の上昇とともに低下します。このデレーティングを理解することは、特に高温環境において、全温度範囲で確実に動作するシステムを設計するために重要です。一貫した出力を維持するためには、高出力または高温アプリケーションでは適切な熱管理が必要になる場合があります。

4.4 スペクトル分布

スペクトル分布グラフは、異なる波長にわたって放射される相対的な放射パワーを示します。公称波長（例：940nm）で明確なピークを示し、特徴的な形状と半値幅を持ちます。この視覚的表現は、感度曲線が同じ近赤外領域でピークを持つシリコンフォト検出器との良好なスペクトル整合を確認します。

5. 機械的・包装情報

5.1 パッケージ外形寸法

LEDは非常にコンパクトなフットプリントを持っています。パッケージ寸法は、長さ2.0mm、幅1.25mm、高さ0.8mm（公称値）です。詳細な機械図面には、リード間隔、パッド位置、レンズ形状を含むすべての重要な寸法が提供されています。特に指定がない限り、ほとんどの寸法の公差は±0.1mmです。アノードとカソードはパッケージ上に明確にマークされており、組立時の正しい極性識別を可能にします。

5.2 推奨パッドレイアウト

PCB設計のための推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。これには、確実なはんだ付けと機械的安定性を確保するためのパッドサイズと間隔の推奨事項が含まれます。データシートは、これは参考のみであり、設計者は熱的または機械的ストレスの考慮など、特定のPCB製造能力とアプリケーション要件に基づいてパッド寸法を変更する必要があることを明示的に注記しています。

5.3 キャリアテーピング寸法

デバイスは、自動ピックアンドプレース実装用のエンボス加工されたキャリアテープで供給されます。テープ幅は8mmです。LEDを保持するポケットキャビティ、ポケット間の間隔（ピッチ）、およびスプロケットホールの位置に関する詳細な寸法が提供されています。各リールには2000個（PCS）が含まれています。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 湿気感受性と保管

LEDは乾燥剤とともに防湿バッグに包装されています。部品を使用する準備ができるまでバッグを開封しないでください。開封後、LEDは30°C以下、相対湿度60%以下の環境で保管する必要があります。バッグ開封後168時間（7日）以内に使用する必要があります。保管時間を超過した場合、または乾燥剤が吸湿を示した場合は、使用前に60±5°Cで24時間のベーキング処理が必要であり、リフローはんだ付け中のポップコーン現象を防止します。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーリフローはんだ付け温度プロファイルが推奨されています。主要なパラメータには、予熱段階、徐々の温度上昇、260°Cを超えないピーク温度、および液相線温度（通常217°C）以上の時間30-60秒が含まれます。ピーク温度は最大10秒間維持する必要があります。同じデバイスに対してリフローはんだ付けを2回以上行わないでください。プラスチックパッケージおよび半導体ダイへの熱損傷を避けるためです。

6.3 手はんだ付けとリワーク

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払う必要があります。はんだごて先端温度は350°C以下とし、端子ごとの接触時間は3秒以下に制限する必要があります。低電力のごて（25W以下）が推奨されます。2つの端子をはんだ付けする間には、少なくとも2秒の冷却間隔を設ける必要があります。はんだ付け後の修理は強く推奨されません。やむを得ない場合は、専用の両頭はんだごてを使用して両端子を同時に加熱し、一方のパッドがまだはんだ付けされている間に熱応力でもう一方のパッドが浮き上がるのを防ぐ必要があります。リワーク中の損傷の可能性は高く、事前に評価する必要があります。

7. 包装および発注情報

標準包装は、8mm幅のキャリアテープに巻かれた7インチリールあたり2000個です。型番HIR25-21C/L423/TR8は、製品シリーズ、特定の性能ビン、および包装タイプを包含しています。リールのラベルには、部品番号（P/N）、ロット番号（LOT No）、数量（QTY）、ピーク波長（HUE）、ランク（CAT）、および湿気感受性レベル（MSL-X）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回路

PCB実装赤外線センサー：LEDは、近接センサー、物体検出、ライントレースロボットの光源として使用されます。フォトトランジスタまたはフォトダイオードと対で使用されることが多いです。LEDの順電圧は負の温度係数を持ち、信頼性のある電流制限器ではないため、過電流損傷を防ぐためにLEDと直列に電流制限抵抗を必ず挿入する必要があります。

赤外線リモコン：高出力要件のリモコンでは、このLEDはより長い距離や障害物を介して十分な放射強度を提供できます。データ伝送用の明るい光バーストを達成するために、通常、連続DC定格（例：100mAパルス）よりも高いパルス電流で駆動されます。

スキャナーおよび赤外線応用システム：バーコードスキャナー、ジェスチャー認識システム、光学式エンコーダーで使用されます。

8.2 設計上の考慮事項

電流駆動：常に直列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R = (V_電源- V_F) / I_F.

