IRR60-48C/TR8 LED データシート - サイズ 6.0x4.8x1.1mm - 電圧 1.4-2.1V - 電力 50-70mW - 二波長 660nm/905nm - 技術文書

1. 製品概要

IRR60-48C/TR8は、ミニチュア表面実装型（SMD）赤外線発光ダイオードです。これは、単一パッケージ内に2つの異なる半導体チップを内蔵した二色コンポーネントです：一つは660nm（赤色、AlGaInP材料）で発光し、もう一つは905nm（赤外線、AlGaAs材料）で発光します。デバイスは、フラットトップ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に封止されており、自動実装システムおよび標準的な赤外線または気相リフローはんだ付けプロセスとの互換性を考慮して設計されています。

このコンポーネントの主な設計目的は、フォトダイオードやフォトトランジスタなどのシリコンベースの光検出器とのスペクトルマッチングです。この特性は、精密な光結合が要求されるセンシングアプリケーションに特に適しています。デバイスは、ハロゲンフリーであり、RoHSおよびEU REACH規制に準拠するなど、現代の環境基準を遵守しています。

2. 技術仕様詳細

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発生する可能性のある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 連続順方向電流（I_F)）：両波長とも30 mA。これは連続的に印加できる最大の直流電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP)）：150 mA。この定格は、パルス幅≤10μs、デューティサイクル≤1%のパルス条件下でのみ適用されます。
• 逆電圧（V_R)）：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 電力損失（P_d)）：660nmチップで70 mW、905nmチップで50 mW（周囲温度25°C以下で測定）。この差は、異なる半導体材料の典型的な効率と熱特性を反映しています。
• 熱抵抗、接合部-周囲間（R_θj-a)）：550 K/W。このパラメータは、半導体接合部から周囲環境へ熱がどれだけ効果的に伝達されるかを示します。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・保管温度範囲：-25°C ～ +85°C。
• はんだ付け温度（T_sol)）：最大260°C、持続時間は5秒以内（鉛フリーリフロー工程に典型的）。

2.2 電気光学特性

これらは、特に断りのない限り、順方向電流20mA、25°Cで測定した典型的な性能パラメータです。

• 放射強度（I_E)）：単位立体角（ステラジアン）あたりの発光パワーです。660nm（赤）チップの典型的な値は2.3 mW/sr（最小1.0）です。905nm（赤外）チップの典型的な値は1.0 mW/sr（最小0.5）です。
• 総放射パワー（P_o)）：全方向に放射される総光パワーです。典型的な値は、赤色で7.0 mW、赤外で3.0 mWです。
• ピーク波長（λ_p)）：放射が最も強くなる波長です。赤色チップは660nm（範囲657-663nm）を中心とします。赤外チップは905nm（範囲895-915nm）を中心とします。
• スペクトル帯域幅（Δλ））：最大強度の半分の強度における放射スペクトルの幅（半値全幅 - FWHM）です。典型的な値は、赤色で20nm、赤外で60nmです。赤外チップの広い帯域幅は、AlGaAs材料の特徴です。
• 順方向電圧（V_F)）：ダイオードが導通しているときの両端の電圧降下です。赤色チップは通常2.10V（範囲1.80-2.50V）を必要とします。赤外チップは通常1.40V（範囲1.10-1.60V）を必要とします。この差は、特に両チップを共通電源から駆動する場合の回路設計において重要です。
• 指向角（2θ_1/2)）：放射強度がピーク値の少なくとも半分である角度の広がりです。赤色チップの典型的な指向角は140°、赤外チップは130°です。フラットトップレンズがこの広い指向角に寄与しています。

3. 特性曲線分析

3.1 順方向電流 vs. 周囲温度

デレーティング曲線は、周囲温度が上昇するにつれて許容される最大連続順方向電流が減少することを示しています。これは熱暴走を防ぐための重要な設計上の考慮事項です。赤色と赤外の両チップの曲線は同様の負の傾きに従い、高温環境または高電流アプリケーションにおける適切な熱管理の必要性を強調しています。

3.2 スペクトル分布

スペクトルグラフは、波長にわたる相対放射強度を示しています。660nmの赤色放射は、AlGaInP材料に特徴的な鋭く狭いピークを示します。905nmの赤外放射は、AlGaAsに典型的なより広いガウス分布を示します。このスペクトル純度（赤色用）と帯域幅（赤外用）は、フィルタ選択や信号対雑音比に影響を与えるため、センサーシステム設計の鍵となります。

3.3 放射強度 vs. 順方向電流

これらのプロットは、標準動作範囲内で、両チップの駆動電流と光出力の間にほぼ線形の関係があることを示しています。この直線性は、アナログ変調アプリケーションにおける光出力制御を簡素化します。直線の傾き（効率）は二つの波長間で異なります。

