LTE-3223L-062A 赤外線発光ダイオード データシート - パッケージ5.0mm - ピーク波長940nm - 高電流2Aパルス - クリアパッケージ - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-3223L-062Aは、厳しい電気的条件下でも堅牢な光出力と信頼性の高い動作を必要とするアプリケーション向けに設計された、高性能赤外線（IR）発光ダイオード（LED）です。このデバイスは、低い順方向電圧降下を維持しながら高い放射強度を実現するように設計されており、連続駆動およびパルス駆動の両方の方式において効率的です。その主な機能は、ピーク波長940ナノメートルで赤外線放射を発することであり、これはリモコンシステム、近接センサー、光スイッチ、および様々な産業用センシングアプリケーションで一般的に使用されています。エミッターは、光出力を最大化し、広い放射パターンを提供する透明なクリアパッケージに収められています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このIRエミッターの主な利点は、高電流動作向けに最適化された設計に由来します。特に、長距離IRデータ伝送や高感度検出システムなど、高い瞬間的な光出力が要求されるアプリケーションに適しています。大きなパルス電流を扱う能力により、非常に明るく短時間の光バーストを生成することが可能であり、センシングアプリケーションにおける信号対雑音比の向上に寄与します。広い視野角は、広く均一な放射場を保証し、エリア照明や位置合わせ要件が厳しくないセンサーに有益です。クリアパッケージは、着色樹脂によるフィルタリング効果を排除し、全体的な放射効率を高めます。ターゲット市場には、民生用電子機器（例：テレビリモコン）、産業オートメーション（例：物体検出、カウンティング）、セキュリティシステム（例：ビームブレークセンサー）、通信機器などが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定された電気的および光学的パラメータについて、回路設計およびアプリケーション性能に対するその重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらは通常動作の条件ではなく、組立時（例：はんだ付け）や故障条件下におけるデバイスの堅牢性を理解する上で重要です。

• 電力損失 (150 mW):これは、周囲温度（Ta）25°Cにおいて、パッケージが熱として放散できる最大電力です。この制限を超えると、半導体接合部の過熱リスクがあり、加速劣化や致命的な故障を引き起こす可能性があります。設計者は、より高い周囲温度での減額を考慮し、動作順方向電流と電圧の積がこの値を超えないようにする必要があります。
• ピーク順方向電流 (2 A @ 300pps, 10µsパルス):この定格は、デバイスの強力なパルス動作能力を示しています。中程度のパルス繰り返し周波数（毎秒300パルス）で、極めて短時間（10マイクロ秒）の非常に高い電流（2アンペア）に耐えることができます。これは、コードを送信するために短く高電力のパルスが使用されるIRリモコンなどのアプリケーションで重要です。
• 連続順方向電流 (100 mA):電力損失または接合部温度の制限を超えることなく、LEDに無期限に流すことができる最大DC電流です。信頼性の高い長期動作のためには、通常、特性に示されている推奨動作電流20mAまたは50mAのように、この最大値以下で動作することが望ましいです。
• 逆電圧 (5 V):IR LEDは、ほとんどのダイオードと同様に、比較的低い逆方向降伏電圧を持ちます。5Vを超える逆バイアスを印加すると、逆電流が急増し、デバイスを損傷する可能性があります。LEDが電圧トランジェントや双方向信号にさらされる場合、直列抵抗や並列保護ダイオードなどの回路保護が必要になることがあります。
• 動作・保管温度範囲:デバイスは-40°Cから+85°Cでの動作に対応しており、産業用および広範な商業環境に適しています。より広い保管範囲（-55°Cから+100°C）は、通電されていない状態でのデバイスの耐久性を示しています。
• リードはんだ付け温度 (本体から1.6mmで260°C、5秒間):これは、波はんだ付けまたはリフローはんだ付け中にリードが耐えられる最大の熱プロファイルを、パッケージ本体から1.6mmの位置で測定したものです。これを遵守することは、内部ボンディングワイヤの損傷やパッケージのクラックを防ぐために極めて重要です。

