LTE-S9511T-E 赤外線発光・受光素子 データシート - 940nm ピーク波長 - 25度 指向角 - 100mW 許容損失 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-S9511T-Eは、幅広い光電子応用向けに設計された個別赤外線素子です。高電力、高速、特定の光学特性を必要とするソリューションを提供するために設計されたデバイスファミリーに属します。この素子は、目標性能指標を達成するために、赤外線発光素子の標準技術であるGaAs（ガリウムヒ素）技術を用いて構築されています。

1.1 主要な特徴と利点

本デバイスは、現代の電子実装および環境基準に適合するいくつかの主要な特徴を備えています。RoHS指令に準拠しており、グリーン製品に分類されます。パッケージングは大量生産との互換性を考慮して設計され、7インチ径リール上の8mmテープに供給され、自動実装装置との互換性があります。さらに、この素子は赤外線リフローはんだ付けプロセスに耐えることができ、表面実装技術（SMT）組立ラインにとって重要な要件です。パッケージ自体はEIA標準に準拠しており、機械的な互換性を保証します。

1.2 対象アプリケーションと市場

この素子の主な用途は赤外線発光素子としてです。その特性から、家電製品のリモコン、赤外線ベースの無線データ伝送リンク、セキュリティアラーム、その他のセンシングアプリケーションなどのシステムへの統合に適しています。PCB実装構成を想定しており、コンパクトで信頼性の高い赤外線光源を提供します。

2. 技術仕様と客観的解釈

このセクションでは、データシートに定義されたデバイスの電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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。通常動作を意図したものではありません。

• 許容損失（Pd）：100 mW。これは、熱的限界を超えることなくデバイスが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順方向電流（I_FP）：1 A。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。DC定格よりも大幅に高く、データ伝送やリモコンで一般的なパルス動作能力を強調しています。
• DC順方向電流（I_F）：50 mA。デバイスが連続的に扱える最大順方向電流です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。これ以上の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。
• 動作温度範囲（T_op）：-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範囲です。
• 保存温度範囲（T_stg）：-55°C から +100°C。非動作状態での保存温度範囲です。
• 赤外線はんだ付け条件：最大10秒間、260°Cに耐える。これはリフローはんだ付けプロファイルの許容範囲を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件下、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。

• 放射強度（I_E）：I_F= 20mA時、6.0 mW/sr（代表値）。単位立体角（ステラジアン）あたりに放射される光パワーを測定します。アプリケーションにおける有効距離や信号強度を決定するための重要なパラメータです。
• ピーク発光波長（λ_p）：940 nm（代表値）。放射される光パワーが最大となる波長です。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が、シリコンフォトダイオードやフォトトランジスタで検出可能です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：50 nm（代表値）。これはスペクトル帯域幅、つまり放射される波長の範囲を示します。50 nmという値は標準的なGaAs赤外線発光ダイオードで一般的です。
• 順方向電圧（V_F）：I_F= 20mA時、1.2 V（代表値）、1.5 V（最大値）。電流が流れているときのデバイス両端の電圧降下です。駆動回路の設計や消費電力の計算に重要です。
• 逆電流（I_R）：V_R= 5V時、10 μA（最大値）。デバイスが逆バイアスされたときに流れるわずかなリーク電流です。
• 指向角（2θ_1/2）：25度（代表値）。放射強度が中心軸上の値の半分に低下する全角として定義されます。25度の角度は比較的絞られたビームを示し、指向性通信やセンシングに有益です。

3. 性能曲線分析

データシートには、主要パラメータ間の関係を示すいくつかのグラフが含まれています。これらの曲線は、非標準条件下でのデバイスの挙動を理解するために不可欠です。

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。約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 順方向電流対順方向電圧（I-V曲線）

この曲線（図3）は、あらゆる半導体デバイスの基礎となるものです。IREDを流れる電流とその両端の電圧との非線形関係を示しています。この曲線は温度とともにシフトし、設計における熱管理にとって重要です。

3.3 温度依存性

図2および図4は、デバイスの性能が周囲温度とともにどのように変化するかを示しています。一般的に、ダイオードの順方向電圧は負の温度係数を持ち（温度上昇とともに減少）、光出力も温度上昇とともに一般的に減少します。これらのグラフにより、設計者は高温環境での性能をディレーティング（減額使用）することができます。

