HIR-S06-P120/L649-P03/TR 赤外線LED データシート - 850nm - 3.45V - 1A - 890mW - SMDパッケージ

1. 製品概要

HIR-S06-P120/L649-P03/TRは、強力で効率的な赤外線照明を必要とする用途向けに設計された高出力赤外線（IR）発光ダイオード（LED）です。これは、ウォータークリアエポキシレンズを備えたコンパクトなフラットトップパッケージに収められた表面実装デバイス（SMD）です。この部品の主な機能は、ピーク波長850ナノメートル（nm）の赤外線を放射することで、これはフォトダイオードやフォトトランジスタなどのシリコンベースの光検出器の分光感度に最適に適合しています。その中核的な利点には、小型フォームファクターからの高い放射出力、環境規制（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への適合、および自動組立プロセスへの適合性が含まれます。

1.1 主な特長と用途

The device is characterized by its high efficiency and small package size. Key features include a peak wavelength (λp) of 850 nm, suitability for surface-mount technology (SMT) soldering, and compliance with Pb-free, EU REACH, and halogen-free standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). It also offers an electrostatic discharge (ESD) withstand voltage of 2kV. The primary target markets and applications are systems requiring invisible illumination for imaging or sensing. The most common application is as an infrared light source for CCD cameras, where it provides the necessary illumination for night-vision or low-light imaging. It is also suitable for various other infrared-applied systems, such as security systems, machine vision, proximity sensors, and optical switches.

2. 技術パラメータ詳細解説

本セクションでは、データシートに定義されたデバイスの電気的、光学的、熱的特性について、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 Absolute Maximum Ratings

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値を定義します。これらの定格は動作中に決して超えてはなりません。HIR-S06-P120/L649-P03/TRの主要な限界値は以下の通りです：

• 連続順方向電流（IF）： 1000 mA。これはLEDに連続的に流すことができる最大DC電流です。
• 逆電圧 (VR): 5 V。この値を超える逆電圧を印加すると、接合破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作温度 (Topr): -40°C ～ +100°C。デバイスが機能するように設計された周囲温度範囲。
• 保存温度 (Tstg): -40°C ～ +100°C。非動作状態での保存に適した温度範囲。
• 接合温度 (Tj): 115°C。半導体接合部自体の許容最大温度。
• 電力損失 (Pd): IF=700mA時に3W。これは特定の試験条件下でパッケージが熱として放散できる最大電力を示します。データシートは、熱負荷を効果的に管理し、接合温度限界を超えないようにするために、このデバイスにヒートシンクを追加することを明示的に推奨しています。

2.2 Electro-Optical Characteristics

これらのパラメータは、標準的な周囲温度25°Cで測定され、通常動作条件下でのデバイスの性能を定義します。値は通常、最小値、標準値、最大値として提示されます。

• 全放射電力 (Po): これはLEDが全方向に放射する総光出力で、ミリワット(mW)で測定されます。標準値は駆動電流の増加に伴って上昇します：350mAで340mW、700mAで650mW、1Aで890mW。これはデバイスの高出力性能を示しています。
• 放射強度 (Ie): mW/sr（ミリワット毎ステラジアン）で測定される、単位立体角あたりに放射される光パワー。特定方向におけるLEDの輝度を表す指標。代表値は115 mW/sr (350 mA)、220 mW/sr (700 mA)、290 mW/sr (1 A)。
• ピーク波長 (λp): 850 nm（代表値）。光出力が最大となる波長。850nmは人間の目には見えないが、シリコンセンサーや多くのカメラセンサーでよく検出されるため、IR照明で一般的な波長である。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 25 nm（代表値）。放射される波長の範囲を定義し、通常は最大パワーの半分の幅（半値全幅 - FWHM）で測定される。25nmの帯域幅は、850nmを中心とした比較的狭いスペクトル出力を示す。
• 順方向電圧 (VF): 電流が流れているときのLED両端の電圧降下。電流の増加に伴い上昇する：3.10 V (350 mA)、3.25 V (700 mA)、3.45 V (1 A)。ドライバ回路設計において重要なパラメータである。
• 逆方向電流 (IR): VR=5V時、最大10μA。これはデバイスが最大定格内で逆バイアスされたときに流れる微小なリーク電流です。
• 視野角（2θ1/2）： 120度（標準）。これは放射強度が最大値（軸上）の半分に低下する全角です。120度の角度は非常に広いビームパターンを示し、広範囲の照明に適しています。

3. 性能曲線分析

データシートは、非標準条件下でのデバイス動作を理解するために不可欠な代表的な性能曲線を参照しています。

3.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (IV曲線)

