HSDL-4261 赤外線エミッタ データシート - 870nm波長 - 1.4V順電圧 - 190mW電力損失 - 日本語技術文書

1. 製品概要

HSDL-4261は、高速光データ伝送を必要とするアプリケーション向けに設計された、ディスクリート型赤外線エミッタ部品です。AlGaAs（アルミニウムガリウムヒ素）LED技術を採用し、ピーク波長870ナノメートルの赤外光を発します。高速スイッチング能力を特徴とし、デジタル通信インターフェースに適しています。

1.1 中核的利点

• 高速動作:典型的な光学的立ち上がり・立ち下がり時間は15ナノ秒であり、高帯域幅アプリケーションでのデータ伝送を可能にします。
• 高出力:高い放射強度を提供し、信頼性の高い赤外線通信のための強力な信号を確保します。
• RoHS準拠:鉛フリー製品として製造され、環境規制に準拠しています。
• 透明パッケージ:発光する赤外光をフィルタリングしない透明カラーのパッケージに収められています。

1.2 対象アプリケーション

• 産業用赤外線機器
• 赤外線ポータブル機器
• 民生電子機器（例：光学式マウス）
• 高速赤外線通信（例：IR LAN、モデム、ドングル）

2. 詳細技術パラメータ分析

特に断りのない限り、全ての仕様は周囲温度（TA）25°Cで定義されています。

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のある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 連続順電流（IFDC）:最大100 mA。
• ピーク順電流（IFPK）:最大500 mA、パルス条件下（デューティファクター=20%、パルス幅=100µs）。
• 電力損失（PDISS）:最大190 mW。特性曲線に示すように、周囲温度の上昇に応じて減額する必要があります。
• 逆電圧（VR）:最大5 V。
• 保管温度範囲（TS）:-40°C から +100°C。
• 動作温度範囲（TO）:-40°C から +85°C。
• 接合温度（TJ）:最大110°C。
• リードはんだ付け温度:最大260°C、最大5秒間。はんだごて先端はパッケージ本体から1.6mm以上離すこと。

2.2 電気的・光学的特性

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。

• 放射光出力（Po）:IF=20mAで典型的に9 mW、IF=100mAで45 mW。
• 放射軸上強度（IE）:IF=20mAで典型的に36 mW/sr、IF=100mAで180 mW/sr。
• ピーク発光波長（λPeak）:IF=20mAで典型的に870 nm（範囲：850 nm から 890 nm）。
• スペクトル半値幅（Δλ）:IF=20mAで約47 nm。
• 順電圧（Vf）:IF=20mAで典型的に1.4 V、IF=100mAで1.7 V。
• 順電圧温度係数（△V/△T）:IF=20mAで約-1.5 mV/°C。
• 指向角（2θ1/2）:典型的に26度。放射光の角度方向の広がりを定義します。
• 強度温度係数（△IE/△T）:IF=100mAで約-0.22 %/°C。温度上昇に伴い出力が低下することを示します。
• 波長温度係数（△λ/△T）:IF=20mAで約+0.18 nm/°C。
• 光学的立ち上がり・立ち下がり時間（Tr/Tf）:典型的に15 ns。光出力の10%から90%までを測定。
• 直列抵抗（RS）:IF=100mAで典型的に4.1 オーム。
• ダイオード容量（CO）:バイアス0V、1 MHzで典型的に80 pF。
• 熱抵抗（RθJA）:接合からピンを介した周囲への典型的な値は280 °C/W。

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。

3.1 順電流 vs. 相対放射強度

この曲線は、光出力強度が順電流に対して超線形的に増加することを示しており、特に高電流時で顕著です。所望の輝度を得るための電流駆動の重要性を強調しています。

3.2 順電圧 vs. 順電流

このIV特性曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。順電圧は電流とともに増加し、温度にも依存します。

3.3 順電圧 vs. 周囲温度

このグラフは、順電圧の負の温度係数を示しています。一定電流下では、Vfは温度の上昇とともに減少します。これは定電圧駆動回路にとって重要な考慮事項です。

3.4 DC順電流減額 vs. 周囲温度

これは信頼性にとって重要なグラフです。周囲温度の関数として、許容される最大連続順電流を定義します。温度が上昇すると、接合温度が110°Cの限界を超えないように、最大許容電流を減らす必要があります。例えば、85°Cでは、最大DC電流は25°C時よりも大幅に低くなります。

