赤外線エミッタ・ディテクタ LTE-R38386AS-S データシート - 850nm波長 - 3.6W出力 - 3.1V順電圧 - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、信頼性の高い光源と検知機能を必要とするアプリケーション向けに設計された、個別の赤外線（IR）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、ピーク波長850ナノメートルで動作する赤外線エミッタとディテクタを統合しています。堅牢な出力と一貫した動作を要求する高性能アプリケーション向けに設計されています。

このコンポーネントの中核的な利点は、高出力赤外線エミッタと互換性のあるディテクタを単一パッケージに組み合わせている点にあります。この統合により、反射型または近接検知アプリケーションの設計が簡素化されます。エミッタは高い放射強度と広い視野角が特徴であり、ディテクタは信号受信に必要な感度を提供します。本製品はRoHSおよびグリーンプロダクトに準拠した環境規制対応品です。

ターゲット市場には、リモコンシステム、近距離無線データ伝送、セキュリティ・警報システム、および赤外線技術が好まれる様々な産業用・民生用電子機器のセンシングアプリケーションが含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

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ておらず、信頼性の高い長期性能のためには避けるべきです。

• 消費電力（Pd）：3.6ワット。これは周囲温度（Ta）25°Cにおいてデバイスが熱として放散できる最大電力です。これを超えると接合温度が過度に上昇します。
• ピーク順電流（I_FP）：5アンペア。これはパルス条件下（毎秒300パルス、10μsパルス幅）での最大許容電流です。これは直流定格よりも大幅に高く、デバイスの過渡熱容量を活用しています。
• 直流順電流（I_F）：1アンペア。エミッタが連続的に扱える最大順電流です。
• 逆電圧（V_R）：5ボルト。これより高い逆電圧を印加すると、半導体接合が破壊される可能性があります。
• 熱抵抗（R_θJ）：9 K/W。このパラメータは、半導体接合から周囲への熱の伝わりやすさを示します。値が低いほど放熱性が優れていることを意味します。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。デバイスが正しく動作することが規定されている周囲温度の範囲です。
• 保管温度範囲：-55°C から +100°C。
• 赤外線はんだ付け条件：パッケージは、最大10秒間、260°Cのピークリフロー温度に耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（Ta=25°C）下で測定され、デバイスの代表的な性能を示します。

• 放射強度（I_E）：630 mW/sr（代表値）、I_F=1A時。これは中心軸に沿った単位立体角あたりの放射光パワーを測定し、光源の明るさを示します。
• 全放射束（Φ_e）：1340 mW（代表値）、I_F=1A時。これは全方向に放射される総光パワーです。
• ピーク発光波長（λ_P）：850 nm（代表値）。光出力パワーが最大となる波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：50 nm（代表値）。最大強度の半分の強度における発光スペクトルの幅であり、スペクトル純度を示します。
• 順電圧（V_F）：3.1 V（代表値）、I_F=1A時、範囲は2.5Vから3.6V。指定電流を流したときのデバイス両端の電圧降下です。
• 逆電流（I_R）：10 μA（最大値）、V_R=5V時。デバイスが逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。
• 立ち上がり/立ち下がり時間（t_r/t_f）：30 ns（代表値）。光出力が最大値の10%から90%まで上昇する（または90%から10%まで下降する）のに必要な時間です。これは最大変調速度を決定します。
• 視野角（2θ_1/2）：90度（代表値）。放射強度が中心（0°）での値の半分になる全角度です。広い角度は広範囲のカバレッジが必要なアプリケーションに有益です。

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の挙動を理解するために重要ないくつかの特性曲線が提供されています。

3.1 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。このデバイスでは、ピークは850nmを中心とし、代表的な半値幅は50nmです。この特性は、ペアとなるディテクタの分光感度との整合や、システム内の光学フィルタとの互換性を確保するために重要です。

3.2 順電流 vs. 周囲温度

このデレーティング曲線は、周囲温度が上昇するにつれて最大許容直流順電流が減少する様子を示しています。最大接合温度を超えないようにするため、高温環境で動作する場合は駆動電流を減らす必要があります。曲線は通常、25°Cでの定格電流から最大接合温度でゼロまで直線的に減少することを示しています。

3.3 順電流 vs. 順電圧

I-V曲線は、順電流と順電圧の間の指数関数的な関係を示します。1A時の代表的なV_F3.1Vは、駆動回路の設計と消費電力（P_d= V_F* I_F）の計算における重要なパラメータです。

3.4 相対放射強度 vs. 順電流および温度

これらの曲線は、光出力パワーが駆動電流と周囲温度とともにどのように変化するかを示します。出力は通常、ある点までは電流とともに直線的に増加しますが、非常に高い電流では発熱により効率が低下する可能性があります。また、内部量子効率の低下により、温度が上昇すると出力も減少します。

