IR17-21C/TR8 赤外線LED データシート - 0805パッケージ - 1.2V - 940nm - 130mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

IR17-21C/TR8は、現代の表面実装技術（SMT）アプリケーション向けに設計された高性能赤外線（IR）発光ダイオードです。コンパクトな0805パッケージに収められており、シリコンベースの光検出器に最適化された信頼性の高い赤外線放射を提供するように設計されています。その主な機能は、様々なセンシング回路やスイッチング回路において効率的な赤外線光源として機能することです。

この部品の中核的な利点は、高密度PCB設計を可能にする極小フォームファクタと、シリコンフォトダイオードやフォトトランジスタへの優れたスペクトルマッチングにあり、これによりシステムの最適な感度が確保されます。デバイスはウォータークリアプラスチックレンズで構成され、フラットトップビューを提供することで、広い120度の視野角を実現しています。RoHS、EU REACHなどの主要な環境・安全基準に準拠しており、ハロゲンフリー部品として製造されています。

2. 技術仕様と客観的解釈

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。これらの限界値以下または限界値での動作は保証されません。

• 連続順方向電流（I_F)）： 65 mA。これはLEDに連続的に流すことができる最大の直流電流です。
• 逆電圧（V_R)）： 5 V。これ以上の逆バイアス電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度（T_opr, T_stg)）： -40°C ～ +85°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• 電力損失（P_d)）： 25°C時 130 mW。これはパッケージが熱として放散できる最大電力です。周囲温度が高い場合は減額が必要です。
• はんだ付け温度（T_sol)）： 260°C、5秒以下。これはピークリフロープロファイルの許容範囲を定義します。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、周囲温度25°C、順方向電流20mAという標準試験条件（典型的な動作条件を表す）で測定されます。

• 放射強度（I_e)）： 0.2 mW/sr（最小）、0.8 mW/sr（標準）。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ます。標準値は期待される出力を示します。
• ピーク波長（λ_p)）： 940 nm（標準）。放射される赤外線はこの波長を中心としており、近赤外領域で高感度を持つシリコン検出器に理想的です。
• スペクトル帯域幅（Δλ））： 45 nm（標準）。これは放射される波長の範囲を定義し、通常は半値全幅（FWHM）です。
• 順方向電圧（V_F)）： 20mA時 1.2 V（標準）、1.5 V（最大）。低い順方向電圧は、消費電力と熱負荷を低減します。
• 逆電流（I_R)）： 5V時 10 µA（最大）。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。
• 視野角（2θ_1/2)）： 120°（標準）。軸上強度が半分に低下する全角として定義され、非常に広い放射パターンを提供します。

3. 性能曲線分析

データシートには、設計エンジニアにとって重要ないくつかの特性曲線が提供されています。

• 順方向電流 vs. 周囲温度：このグラフは、パッケージの電力損失限界により、周囲温度が上昇するにつれて許容される最大順方向電流が減少する様子を示しています。熱管理に不可欠です。
• スペクトル分布：波長の関数としての相対放射パワーを示し、940nmでのピークとスペクトル帯域幅を確認します。
• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：ダイオードに典型的な指数関数的関係を示します。この曲線は、所定の電源電圧に対して適切な電流制限抵抗を選択するのに役立ちます。
• 相対放射強度 vs. 角度変位：放射パターンを示す極座標プロットです。120度の視野角が視覚的に確認でき、フラットトップLEDに一般的なランバートまたは準ランバート分布を示しています。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

IR17-21C/TR8は、標準の0805（インチ）または2012（メートル）フットプリントに準拠しています。主要寸法には、本体長約2.0 mm、幅1.25 mm、高さは通常0.8～1.0 mm（図面の正確な値）が含まれます。アノードとカソードはパッケージ上に明確にマーキングされています。PCB設計用に推奨パッドレイアウトが提供されており、特定の製造プロセスに基づいて調整することが推奨されています。

4.2 キャリアテーピング寸法

部品は、自動ピックアンドプレース組立用の標準8mmテープリールで供給されます。各リールには3000個が収納されています。テープ寸法（ポケットサイズ、ピッチ、リール直径）は、SMT装置のフィーダーとの互換性を確保するために規定されています。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 湿気感受性と保管

本デバイスは湿気感受性があります（ラベルに指定されたMSLレベル）。未開封の防湿バッグは、30°C以下、90%RH以下で保管する必要があります。開封後、部品は60%RH以下の環境で保管した場合、フロアライフは168時間（7日間）です。これを超える場合は、はんだ付け中のポップコーン現象による損傷を防ぐために、リフロー前にベーキング処理（例：60°Cで96時間）が必要です。

5.2 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（Pbフリー）リフロー温度プロファイルが推奨されます。主要パラメータには、予熱段階、液相線以上（例：217°C）での規定時間、260°Cを超えないピーク温度、臨界温度域内の総時間が含まれます。リフローは2回を超えて実施すべきではありません。

5.3 手はんだ付けおよびリワーク

手はんだ付けが必要な場合は、先端温度350°C以下、定格電力25W以下のはんだごてを使用してください。端子ごとの接触時間は3秒以内に制限し、端子間で十分な冷却を行ってください。リワークには、両端子を同時に加熱してはんだ接合部への機械的ストレスを回避するため、デュアルヘッドはんだごての使用が推奨されます。リワークがデバイスの信頼性に与える影響は事前に評価すべきです。

6. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

6.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• PCB実装型赤外線センサー：近接センサー、物体検知、非接触スイッチの発光素子として使用。
• 小型光電スイッチ / 光インタラプタ：光検出器と対にして、光ビームを遮る物体を検知するエンコーダー、スロットセンサー、セキュリティシステムに使用。
• 光電スイッチ：LED光が表面で反射して検出器に戻る反射型センサーで使用。
• 煙感知器：煙粒子による光散乱を検知する一部の光学チャンバ設計に採用。

6.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限は必須：順方向電流を設定するためには、常に外部直列抵抗を使用しなければなりません。LEDの順方向電圧が低いため、電源電圧のわずかな上昇でも、破壊的な大電流の増加を引き起こす可能性があります。
• 熱管理：パッケージは小型ですが、特に高温環境や最大電流近くで駆動する場合には、電力損失を考慮する必要があります。十分なPCB銅面積が放熱に役立ちます。
• 光学的アライメント：広い120度の視野角は広範囲のカバレッジに有利ですが、特定の点での強度は低下します。長距離や集光アプリケーションでは、外部レンズが必要になる場合があります。
• 電気的ノイズ耐性：電気的にノイズの多い環境では、LED駆動電流をシールドまたは変調して、信号を周囲の赤外線ノイズ（太陽光など）から識別することを検討してください。

7. 技術比較と差別化

他の赤外線LEDと比較して、IR17-21C/TR8の主な差別化要因は、非常にコンパクトな0805フットプリントと、比較的高い放射強度（標準0.8 mW/sr）、広い120度視野角を組み合わせている点です。同様のパッケージの多くの競合IR LEDは、より狭い視野角や低い出力である場合があります。1.2Vという低い順方向電圧も、低電圧バッテリー駆動回路の効率向上に有利です。ハロゲンフリーおよびREACH規格への明示的な準拠は、厳格な材料制限のある環境配慮設計にも適しています。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

8.1 5V電源でこのLEDを20mA駆動するには、どの抵抗値を使用すべきですか？

オームの法則を使用： R = (V_supply- V_F) / I_F. V_supply=5V, V_F=1.2V（標準）, I_F=0.020Aの場合、R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 オーム。標準の200オーム抵抗を使用すると、電流は約(5-1.2)/200 = 19mAとなり、許容範囲です。アプリケーションに必要な最小電流を確保するためには、常に最大V_F（1.5V）を使用して計算してください。

8.2 このLEDを65mAより高い電流でパルス駆動できますか？

連続順方向電流の絶対最大定格は65mAです。デューティ比が十分に低く、平均電流とそれによる接合部温度が安全限界内に収まるのであれば、より高いピーク電流でのパルス駆動が可能かもしれません。ただし、データシートにはパルス電流定格や減額曲線は提供されていません。メーカーからの特定の特性評価データがない限り、絶対最大定格を超えて動作することは、信頼性と寿命を低下させる可能性があるため推奨されません。

8.3 周囲温度は出力にどのように影響しますか？

LEDの放射強度は、一般に接合部温度が上昇すると低下します。順方向電流 vs. 周囲温度グラフは、高温になると過熱を避けるために許容電流を減らさなければならないことと間接的に関連しています。温度変化にわたる正確な出力安定性が必要な場合は、対になる光検出器を使用したフィードバック回路や温度補償が必要になる場合があります。

9. 実践的な設計と使用事例

事例：プリンター内の用紙検知センサーの設計

エンジニアは、小型プリンターの給紙トレイでの用紙の有無を検知する必要があります。スペースは非常に限られています。彼らはIR17-21C/TR8と、同様のパッケージの対応するフォトトランジスタを選択します。部品は、用紙が通過する狭いチャネルの両側に配置されます。LEDは、十分な信号を提供しながら電力を節約するため、15mA（プリンターの3.3Vロジック電源からの適切な抵抗を使用）で駆動されます。LEDの広い120度視野角により、わずかな機械的な位置ずれがあってもビームが十分にチャネルを満たすことが保証されます。用紙があると赤外線が遮られ、フォトトランジスタの出力に変化が生じ、それがマイクロコントローラーによって読み取られます。0805パッケージの薄型プロファイルにより、センサーをスリムなメカニズムに組み込むことが可能です。設計者はリフロープロファイルガイドラインに従い、PCBレイアウトにはんだ付け用のサーマルリリーフパッドを含めることを確認します。

10. 動作原理の紹介

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、半導体ダイオードです。端子間に順方向電圧が印加されると（アノードがカソードに対して正）、電子がPN接合を横断して注入されます。これらの電子が半導体材料（この場合はガリウムアルミニウムヒ素 - GaAlAs）の活性領域で正孔と再結合する際に、エネルギーが光子（光粒子）の形で放出されます。GaAlAs材料の特定の組成が、放出される光子の波長を決定し、このデバイスでは赤外線スペクトル（940nm）になります。この波長は人間の目には見えませんが、十分なエネルギーの光子が当たると電流を発生するシリコンベースのフォトダイオードやフォトトランジスタによって効率的に検出できます。

11. 業界動向と発展

IR部品を含む光エレクトロニクスのトレンドは、小型化、高効率化、集積化に向かって進み続けています。スペース制約の厳しいアプリケーションでは、0805より小さいパッケージ（例：0603、0402）がより一般的になりつつあります。また、チップ設計とパッケージ材料の改善により、より小さなパッケージから放射強度と電力出力を向上させる動きもあります。集積化はもう一つの重要なトレンドであり、単一パッケージ内に発光・検出ペアを組み合わせたもの（光カプラ、反射型センサー）により、組立が簡素化され、アライメントが改善されます。さらに、厳格な環境規制（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）に準拠した部品への需要は、業界全体での標準要件となっており、鉛フリーはんだや封止材における材料科学の革新を推進しています。