熱管理：パッケージは小さいですが、高温環境での高電流での連続動作は過熱と寿命の短縮につながる可能性があります。必要に応じて十分なPCB銅面積または熱ビアを確保してください。

光学的アライメント：フラットトップレンズは特定のビームパターンを提供します。受信機との最適な結合のために、相対的な配置および必要なレンズや絞りを考慮してください。

ESD保護：このデータシートで明示的に敏感とは記載されていませんが、すべての半導体デバイスをESD対策を講じて取り扱うことは良い習慣です。

9. 技術比較と差別化

HIR25-21C/L423/TR8の主な差別化要因は、その超低0.8mmプロファイル（多くの標準SMD LEDよりも薄い）と、そのフラットトップウォータークリアレンズです。ドーム型レンズと比較して、フラットトップはより焦点を絞った、または異なる形状の放射パターンを提供する可能性があり、光を特定の方法で指向させる必要がある特定のセンシングアプリケーションで有益です。低順電圧はエネルギー効率に貢献します。GaAlAs材料の使用と精密なビニングにより、シリコン検出器との優れた一貫した整合が保証され、より広いまたは不一致のスペクトルを持つLEDと比較してセンサーシステムの信号対雑音比を改善できます。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: なぜ直列抵抗が必須なのですか？

A: LEDのI-V曲線は指数関数的です。膝点を超えたわずかな電圧の増加は、非常に大きく、破壊的な可能性のある電流の増加を引き起こします。抵抗は電源電圧と電流の間に線形関係を提供し、動作点を安定させます。

Q: このLEDを100mAより高いパルスで駆動できますか？

A: 可能性はありますが、この抜粋では提供されていないデレーティング曲線で定義された特定のパルス条件（低デューティサイクル、短いパルス幅）でのみです。いかなる条件下でも絶対最大定格を超えることは即時の損傷のリスクがあります。

Q: Siフォト検出器とのスペクトル整合とはどういう意味ですか？

A: LEDの発光のピーク波長とスペクトル幅が、標準的なシリコンフォトダイオードまたはフォトトランジスタのピーク感度領域と密接に一致することを意味します。これにより、与えられた光パワーに対して検出器によって生成される電気信号が最大化され、システム効率と範囲が向上します。

Q: バッグ開封後の7日間のフロアライフはどれほど重要ですか？

A: デバイスがリフローはんだ付けを受ける場合は非常に重要です。吸収された湿気は高温リフロー工程中に蒸発し、内部の層間剥離やクラック（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。フロアライフを超過した場合は、ベーキングが必要です。

11. 実用的な使用例

事例1: 非接触物体検出スイッチ。LEDは隙間の片側に取り付けられ、フォトトランジスタは反対側に取り付けられます。隙間を通過する物体が赤外線ビームを遮断し、フォトトランジスタの出力を変化させます。低プロファイルにより、このセンサーを非常に薄いデバイスに統合することができます。一貫した波長により、温度変動にわたって確実なトリガーが保証されます。

事例2: 強化型TVリモコン。設計者は、より広い角度から、またはわずかな障害物を介して動作するリモコンを必要としています。このLEDをより高いパルス電流駆動で使用すると、標準的なIR LEDよりも大きな放射強度を提供でき、性能が向上します。フラットレンズは、より広いカバレッジのために光をわずかに異なる方法で分散させるのにも役立つ可能性があります。

事例3: 小型光学式エンコーダー。小型回転エンコーダーでは、LEDと検出器はコードディスクの両側に配置されます。薄い0.8mmパッケージは、エンコーダーの厳しい機械的組立体に収めるために極めて重要です。良好なスペクトル整合により、ディスクが回転する際に検出器からのクリーンなデジタル信号が保証されます。

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。順方向電圧が印加されると、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、エネルギーが放出されます。ここで使用されているGaAlAs材料では、このエネルギーは赤外線スペクトル（通常約940nm波長）の光子に対応します。ガリウム、アルミニウム、ヒ素原子の特定の組成が、バンドギャップエネルギー、したがって発光の波長を決定します。ウォータークリアエポキシパッケージはチップを封止し、機械的保護を提供し、フラットトップ表面は発光の放射パターンを形成する一次レンズとして機能します。

13. 技術トレンドと開発動向

SMD赤外線LEDのトレンドは、高効率化（入力電力あたりのより多くの放射出力）、小型パッケージ化（ますますコンパクトなデバイスのため）、および信頼性の向上（過酷な条件下で）に向かって続いています。また、高度なセンシングアプリケーションのための特定の狭いスペクトル出力を持つLEDの作成や、複数のエミッタ（例：異なる波長）を単一パッケージに統合する開発も進んでいます。バッテリー駆動のIoTデバイスにおける低消費電力への要請は、より低い順電圧とより高い効率を推進しています。さらに、包装材料の進歩は、熱性能と耐湿性を改善し、一部の厳格な取り扱い要件を緩和する可能性を目指しています。