赤外線エミッタ・ディテクタ LTE-3277 データシート - 高速・高出力・透明パッケージ - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-3277は、高速応答と高い放射出力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光電子部品です。その中核的な利点は、高速動作と高い放射強度を兼ね備えている点にあり、パルス駆動システムに適しています。本デバイスは透明なクリアパッケージに収められており、精密な光学的アライメントや、発光/受光光に対するパッケージの干渉を最小限に抑える必要があるアプリケーションに有益です。ターゲット市場には、信頼性の高い赤外線信号伝送または検出が重要な、産業オートメーション、通信システム（赤外線データ伝送など）、センシングアプリケーション、セキュリティシステムなどが含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

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のある限界を定義します。これらの限界値付近または限界値でデバイスを連続動作させることは推奨されません。

• 電力損失 (P_D) 25°Cで規定され、デバイスの代表的な性能を定義します。120 mW。これは、あらゆる動作条件下でデバイスが熱として放散できる最大総電力です。
• ピーク順電流 (I_FP):1 A。この高い電流定格は、パルス条件下（毎秒300パルス、パルス幅10 µs）でのみ適用されます。これは、デバイスが短時間の高強度の光バーストを発する能力を強調しています。
• 連続順電流 (I_F):100 mA。これは、デバイスに連続的に印加できる最大DC電流です。
• 逆電圧 (V_R):5 V。逆方向でこの電圧を超えると、破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度:-40°C ～ +85°C。この広い範囲により、過酷な環境条件下での信頼性が確保されます。
• リードはんだ付け温度:本体から1.6mmの位置で、260°C、6秒間。これは、熱損傷を防ぐためのPCB実装プロセスにおいて重要です。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、周囲温度 (T_A) of 25°C and define the typical performance of the device.

• 放射強度 (I_E):20 mW/sr (最小)、36 mW/sr (代表値) @ I_F= 20mA。これは単位立体角あたりに放射される光パワーを測定し、その明るさを示します。
• ピーク発光波長 (λ_P):865 nm (代表値)。これはデバイスを近赤外線スペクトルに位置付け、人間の目には見えませんが、シリコンフォトダイオードで検出可能です。
• スペクトル半値幅 (Δλ):25 nm (代表値)。これは、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。
• 順電圧 (V_F):1.45V (代表値)、1.65V (最大) @ I_F= 20mA。これは、導通時のデバイス両端の電圧降下です。
• 順電圧変動 (ΔV_F):0.4V (最大)。V_F@50mA - V_F@20mAとして定義され、動的抵抗特性を示します。
• 逆電流 (I_R):10 µA (最大) @ V_R= 5V。これは、デバイスが逆バイアスされたときのリーク電流です。
• 指向角 (2θ_1/2):25° (最小)、30° (代表値)。これは放射強度がピーク値の半分に低下する全角であり、ビームの広がりを定義します。
• ダイセンター:0 ～ 0.12 mm。これは、パッケージ内の半導体ダイの位置許容差を指定し、光学的アライメントにとって重要です。

3. 性能曲線分析

データシートには、主要な関係を示すいくつかのグラフが提供されています。これらは回路設計や非標準条件下での性能理解に不可欠です。

3.1 スペクトル分布 (図1)

この曲線は、波長の関数としての相対放射強度を示します。約865 nmでのピークと25 nmの半値幅を確認し、フィルタリングや受信機選択に有用なスペクトル特性についての洞察を提供します。

3.2 順電流 vs. 周囲温度 (図2)

このデレーティング曲線は、熱管理において極めて重要です。周囲温度が上昇するにつれて最大許容連続順電流がどのように減少するかを示し、デバイスが安全動作領域 (SOA) および電力損失限界内に留まることを保証します。

3.3 順電流 vs. 順電圧 (図3)

これは標準的なI-V特性曲線です。電流と電圧の指数関数的関係を示しており、定電流駆動であれパルス駆動であれ、駆動回路設計の基礎となります。

3.4 相対放射強度 vs. 周囲温度 (図4) & 順電流 (図5)

図4は、固定駆動電流（例：20mA）に対して、光出力パワーが温度上昇とともにどのように減少するかを示します。この温度係数は、安定した出力を必要とするアプリケーションにとって重要です。図5は、出力パワーが駆動電流とともにどのように増加するかを示し、非線形関係と高電流での飽和効果を強調しています。

3.5 放射指向性図 (図6)

この極座標プロットは、指向角 (2θ_1/2≈ 30°) を視覚的に表現しています。同心円は相対強度レベル（例：1.0、0.8、0.6...）を表します。この図は、光学システムやレンズの設計、および発光の空間分布を理解するために不可欠です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

本デバイスは標準的なスルーホールパッケージを使用しています。データシートからの主要な寸法注記は以下の通りです:

• すべての寸法はミリメートル単位です（括弧内にインチ単位を併記）。
• 特に指定がない限り、一般的な公差 ±0.25mm(.010") が適用されます。
• フランジ下の樹脂の最大突出は1.5mm(.059")です。
• リード間隔は、リードがパッケージ本体から出る点で測定されます。

透明なクリアパッケージ材料は、発光する赤外線の吸収を最小限に抑え、内部ダイの目視検査を可能にします。

4.2 極性識別

標準的なLEDパッケージでは、通常、長いリードがアノード（陽極）を、短いリードまたはパッケージリムの平らな側がカソード（陰極）を示します。設計者は、明確な識別のために特定のパッケージ図面を参照する必要があります。