3.4 相対放射強度対順方向電流

図5は、光出力が駆動電流とともにどのようにスケールするかを示しています。一般的にサブリニア（非線形）です。電流を2倍にしても光出力は2倍になりません。この関係は、所望の輝度や信号強度を効率的に達成するための動作点を設定する際に重要です。

3.5 放射パターン

極座標図（図6）は、中心軸からの角度の関数としての放射強度の詳細なマップを提供します。この25度指向角のデバイスは、中心で最も強く、端に向かって減衰するビームパターンを示しており、受信機の視野角との整合など、光学システム設計にとって重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 外形寸法

データシートには、部品の詳細な機械図面が提供されています。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。この部品は、サイドビューレンズを備えたウォータークリアプラスチックパッケージを特徴とし、放射光の放射パターンを形成します。特に指定がない限り、すべての重要な寸法は標準公差±0.15mmで提供されます。

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）が含まれています。これらの寸法を遵守することは、リフロー時の適切なはんだ接合部の形成、良好な機械的強度の確保、およびデバイスからの熱放散を促進するために極めて重要です。

4.3 極性識別

標準的なLEDの極性規則が適用されます。カソードは通常、パッケージ本体の平らなエッジ、切り欠き、または短いリードで示されます。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。

5. 組立、取り扱い、信頼性ガイドライン

5.1 はんだ付けおよび組立ガイド

本デバイスは赤外線リフローはんだ付けに対応しています。データシートは重要なプロファイルパラメータを規定しています：

• 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（最大2回のリフローサイクルまで）。

5.2 保存条件

この部品の湿気感受性レベル（MSL）は3です。これは以下のことを意味します：

• 密封バッグ内：温度≤30°C、相対湿度≤90%で最大1年間保存可能。
• バッグ開封後：温度≤30°C、相対湿度≤60%で保存する必要があります。部品は1週間（168時間）以内にリフローする必要があります。元のバッグ外でより長く保存する場合は、乾燥キャビネットまたは乾燥剤を入れた密閉容器に保存しなければなりません。1週間以上暴露された場合は、はんだ付け前に少なくとも20時間、60°Cでベーキング（乾燥）を行い、リフロー時のポップコンクラックを防止する必要があります。

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。強力または侵襲性のある化学薬品は、プラスチックパッケージやレンズを損傷する可能性があります。

6. パッケージングおよび注文情報

6.1 テープ＆リール仕様

部品は、カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに供給され、7インチ（178mm）径リールに巻かれています。各リールには3000個が含まれます。パッケージングはANSI/EIA-481-1-A-1994標準に準拠しています。仕様には、ポケット寸法、テープ幅、リールハブサイズが含まれ、自動ピックアンドプレースマシンとの互換性を確保します。

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 駆動回路設計

重要な設計上の注意点は、LEDは電流駆動デバイスであるということです。データシートは、単一の電圧源と単一の電流制限抵抗から複数のLEDを直接並列接続すること（回路モデルB）を強く推奨していません。個々のデバイスの順方向電圧（V_F）の自然なばらつきにより、電流は均等に分配されず、輝度の大きな差や1つのデバイスの過剰ストレスの原因となります。推奨される方法（回路モデルA）は、各LEDと直列に個別の電流制限抵抗を使用することです。これにより、均一な電流、したがってアレイ内のすべてのデバイス間での均一な放射強度が保証されます。

7.2 熱管理

絶対最大許容損失は100mWですが、特に高い周囲温度では、実際の動作はこの限界を十分に下回るようにすべきです。ディレーティング曲線（図2、図4）を参照する必要があります。性能と寿命を維持するために、デバイスの接合部から熱を逃がすための十分なPCB銅面積（推奨パッドレイアウトを使用することが役立ちます）が必要です。

7.3 光学設計

25度の指向角とサイドビューレンズパッケージは、赤外線エネルギーがどのように指向されるかに影響を与えます。センシングや通信リンクで最適な性能を得るためには、発光素子の放射パターンを受信素子の角度感度プロファイルと整合させる必要があります。この整合には放射図（図6）が不可欠です。異なるビームパターンを必要とするアプリケーションでは、外部レンズや反射器が必要になる場合があります。