3.4 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

I-V曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。ターンオン電圧は明確に確認でき、二つのチップ間で異なります（赤色の方が高い）。曲線は自己発熱効果を最小限に抑えるためにパルス条件下（100μsパルス、1/100デューティサイクル）で測定されており、接合特性を最も正確に表しています。

3.5 相対放射強度 vs. 角度変位

これらの極座標プロットは、指向角を視覚的に表しています。強度分布は両チップともほぼランバート（余弦）的であり、赤色の方がわずかに広くなっています。この情報は、適切な照射範囲を確保したり、検出器との位置合わせを行ったりするための光学システム設計に不可欠です。

4. 機械的・パッケージ情報

デバイスは、長さ6.0mm、幅4.8mm、高さ1.1mmのコンパクトなSMDパッケージに収められています。外形図は、パッドサイズ、配置、禁止領域を含むPCBフットプリント設計に不可欠な寸法を提供します。コンポーネントは、レンズとして機能するフラットトップを備えたウォータークリア成形プラスチックボディを特徴とします。極性はパッケージマーキングで示されており、正しい電気動作を確保するために実装時に遵守する必要があります。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付け

本コンポーネントは、ピーク温度260°Cの鉛フリーリフローはんだ付けプロファイルと互換性があります。熱衝撃やプラスチックパッケージへの損傷を避けるため、推奨される温度-時間プロファイルを遵守することが重要です。同一デバイスでのリフローはんだ付けは2回までとします。加熱中のLEDボディへの応力や、はんだ付け後の回路基板の反りは避ける必要があります。

5.2 手はんだ付け

修理のために手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です。はんだごて先端温度は350°C以下とし、端子ごとの接触時間は3秒を超えないようにしてください。低電力（≤25W）のこての使用を推奨します。各端子のはんだ付けの間には、最低2秒の間隔を空けてください。取り外しにはダブルヘッドはんだごての使用が熱応力を最小限に抑えるために提案されますが、デバイス特性への影響は事前に確認する必要があります。

5.3 保管および湿気感受性

本デバイスは湿気に敏感です。注意事項は以下の通りです：

• 使用準備が整うまで防湿バッグを開封しないでください。
• 未開封のバッグは、温度≤30°C、相対湿度≤90%で保管し、1年以内に使用してください。
• 開封後は、温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管し、24時間以内に使用してください。
• 保管時間を超過した場合、または乾燥剤が湿気の侵入を示した場合は、リフロー前に60±5°Cで少なくとも24時間のベーキング処理が必要です。

6. 包装および発注情報

デバイスは、自動ハンドリング用のエンボスキャリアテープに供給されます。標準リールには1000個が収容されています。キャリアテープの寸法は、標準フィーダーシステムとの互換性を確保するために規定されています。防湿包装は、乾燥剤と湿度指示カードを含むアルミラミネート袋で構成されています。バッグラベルには、顧客部品番号（CPN）、製品番号（P/N）、数量、ランクコード（CAT、HUE）、リファレンス、ロット番号、原産国が記載されています。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 光学センサー：二波長により、物体検出、カウント、位置検知のための反射型または透過型センサーでの使用が可能です。905nm波長は、可視光が望ましくない場合によく使用され、660nmの赤色は可視インジケータとして、または特定の測光センシングに使用できます。
• 医療用パルスオキシメーター：660nmおよび905nm（または940nm）波長は、血中酸素飽和度（SpO2）を測定するパルスオキシメーターで標準的です。シリコン検出器とのスペクトルマッチングは、このアプリケーションに不可欠です。
• 産業オートメーション：光学エンコーダー、エッジ検出システム、安全カーテンなどで使用されます。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：電圧源からの動作には、外部直列抵抗が必須です。I-V曲線の急峻な傾きは、わずかな電圧変化が大きな電流変化を引き起こすことを意味し、LEDを瞬時に破壊する可能性があります。
• 熱管理：指定された熱抵抗（550 K/W）は比較的高い値です。高電流での連続動作や高温環境では、接合温度を限界内に維持するために、十分な銅面積を放熱用に確保したPCBレイアウトを推奨します。
• 光学設計：広い指向角のため、特定のセンシングタスクのために光を平行光にしたり集光したりするには、二次光学系（レンズ、絞り）が必要になる場合があります。ウォータークリアレンズは、正確な放射パターンが重要でないアプリケーション、または外部光学系を使用するアプリケーションに適しています。
• 駆動回路：二つのチップの異なる順方向電圧は、それらを独立して駆動したり、多重化したりする場合に考慮する必要があります。安定した光出力のためには、定電圧駆動よりも定電流駆動が望ましいです。

