IR LED 0402 SMD データシート - サイズ 1.0x0.5x0.5mm - 順電圧 1.5V - ピーク波長 940nm - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高信頼性の小型表面実装型赤外線発光ダイオードの仕様を詳細に説明します。本デバイスはコンパクトな0402パッケージに収められ、ウォータークリアエポキシで成形されており、シリコンフォトダイオードやフォトトランジスタとのスペクトル整合が取れているため、センシング用途に最適です。

1.1 中核的利点

• 高信頼性：過酷なアプリケーションでも安定した性能を発揮するように設計されています。
• 小型フットプリント：両端電極の0402パッケージにより、高密度のPCB実装が可能です。
• プロセス互換性：赤外線リフローはんだ付けおよび気相リフローはんだ付けプロセスの両方に適しています。
• 環境規制適合：本製品は鉛フリー、RoHS準拠、EU REACH準拠であり、ハロゲンフリー規格（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）を満たしています。

1.2 対象アプリケーション

• PCB実装型赤外線センサー
• 高出力が要求される赤外線リモコン装置
• 光学式スキャナー
• 各種赤外線応用システム

2. 技術パラメータ詳細

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生じる可能性がある限界値を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

2.2 電気光学特性 (Ta=25°C)

これらは、標準試験条件下（特に記載がない限りIF=20mA）で測定された代表的な性能パラメータです。

3. 特性曲線分析

データシートには、設計エンジニアにとって不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。

3.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (IV曲線)

この曲線は、順方向電流（IF）と順方向電圧（VF）の間の指数関数的関係を示しています。20mAの代表的な動作点では、順方向電圧は約1.5Vです。電圧のわずかな増加でも電流が大きく、破壊的なレベルまで増加する可能性があるため、設計者は最大順方向電流を超えないように直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。

3.2 順方向電流 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許容される最大連続順方向電流が減少する様子を示しています。デバイスは約25°Cまでは定格電流全量を扱うことができます。これを超えると、最大接合温度（100°Cの動作限界によって示唆される）でゼロになるまで、最大電流を直線的に減少させる必要があります。これは高温環境での長期信頼性を確保するために重要です。

3.3 スペクトル分布

スペクトル出力グラフは、代表的なスペクトル帯域幅（半値全幅）45nmで、940nmにピーク発光波長があることを確認しています。この波長は、この領域で高い感度を持つシリコンベースの光検出器にとってほぼ最適であり、センシングアプリケーションでの信号対雑音比を最大化します。

3.4 相対放射強度 vs. 順方向電流

この曲線は、代表的な動作範囲（約40-50mAまで）では、放射出力が順方向電流とほぼ線形関係にあることを示しています。この予測可能な関係により、光学システムの設計が簡素化されます。

3.5 相対放射強度 vs. 角度変位

極座標プロットは、広い120度の半値角を特徴とする放射パターンを描いています。これにより、広範囲のカバレッジを必要とするアプリケーションや、位置合わせが重要でない近接センシングに最適な、広く拡散した赤外線ビームが提供されます。

4. 機械的仕様およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法 (0402)

本デバイスは、標準的な0402（インチ系）/ 1005（メートル系）フットプリントに準拠しています。主要寸法は、本体長約1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmです。端子寸法と間隔は、PCBランドパターン設計のために提供されています。特に指定がない限り、すべての寸法公差は通常±0.1mmです。

4.2 極性識別

パッケージは両端電極型です。極性は通常、カソード（-）側のマーキング、または透明レンズを通して見える内部チップ構造によって示されます。正確なマーキング方式については、データシートの図面を参照してください。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 保管および湿気感受性

本デバイスは湿気に敏感です。リフロー中のポップコーン現象や層間剥離を防ぐために対策を講じる必要があります：

• 元の防湿バッグに入れ、30°C以下 / 90%RH以下で保管してください。
• 出荷後1年以内に使用してください。
• バッグ開封後は、30°C以下 / 60%RH以下で保管し、168時間（7日）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を示した場合は、使用前に60±5°Cで最低24時間ベーキングしてください。

5.2 リフローはんだ付けプロファイル

推奨される鉛フリーリフロー温度プロファイルが提供されています。主要パラメータは以下の通りです：

• 予熱およびソークゾーン。
最大温度上昇率。
• 本体ピーク温度は260°Cを超えないこと。
• 液相線温度（例：217°C）以上の時間。
• 冷却速度。

5.3 手はんだ付けおよびリワーク

手はんだ付けが必要な場合：

• 先端温度<350°Cのはんだごてを使用してください。
• はんだごての出力は25W以下に制限してください。
• 端子ごとの接触時間は≤3秒にしてください。
• 各端子のはんだ付けの間隔は最低2秒空けてください。

6. 梱包および発注情報

6.1 テープ＆リール仕様

本デバイスは、エンボス加工されたキャリアテープに巻かれてリールで供給されます。標準リールには3000個が収容されています。自動実装機のセットアップのために、キャリアテープの詳細寸法（ポケットサイズ、ピッチ、テープ幅）およびリール仕様が提供されています。

6.2 梱包手順

リールは、乾燥剤と湿度指示カードを入れた密閉アルミ防湿バッグに梱包され、乾燥した保管状態を維持します。

6.3 ラベル情報

パッケージラベルには、トレーサビリティと検証のための重要な情報が含まれています：

• CPN (顧客部品番号)
• P/N (メーカー部品番号: IR16-213C/L510/TR8)
• QTY (数量)
• CAT (ビニング/ランクコード)
• HUE (ピーク波長)
• LOT No. (製造ロット番号)
• 原産国

