SMD赤外線LED 0603パッケージ - 1.6x0.8x0.8mm - ピーク波長870nm - 65mA - 110mW - 技術データシート

1. 製品概要

本資料は、高性能・小型表面実装型赤外線（IR）発光ダイオードの仕様を詳細に説明します。このデバイスはコンパクトな0603パッケージに収められており、信頼性の高い赤外線放射を必要とするスペース制約のあるアプリケーションに適しています。主な機能は近赤外線スペクトルでの発光であり、典型的なピーク波長は870ナノメートル（nm）で、シリコンフォトダイオードやフォトトランジスタの分光感度に最適にマッチングされています。コア材料は、効率的な赤外線生成で知られるAlGaAs（アルミニウムガリウムヒ素）です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このデバイスは、現代の電子設計にいくつかの重要な利点を提供します。小型の両端SMDパッケージにより、高密度PCB実装が可能で、自動ピック&プレース組立プロセスと互換性があります。赤外線および気相リフローはんだ付けの両方に対応するように設計されており、現代の製造ワークフローを容易にします。本製品は、RoHS（有害物質の使用制限）、EU REACH規制などの主要な環境・安全基準に準拠し、ハロゲンフリー（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）です。この小型サイズ、性能、コンプライアンスの組み合わせにより、民生電子機器、産業用センサー、通信デバイスに最適です。

主なアプリケーション：

• PCB実装型赤外線近接・存在センサー。
• より高い放射強度が要求される赤外線リモコン。
• バーコードスキャナーおよび光学式エンコーダー。
• 様々な赤外線ベースのデータ伝送およびセンシングシステム。

2. 詳細技術パラメータ分析

電気的および光学的パラメータを十分に理解することは、信頼性の高い回路設計とLEDを安全動作領域（SOA）内で動作させるために極めて重要です。

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がある限界を定義します。通常動作での使用を意図したものではありません。

• 連続順方向電流（I_F）：65 mA。この電流を超えると、たとえ一瞬でも、半導体接合部の過熱により致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• 逆電圧（V_R）：5 V。このLEDは逆方向降伏電圧が低いです。回路設計では、この値を超える逆バイアスがLEDに印加されないようにする必要があり、ACまたは双方向信号環境では保護回路がしばしば必要となります。
• 電力損失（P_c）：25°C時 110 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。実際に許容される電力は周囲温度（T_a）の上昇に伴って減少します。高温アプリケーションではデレーティングが必要です。
• 温度範囲：動作：-25°C ～ +85°C；保管：-40°C ～ +100°C。
• はんだ付け温度（T_sol）：最大5秒間 260°C。これはリフローはんだ付けプロファイルの制約を定義します。

2.2 電気光学特性（T_a=25°C）

これらは、指定された試験条件下での典型的な性能パラメータです。設計者は、設計マージンに応じて、典型的な値または最大/最小値を使用する必要があります。

• 放射強度（I_E）：I_F=20mA時 1.3 mW/sr（典型値）。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。受信機での信号強度を決定するための重要なパラメータです。規定の最小値は1.0 mW/srです。
• ピーク波長（λ_p）：870 nm（典型値）、範囲は860 nmから900 nm。これは発光スペクトルが最も強い波長です。これを受信機（例：~850-950nmのシリコンフォト検出器）のピーク感度に合わせることで、システム効率が最大化されます。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：45 nm（典型値）。これは発光スペクトルの半値全幅（FWHM）であり、放射される波長の範囲を示します。
• 順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時 1.35 V（典型値）、範囲は1.20 Vから1.70 V。このパラメータは電流制限抵抗値を計算するために不可欠です：R = (V_supply- V_F) / I_F。堅牢な設計では、このばらつきを考慮に入れる必要があります。
• 逆電流（I_R）：V_R=5V時 10 µA（最大値）。
• 視野角（2θ_1/2）：140度。これは放射強度がピーク値（軸上）の半分に低下する全角度です。広い視野角は、近接センサーなど広範囲のカバレッジを必要とするアプリケーションに有益です。

3. 性能曲線分析

提供される特性曲線は、様々な条件下でのデバイスの挙動に関する貴重な洞察を提供し、実世界のアプリケーション設計に不可欠です。

3.1 順方向電流と周囲温度の関係

この曲線は、最大許容連続順方向電流と周囲温度の関係を示しています。温度上昇に伴い、電力損失限界内に留まるために順方向電流をデレーティングする必要性を示しています。最大動作温度（+85°C）に近づく温度では、許容される連続電流は25°C時の絶対最大定格65mAよりも大幅に低くなります。

3.2 スペクトル分布

スペクトル分布グラフは、波長の関数としての相対放射パワー出力を示します。これにより、ピーク波長（λ_p）が870nmであり、典型的なスペクトル帯域幅（Δλ）が約45nmであることが確認されます。この曲線の形状は、フィルタリングや受信機の分光応答との互換性を確保するために重要です。