このグラフ（図1）は、LEDを流れる電流（IF）とその両端の電圧（VF）の関係を示しています。これは非線形です。この曲線により、設計者は所定の駆動電流に対する動作電圧を決定でき、適切な電流制限抵抗の選択や定電流ドライバの設計に極めて重要です。電圧は負の温度係数を持ち、接合温度が上昇するとわずかに低下することを意味します。

3.2 順方向電流 vs. 放射強度 / 総出力

These graphs (Fig.2 & Fig.3) plot optical output (either intensity or total power) against forward current. They typically show a sub-linear relationship; optical output increases with current but the efficiency (output per input watt) may decrease at very high currents due to increased thermal effects and droop. Analyzing these curves helps in selecting an optimal operating point that balances output power with efficiency and device longevity.

4. 機械的仕様およびパッケージング情報

4.1 パッケージ外形寸法と図面

本デバイスはSMDパッケージで提供されます。外形寸法図には、正確な長さ、幅、高さ、リード間隔、レンズ形状が規定されています。データシートからの重要な注意点：特に指定がない限り、全ての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.1mmです。重要な取り扱い上の警告が記載されています： レンズ部分を持ってデバイスを取り扱わないでください。 レンズに力を加えると、パッケージの機械的破損を引き起こす可能性があります。

4.2 極性識別と実装フットプリント

パッケージ図面には、カソード端子とアノード端子が明確に示されています。PCBレイアウトおよび実装時には、正しい極性を遵守する必要があります。推奨されるソルダーパッドレイアウト（ランドパターン）は、信頼性の高いはんだ付けと機械的強度を確保するため、通常はパッケージ寸法に基づいて決定されます。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

本デバイスはSMTデバイスとして、リフローはんだ付けプロセスを想定しています。この抜粋では、具体的なリフロープロファイルパラメータ（プリヒート、ソーク、リフロー最高温度、液相線以上時間）は詳細に記載されていませんが、一般的には同様のプラスチックパッケージ部品の標準プロファイルに従い、通常は最高温度が260°Cを超えない範囲で適用されます。Pbフリーおよびハロゲンフリーへの準拠は、現代の環境に優しい製造プロセスへの適合性を示しています。保管に関する推奨事項は動作温度範囲（-40°C ～ +100°C）と一致しており、使用するまでは防湿包装内で保管する必要があります。

6. 梱包および発注情報

6.1 リールおよびテープ仕様

本デバイスは自動実装用にリールに巻かれたキャリアテープで供給されます。キャリアテープの寸法は規定されています。各リールには2000個が収納されています。図面には機械の適切なセットアップを確保するため、巻き出し方向も示されています。

6.2 防湿梱包

部品は湿度を制御するための乾燥剤を封入したアルミ防湿バッグで出荷されます。バッグには主要情報を記載したラベルが付いています。具体的なラベル項目（CPN、P/N、QTY、CAT、HUE、REF、LOT No.など）は記載されていますが、データシートでは、品番HIR-S06-P120/L649-P03/TRについては、この文書内では強度、波長、電圧に関する詳細なビニングシステムは使用されていないと注記されています。全ての代表値はランクコードなしで記載されているためです。製品は完全な品番で識別されます。

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シナリオ

主な用途は、低照度または無照度環境におけるCCD/CMOSカメラの照明であり、監視カメラ、車載システム、民生機器でのナイトビジョン機能を実現します。その他の用途には、近接・存在検知のためのアクティブ赤外線照明、光学エンコーダ、短距離データ伝送（IrDA類似アプリケーション）、産業オートメーションにおける物体の計数や選別が含まれます。

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 熱管理： これは高出力LEDにとって極めて重要です。データシートではヒートシンクの使用が明示的に推奨されています。PCBレイアウトには、LEDの熱放散パッド（存在する場合）またはリードから接合部の熱を逃がすために、十分な放熱ビアと銅面積を含める必要があります。Tj=115°Cを超えると寿命が著しく短縮され、即座に故障を引き起こす可能性があります。
• 駆動回路： LEDは定電流駆動デバイスです。安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電流ドライバの使用を強く推奨します。ドライバは順方向電圧要件を満たしつつ、最大1Aを供給できる必要があります。逆電圧保護も考慮すべきです。
• 光学設計： 120度の広い視野角は広範囲な照射を提供します。より集光されたビームが必要な用途では、二次光学部品（レンズ）を使用できます。このウォータークリアレンズは850nm波長に適しています。
• ESD保護： 2kVのESD耐性を有しますが、組立および実装時には標準的なESD取り扱い予防策に従う必要があります。

