IR26-91C/L510/2D 赤外線LED データシート - 3.0x1.0mm SMDパッケージ - 940nm波長 - 1.6V順方向電圧 - 技術文書

1. 製品概要

IR26-91C/L510/2Dは、小型表面実装型（SMD）赤外線発光ダイオードです。透明プラスチック製で球形トップビューレンズを備えたコンパクトな3.0mm x 1.0mmパッケージに収められています。この部品の主な機能は、ピーク波長940ナノメートル（nm）の赤外線を発光することで、これは一般的なシリコンフォトダイオードやフォトトランジスタの感度とスペクトル的に整合しています。この特性により、精密な光結合が求められる赤外線センシングおよび通信システムにおける理想的な光源となっています。

1.1 主要な特徴と利点

本デバイスは、いくつかの重要な技術的および規制準拠上の利点を提供します。主な光学特性は、シリコンベースの検出器との最適な性能と良好な大気透過性を両立するために選択された940nmのピーク波長です。電気的特性としては、20mA時で典型的に1.3Vという低い順方向電圧を誇り、エネルギー効率の高い動作に貢献します。この部品は無鉛（Pbフリー）で製造され、欧州連合の有害物質使用制限（RoHS）指令および化学物質の登録、評価、認可および制限（REACH）規則に準拠しています。また、ハロゲンフリーに分類され、臭素（Br）および塩素（Cl）の含有量はそれぞれ900ppm未満、その合計は1500ppm未満です。

1.2 対象アプリケーション

この赤外線LEDは、様々な赤外線応用システムでの使用を想定して設計されています。典型的な用途には、近接センサー、物体検知、非接触スイッチ、光学エンコーダー、短距離データ伝送リンクなどが含まれます。その小型フォームファクタとSMD設計は、民生用電子機器、産業オートメーション、自動車内装センシングモジュールにおける自動組立プロセスに適しています。

2. 技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。これらの定格を理解することは、信頼性の高い回路設計とデバイスの長期性能を確保するために極めて重要です。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、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。これらの定格は連続動作のためのものではありません。連続順方向電流（I_F）は65 mAで定格されています。700 mAという大幅に高いピーク順方向電流（I_FP）も許容されますが、厳密なパルス条件（パルス幅 ≤ 70マイクロ秒（μs）、デューティサイクル ≤ 0.7%）でのみです。最大逆電圧（V_R）は5Vで、このLEDが逆バイアスに対して非常に低い耐性しか持たないことを示しています。デバイスは周囲温度（T_opr）が-40°Cから+85°Cの範囲で動作し、（T_stg）が-40°Cから+100°Cの範囲で保管できます。リフロー時の最大はんだ付け温度（T_sol）は、5秒を超えない時間で260°Cです。周囲温度25°C以下の自由空気中での最大許容損失（P_d）は100 mWです。また、静電気放電（ESD）保護機能を備えており、人体モデル（HBM）定格は最小2000V、マシンモデル（MM）定格は最小200Vです。

2.2 電気光学特性

電気光学特性表は、指定された試験条件（Ta=25°C）下での典型的および最大/最小値を提供します。放射強度（I_e）（単位立体角あたりの光パワーの尺度）は、順方向電流20mA時で典型的に8.0ミリワット/ステラジアン（mW/sr）です。ピーク波長（λ_p）は940nmを中心としています。スペクトル帯域幅（Δλ）（ピーク強度の半分の強度で発光される波長の範囲を表す）は、典型的に45nmです。順方向電圧（V_F）は、20mA時で典型的に1.3Vから最大1.6Vの範囲です。逆電流（I_R）は、5Vの逆バイアスが印加された時の最大値が10マイクロアンペア（μA）です。視野角（強度がピーク値の半分に低下する全角として定義）は非対称で、X軸方向で約130度、Y軸方向で約20度です。これにより、非常に楕円形の放射パターンが形成され、ビーム整形やセンサーアライメントにおいて重要な設計考慮事項となります。

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、非線形関係を理解し、異なる動作環境向けに設計するために不可欠です。

3.1 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最大許容連続順方向電流がどのように減少するかを示しています。25°Cでは、定格通りの65mAが利用可能です。温度が上昇すると、最大接合温度と許容損失の限界を超えないように電流を減らす必要があり、これにより長期信頼性が確保されます。

3.2 スペクトル分布

スペクトル分布プロットは、波長の関数としての光出力をグラフで表しています。これは940nmでのピークと、約45nmのスペクトル帯域幅（半値全幅 - FWHM）を確認するものです。この曲線は、可視光（約700nm以下）がほとんど発光されないことを示しており、IRシステムでの目立たない動作に望ましい特性です。