8. 技術比較と差別化

940nmのピーク波長を持つLTE-S9511T-Eは、汎用赤外線アプリケーション向けに位置付けられています。主な差別化要因には、エッジ照明や特定の光路要件に有用なサイドビューパッケージ、および自動組立プロセスとの互換性が含まれます。より広い指向角（例：60-120度）を持つデバイスと比較して、この部品は所定の駆動電流に対してより高い軸上強度を提供し、指向性リンクではより長い距離またはより低い消費電力につながる可能性があります。その940nm波長は一般的な標準であり、そのスペクトル用に設計されたシリコンベースの赤外線受信機やフィルターとの幅広い互換性を保証します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 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: GPIOの電流供給能力によります。代表的な駆動電流20mAでは、GPIOは少なくともこれだけの電流を供給できなければなりません。電流を制限するための直列抵抗は常に必要で、R = (V_supply- V_F) / I_Fとして計算されます。3.3V電源、20mA時のV_Fが1.2Vの場合、R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105オームです。100オーム抵抗が標準的な選択となります。

Q2: ピーク波長（λ_p）と主波長（λ_d）の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、スペクトルパワー分布曲線の最大点における波長です。主波長は測色法から導き出され、知覚される色を表します。単色赤外線発光素子では、通常これらは非常に近い値ですが、λ_pが光電子性能の標準的な技術仕様です。

Q3: なぜパルス電流定格（1A）はDC定格（50mA）よりもずっと高いのですか？

A: これは熱的限界によるものです。非常に短いパルス（10μs）の間、半導体接合部は著しく加熱する時間がなく、最大接合温度を超えることなくはるかに高い瞬間電流を許容できます。DC動作では熱が連続的に蓄積するため、温度を安全な限界内に保つために電流を制限する必要があります。

10. 実用的なアプリケーション例

例1: シンプルな赤外線リモコン送信機。LTE-S9511T-Eは、基本的なリモコンの発光素子として使用できます。マイクロコントローラがコマンドプロトコル（例：NEC、RC5）に対応する変調デジタル信号（例：38kHzキャリア）を生成します。この信号は、最大1Aのピーク定格でIREDをパルス電流で駆動するトランジスタをスイッチングし、赤外線光のバーストを生成します。絞られた25度のビームは、信号が受信機に向けられることを確実にするのに役立ちます。

例2: 近接または物体検出センサー。別個のフォトトランジスタまたはフォトダイオード受信機と組み合わせて、発光素子は物体の有無を検出するために使用できます。発光素子はギャップを横切って赤外線を照射します。物体がビームを遮ると、受信機の信号が低下し、検出イベントがトリガーされます。サイドビューパッケージは、光路がPCBと平行なコンパクトなセンサーアセンブリの設計において有利です。

11. 動作原理

LTE-S9511T-Eは、ガリウムヒ素（GaAs）半導体材料に基づく発光ダイオード（LED）です。P-N接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。GaAsのような直接遷移型半導体では、この再結合によりエネルギーが光子（光）の形で放出されます。材料の特定のエネルギー帯隙が発光波長を決定します。GaAsの場合、これは約940nmの赤外線放射をもたらします。サイドビューレンズは、半導体チップを封止し、放射光を指定された放射パターンに形成するウォータークリアエポキシで作られています。

12. 業界の状況とトレンド

LTE-S9511T-Eのような個別赤外線部品は、依然としてエレクトロニクスの基本的な構成要素です。ジェスチャーセンシングなどの特定のアプリケーション向けに、発光素子、検出器、ロジックを1つのパッケージに統合したセンサーモジュールが増えていますが、個別部品は設計の柔軟性、大量アプリケーションにおけるコスト効率、および光路を独立して最適化する能力を提供します。業界のトレンドには、小型化、高効率化（電気入力あたりの光出力の向上）、および鉛フリー高温はんだ付けプロセスとの互換性向上への継続的な需要が含まれます。このデバイスのRoHSおよびグリーン製品準拠は、エレクトロニクス業界を推進する世界的な環境規制と一致しています。