8. 技術的比較と差別化

標準的な低電力IR LEDと比較して、HIR-S06-P120/L649-P03/TRの主な差別化要因は、SMDパッケージから得られる高い放射出力（最大890mW）です。これにより、より明るい照明、より広い領域の照明、またはより長い距離の達成が可能になります。850nm波長は一般的な標準であり、シリコンセンサーの応答性と相対的な不可視性の間で良好なバランスを提供します。940nm LEDと比較すると、850nmは非常に高出力時にかすかな赤色光を発することがありますが、多くのシリコン系センサーではより高い性能を発揮できます。広い視野角はエリア照明では利点ですが、狭いビームが必要な場合には潜在的な欠点となり、その場合はより狭い視野角のデバイスや二次光学系を備えたデバイスの方が適しています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを5V電源と抵抗だけで直接駆動できますか？
A: 可能ですが、注意深い計算が必要です。1A、Vf=3.45Vの場合、直列抵抗は(5V - 3.45V)/1A = 1.55オームとなり、1.55Wを消費します。これは効率が悪く、抵抗でかなりの熱が発生します。性能と信頼性のためには、定電流ドライバの使用を強く推奨します。

Q: 動作温度が100°Cまで許容されているのに、なぜヒートシンクが推奨されるのですか？
A: 100°Cという定格は周囲温度（Ta）のためです。重要な限界値は接合部温度（Tj）の115°Cです。消費電力（1A時で約3.45Wまで）により、接合部は周囲温度より高温になります。ヒートシンクは接合部と周囲空気間の熱抵抗を下げ、高電力および/または高Ta条件下でもTjを規定範囲内に保ちます。

Q: このLEDは24時間365日の連続運転に適していますか？
A: はい、絶対最大定格を超えず、適切な熱対策を実施すれば可能です。良好なヒートシンクを使用し、典型的な700mA条件以下で動作させることは、連続運転における保守的で信頼性の高い設計ポイントとなります。

Q: このデバイスの典型的な寿命はどのくらいですか？
A: 寿命（多くの場合、光束が初期値の70%に低下する時点と定義）は、主に接合部温度に大きく依存します。仕様範囲内で適切な冷却を行って動作させる場合、この種のLEDでは数万時間の寿命が典型的です。

10. 実用的なユースケース例

設計事例：暗視防犯カメラモジュール
設計者は、屋外用のコンパクトなセキュリティカメラモジュールを開発中です。このモジュールにはCCDセンサーが組み込まれており、夜間作動には赤外線照明が必要です。高出力かつSMDパッケージである点から、HIR-S06-P120/L649-P03/TRが選定されました。4個のLEDは、PCB上のカメラレンズ周囲に対称に配置されています。専用の定電流ドライバICが各LEDに700mAを供給します。PCBは、LEDパッドへ複数のサーマルビアを介して接続された広い銅面で設計され、カメラハウジング全体がヒートシンクとして機能します。各LEDの120度広角ビームが重なり合い、カメラの視野角に適した均一で広範囲な照射フィールドを形成します。850nm波長は、センサーの良好な応答性を確保しつつ、ほぼ不可視性を維持します。

11. 動作原理

赤外線LEDは、半導体のp-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子とp型材料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際、エネルギーが放出されます。一般的なLEDでは、このエネルギーは光子（光）として放出されます。発光の特定波長は、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。HIR-S06-P120/L649-P03/TRは、砒化ガリウムアルミニウム（GaAlAs）チップを使用しており、約850nmの赤外線に対応するバンドギャップを持っています。透明なエポキシ樹脂レンズがチップを封止し、機械的保護を提供するとともに、発光を指定された指向角に整形します。

12. 技術トレンドと背景

高出力赤外線LEDは成熟した技術ですが、進化を続けています。動向としては、Wall-Plug効率の向上（電力ワット当たりの光出力増加）があり、これにより熱負荷が低減されます。また、より小型のパッケージで高い電力密度を実現する方向にもあり、統合ヒートスラグやフリップチップ設計などの高度な熱マネジメントソリューションがこれまで以上に重視されています。この需要は、自動車（LiDAR、ドライバー監視）、セキュリティ、マシンビジョンなどの市場成長によって牽引されています。センサー互換性の観点から850nmが主流の波長ですが、完全な不可視性（赤色発光なし）が求められる用途では940nmの使用も顕著です。赤外線LED、ドライバー、センサーを完全なモジュールに統合する動きも進行中のトレンドであり、エンドユーザーの設計を簡素化しています。