赤外線発光ダイオード 940nm サイドビュー仕様書 - 3.0x2.8x1.9mm - 順電圧 1.2V - 放射強度 3.0mW/sr - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、個別の赤外線発光素子の仕様を詳細に記載しています。このデバイスは、信頼性の高い赤外線信号伝送を必要とするアプリケーション向けに設計されており、ピーク発光波長は940nmです。その主な機能は、電流を赤外線放射に変換することで、非可視光通信およびセンシングシステムの主要な構成要素となっています。

1.1 中核的な利点とターゲット市場

本コンポーネントは、高性能と製造容易性を兼ね備えています。主な利点には、自動実装装置および赤外線リフローはんだ付けプロセスとの互換性が含まれ、大量生産時の組立工程を効率化します。ウォータークリアドームレンズを備えたサイドビューパッケージは広い視野角を提供し、発光方向が実装基板と平行となるアプリケーションに適しています。主なターゲット市場は、リモコン機能を備えた民生電子機器、短距離無線データ伝送システム、および各種セキュリティ・警報センサーアプリケーションが含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

以下のセクションでは、標準試験条件（TA=25°C）で定義されたデバイスの主要仕様について、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

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ストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。主な限界値には、100mWの電力損失、パルス条件下（300pps、10µsパルス幅）での1Aのピーク順電流、および50mAの連続DC順電流が含まれます。デバイスは最大5Vの逆電圧に耐えられますが、逆動作用に設計されているわけではありません。動作温度範囲は-40°Cから+85°Cまで指定されています。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、通常の動作条件下でのデバイスの性能を定義します。放射強度（I_E）は、順電流（I_F）20mAで駆動した場合、最小3.0 mW/srです。順電圧（V_F）は、典型的に1.2Vで、20mA時最大1.5Vです。ピーク発光波長（λ_p）は940nmを中心としており、これは近赤外スペクトルに属し、人間の目には見えません。視野角（2θ_1/2）は45度で、放射強度が軸上値の半分に低下する全角として定義されます。

3. ビニングシステムの説明

本デバイスは、その放射強度出力に基づいて異なるビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した光出力を持つコンポーネントを選択できます。提供されるビンコードはJ、K、Lです。例えば、ビンJのデバイスは、20mAで測定した場合、放射強度が3.0から4.5 mW/srの間になります。ビンKは4.0から6.0 mW/sr、ビンLは最小5.0 mW/srです。各ビンには±15%の試験許容差が適用されます。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの動作を示すいくつかの代表的な特性曲線が含まれています。

4.1 スペクトル分布

スペクトル分布曲線は、波長の関数としての相対放射強度を示します。これは940nmでのピークを確認し、典型的な半値幅（Δλ）が50nmであるスペクトル帯域幅を示します。この情報は、エミッタを対応する光検出器のスペクトル感度と一致させるために重要です。

4.2 順電流対順電圧

このIV曲線は、順電流とダイオード両端の順電圧降下との関係を描いています。これは半導体ダイオードに典型的な非線形です。この曲線を理解することは、安定した動作を確保し、熱暴走を防ぐために適切な電流制限駆動回路を設計するために不可欠です。

4.3 温度依存性

順電流および相対放射強度が周囲温度とともにどのように変化するかを示す曲線が提供されています。これらのグラフは、順電圧が負の温度係数（温度上昇とともに減少）を持つ一方、光出力は一般的に温度上昇とともに減少することを示しています。これは、極端な熱環境で動作するアプリケーションにとって重要な考慮事項です。

4.4 放射パターン

極座標放射図は、発せられる赤外線の空間分布を視覚的に表します。サイドビューパッケージはランバート的なパターンを生成し、強度はチップに対して垂直方向で最も高く、端に向かって徐々に減少し、45度の視野角を定義します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法

本コンポーネントはEIA標準の表面実装パッケージです。主要寸法は、本体長約3.0mm、幅2.8mm、高さ1.9mmです。PCBフットプリント設計のための公差（特に記載がない限り±0.1mm）を含む詳細図面が提供されています。

5.2 はんだパッドレイアウト

PCB用の推奨ランドパターン（はんだパッド設計）が指定されています。これには、リフロー時に信頼性の高いはんだ接合を確保するためのパッド寸法と間隔が含まれます。推奨事項には、はんだペースト塗布用に厚さ0.1mm（4ミル）または0.12mm（5ミル）の金属ステンシルの使用が含まれます。

5.3 極性識別

カソードは通常、パッケージ上にマーキングされています。デバイスが正しく機能するように、組立時に正しい向きを確保するために極性を識別するには、データシートの図面を参照する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

本デバイスは、特に無鉛はんだ用の赤外線リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。推奨リフロープロファイルが提供されており、主要パラメータには、予熱ゾーン（150-200°C）、最高温度260°C以下、260°C以上の時間は最大10秒に制限することが含まれます。プロファイルはJEDEC規格に準拠する必要があります。

