赤外線エミッタLED 940nm データシート - EIAパッケージ - ピーク波長940nm - 順方向電圧1.2V - 放射強度0.8mW/sr - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、個別部品としての赤外線エミッタの仕様を詳細に記載しています。このデバイスは、リモコンシステム、赤外線無線データ伝送、セキュリティ警報システムなど、信頼性の高い赤外線放射を必要とするアプリケーション向けに設計されています。各種赤外線発光ダイオード（IRED）および光検出器を含む製品ラインに属します。主材料はヒ化ガリウム（GaAs）であり、940ナノメートルのピーク波長での発光に最適化されています。この波長は、人間の目には見えず、シリコン系受光素子との良好な性能を提供するため、民生電子機器で一般的に使用されています。

本コンポーネントは標準EIAパッケージで提供され、自動組立プロセスとの互換性を備えています。広い視野角を提供するトップビュー、ウォータークリアのフラットレンズを特徴とします。本製品はRoHS指令に準拠し、グリーン製品に分類されます。

1.1 主な特徴

• RoHS、グリーン製品規格に準拠。
• ウォータークリアフラットレンズを採用したトップビュー設計。
• 自動実装に対応するため、7インチ径リールに8mmテープでパッケージング。
• 自動実装装置との互換性あり。
• 赤外線リフローはんだ付けプロセスに適しています。
• 標準EIAパッケージフットプリント。
• ピーク発光波長（λp）940nm。
• 湿気感受性レベル（MSL）：レベル3。

1.2 対象アプリケーション

• 赤外線光源としての主な用途。
• PCB実装型赤外線センサーアセンブリへの組み込み。
• 民生電子機器（テレビ、オーディオシステム）用リモコン。
• 近距離無線データリンク。
• 近接センサーおよび物体検出。
• セキュリティ・警報システムのビームブレイク。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

以下のセクションでは、データシートに定義されたデバイスの主要性能パラメータについて詳細な分析を提供します。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と信頼性の高い動作にとって極めて重要です。

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のある応力限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、信頼性の高い長期的な性能のためには避けるべきです。

• 電力損失（Pd）：100 mW。これはデバイスが熱として放散できる最大総電力です。この限界を超えると、熱暴走や故障のリスクがあります。
• ピーク順方向電流（I_FP）：500 mA。これはパルス条件下（毎秒300パルス、10 μsパルス幅）で許容される最大電流です。DC定格よりも大幅に高く、リモコンでの高輝度パルスを可能にします。
• DC順方向電流（I_F）：50 mA。最大連続順方向電流です。最も効率的で信頼性の高い動作のためには、より低い駆動電流（例：試験条件で使用される20mA）を使用することが推奨されます。
• 逆電圧（V_R）：5 V。逆方向に印加できる最大電圧です。デバイスは逆方向動作用に設計されておらず、これ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：それぞれ-40°C ～ +85°C および -55°C ～ +100°C。これらの範囲は、動作時および非動作時の環境条件を定義します。
• 赤外線はんだ付け条件：最大10秒間、260°Cに耐えます。これはリフローはんだ付けプロファイルを定義する上で重要です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度（T_A）25°Cで測定された代表的な性能パラメータです。これらは、通常の動作条件下でのデバイスの挙動を定義します。

• 放射強度（I_E）：I_F= 20mA時、0.8 mW/sr（代表値）。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。最小値は0.42 mW/sr、試験許容差は±15%です。このパラメータはIRシステムの有効距離に直接影響します。
• ピーク発光波長（λ_ピーク）：940 nm（代表値）。これは放射される光パワーが最大となる波長です。受光フォトダイオードまたはフォトトランジスタのピーク感度と一致させる必要があります。
• スペクトル半値幅（Δλ）：50 nm（代表値）。これは放射強度がピーク値の少なくとも半分であるスペクトル帯域幅を示します。狭い帯域幅は、環境光ノイズを除去するフィルタリングに有利です。
• 順方向電圧（V_F）：I_F= 20mA時、1.2 V（代表値）、1.6 V（最大値）。これはダイオードが導通時の両端の電圧降下です。直列抵抗値を計算するために必須です：R_直列= (V_電源- V_F) / I_F.
• 逆電流（I_R）：V_R= 5V時、10 μA（最大値）。これはダイオードが逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。
• 視野角（2θ_1/2）：150°（代表値）。これは放射強度が軸上値の半分に低下する全角です。このような広い角度は、集光ビームではなく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用です。