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）下で測定され、通常動作におけるデバイスの性能を定義します。

• 放射強度 (I_E):I_F=20mA時、8.0 (最小) ～ 15.0 (標準) mW/sr。放射強度は、単位立体角（ステラジアン）あたりに放射される光パワーを測定します。標準値15 mW/srは、強力なエミッターであることを示しています。最小値は、生産ユニットのベースラインパフォーマンスレベルを保証します。
• ピーク発光波長 (λ_ピーク):940 nm (標準)。これは、LEDが最も多くの光パワーを放射する波長です。940nmは近赤外スペクトルにあり、人間の目には見えませんが、シリコンフォトダイオードや多くのCMOS/CCDセンサーでよく検出されます。IRシステムの一般的な標準です。
• スペクトル半値幅 (Δλ):50 nm (標準)。このパラメータは、半値全幅（FWHM）とも呼ばれ、発光の帯域幅を表します。50nmの値は、光パワーが約915nmから965nmの波長に広がっていることを意味します。これは、検出器側の光学フィルターと整合させる際に重要です。
• 順方向電圧 (V_F):2つの値が与えられています：50mA時 1.25V (最小) / 1.6V (標準)、および250mA時 1.65V (最小) / 2.1V (標準)。V_Fは、ダイオードの内部抵抗により電流とともに増加します。低いV_Fは主要な特徴であり、電力損失と発熱を低減し、特にバッテリー駆動または高電流アプリケーションで有益です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時、100 µA (最大)。これは、ダイオードが最大定格電圧で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。低い値が望ましいです。
• 視野角 (2θ_1/2):30° (標準)。放射強度がピーク値（軸上）の半分に低下する全角として定義されます。30°の角度は適度に集光されたビームを提供し、強度と照射面積の間の良好なバランスを提供します。

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グラフが含まれています。これらの曲線は、予測モデリングと堅牢な設計に不可欠です。

3.1 スペクトル分布 (図1)

この曲線は、相対放射強度を波長に対してプロットしています。ピーク波長940nmとスペクトル半値幅を視覚的に確認できます。形状はAlGaAsベースのIR LEDに典型的で、ピーク周辺で比較的対称的な分布を示しています。設計者はこれを使用して、意図したフォトディテクターの分光感度との互換性を確保します。

3.2 順方向電流 vs. 周囲温度 (図2)

この減額曲線は、周囲温度が上昇するにつれて、許容される最大連続順方向電流がどのように減少するかを示しています。25°Cでは、フルの100mAが許容されます。温度が上昇すると、接合部の過熱を防ぐために、より低い電流で電力損失の限界に達します。このグラフは、高温環境で動作するシステムを設計し、熱信頼性を確保する上で重要です。

3.3 順方向電流 vs. 順方向電圧 (図3)

ダイオードのI-V特性曲線です。非線形であり、PN接合に典型的な指数関係を示しています。この曲線により、設計者は所定の動作I_Fに対する正確なV_Fを決定でき、直列抵抗値や駆動回路の要件を計算するために必要です。グラフは低いV_F特性を明確に示しています。

3.4 相対放射強度 vs. 周囲温度 (図4) & 順方向電流 (図5)

図4は、光出力の温度依存性を示しています。放射強度は温度が上昇するにつれて減少し、これはLEDにおける熱ドループとして知られる一般的な現象です。広い温度範囲で安定した光出力を必要とするアプリケーションでは、駆動回路で温度フィードバックを使用するなどして、これを補償する必要があります。 図5は、放射強度が順方向電流とともにどのように増加するかを示しています。関係は、低電流では一般的に線形ですが、非常に高い電流では熱的および効率効果によりサブリニアに飽和する可能性があります。この曲線は、所望の光出力レベルを達成するための駆動電流を選択するのに役立ちます。

3.5 放射パターン図 (図6)

この極座標プロットは、空間的な放射パターンの詳細な可視化を提供します。同心円は相対強度を表します。プロットは30°の視野角（半角15°）を確認し、ビームプロファイルが非常に滑らかで対称的であることを示しており、均一な照明に望ましい特性です。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法と極性識別