3.3 ピーク発光波長と周囲温度の関係

この曲線は、ピーク波長が正の温度係数を持つことを示しており、接合温度の上昇に伴いわずかに増加することを意味します。このシフト（AlGaAsデバイスの場合、通常約0.1-0.3 nm/°C）は、波長安定性が重要な精密センシングアプリケーションにおいて重要です。

3.4 順方向電圧と周囲温度の関係

順方向電圧（V_F）は負の温度係数を持ちます；温度が上昇すると減少します。この特性は定電流駆動回路で考慮する必要があります。なぜなら、高温での低いV_Fは、単純な直列抵抗を使用する場合、電力損失の計算にわずかに影響を与える可能性があるからです。

3.5 相対放射強度と角度変位の関係

この極座標プロットは、視野角（半強度点で140°）を視覚的に定義します。このパッケージスタイルでは、放射パターンは典型的にランバートまたはニアランバートであり、様々な角度と距離でのターゲット表面への照度をモデル化するのに役立ちます。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法 (0603)

このデバイスは標準的な0603（1608メトリック）フットプリントに準拠しています：長さ約1.6mm、幅約0.8mm、高さ約0.8mm。詳細な寸法図は、特に断りのない限り標準公差±0.1mmで、パッドレイアウト、部品外形、端子位置を指定します。信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性のためには、正しいランドパターン設計が不可欠です。

4.2 極性識別

データシートには、アノード端子とカソード端子を示す図が含まれています。デバイス動作には正しい極性が必須です。通常、カソードは切り欠き、緑色のインジケータ、またはテープ&リール包装上の特定のパッド形状でマークされている場合があります。

4.3 テープ&リール仕様

本製品は、直径7インチのリールに巻かれた8mm幅のエンボス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、標準的なSMD組立装置との互換性を確保するために規定されています。各リールには4000個が含まれています。

5. はんだ付けと実装ガイドライン

適切な取り扱いは、デバイスの信頼性と性能を維持するために重要です。

5.1 湿気感受性と保管方法

このデバイスは湿気感受性（MSL）です。予防措置は以下の通りです：

• 使用準備が整うまで防湿バリア袋を開封しないでください。
• 未開封の袋は、温度≤30°C、相対湿度≤90%で保管してください。
• 出荷後1年以内に使用してください。
• 開封後は、温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管してください。
• 袋を開封してから168時間（7日）以内に使用してください。
• 保管時間を超過した場合、または乾燥剤が湿気の侵入を示している場合は、使用前に60±5°Cで最低24時間ベーキングしてください。

5.2 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プロファイルを推奨します。主要パラメータには、ピーク温度260°C、240°C以上の時間が推奨限界（260°Cで最大5秒が示唆）を超えないことが含まれます。エポキシパッケージとワイヤーボンドへの過度の熱ストレスを避けるため、リフローはんだ付けは2回を超えて行わないでください。

5.3 手はんだ付けとリワーク

手はんだ付けが必要な場合は、先端温度が350°C以下のはんだごてを使用し、各端子に3秒を超えて熱を加えないでください。低電力（≤25W）のこてを使用してください。各端子のはんだ付けの間には、2秒以上の冷却間隔を設けてください。リワークの場合は、両端子を同時に加熱して機械的ストレスを避けるために、デュアルヘッドはんだごての使用を推奨します。リワークの実現可能性とデバイス特性への影響は、事前に確認する必要があります。

6. アプリケーション設計上の考慮点

6.1 電流制限は必須

LEDは電流駆動デバイスです。直列の電流制限抵抗は絶対に必要です。順方向電圧（V_F）の範囲は狭く、印加電圧がV_Fをわずかに超えると、順方向電流（I_F）が大きく、破壊的なほど増加する可能性があります。抵抗値は、電源電圧（V_supply）、所望の順方向電流（I_F）、および順方向電圧（V_F）に基づいて計算され、電流が設計最大値を超えないようにするために、最悪ケースのV_F（最小値）を使用します。

6.2 熱管理

パッケージは小さいですが、電力損失（最大110mW）により熱が発生します。高電流での連続動作や高温環境では、PCBの熱抵抗を考慮してください。はんだパッド周囲に十分な銅面積（サーマルリリーフパッド）を提供することで、放熱を助け、より低い接合温度を維持し、長期信頼性を向上させ、発光出力の劣化を防ぎます。

6.3 光学設計

140度の視野角は広い放射を提供します。より集光されたビームを必要とするアプリケーションでは、外部レンズや反射板を使用できます。逆に、非常に広いエリアのカバレッジには、本来の角度で十分な場合があります。ウォータークリアレンズは、正確な放射点が重要でないアプリケーションに適しています。組立位置合わせのために特定の色や拡散が必要な場合は、レンズがそれを提供しないため、これを考慮する必要があります。

6.4 回路保護

逆電圧トランジェントが発生する可能性のある環境（例：誘導性負荷、ホットプラグ）では、LEDと並列に保護ダイオード（カソードからアノード）を追加して、逆電圧を最大定格5V以下にクランプすることを検討してください。