3.5 放射パターン

極座標図は、発光する赤外光の空間分布を示しています。HSDL-4261は典型的な指向角が26度（半値全幅）であり、指向性通信リンクに適した適度に集束されたビームを形成します。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 外形寸法

本デバイスは標準的なスルーホールLEDパッケージです。主要寸法には、リード間隔、ボディ直径、全高が含まれます。リードは、レンズ基部から少なくとも3mm離れた位置で成形するように設計されています。フランジ下の樹脂の最小突出量が規定されています。特に断りのない限り、全ての寸法公差は典型的に±0.25mmです。

4.2 極性識別

本コンポーネントは標準的なLED極性マーキングを使用します。長いリードは通常アノード（正極接続）を示し、短いリードはカソード（負極接続）を示します。正しい動作を確保するため、組み立て時に確認する必要があります。

5. はんだ付け・組み立てガイドライン

5.1 保管条件

長期保管のためには、周囲環境は30°Cまたは相対湿度70%を超えないようにしてください。元の防湿バッグから取り出した場合、コンポーネントは3ヶ月以内に使用してください。元の包装外での長期保管には、乾燥剤入りの密閉容器または窒素充填デシケーターを使用してください。

5.2 洗浄

洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤のみを使用してください。強力な化学薬品は避けてください。

5.3 リード成形

曲げ加工は室温で、はんだ付け前に実施してください。曲げはLEDレンズ基部から少なくとも3mm離れた位置で行ってください。曲げ加工中にパッケージ本体を支点として使用しないでください。内部のダイアタッチやワイヤーボンドを損傷する恐れがあります。

5.4 はんだ付けパラメータ

手はんだ（はんだごて）:最大温度260°C、リードあたり最大5秒間。はんだごて先端はエポキシレンズ基部から1.6mm以上離すこと。

フローはんだ付け:最大100°Cまで最大60秒間予熱。はんだウェーブ温度は最大260°C、接触時間5秒。デバイスはエポキシバルブ基部から2mm以上離して浸漬すること。

重要:レンズをはんだに浸漬することは避けてください。IRリフローはんだ付けは、このスルーホールパッケージタイプには適していません。過度の温度や時間は、レンズの変形や致命的な故障を引き起こす可能性があります。

6. アプリケーション設計上の考慮事項

6.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを並列に駆動する際に均一な輝度を確保するためには、各LEDに直列に個別の電流制限抵抗を使用することを強く推奨します。順電圧（Vf）特性のばらつきにより、抵抗なしでLEDを直接並列接続すると、大きな電流不均衡や輝度ムラを引き起こす可能性があるため、推奨されません。

6.2 熱管理

熱抵抗（RθJA）が280°C/Wであることを考慮し、電力損失は慎重に管理する必要があります。最大連続電流（100mA）で典型的なVf 1.7Vで動作すると、170mWの電力損失が発生します。これにより、接合温度は周囲温度に対して約47.6°C上昇します（170mW * 280°C/W）。周囲温度85°Cでは、接合温度は132.6°Cに達し、最大定格110°Cを超えます。したがって、図6の減額曲線を厳密に遵守する必要があります。

6.3 静電気放電（ESD）保護

このコンポーネントは静電気放電による損傷を受けやすいです。推奨される取り扱い上の注意事項は以下の通りです:

- 接地リストストラップまたは帯電防止手袋の使用。

- すべての設備、作業台、保管ラックが適切に接地されていることを確認。

- 取り扱い中にプラスチックレンズに蓄積する可能性のある静電気を中和するためのイオナイザーの使用。

6.4 光学設計

26度の指向角と870nmの波長は、適切な光検出器（例：対応するスペクトル応答を持つPINフォトダイオード）と整合させる必要があります。最適な距離と信号品質のために、特に指向性通信リンクでは、ビームを平行光化または集束させるためのレンズや絞りの使用を検討してください。透明パッケージは、固有のフィルタリングなしに外部光学素子の使用を可能にします。

7. 技術比較・差別化

HSDL-4261は、以下のパラメータの特定の組み合わせにより、赤外線エミッタ市場において位置づけられています:

速度 vs. 出力:高速スイッチング（15ns）と比較的高い光出力（100mA時典型的に45mW）のバランスを提供します。一部のエミッタは、より高速で出力が低いもの、または出力が高く応答が遅いものがあります。

波長:870nmのピーク波長は、多くの赤外線データリンクやリモコンシステムで一般的な標準であり、シリコンフォトダイオードの感度と、可視光や近可視光波長に比べて低い環境光ノイズとの良いバランスを提供します。