3.3 放射強度 vs. 順方向電流

この曲線は、駆動電流と光出力パワーの関係を示しています。低電流域では一般的に線形ですが、熱効果により非常に高い電流では飽和や効率低下を示す可能性があります。設計者はこれを使用して、検出器で特定の信号レベルを達成するために必要な駆動電流を決定します。

3.4 角度放射パターン

X軸とY軸それぞれのプロットは、光学的中心（0°）からの角変位の関数としての相対放射強度を示しています。X軸パターンは非常に広く（半値角約130°）、Y軸パターンははるかに狭くなっています（半値角約20°）。この楕円形のパターンは、LEDをセンサーにアライメントする際や、レンズや絞りなどの光学素子を設計する際に考慮する必要があります。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法と公差

デバイスの公称パッケージサイズは、長さ3.0mm、幅1.0mm、および指定された高さです。詳細な寸法図が提供されており、パッド位置、レンズ形状、極性マーカー（通常はカソード側の切り欠きまたはドット）が含まれます。未指定の寸法はすべて公差±0.1mmです。また、サイドビュー実装のための推奨はんだ付けパッドパターンも図示されており、リフロー時の適切な機械的安定性とはんだ接合部の形成を確保します。

4.2 キャリアテープおよびリールパッケージ

自動ピックアンドプレース組立用に、LEDはエンボス加工されたキャリアテープに収められ、リールに巻かれて供給されます。データシートには、キャリアテープのポケット寸法、ピッチ、およびリール仕様の正確な寸法が記載されています。標準リールには2000個が収容されています。この情報は、組立装置のフィーダーを正しく設定するために極めて重要です。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

LEDへの損傷を防止し、はんだ接合部の信頼性を確保するためには、適切な取り扱いとはんだ付けが重要です。

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

この部品は無鉛（Pbフリー）リフローはんだ付けプロセスに適しています。推奨温度プロファイルが提供されており、通常、予熱、ソーク、リフロー（ピーク温度 ≤ 260°C、時間 ≤ 5秒）、冷却の各段階が含まれます。プラスチックパッケージおよび内部ワイヤーボンドへの熱ストレスを最小限に抑えるため、リフローサイクル数は3回を超えないようにする必要があります。

5.2 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は、細心の注意を払う必要があります。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秒以下に制限する必要があります。低電力のごて（≤25W）の使用が推奨されます。リワークの場合は、両方の端子を同時に加熱してはんだ接合部への機械的ストレスを回避するために、両頭はんだごての使用が提案されています。リワークの実現可能性と影響は事前に評価する必要があります。

5.3 湿気感受性および保管

SMDパッケージは湿気に敏感です。デバイスは、乾燥剤と共に元の防湿バッグに入れ、温度≤30°C、相対湿度（RH）≤90%で保管する必要があります。バッグ開封前の保管寿命は1年です。開封後は、部品を温度≤30°C、相対湿度≤70%で保管し、168時間（7日）以内に使用する必要があります。これらの条件を超えた場合、または乾燥剤が飽和を示した場合は、使用前に60±5°Cで最低24時間のベーキング処理を行い、吸収した湿気を除去し、リフロー時のポップコーン現象を防止する必要があります。

6. アプリケーション設計上の考慮事項

6.1 駆動回路設計

重要な設計上の注意点は、電流制限の必要性です。LEDは、電流源、またはより一般的には電圧源と直列の電流制限抵抗で駆動する必要があります。データシートでは、わずかな電圧変動が大きな電流変化を引き起こし、焼損につながる可能性があることが明確に警告されています。抵抗値（R_limit）はオームの法則を使用して計算できます：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F。ここで、V_Fは、所望の電流I_FにおけるLEDの順方向電圧です。この計算に最大V_F（1.6V）を使用することで、あらゆる条件下で電流が目標値を超えないようにします。

6.2 光学設計およびアライメント

非常に楕円形のビームパターン（130° x 20°）のため、注意深い光学設計が必要です。円形スポットや特定の照射プロファイルを必要とするアプリケーションでは、レンズやリフレクターなどの二次光学素子が必要になる場合があります。LEDとペアの光検出器とのアライメントも、狭いY軸方向ではより重要です。設計者は、強度の低下を理解するために角度変位グラフを参照する必要があります。

6.3 熱管理

許容損失は比較的低い（最大100mW）ですが、特に高温環境下や高電流駆動時には、効果的な熱管理が依然として重要です。デレーティング曲線に従う必要があります。LEDパッドの下および周囲のPCB上に十分な銅面積を確保することで、放熱を助け、より低い接合温度を維持し、発光効率と寿命を保持します。

