IRエミッタおよび検出器 LTE-C216-P-W データシート - 1206パッケージ (3.2x1.6x1.1mm) - ピーク波長 850nm - 順方向電圧 1.4V - 消費電力 100mW - 英語技術文書

1. 製品概要

本ドキュメントは、個別型赤外線（IR）エミッタおよび検出器コンポーネントの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、信頼性の高い赤外線信号の送信と受信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。赤外線発光ダイオード（IRED）とセンシング素子を、単一のコンパクトな表面実装パッケージ内に統合しています。コア技術は、ヒ化ガリウム（GaAs）およびヒ化アルミニウムガリウム（AlGaAs）材料に基づいており、ピーク波長850ナノメートルでの動作に最適化されています。この波長は、性能と部品調達性のバランスが良いため、民生電子機器やデータ伝送で一般的に使用されています。

主な設計目標は、高放射強度、優れた速度特性、およびアライメントと信号捕捉を容易にする広い視野角を特徴とするソリューションを提供することです。このコンポーネントは標準的な1206フットプリントでパッケージ化されており、自動ピックアンドプレース組立ラインおよび標準的な赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応しています。RoHS準拠およびグリーン製品に分類されます。

1.1 主な特長と用途

本デバイスは、現代の電子機器製造に適したいくつかの主要な特徴を備えています：

• RoHSおよびGreen Product規格に準拠。
• 自動組立のため、7インチ径リールに8mmキャリアテープで包装。
• 自動実装装置に対応。
• 標準的な赤外線リフローはんだ付けプロファイルに耐える設計。
• EIA標準パッケージ寸法に準拠。
• ピーク波長（λp）850nmで発光します。
• 一般的な1206表面実装デバイス（SMD）パッケージタイプを採用しています。

この部品の典型的な用途は、以下に限定されません：

• リモコン装置（例：テレビ、オーディオシステム）用赤外線エミッタ。
• 近接検知、物体検知、またはデータ受信用のPCB実装型赤外線センサー。
• 近距離通信のための赤外線無線データ伝送リンク。
• IRビームを利用したセキュリティ警報システム。

2. 技術仕様詳細

本セクションでは、デバイスの電気的、光学的、熱的特性に関する詳細かつ客観的な分析を提供します。特に断りのない限り、すべてのパラメータは周囲温度（TA）25°Cで規定されています。

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値を定義します。これらの条件下またはその状態での動作は保証されておらず、信頼性の高い設計では避けるべきです。

• 消費電力（Pd）: 100 mW。これはパッケージが熱として放散できる最大総電力です。
• ピーク順方向電流 (IFP): 800 mA。これは最大許容パルス電流であり、条件は1秒あたり300パルス、パルス幅10マイクロ秒で規定されています。
• 直流順方向電流 (IF): 60 mA。これは定常動作における最大連続順方向電流です。
• 逆電圧 (VR): 5 V。IREDに逆方向に印加できる最大電圧です。
• 動作温度範囲: -40°C から +85°C。デバイスが機能するように設計された周囲温度の範囲。
• 保存温度範囲： -55°C から +100°C。非動作時の保存に適した温度範囲。
• 赤外線はんだ付け条件： 最大 260°C、10秒間。これは鉛フリーはんだ付けプロセスにおけるピークリフロー温度の上限を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは通常の動作条件下での代表的な性能パラメータです。設計者は回路計算に応じて、代表値（Typ.）または最大値（Max.）を適宜使用する必要があります。

• 放射強度 (IE): 順方向電流 (IF) 20mA時、3.0 mW/sr (標準値)。これは軸方向の単位立体角あたりの放射光パワーを測定した値です。
• ピーク発光波長 (λPeak): 850 nm (標準値)。光出力が最大となる波長です。
• スペクトル半値幅 (Δλ): 50 nm (標準値)。放射パワーがピークパワーの半分以上となる波長範囲であり、スペクトル純度を示します。
• 順方向電圧 (VF): IF=20mA時、1.4 V (標準値)、1.8 V (最大値)。IREDが導通時の両端電圧降下です。
• 逆電流 (IR): 逆電圧 (VR) 5V時で10 μA (最大)。デバイスが逆バイアス時の微小なリーク電流。
• 立上り/立下り時間 (Tr/Tf): 20 nS (標準)。光出力が最終値の10%から90%まで上昇（または90%から10%まで下降）する時間であり、スイッチング速度を示す。
• 指向角 (2θ1/2): 100度 (標準)。放射強度が光軸上の強度の半分となる全角度。角度が広いほど、エミッタと検出器の位置合わせの許容度が高くなる。

3. 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動作を理解するために不可欠な特性曲線が複数掲載されている。これらのグラフにより、設計者は単一点の仕様を超えて性能を推定することが可能となる。