7. 比較と選択ガイダンス

このデバイスはIR LEDファミリーの一部です。提供されたガイドからの主要な選択基準は、チップ材料（AlGaAs）とレンズ色（ウォータークリア）です。IR LEDを選択する際、エンジニアは主要パラメータを比較する必要があります：

• 波長（λ_p）：受信機（フォトダイオード、フォトトランジスタ、IC）のピーク感度に合わせます。870nmは一般的な標準です。
• 放射強度（I_E）：強度が高いほど信号が強くなり、より長い距離またはより低い駆動電流が可能になります。
• 視野角：狭い角度はより長い距離とより集光された光を提供し、広い角度はより広いカバレッジを提供します。
• パッケージサイズ：0603パッケージは、小型化設計に非常に小さなフットプリントを提供します。
• 順方向電圧：低いV_Fは、低電圧バッテリー駆動回路で有利です。

この特定部品の主な差別化要因は、標準的な0603フットプリントと比較的高い放射強度および広い視野角を組み合わせており、汎用IRセンシングおよび通信に適している点です。

8. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

8.1 870nm波長の目的は何ですか？

870nmは近赤外線スペクトルにあり、人間の目には見えません。これは、安価で一般的なシリコンベースのフォト検出器によって効率的に検出され、そのピーク感度は約800-950nmです。これにより、センシング、リモコン、および光アイソレーションアプリケーションに最適です。

8.2 このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

No.電流制限抵抗を使用する必要があります。例えば、3.3V電源からI_F=20mAで駆動する場合、典型的なV_Fを1.35Vと仮定すると：R = (3.3V - 1.35V) / 0.020A = 97.5Ω。標準的な100Ω抵抗を使用します。常に、最悪ケースのV_F conditions.

8.3 温度は性能にどのように影響しますか？

温度が上昇すると：放射出力は通常減少し、順方向電圧は減少し、ピーク波長はわずかに増加します。安定した動作のためには、特に-25°Cから+85°Cの全範囲で動作する場合、これらの変動を考慮した駆動回路を設計してください。

8.4 ヒートシンクは必要ですか？

室温で絶対最大電流（65mA）で連続動作する場合、電力損失はP = V_F* I_F≈ 1.35V * 0.065A ≈ 88mWであり、これは110mW定格以下です。ただし、高温環境ではデレーティングが必要です。優れたPCB熱設計（銅パッド）で通常は十分であり、0603パッケージでは別個のヒートシンクは一般的ではありません。

9. 実用的なアプリケーション例：簡易IR近接センサー

一般的な使用例は反射型物体センサーです。IR LEDはフォトトランジスタの隣に配置されます。マイクロコントローラはLEDをパルス駆動します（例：20mA）。光は近くの物体で反射され、フォトトランジスタによって検出され、その出力はマイクロコントローラによって読み取られます。設計手順：

1. LED駆動：GPIOピンとNPNトランジスタ（またはMOSFET）および直列抵抗を使用して、所望の電流でLEDをパルス駆動します。パルス駆動により、平均電力を低く保ちながら、より高い瞬間電流（より強い信号のため）が可能になります。
2. 受信回路：フォトトランジスタは、電圧出力を作成するためのプルアップ抵抗を持つコモンエミッタ構成で接続されます。コレクタ抵抗の値は感度と応答速度を決定します。
3. 光学的考慮点：PCB上のLEDとフォトトランジスタの間に小さなバリアを設けることで、直接のクロストークを低減するのに役立ちます。LEDの広い140°視野角は、センサー前面の広いエリアを照らすのに役立ちます。
4. 信号処理：マイクロコントローラは、同期検出（LEDパルス中のみ受信機を読み取る）を使用して、環境光干渉を除去できます。

10. 動作原理と技術トレンド

10.1 基本的な動作原理

赤外線LEDは半導体p-n接合ダイオードです。順方向バイアスが印加されると、n領域からの電子が活性領域（AlGaAs製）でp領域からの正孔と再結合します。この再結合プロセスにより、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。AlGaAs材料の特定のバンドギャップエネルギーが放出される光子の波長を決定し、この場合は870nmの赤外線範囲です。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、放射パターンを形成するレンズとして機能します。

10.2 業界トレンド

SMD赤外線LEDのトレンドは、より高い効率（単位電気入力あたりのより多くの放射出力）、より大きな設計自由度のためのより小さなパッケージサイズ、および統合度の向上に向かって続いています。これには、内蔵ドライバーを備えたデバイス、ノイズ耐性を向上させるための変調出力、異なる波長を組み合わせたマルチチップパッケージ、または単一パッケージ内でエミッタと検出器を組み合わせたものが含まれます。また、自動車および産業アプリケーション向けに高温性能と信頼性を向上させることにも重点が置かれています。ここで説明するデバイスは、この進化する状況の中で、成熟した、信頼性の高い、広く採用されているソリューションを表しています。