8. 技術比較と差別化

IRR60-48C/TR8の主な差別化点は、その二波長・単一パッケージ設計にあります。二つの別々のSMD LEDを使用する場合と比較して、以下のような大きな利点があります：

• スペース節約：PCBフットプリントを50%削減します。
• 実装の簡素化：配置する部品が一つだけなので、製造スループットが向上し、実装コストが削減されます。
• 位置合わせの改善：二つの発光点は同一パッケージ内に同居しているため、両波長が同じスポットを照射する必要があるアプリケーションで完璧な空間的位置合わせを保証します。これはパルスオキシメーターなどのデバイスで重要です。
• 材料互換性：赤色にAlGaInPを使用することで、GaAsPなどの旧来技術と比較して高い効率と優れたスペクトル純度を提供し、AlGaAs赤外チップは近赤外領域で強力な出力を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 両方のLEDチップを、それぞれの最大連続電流30mAで同時に駆動できますか？

A: できません。総電力損失を考慮する必要があります。30mAでの同時動作は、パッケージの熱放散能力を超え、過熱を引き起こす可能性が高いです。周囲温度とアプリケーション固有のデューティサイクルに基づくデレーティングが必要です。

Q: 同じ電流で、赤外チップの放射強度が赤色チップよりも低いのはなぜですか？

A: これは主に、目の感度（測光測定 vs. 放射測定）の違いと、それぞれの波長における異なる半導体材料（AlGaAs vs. AlGaInP）の固有の変換効率の違いによるものです。総放射パワー指標は、総光出力をより適切に比較します。

Q: データシートにははんだ付け温度260°Cとありますが、私のリフロープロファイルのピークは245°Cです。これは問題ありませんか？

A: はい、ピーク温度245°Cは許容可能であり、液相線温度以上の時間（TAL）が適切なはんだ接合形成に十分であれば、コンポーネントにかかる熱応力を低減できるため、むしろ好ましい場合もあります。

Q: 開封後24時間以内使用の制限はどれほど重要ですか？

A: 信頼性の高いリフローはんだ付けにとって非常に重要です。プラスチックパッケージに吸収された湿気がリフロー中に蒸発し、内部剥離、クラック（"ポップコーン現象"）、またはボンディングワイヤの損傷を引き起こす可能性があります。製造における高歩留まりのためには、このガイドラインを遵守することが不可欠です。

10. 設計および使用事例

シナリオ：反射型物体センサーの設計

黒いコンベアベルト上の白い物体を検出する典型的なアプリケーションでは、IRR60-48C/TR8はシリコンフォトトランジスタと組み合わせられます。905nm赤外チップは、周囲の可視光の干渉を避けるために、主センシングに使用されます。20mAに設定された定電流源がLEDを駆動します。光は物体で反射され、フォトトランジスタによって検出され、その出力信号は増幅器/コンパレータ回路で処理されます。赤外チップの広い130°の指向角は、十分な検出視野を確保し、位置合わせ精度の要求を緩和します。設計者は、電圧源を使用する場合は電流制限抵抗を含め、PCBレイアウトでいくらかの放熱対策を講じ、基板がリフローはんだ付けされる前に厳格な湿気取り扱い手順に従う必要があります。

11. 動作原理

IRR60-48C/TR8における発光は、半導体材料におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。チップのバンドギャップエネルギーを超える順方向バイアス電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域に注入され、そこで再結合します。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。放出される光の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます：660nm（赤）にはAlGaInP、905nm（赤外）にはAlGaAsです。ウォータークリアエポキシパッケージはチップを封止し、機械的保護を提供し、その成形された上面は放射パターンを制御する一次レンズとして機能します。

12. 技術トレンド

IRR60-48C/TR8のようなSMD LEDの開発は、いくつかの業界トレンドに従っています：

• 小型化：より高密度の電子アセンブリを可能にするためのパッケージサイズの継続的な縮小（例：0603から0402へ）。
• マルチチップ統合：複数の波長、さらには異なるデバイスタイプ（LEDとフォトダイオード）を単一パッケージに組み合わせ、よりスマートでコンパクトなセンサーモジュールを実現。
• 効率向上：内部量子効率と半導体材料およびパッケージからの光取り出し効率の継続的な改善により、同じ電気入力に対してより高い光出力を実現。
• 信頼性向上：より高いリフロー温度、過酷な環境条件に耐え、より長い動作寿命を提供するためのパッケージ材料とプロセスの進歩。
• 標準化：標準化されたフットプリントと光学特性の広範な採用により、互換性が向上し、エンジニアの設計が簡素化。

これらのトレンドは、拡大する光電子アプリケーションの範囲に向けて、より小型、スマート、効率的、かつ信頼性の高いソリューションへとコンポーネントの進化を推進しています。