3.5 放射パターン

極座標放射パターンは視野角を視覚的に表します。この図は90度の半角を確認し、様々な軸外角度での相対強度を示します。これは、光学系の設計やシステム内でのエミッタとディテクタの位置合わせに不可欠です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 外形寸法

デバイスは表面実装パッケージで提供されます。外形図には、長さ、幅、高さ、リード間隔、光学窓の位置を含むすべての重要な物理的寸法が規定されています。特に記載がない限り、公差は通常±0.1mmです。PCBフットプリント設計にはこの図面を参照することが不可欠です。

4.2 推奨はんだパッド寸法

PCB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。これには、リフローはんだ付け時に信頼性の高いはんだ接合を形成し、十分な機械的強度を提供するためのパッドサイズ、形状、間隔が含まれます。これらの推奨事項に従うことで、トゥームストーニングや不良はんだ接合を防ぐのに役立ちます。

4.3 極性識別

カソードはパッケージ図面に明確にマークされています。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。提供されるテープ・リール梱包も、自動実装のための一貫した向きを維持します。

5. はんだ付け・実装ガイドライン

5.1 保管条件

デバイスは湿気に敏感です。未開封の梱包は、推奨使用期限内1年で、≤30°C、≤90%RHで保管する必要があります。防湿バッグを開封した後は、部品を≤30°C、≤60%RHで保管してください。周囲の空気に1週間以上さらされた場合は、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ぐために、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間のベーキングが必要です。

5.2 リフローはんだ付けプロファイル

JEDEC準拠のリフロープロファイルが推奨されます。主なパラメータは以下の通りです：

• 予熱：150–200°C、最大120秒まで。基板を徐々に加熱し、フラックスを活性化します。
• ピーク温度：最大260°C。260°Cを超える時間は最小限に抑えるべきです。
• ピーク時間：最大10秒。デバイスはこのプロファイルを最大2回まで耐えることができます。

具体的なプロファイルは、実際のPCB設計、はんだペースト、使用するオーブンに合わせて特性評価する必要があります。

5.3 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先端温度を300°C以下に抑え、接点ごとの接触時間は3秒以内に制限してください。これは1回のみ行うべきです。

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のみを使用してください。強力な化学洗浄剤は避けてください。

6. 梱包・発注情報

6.1 テープ・リール仕様

部品は、エンボス加工されたキャリアテープに巻かれて7インチリールで供給されます。各リールには600個が含まれています。梱包はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しています。テープには部品を保護するためのカバーシールがあり、仕様上、リール内で連続して最大2個の部品欠品が許容されます。

6.2 型番

基本型番はLTE-R38386AS-Sです。発注および識別にはこの番号を使用してください。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

このデバイスは、一般的な電子機器を対象としています。エミッタを駆動するには、電流駆動デバイスとして使用します。回路モデル（A）を強く推奨します：複数のデバイスを並列接続する場合、各LEDに直列に電流制限抵抗を配置する必要があります。これにより、個々のLED間の順電圧（V_F）の自然なばらつきを補償することで、強度の均一性が確保されます。回路モデル（B）、すなわち個別の抵抗なしでLEDを直接並列接続する方法は、推奨されません。これは、著しい明るさの不一致や、最も低いV_F.

を持つLEDによる電流の集中（カレントホギング）を引き起こす可能性があるためです。

• 7.2 設計上の考慮事項熱管理：
• 消費電力が最大3.6Wに達するため、PCB上での適切な熱設計が重要です。デバイスのリードに接続された十分な銅面積（サーマルパッド）を使用して、接合部からの熱を逃がします。駆動電流の選択：
• 必要な放射強度と、アプリケーションの最大周囲温度に対する熱デレーティングに基づいて動作電流を選択します。絶対最大直流電流1Aを超えないようにしてください。光学的な位置合わせ：
• エミッタとディテクタの両方を使用する反射型センシングアプリケーションでは、ディテクタの視野とエミッタの照射領域を一致させるための注意深い機械設計が必要です。電気的ノイズ：

ディテクタ側については、環境光ノイズの可能性を考慮してください。データシートには、この目的のためにフォトダイオード/トランジスタにフィルタを提供できると記載されていますが、この特定のディテクタにそれが含まれているかは明記されていません。

7.3 アプリケーション制限

このデバイスは、故障が生命や健康を危険にさらす可能性のあるアプリケーション、例えば航空、交通制御、医療、または重要な安全システム向けには設計されていません。そのようなアプリケーションでは、設計導入前にメーカーに相談する必要があります。