デバイスは標準的な5mmラジアルリードパッケージ（しばしばT-1¾と呼ばれる）を使用しています。アノードとカソードは、図面中のリード長で識別されます（テーピング後の最終長は異なる場合があることに注意）。通常、長いリードがアノード（+）を示します。パッケージは、挿入時の機械的安定性のためのフランジと、極性方向決めのためのレンズ側面のフラット面を備えています。透明なドーム型レンズは、光取り出しと視野角を最適化するように設計されています。

4.2 テープおよびリール仕様

自動組立用に、部品はエンボス加工されたキャリアテープ上で供給されます。4ページの詳細な表は、すべての重要なテープ寸法を規定しています：ポケットピッチ（P: 12.4-13.0mm）、部品位置（P1, P2, H）、テープ幅（W3: 17.5-19.0mm）、および送り穴仕様（D, P）。粘着テープ（幅W1）が部品の上にカバーテープを密封します。これらの寸法は標準化されており、ピックアンドプレースマシンおよびリールフィーダーとの互換性を確保します。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

特定のリフロープロファイルは提供されていませんが、リードはんだ付けの絶対最大定格（本体から1.6mmで260°C、5秒間）が主要な制約条件となります。波はんだ付けでは、この定格を超えてはなりません。リフローはんだ付けでは、ピーク温度≤260°Cで、液相線以上の時間（TAL）を制御して熱ストレスを最小限に抑える、スルーホール部品用の標準プロファイルが推奨されます。リードは、パッケージ本体に過度の機械的ストレスを加えずに切断およびはんだ付けする必要があります。はんだ付け前の長時間の高湿度暴露は避け、このデータシートでは明示されていませんが、標準的な湿気感受性レベル（MSL）の取り扱い方法が推奨されます。

6. 梱包および発注情報

梱包図は標準的な出荷箱を示しています。データシートの最終ページのラベルエリアには、デバイス番号（LTE-3223L-062A）、ビン数量（例：20K）、顧客名、デバイスタイプ、発注数量、および品質管理スタンプのフィールドが示されています。デバイスは論理的な部品番号体系に従っています：シリーズ（LTE-3223）、バリアントコード（L）、および特定のビンまたは光学特性コード（062A）を示している可能性があります。正確な発注には、完全な部品番号LTE-3223L-062Aを使用する必要があります。

7. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

単純なDC駆動:直列電流制限抵抗は必須です。R = (V_CC- V_F) / I_Fで計算します。選択したI_FにおけるデータシートのV_Fを使用してください。例えば、5V電源から20mAの場合：R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω（標準値180Ωを使用）。抵抗の電力定格が十分であることを確認してください（P = I_F²* R）。

高強度のためのパルス駆動:2Aのピーク電流能力を利用するには、トランジスタ（BJTまたはMOSFET）スイッチを使用します。電流立ち上がり時間を制御したり、わずかな制限を提供するために、小さな直列抵抗がまだ必要になる場合があります。パルス幅は≤10µsに保ち、デューティサイクルは平均電力損失が制限内に収まるように十分に低くする必要があります。例えば、300ppsおよび10µsパルス幅では、デューティサイクルは0.3%なので、平均電流は非常に低くなります。

7.2 光学的設計上の考慮事項

• レンズ:二次光学素子（プラスチックレンズ）を使用して、より長い距離用にビームを平行光にしたり、パターンを形成したりすることができます。
• 位置合わせ:広い視野角により、近接センシングにおける検出器との位置合わせが容易になります。集光ビームアプリケーションでは、機械的な治具が重要です。
• 干渉:太陽光や他のIR光源（白熱電球）には940nmの放射が含まれています。受信機で変調（パルス）信号と同期検波を使用して、環境光ノイズを除去してください。

7.3 熱管理

パッケージは小さいですが、より高い連続電流（例：50-100mA）では、電力損失が重要になります（最大150mW）。十分な空気流を提供するか、極端な場合には、リードを介してPCBをヒートシンクとして考慮することで、長期信頼性を向上させ、出力安定性を維持できます。