6.2 保管条件

本コンポーネントは湿気に敏感で、レベル3に分類されます。元の防湿バッグが未開封の場合、保管条件は温度≤30°C、相対湿度≤90%で、1年以内に使用する必要があります。開封後は、コンポーネントを温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管してください。元の包装外での長期保管には、乾燥剤を入れた密閉容器を使用してください。1週間以上大気にさらされたコンポーネントは、リフロー時のポップコーン現象を防ぐために、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングする必要があります。

6.3 洗浄

はんだ付け後に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。強力または侵襲性のある化学薬品は、パッケージやレンズを損傷する可能性があります。

7. 包装および注文情報

7.1 テープおよびリール仕様

コンポーネントは、直径13インチのリールに巻かれた8mm幅のキャリアテープで供給されます。各リールには6000個が含まれます。包装はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しています。テープ内で連続して欠品が許容される最大数は2個です。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

主な用途は、民生電子機器（テレビ、オーディオシステム、エアコン）のリモコン装置における赤外線エミッタとしてです。また、短距離IRデータ伝送（例：IrDA様通信）、セキュリティアラームにおける侵入検知、可視光干渉を避ける必要がある物体検知にも適しています。

8.2 設計上の考慮事項

駆動回路：LEDは電流駆動デバイスです。動作点（例：20mA）を設定し、過電流からデバイスを保護するために、直列の電流制限抵抗または定電流駆動回路が必須です。低い順電圧により、単純な抵抗器を用いて低電圧論理回路（3.3V、5V）から直接駆動することが可能です。

熱管理：電力損失は低いですが、特に高温環境条件下または連続動作時には、カソードパッドに十分なPCB銅面積を確保することで放熱を助け、出力安定性と寿命を維持することができます。

光学的アライメント：IR信号をPCB表面と平行に発光させる必要がある場合、サイドビューの形状は理想的です。IRビームの経路を遮らないようにするため、ハウジングの適切な機械設計が必要です。

9. 技術比較と差別化

標準LEDと比較して、本デバイスは赤外線スペクトル（940nm）で発光し、不可視です。他のIRエミッタと比較して、その主な差別化要因には、特定の実装方向のためのサイドビューパッケージ、良好なカバレッジのための比較的広い45度視野角、RoHSおよびグリーン製品規格への準拠が含まれます。940nm発光のためのGaAs材料の組み合わせは、一般的なリモコンアプリケーションにおいて効率とコストの良いバランスを提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: デバイスが逆動作用でない場合、5Vの逆電圧定格の目的は何ですか？

A: この定格は、回路内で偶発的または誤って逆接続された場合に、ダイオード接合が破壊することなく耐えられる最大逆バイアスを示します。これは堅牢性の仕様であり、動作条件ではありません。

Q: 正しいビンコードをどのように選択すればよいですか？

A: アプリケーションのリンクバジェット（距離、受信機感度）に必要な最小放射強度に基づいて選択してください。ビンLは保証される最高出力を提供します。低い強度でも許容されるコスト重視のアプリケーションでは、ビンJまたはKが適している場合があります。

Q: 電圧源で直接駆動できますか？

A: いいえ。順電圧は温度や個々のデバイス間で変動します。定電圧（典型的な1.2Vであっても）で駆動すると、ダイオードの指数関数的なI-V特性により過剰電流が流れ、デバイス故障を引き起こす可能性があります。常に電流制限方式を使用してください。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：シンプルなIRリモコン送信機の設計

一般的な使用例は、ボタン押下を変調IR信号にエンコードすることです。マイクロコントローラのGPIOピンを使用して、搬送波周波数（例：38kHz）と変調パターンを生成できます。この信号は、IRエミッタと直列に接続されたトランジスタスイッチ（例：NPNまたはNチャネルMOSFET）を駆動します。エミッタのアノードはトランジスタを介して電源電圧（例：単三電池2本からの3V）に接続され、カソードはグランドに接続されます。エミッタと直列の抵抗器は、パルス電流を例えば20mAに設定します。サイドビューパッケージにより、リモコンをPCBが前面と平行になるように設計し、IRビーム用の窓を設けることができます。

12. 動作原理の紹介

赤外線エミッタは、ガリウムヒ素（GaAs）などの材料から作製された半導体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注入されます。これらの電荷キャリアが再結合するとき、エネルギーを放出します。発光ダイオードでは、このエネルギーは光子（光）の形で放出されます。半導体材料（この場合はGaAs）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、このデバイスでは赤外線領域（940nm）になります。

13. 業界動向と発展

個別赤外線コンポーネントのトレンドは、高効率化（入力ワット当たりの放射出力向上）に向かって続いており、これにより携帯機器のバッテリー寿命が延びます。また、光学的性能を維持または向上させながらパッケージの小型化を進める動きもあります。さらに、システム設計を簡素化するための統合ドライバーやロジックを備えたコンポーネントがより一般的になっています。標準的な940nmエミッタの基礎技術は成熟していますが、プロセス改善は歩留まり、一貫性（より厳密なビニング）、および大量消費市場向けのコスト削減に焦点を当てています。