3. 性能曲線分析

データシートは、主要パラメータが動作条件とともにどのように変化するかを示すいくつかの特性曲線を提供します。これらは設計最適化に非常に貴重です。

3.1 スペクトル分布

スペクトル分布曲線（図1）は、波長の関数としての相対放射強度を示しています。940nmでのピークと約50nmの半値幅を確認し、放射光のスペクトル純度を視覚的に表現しています。

3.2 順方向電流 vs. 周囲温度 & 順方向電圧

図2は、周囲温度が上昇するにつれて最大許容順方向電流がどのように低下するかを示しています。これは熱管理にとって重要です。図3は標準のI-V（電流-電圧）曲線で、順方向電流と電圧の間の指数関数的関係を示しています。この曲線はダイオードの動的抵抗を理解するのに役立ちます。

3.3 相対放射強度 vs. 温度 & 電流

図4は、周囲温度が上昇するにつれて光出力パワーがどのように減少するかを示しています。図5は、出力パワーが順方向電流とともに増加するが、線形ではないことを示しています。非常に高い電流での収穫逓減点と潜在的な効率低下を強調しています。

3.4 放射パターン

極座標放射図（図6）は視野角を図式的に表しています。異なる角度で強度値がマークされたほぼ円形のパターンは、フラットレンズパッケージに特徴的な非常に広い、ランバート型に近い放射パターンを確認します。

4. 機械的・パッケージング情報

4.1 外形寸法

データシートには、コンポーネントの詳細な機械図面が含まれています。主要寸法には、ボディサイズ、リード間隔、全高が含まれます。特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.1mmです。パッケージは標準EIAフットプリントに準拠しており、一般的なPCBレイアウトおよびピックアンドプレースマシンとの互換性を確保しています。

4.2 推奨はんだパッド寸法

PCB設計のための推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。これらの寸法に従うことで、リフロー時の適切なはんだ接合部形成が確保されます。推奨事項には、厚さ0.1mm（4ミル）または0.12mm（5ミル）の金属ステンシルを使用したはんだペーストの塗布が含まれます。

4.3 極性識別

カソードは通常、コンポーネント本体および外形図において、平らな側、切り欠き、または短いリードで示されます。デバイスの損傷を防ぐため、組立時には正しい極性を守る必要があります。

4.4 テープ＆リールパッケージング寸法

本コンポーネントは、7インチ（178mm）径リール上のエンボスキャリアテープで供給されます。データシートには、テープポケット、カバーテープ、リールハブの詳細寸法が提供されています。標準リール数量は1リールあたり5000個です。パッケージングはANSI/EIA-481-1-A-1994規格に準拠しています。

5. はんだ付け・組立ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けパラメータ

本デバイスは赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。無鉛はんだの推奨プロファイルが提供されており、主要パラメータは以下の通りです：

• プリヒート：150–200°C。
• プリヒート時間：最大120秒。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線以上時間：最大10秒（推奨最大リフローサイクル2回）。

このプロファイルはJEDEC標準に基づいています。最適なプロファイルは、特定の基板設計、コンポーネント、はんだペースト、およびオーブンに依存するため、特性評価が必要であることが強調されています。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、温度が300°Cを超えないはんだごてを使用し、リードごとの接触時間を最大3秒に制限してください。

5.3 保管条件

湿気感受性レベル（MSL）3の定格のため：

• 密封バッグ：30°C以下、90%RH以下で保管。バッグ封印日から1年以内に使用してください。
• バッグ開封後：30°C以下、60%RH以下で保管。1週間（168時間）以内にIRリフローを完了することが推奨されます。
• 長期保管（開封後）：乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターで保管してください。
• ベーキング：1週間以上暴露された場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングし、吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止してください。

5.4 洗浄

はんだ付け後の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を使用してください。エポキシレンズやパッケージを損傷する可能性のある強力または不明な化学洗浄剤は避けてください。

6. アプリケーション提案 & 設計上の考慮事項

6.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な回路は、電源（V_CC）、電流制限抵抗（R_S）、およびIREDの直列接続です。R_S= (V_CC- V_F) / I_F。パルス動作（例：リモコン）の場合、通常、トランジスタ（BJTまたはMOSFET）を使用して、所望の周波数とデューティサイクルでIREDのオン/オフを切り替えます。ピーク電流はI_FP rating.