3.1 スペクトル分布

分光分布曲線は、波長の関数としての相対放射強度を示しています。このデバイスでは、曲線は850nmを中心とし、規定の半値幅50nmを持ちます。この情報は、検出器側で環境光ノイズを除去する互換性のある光学フィルターを選択する上で極めて重要です。

3.2 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V カーブ)

この曲線は、IREDを流れる電流とその両端の電圧との間の非線形関係を示しています。典型的なターンオン電圧と、VFがIFの増加に伴ってどのように上昇するかを示します。設計者はこれを用いて、電圧源で駆動する際の電流制限に必要な直列抵抗値を計算します。

3.3 順方向電流 vs. 周囲温度

このグラフは、周囲温度の上昇に伴い、最大許容DC順方向電流がどのように低下するかを示しています。信頼性を確保するためには、より高温では接合温度と電力損失を安全限界内に保つために動作電流を低減する必要があります。

3.4 相対放射強度 vs. 周囲温度

この曲線は、光出力が温度にどのように依存するかを示しています。一般的に、放射強度は接合温度の上昇とともに低下します。広い温度範囲で安定した光出力を必要とするアプリケーションでは、この特性を考慮に入れる必要があります。

3.5 相対放射強度 vs. 順方向電流

これは、駆動電流の関数としての光出力を示す重要な曲線です。広い範囲でほぼ線形ですが、非常に高い電流では飽和する可能性があります。設計者はこれを使用して、特定の信号強度を得るために必要な駆動電流を決定します。

3.6 放射パターン図

発光の空間分布を表す極座標プロットです。この図は100度の広い視野角を確認し、中心軸から外れた角度で強度がどのように減衰するかを示しています。このパターンは、システム内の光路とアライメントを設計する上で極めて重要です。

4. 機械的・パッケージング情報

4.1 外形およびパッケージ寸法

本デバイスは標準的な1206 SMDパッケージを採用している。主要寸法は、本体長約3.2mm、幅1.6mm、高さ1.1mmである。データシートには公差が通常±0.1mmの詳細な寸法図が記載されている。カソードは通常、マーキングまたは特定のパッド形状で示される。

4.2 推奨はんだパッドレイアウト

PCB設計のための推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されている。これには、リフロー時に信頼性の高いはんだ接合を確保し、トゥームストーニングやはんだブリッジのリスクを最小限に抑えるためのパッド寸法、間隔、形状が含まれる。これらの推奨事項を遵守することは、製造歩留まりにとって重要である。

4.3 テープおよびリールパッケージ仕様

部品は、7インチ（178mm）径のリールに巻かれたエンボスキャリアテープで供給されます。主要なテープ寸法には、ポケットピッチ、ポケットサイズ、テープ幅が含まれます。各リールには3000個が収納されています。包装はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しており、標準的な自動供給装置との互換性を確保しています。

5. 組立、取り扱い、およびアプリケーションガイドライン

5.1 はんだ付けおよびリフロー工程

本デバイスは赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応しています。鉛フリー実装のJEDEC規格に準拠した詳細なリフロー温度プロファイルが推奨されます。主要パラメータは以下の通りです：

• プリヒート： 150-200°C、最大120秒まで。
• ピーク温度： 最高260°C。
• 液相線以上時間： 部品は260°Cを超える温度に10秒以上さらされてはならず、リフローは2回を超えて実施してはならない。

はんだごてによる手はんだの場合、推奨される最大先端温度は300°Cで、接合点ごとに3秒以内とする。最適なプロファイルは特定のPCB設計、はんだペースト、およびオーブンに依存するため、プロセス特性評価が必要であることが強調されている。

5.2 保管および湿気感受性

本コンポーネントは湿気感受性である。乾燥剤入りの元の密封防湿バッグ内では、温度30°C以下、相対湿度90%以下で保管し、1年以内に使用すること。バッグ開封後は、保管環境が30°C / 60% RHを超えてはならない。元の包装から取り出した部品は、1週間以内にリフローすること。元のバッグ外で長期間保管する場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーター内で保管しなければならない。包装なしで1週間以上保管された部品は、はんだ付け前にベーキング（例：60°Cで20時間）を行い、吸収した湿気を除去し、リフロー中の「ポップコーン現象」を防止する必要がある。

5.3 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（IPA）などのアルコール系溶剤のみを使用してください。強力な化学洗浄剤は、パッケージのエポキシ樹脂レンズを損傷する可能性があるため、避けるべきです。

5.4 駆動方式および回路設計

重要な設計上の注意点として、LEDは電流駆動デバイスです。IRエミッタを駆動する際、電圧源を使用する場合は直列の電流制限抵抗が必須です。この抵抗は、オームの法則（R = (Vcc - VF) / IF）を用いて計算し、動作電流（IF）を所望の値に設定します。さらに、複数のエミッタを並列接続する場合は、順方向電圧（VF）が個体間でわずかに異なる可能性があるため、輝度の均一性を確保するために、各デバイスに個別の電流制限抵抗を使用すべきです。