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

最も重要な設計側面は電流制限です。LEDは電流駆動デバイスです。直列抵抗（R_s）は、電源電圧（V_cc）、所望の順方向電流（I_F）、およびLEDの順方向電圧（V_F）に基づいて計算する必要があります： R_s= (V_cc- V_F) / I_F。5V電源および20mA目標電流の場合： R_s≈ (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω。標準的な180Ω抵抗が適しています。最悪ケースのV_F(最小) での実際の電流が最大定格を超えないことを常に確認してください。

7.2 熱管理

0402パッケージは熱容量が限られていますが、特に大電流または高周囲温度のアプリケーションでは、電力損失に注意を払う必要があります。PCBがはんだパッド周囲に十分な銅面積を提供してヒートシンクとして機能し、温度に応じた電流デレーティングガイドラインに従うことを確認してください。

7.3 光学設計

広い120度の視野角により、このLEDは広い照射を必要とするアプリケーションに適しています。より長距離または指向性の高いビームの場合は、二次光学系（レンズ）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、発光する赤外線の吸収を最小限に抑えます。

8. 技術比較および差別化

他の赤外線LEDと比較して、この0402デバイスは以下の重要なバランスを提供します：

• より大きなパッケージ（例：5mm）との比較：フットプリントが大幅に小さく、プロファイルが低いため、小型化が可能です。総放射出力は通常低くなりますが、アレイや高密度配置への適合性は高くなります。
• 他のSMD IR LED（例：0603）との比較：0402パッケージは、PCB上で可能な限り最高の部品密度を実現し、超小型リモコンやセンサーなどの空間制約の厳しい現代の電子機器において決定的な利点となります。
• 非準拠デバイスとの比較：RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格への完全準拠は、今日のほとんどの商業および産業製品にとって必須要件であり、サプライチェーンと最終製品認証を簡素化します。

9. よくある質問 (FAQ)

9.1 940nm波長の目的は何ですか？

940nmは近赤外スペクトルにあります。人間の目には見えませんが、安価なシリコンフォトダイオードやフォトトランジスタのピーク感度とよく一致します。また、可視赤色LEDと比較して周囲の可視光からの干渉が少なく、センシングアプリケーションでの信号の完全性が向上します。

9.2 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要ですか？

LEDのI-V特性は指数関数的です。膝電圧を超えると、電圧のわずかな増加が電流の非常に大きな増加を引き起こします。電流を制御する直列抵抗なしで、LEDを電圧源（小さな電池でも）に直接接続すると、ほぼ確実に最大定格電流を超えて駆動され、瞬時の過熱と故障を引き起こします。

9.3 データ伝送（IRリモコンのような）に使用できますか？

はい、これは主要なアプリケーションです。高速スイッチング速度（GaAlAs材料によって示唆される）と大電流パルスへの適合性により、リモコン、赤外線データ通信（IrDA）システム、および光アイソレーションにおける変調データ伝送に適しています。

9.4 放射強度仕様はどのように解釈すればよいですか？

放射強度（I_e）が2.35 mW/sr（代表値）であることは、LEDが中心軸に沿ってステラジアン（立体角の単位）あたり2.35ミリワットの光パワーを放射することを意味します。これは、IR光源が主方向にどれだけ明るいかを測る尺度です。総放射束（mW単位のパワー）は、強度にビームの立体角を乗算することで推定できます。

10. 設計および使用例

10.1 シンプルな近接センサー

一般的なアプリケーションは、反射光方式の近接センサーです。IR LEDは、PCB上のフォトトランジスタの隣に配置されます。マイクロコントローラは、パルス電流（例：20mAパルス）でLEDを駆動します。フォトトランジスタは、物体から反射した赤外線を検出します。検出された信号の強度は、物体の距離と反射率に関連します。このLEDの広い視野角により、完全に位置合わせされていない物体の検出にも十分なカバレッジが確保されます。

11. 動作原理

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、半導体p-n接合ダイオードです。順方向バイアスがかかると、n領域からの電子が活性領域（GaAlAsチップ）でp領域からの正孔と再結合します。この再結合プロセスにより、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。放出される光子の特定の波長（この場合は940nm）は、使用される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。ウォータークリアエポキシパッケージはチップを封止保護すると同時に、赤外線の損失を最小限に抑えて透過させます。

12. 業界動向

光エレクトロニクスの動向は、すべてのエレクトロニクスと同様に、小型化、高集積化、効率改善に向かっています。0402パッケージは、より小さな受動部品および能動部品への継続的な推進を表しています。将来の開発には以下が含まれる可能性があります：

• 電力密度の向上：ますます小さくなるチップの発光効率（電気入力あたりの放射出力）の改善。
• 統合ソリューション：IRエミッタ、ドライバ、検出器を単一のモジュールまたはパッケージに組み合わせ、設計を簡素化し性能を向上させる。
• 新たな波長：アイセーフシステムや異なるセンサー最適化などの特定のアプリケーションのための、他のIR波長（例：850nm、1050nm）でのエミッタの開発。
• 先進的パッケージング：高電力小型デバイスでの熱管理のため、熱伝導率の高い材料の使用。