5. はんだ付け・実装ガイドライン

リードはんだ付けの絶対最大定格は明確に規定されています：パッケージ本体から1.6mm (0.063インチ) の距離で測定し、最大6秒間、260°C。このパラメータは、フローはんだ付けや手はんだ付けプロセスにおいて重要です。

• リフローはんだ付け:SMD用に明示されていませんが、260°Cの制限は、ピーク温度と液相線以上の時間を慎重に制御してパッケージ界面のリードを仕様内に収める限り、多くの無鉛リフロープロファイルとの互換性を示唆しています。
• 注意事項:リードへの機械的ストレスを避けてください。はんだ付け中は適切な熱緩和を使用してください。指定された温度と時間を超えないでください。
• 保管条件:指定された温度範囲（-40°C ～ +85°C）内の乾燥した静電気防止環境に保管し、湿気吸収（リフロー時のポップコーン現象の原因となる）や静電気放電損傷を防いでください。

6. アプリケーション提案

6.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 赤外線データ伝送:その高速性能は、IrDA準拠のデータリンク、リモコン、および近距離無線通信に適しています。
• 産業用センシング:近接センサー、物体検出、計数システム、オートメーションにおけるエッジ検出に使用されます。クリアパッケージが有利です。
• セキュリティシステム:侵入警報用のビームブレーク検出器や、赤外線感度カメラと組み合わせたCCTV照明用の不可視光源として使用できます。
• 光スイッチ＆エンコーダ:高速応答時間は、位置や速度の急速な変化を検出するのに理想的です。

6.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路:パルス動作（1Aピーク電流の活用）の場合、高速スイッチングトランジスタまたはMOSFET駆動回路が必要です。DC動作では、100mA連続電流を超えないようにするために、電流制限抵抗が必須です。
• 熱管理:最大損失が120mWであっても、特に高周囲温度で最大定格付近で動作する場合は、十分なPCB銅面積または放熱対策を確保してください。デレーティング曲線（図2）を参照してください。
• 光学設計:30°の指向角と放射パターン（図6）は、所望のビーム形状と検出感度を達成するために、レンズ、絞り、または受信機と組み合わせる際に考慮する必要があります。
• 受信機の組み合わせ:エミッタとして使用する場合、システム性能を最適化するために、865 nm付近に感度を持つ光検出器（フォトダイオードまたはフォトトランジスタ）と組み合わせてください。

7. 技術比較・差別化

標準的な赤外線LEDと比較して、LTE-3277は主に、クリアパッケージにおける高速および高出力性能によって差別化されています。多くの標準IR LEDは、ピーク電流定格が低く、立ち上がり/立ち下がり時間が遅いため、高帯域幅パルスアプリケーションでの使用が制限されます。1Aのピーク電流とパルス動作への適合性の組み合わせは、短時間パルス中の迅速な熱放散のための最適化された半導体設計とパッケージングを示しており、より明るく、より高速な信号を可能にします。

8. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: このLEDを5V電源で直接駆動できますか？
A: いいえ。直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。例えば、V_F~1.5V、5V電源でI_F=20mAを達成するには：R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω。次の標準値（例：180Ω）を使用し、抵抗での電力損失を確認してください。

Q: "パルス動作可能"とは、実際にはどういう意味ですか？
A: これは、半導体接合部とパッケージが、劣化することなく非常に短い時間（10µs）で非常に高い瞬時電流（最大1A）を処理できるように設計されていることを意味し、DC定格が示唆するよりもはるかに高いピーク光出力を可能にします。これは、パルスシステムで長距離または高い信号対雑音比を達成するための鍵です。

Q: 指向角はなぜ重要ですか？
A: それは発光の空間的カバレッジを決定します。狭い角度（30°など）はより集光されたビームを生成し、長距離の指向性通信に適しています。広い角度は、近距離の広範囲の照明やセンシングにより適しています。

9. 実用例

近接センサーの設計:LTE-3277は、反射型近接センサーのエミッタとして使用できます。低デューティサイクル（例：1%）で、10µs間、1Aでパルス駆動されます。近くに配置された対応する光検出器が、物体から反射された赤外線を検出します。検出されたパルスのタイミングと振幅は、存在とおおよその距離を示します。高いピークパワーは強力な戻り信号を保証し、クリアパッケージは発光または反射光を減衰させません。回路には、高電流パルス用のドライバと、検出器信号用の高感度増幅器を含める必要があります。

10. 動作原理

LTE-3277が赤外線エミッタとして機能する場合、半導体p-n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（アノードがカソードに対して正）が印加されると、電子と正孔が接合部を横断して注入されます。それらの再結合により、光子の形でエネルギーが放出されます。使用される特定の半導体材料（通常はアルミニウムガリウムヒ素 - AlGaAs）は、約865 nm波長でピークを持つ赤外線に対応するエネルギーを持つ光子を生成するように選択されています。"高速"とは、キャリア寿命と回路容量によって決定される、接合部をオン/オフできる速さを指します。

11. 技術トレンド

赤外線オプトエレクトロニクスの分野では、データ通信（Li-Fiや高速産業用バスなど）のためのさらに高い変調速度を持つデバイスの開発、電力効率の向上（mAあたりのmW/srの増加）、エミッタと検出器の多素子アレイへの統合やスマートセンサーモジュールでの駆動ICとの組み合わせがトレンドです。熱性能を維持または向上させながら、表面実装デバイス（SMD）パッケージの小型化に向けた推進もあります。クリアパッケージのトレンドは、精密な光学的結合と最小限の信号損失を必要とするアプリケーションをサポートします。