5.5 使用上の注意と想定用途

本コンポーネントは、汎用電子機器を対象としています。故障が生命や健康を脅かす可能性がある、例外的な信頼性が要求される用途（例：航空、医療、輸送安全システム）では、このデータシートに記載されている標準的な民生用グレードの仕様の範囲を超えるため、特別な協議と認定が必要です。

6. 技術比較と設計上の考慮点

単純なディスクリートIREDやフォトディテクタと比較して、この単一パッケージに統合されたエミッタ・ディテクタペアは、整合した光学特性と近接した物理的配置を保証することで設計を簡素化し、反射型センシングに有益です。850nm波長は940nmよりも人間の目に見えにくく、かすかな赤色光が許容される、あるいはステータスインジケータとして使用される用途に適しています。100度の視野角は特に広く、狭いビーム角のデバイスと比較して位置合わせの精度要求を低減します。

設計者は、駆動電流、放射強度、デバイスの寿命/発熱の間のトレードオフを慎重に考慮する必要があります。電流または温度の絶対最大定格付近またはその定格で動作させることは、劣化を加速し、長期信頼性を低下させます。特に高デューティサイクルまたは高温環境で動作する場合は、放熱のための適切なPCBレイアウトが推奨されます。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このIREDをマイクロコントローラのGPIOピンから直接駆動できますか？
A: できません。マイクロコントローラのピンは通常、20-60mAを安全に供給できません。GPIOを使用してトランジスタ（例：MOSFETやBJT）を制御し、電源からのより高い電流をスイッチングし、直列抵抗で正確な電流を設定する必要があります。

Q: ピーク波長（λp）と主波長（λd）の違いは何ですか？
A> Peak wavelength is the point of maximum spectral power. Dominant wavelength is derived from color perception on a chromaticity diagram and represents a single wavelength that matches the perceived color. For monochromatic IR devices, they are often very close.

Q: この部品の検出器側とのインターフェースはどうすればよいですか？
A> The datasheet primarily details the エミッタ characteristics. The 検出器 (photodiode or phototransistor) will have its own set of parameters (dark current, responsivity, etc.) not fully listed here. Typically, the 検出器 output is a small current proportional to received IR light, which is usually converted to a voltage using a transimpedance amplifier or a simple load resistor for digital threshold detection.

Q: 保管湿度条件はなぜそれほど重要ですか？
A> SMD packages can absorb moisture through the plastic molding compound. During the high heat of reflow soldering, this trapped moisture can vaporize rapidly, creating internal pressure that can crack the package or delaminate internal bonds—a failure known as "popcorning." The storage and baking guidelines prevent this.

8. 実用応用例

設計事例：簡易近接/障害物センサー
一般的な用途はビームブレイクセンサーです。エミッタはパルス電流（例：38kHz、20mAパルス）で駆動され、環境赤外線と信号を区別します。短い距離に配置された検出器はこの信号を受信します。物体がビームを遮断すると、受信信号が低下します。検出器の出力は、復調受信ICまたはフィルタリングロジックを備えたマイクロコントローラに入力され、搬送波周波数の消失を検出して出力をトリガーします。広い視野角により、監視経路の反対側にエミッタと検出器を配置する際の調整が簡素化されます。

9. 動作原理

このデバイスは基本的なオプトエレクトロニクスの原理に基づいて動作します。 エミッタ は、赤外線発光ダイオード（IRED）です。順方向バイアスがかかると、半導体の活性領域（GaAs/AlGaAs）で電子と正孔が再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。材料のバンドギャップが光子エネルギー、つまり波長を決定し、この場合は850nmです。 検出器 は通常、シリコン製のフォトダイオードまたはフォトトランジスタです。十分なエネルギーを持つ光子（シリコンの場合、通常〜1100nmまでの波長）が検出器の空乏層に衝突すると、電子-正孔対を生成します。フォトダイオードでは、逆バイアス時にこれが光電流を生じさせます。フォトトランジスタでは、光電流がベース電流として作用し、より大きなコレクタ電流を流すことで内部利得を提供します。

10. 技術動向

ディスクリート赤外部品の分野では、より長距離に対応する高出力デバイス、高速データ伝送のための高速化、強環境光下での高S/N比実現に向けた検出器パッケージ内蔵の分光フィルタ強化といったトレンドがある。また、基板スペース節約のため1206パッケージを超える小型化（例：0805、0603）が進んでいるが、これはしばしば光出力や視野角を犠牲にしている。自動車・産業用途における信頼性と性能向上の要求は、より広い動作温度範囲と堅牢なパッケージを備えた部品の開発を後押しし続けている。