8. 技術比較と差別化

• このデータシートでは他の型番との直接比較は提供されていませんが、このコンポーネントの主な差別化機能は以下のように推測できます：統合ソリューション：
• エミッタとディテクタを組み合わせており、部品点数を削減し、個別の部品を調達する場合と比較して光学的な位置合わせを簡素化します。高出力：
• 630 mW/srの放射強度と3.6Wの消費電力定格は、より長い距離やより強い信号を必要とするアプリケーションに適した高出力デバイスであることを示しています。高速：
• 30 nsの立ち上がり/立ち下がり時間により、高速データ伝送やパルス動作のための高周波変調が可能です。広い視野角：

90度の半角は広いカバレッジを提供し、近接検知や位置合わせがそれほど重要でないアプリケーションに有用です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを1Aで連続駆動できますか？

A: はい、ただし周囲温度が25°C以下であり、接合温度を限界内に保つための十分な放熱対策を講じている場合に限ります。より高い周囲温度では、提供された曲線に従って電流をデレーティングする必要があります。

Q: 放射強度と全放射束の違いは何ですか？

A: 放射強度（mW/sr）は、特定の方向（通常は軸上）における単位立体角あたりのパワーを測定します。全放射束（mW）は、全方向に放射される光パワーの合計を測定します。前者は焦点を絞ったアプリケーションに関連し、後者は総光出力に関連します。

Q: なぜ並列接続の各LEDに直列抵抗が必要なのですか？_FA: LEDはV_Fに対して負の温度係数を持ち、製造ばらつきもあります。個別の抵抗がないと、わずかに低いV

を持つLEDが不均衡に多くの電流を引き、そのデバイスで明るさの不均一や熱暴走を引き起こす可能性があります。

Q: 260°Cで10秒のはんだ付け条件をどのように解釈すればよいですか？

A: これは、デバイスパッケージが無鉛リフローはんだ付けの高温に耐えられることを意味します。オーブンプロファイルは、部品の本体温度が260°Cを超えず、そのピーク温度付近で過ごす時間が10秒未満になるように設計する必要があります。

10. 実用的なアプリケーション例

設計事例：自動水栓用近接センサー

このアプリケーションでは、エミッタとディテクタが防水窓の後ろに並べて取り付けられます。エミッタは常に850nmの赤外線ビームを送信します。手が蛇口の下に置かれると、赤外線が手で反射されてディテクタに戻ります。ディテクタの出力を監視するマイクロコントローラは、信号の大幅な増加を検知し、水バルブを開くようにトリガーします。

1. 設計ステップ：駆動回路：

2. 回路モデル（A）を使用します。定電流源または直列抵抗を伴う電圧源により、エミッタ電流を例えば500mAに設定し、限界内に収めながら強い信号を提供します。ディテクタインターフェース：

3. フォトディテクタ（このパッケージ内ではフォトトランジスタの可能性が高い）は、プルアップ抵抗を伴うコモンエミッタ構成で接続されます。赤外線が検知されると、コレクタの電圧が低下します。PCBレイアウト：

4. 推奨パッドレイアウトに従います。放熱のため、デバイスのグランドピンに接続された十分な広さの銅箔を設けます。アナログ検知トレースはノイジーなデジタルラインから離します。光学/機械設計：

5. エミッタの90度コーンとディテクタの視野が、所望の検知ゾーン（例：蛇口先端から5-15cm）で重なるように筐体を設計します。ソフトウェア：

マイクロコントローラにフィルタリングを実装し、反射信号を環境赤外線ノイズ（例：日光やヒーターからのもの）から識別します。

11. 動作原理

このデバイスには、2つの主要な要素が含まれています：赤外線エミッタ（IRED）：

これは通常、ガリウムヒ素（GaAs）またはアルミニウムガリウムヒ素（AlGaAs）半導体ダイオードです。順方向バイアスが印加されると、活性領域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。材料組成（AlGaAs）は、人間の目には見えない近赤外スペクトルである約850nmの波長の光子を生成するように設計されています。赤外線ディテクタ：

これは、赤外線に感度を持つシリコンまたは他の半導体材料から作られたフォトダイオードまたはフォトトランジスタです。十分なエネルギーの光子がディテクタの活性領域に衝突すると、電子-正孔対が生成されます。フォトダイオードでは、逆バイアス時に光強度に比例する光電流が生成されます。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、はるかに大きなコレクタ電流を流し、内部増幅を提供します。

12. 技術トレンド

赤外線コンポーネントは、この製品カテゴリに関連するいくつかの方向で進化を続けています：効率向上：

継続的な材料科学研究は、IREDの壁コン効率（光出力/電気入力）を向上させ、同じ光出力に対して発熱と消費電力を削減することを目指しています。高速化：

民生電子機器（例：IrDAプロトコル）における高速データ伝送の需要が、さらに短い立ち上がり/立ち下がり時間を持つデバイスの開発を推進し、より高い帯域幅の通信を可能にしています。小型化：

より小さな電子機器へのトレンドは、性能を維持または向上させながら、より小さなパッケージフットプリントのコンポーネントを求める方向に進んでいます。統合：