パッケージ:標準的なスルーホールパッケージにより、試作およびフローはんだ付けが使用されるアプリケーションの両方に適しており、リフロー工程を必要とする表面実装タイプの代替品と差別化されています。

8. よくある質問（FAQ）

8.1 このLEDを定電圧源で駆動できますか？

推奨されません。LEDの指数関数的なI-V特性は、電圧の小さな変化が電流の大きな変化を引き起こすことを意味し、電圧源から直接駆動すると最大定格を容易に超える可能性があります。動作点を設定するには、常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。

8.2 出力強度が温度とともに低下するのはなぜですか？

放射強度の負の温度係数（-0.22%/°C）は、半導体材料の基本的な特性です。温度が上昇すると、半導体内の非放射再結合過程がより支配的になり、発光効率が低下します。

8.3 減額曲線の目的は何ですか？

減額曲線（図6）は、長期信頼性を確保するために不可欠です。周囲温度の上昇に伴い、電力損失（したがって順電流）を制限することで、LED接合温度が最大定格値（110°C）を超えないようにします。この曲線を無視すると、急速な劣化や故障を引き起こす可能性があります。

8.4 このLEDは連続動作に適していますか？

はい、ただし絶対最大定格と減額曲線で定義された範囲内です。連続DC動作の場合、順電流は周囲温度25°Cで100mAを超えてはならず、図6に従ってより高い周囲温度では減額する必要があります。高ピーク電流でのパルス動作の場合は、デューティサイクルとパルス幅の仕様を遵守する必要があります。

9. 実用的なアプリケーション例

シナリオ: 短距離シリアル通信のためのシンプルなIRデータ送信機の設計。

1. 回路設計:マイクロコントローラのGPIOピンを使用してLEDを駆動します。LEDのアノードに直列に電流制限抵抗を配置します。抵抗値は R = (Vcc - Vf_LED) / I_desired で計算します。電源3.3V、希望電流50mA、典型的なVf 1.5Vの場合: R = (3.3V - 1.5V) / 0.05A = 36 オーム。次の標準値（例：39オーム）を使用します。

2. 熱チェック:LEDでの電力損失: P = Vf * I = 1.5V * 0.05A = 75mW。接合温度上昇: ΔTj = P * RθJA = 0.075W * 280°C/W = 21°C。最大周囲温度85°Cでは、Tj = 106°Cとなり、110°Cの限界を下回ります。

3. ソフトウェア:マイクロコントローラを設定し、GPIOピンで所望のデジタル変調（例：オンオフキーイング）を生成します。LEDの15nsの立ち上がり・立ち下がり時間により、高いデータレートが可能です。

4. レイアウト:LEDとその直列抵抗は、駆動ピンに近づけて配置し、寄生インダクタンスを最小限に抑えます。受信機（フォトダイオード）がエミッタの26度の指向角内に位置合わせされていることを確認します。

10. 動作原理

HSDL-4261は、AlGaAs材料に基づく半導体p-n接合ダイオードです。順方向バイアス電圧が印加されると、n領域からの電子とp領域からの正孔が接合部を越えて反対の領域に注入されます。これらの注入された少数キャリアは多数キャリアと再結合します。AlGaAsのような直接遷移型半導体では、これらの再結合の大部分が放射的であり、光子の形でエネルギーを放出することを意味します。使用されるAlGaAs合金の特定のエネルギーギャップが、放出される光子の波長を決定し、この場合は赤外スペクトルで約870nmを中心としています。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。

11. 業界動向

赤外線エミッタは、HSDL-4261のようなコンポーネントに関連するいくつかの主要分野で進化を続けています:

速度の向上:光無線通信（Li-Fi、高速IrDA）におけるより高いデータレートへの需要が、さらに高速な立ち上がり・立ち下がり時間を持つエミッタの開発を推進しています。

効率の向上:エピタキシャル成長とチップ設計の改善により、単位電気入力電力（ワット）あたりの光出力（ルーメンまたは放射束）を増加させ、発熱を低減し、システム効率を向上させることを目指しています。

統合化:エミッタを駆動回路、さらには単一パッケージ内で光検出器と統合し、完全な光トランシーバーモジュールを作成する傾向があり、エンドユーザーの設計を簡素化しています。

新たな波長:870-940nmはシリコンベースの受信機にとって標準的なままですが、ガスセンシングやアイセーフLiDARなどの特定用途向けに他の波長の研究が進められています。