を超えてはなりません。

• 6.2 光学的設計上の考慮事項距離 vs. 電流：
• 有効距離は放射強度の平方根に比例します。駆動電流を2倍にしても距離は2倍になりません。レンズ選択：
• 内蔵のフラットレンズは広いカバレッジを提供します。より長距離または集光ビームの場合は、光を平行にするために外部プラスチックレンズを追加することができます。受光器のマッチング：
• 940nmエミッタは、ピーク感度も940nm領域にある光検出器（フォトダイオード、フォトトランジスタ、またはIC）と常に組み合わせてください。多くのシリコン検出器は850-950nm付近で良好な感度を持っています。環境光除去：

強い環境IR光（太陽光、白熱電球）がある環境では、変調信号とそれに合った復調器を備えた受信機を使用してください。可視光を遮断し940nmを通す受信機側の光学フィルターは、信号対雑音比を大幅に改善できます。

6.3 熱管理

デバイスは100mWを扱えますが、より低い電力損失で動作させることで信頼性と寿命が向上します。特に最大DC電流近くで駆動する場合は、パッド周囲に十分なPCB銅面積を確保してヒートシンクとして機能させてください。高温環境では、低下曲線（図2）を参照する必要があります。

7. 技術比較 & 差別化

• この940nm GaAs IREDは、汎用赤外線アプリケーション向けにバランスの取れた特性セットを提供します。その仕様から暗示される主な差別化要因は以下の通りです：波長：
• 940nmは、かすかな赤色光として見えにくく、より目立たない動作を提供するため、多くの民生アプリケーションで850nmよりも好まれます。広い視野角：
• 150°の角度は非常に広く、アライメントが重要でない、または広範囲のカバレッジが必要なアプリケーション（例：人感センサー）に適しています。標準パッケージ：
• EIAパッケージにより、業界内での容易な調達、互換性、および交換が確保されます。堅牢性：

パルス電流（500mA）およびリフローはんだ付け（260°C）の定格は、大量生産、信頼性の高い製造向けに設計されたコンポーネントであることを示しています。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

8.1 5V電源から20mAでこのIREDを駆動するには、どの抵抗値を使用すべきですか？_F代表的なV_F1.2Vを使用：R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190オーム。標準の180または200オーム抵抗が適しています。電流が目標値を超えないようにするための保守的な設計には、常に最大V

(1.6V)を使用してください：R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170オーム。

8.2 これは長距離リモコンに使用できますか？

その放射強度0.8 mW/srは、5-10メートルの距離での典型的な屋内リモコンに適しています。より長距離の場合は、駆動電流を増加させる（パルス定格内）、集光レンズを使用する、またはより高い放射強度仕様のIREDを選択する必要があります。

8.3 データシートには逆電圧条件はIR試験のみに適用されます。デバイスは逆動作用に設計されていません。とありますが、これはどういう意味ですか？

これは、5V逆電圧定格が製造時のリーク電流を検証するための試験パラメータであることを意味します。動作定格ではありません。回路では、通常動作中にIREDが逆バイアスを受けないようにする必要があります。電流制限がない場合、わずかな逆電圧でも損傷する可能性があります。回路トポロジーが逆電圧を引き起こす可能性がある場合は、正しい向きを確保するか、並列ダイオードを追加するなど、常に保護を含めてください。

8.4 防湿バッグ開封後の1週間のフロアライフはどれほど重要ですか？

MSL 3コンポーネントにとって、これは非常に重要です。適切な保管またはベーキングなしにフロアライフを超えると、プラスチックパッケージへの湿気侵入のリスクがあります。高温リフローはんだ付けプロセス中に、この湿気が急速に気化し、内部剥離、亀裂、またはポップコーン現象を引き起こし、即時または潜在的な故障につながります。保管およびベーキングガイドラインを厳守してください。

9. 動作原理

赤外線発光ダイオード（IRED）は、標準的な可視光LEDと同じ原理で動作しますが、赤外線光子エネルギーに対応するバンドギャップを持つ半導体材料（GaAsなど）を使用します。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。GaAsの場合、この光子エネルギーは約940nmの波長に対応します。ウォータークリアエポキシレンズは可視光と赤外線の両方に対して透明であり、IR放射を透過させると同時に、半導体チップに対する機械的および環境的保護も提供します。

10. 業界動向