8. 技術比較および差別化

LTE-3223L-062Aは、5mm IRエミッター市場において、高いパルス電流能力（2A）と低い順方向電圧の組み合わせによって差別化されています。多くの同等のエミッターは、同様の連続電流定格を持つかもしれませんが、ピークパルス定格は低い場合があります。これにより、非常に高い瞬間的な輝度を必要とするアプリケーションに特に適しています。クリアパッケージは、拡散または着色されたパッケージよりもわずかに高い効率を提供します。その30°の視野角は、一部の広角バリアント（40-60°の場合がある）よりも狭いですが、より高い軸上強度を提供し、ビーム集中度と照射面積の間のトレードオフを提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDをマイクロコントローラのGPIOピンから直接駆動できますか？

A: できません。典型的なGPIOピンは20-50mAを供給/吸収できますが、これは連続範囲内ですが、約1.6Vの順方向電圧降下を提供することはできません。スイッチとしてトランジスタを使用する必要があります。2Aパルスの場合は、専用の駆動回路が不可欠です。

Q: 放射強度（mW/sr）と光度（mcd）の違いは何ですか？

A: 放射強度は総光パワーを測定しますが、光度は人間の目で知覚されるパワーを、明所視応答曲線で重み付けして測定します。これは人間には見えないIR LEDであるため、その光度は実質的にゼロであるか、規定されていません。放射強度が正しい指標です。

Q: 適合するフォトディテクターをどのように選択しますか？

A: ピーク感度が約940nm付近にあるフォトダイオードまたはフォトトランジスタを選択してください。シリコンデバイスは通常、800-900nmの間にピーク感度を持つため、良好な適合性があります。検出器の有効面積と視野が、あなたの光学的設計に適切であることを確認してください。

10. 実用的なアプリケーション例

設計事例：長距離赤外線バリアセンサー。

目的：5メートルの距離でビームを遮断する物体を検出する。

設計：LTE-3223L-062Aをパルスモードで使用します。MOSFETスイッチで1Aパルス（最大2Aを十分に下回る）、10µs幅、1kHz周波数で駆動します。前方に平行光レンズを配置して狭いビームを作成します。受信側では、集光レンズが光を940nmを中心とする狭帯域通過光学フィルターを備えた適合フォトダイオードに集めます。受信回路は1kHzの変調周波数に同調させ、一定の環境光や低周波ノイズを除去します。高いパルス電流により、強力な信号が遠方の検出器に到達することが保証され、低いデューティサイクルにより平均電力が低く保たれます。

11. 動作原理

このデバイスは、半導体PN接合におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。順方向バイアスが印加されると、N型領域からの電子とP型領域からの正孔が接合部を横切って注入されます。これらのキャリアは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。特定の半導体材料（通常はアルミニウムガリウムヒ素 - AlGaAs）は、エネルギーバンドギャップが940nmの波長での光子放出に対応するように選択されています。透明なエポキシパッケージは半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、出力ビームを形成するレンズとして機能します。

12. 技術トレンド

赤外線エミッター技術は、可視LED技術とともに進化し続けています。トレンドには以下が含まれます：

電力密度の向上:チップスケールパッケージと高度な熱管理の開発により、より小さなフットプリントからより高い光パワーを提供します。

波長特異性:分光センシングおよび光通信における信号対雑音比を改善するための、より狭いスペクトル帯域幅を持つエミッター。

統合ソリューション:エミッター、ドライバー、そして時には検出器またはセンサーを単一モジュールに組み合わせる（例：近接センサーモジュール、ジェスチャー認識チップ）。

高速変調:非常に高速なスイッチング（ナノ秒）に対応するようにデバイスを最適化し、IrDA準拠の通信やLi-Fiプロトタイプなど、IRを介した高速データ伝送をサポートします。

LTE-3223L-062Aは、この進化する状況の中で、特に高いパルスパワーを要求するアプリケーションにおいて強みを持つ、成熟した高信頼性ソリューションを代表しています。