7. 技術比較および差別化

IR26-91C/L510/2Dは、特定のパラメータの組み合わせによって市場で差別化を図っています。その940nm波長は一般的な標準であり、シリコン検出器の感度と、850nm LEDと比較して低い環境光干渉との間の良好なバランスを提供します。非常に低い順方向電圧（典型的1.3V）は、バッテリー駆動または低電圧ロジック回路における主要な利点であり、ドライバに必要な電圧マージンを削減します。コンパクトな3.0x1.0mmのフットプリントは、高密度PCBレイアウトを可能にします。RoHS、REACH、およびハロゲンフリー規格への準拠は、厳しい環境規制を持つ世界市場への適合性を高めます。非対称な視野角は、アプリケーションの光学要件に応じて、利点にも制約にもなり得ます。

8. よくある質問（FAQ）

8.1 なぜ電流制限抵抗が必須なのですか？

LEDは非線形の電流-電圧（I-V）特性を持つダイオードです。オン電圧を超えると、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。直列抵抗なしで電圧源から直接動作させると、電流が制御不能に上昇し、絶対最大定格をすぐに超えてデバイスを破壊してしまいます。抵抗は、電源電圧とLED電流の間に線形で予測可能な関係を提供します。

8.2 3.3Vまたは5VのマイクロコントローラピンでこのLEDを駆動できますか？

はい、可能ですが、常に直列抵抗が必要です。例えば、3.3V電源からI_F=20mAで駆動する場合、V_F=1.5Vと仮定すると：R = (3.3V - 1.5V) / 0.020A = 90オーム。標準の91オーム抵抗が適しています。また、マイクロコントローラピンも、必要な20mA電流を供給または吸収できる能力を持っている必要があります。

8.3 940nm波長の目的は何ですか？

940nmの赤外線は人間の目には見えないため、目立たない動作が可能です。これは、ほとんどのフォトダイオードやフォトトランジスタに使用される材料であるシリコンに強く吸収されるため、検出が効率的です。また、一般的な環境光源からの干渉が少なく（850nmと比較して940nmでのIR成分が少ない）、イメージングセンサーでのノイズの影響を受けにくいという利点もあります。

8.4 アノードとカソードをどのように識別しますか？

パッケージには極性マーカーが含まれています。データシートのパッケージ寸法図を参照してください。カソードは、緑色のドット、パッケージの切り欠き、または面取りされた角でマークされているのが一般的です。誤った極性接続はLEDの発光を妨げ、5Vを超える逆電圧が印加された場合はデバイスを損傷する可能性があります。

9. 実践的な設計ケーススタディ

このLEDとシリコンフォトトランジスタを使用した簡単な物体検知センサーを設計することを考えてみましょう。LEDは、180オームの抵抗を介して5V電源で駆動されます（V_F=1.5Vと仮定して電流を約20mAに制限）。フォトトランジスタは数センチメートル離れた同じ光軸上に配置されます。物体がない場合、LEDからのIR光はフォトトランジスタに到達せず、その出力は低くなります。物体がそれらの間を通過すると、一部のIR光がフォトトランジスタに反射され、その出力電流が増加します。この信号を増幅してコンパレータやマイクロコントローラのADCに入力することで、物体の存在を検出できます。LEDの楕円形ビームパターンは、センサーの有効検知ゾーンが垂直方向よりも水平方向に広くなることを意味し、センサーの視野を定義する際に考慮する必要があります。

10. 動作原理

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、半導体材料におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。IR26-91C/L510/2Dは、ガリウムアルミニウム砒素（GaAlAs）チップを使用しています。ダイオードのバンドギャップ電圧を超える順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子がp-n接合を横切ってp型領域に注入され、正孔は逆方向に注入されます。これらの電荷キャリア（電子と正孔）は接合の活性領域で再結合します。この再結合中に放出されるエネルギーは、光子（光粒子）として放出されます。GaAlAs半導体の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光子の波長を決定します—この場合、赤外線スペクトルで約940nmを中心としています。

11. 業界動向

赤外線LEDの市場は進化を続けています。主要な動向には、コンパクトなデバイスでより強力なセンシングを可能にするために、より小さなパッケージからより高い放射強度と効率を追求することが含まれます。IR LEDとドライバー、センサーを完全なモジュールまたはシステムインパッケージ（SiP）に統合する動きが高まっています。特定の波長に対する需要は多様化しており、940nmが標準である一方、監視用の850nmや特定のセンシングアプリケーション用の1050nm/1300nmなどの波長が注目を集めています。さらに、自動車（例：車内モニタリング）、民生（例：顔認証）、産業IoTアプリケーションにおける低消費電力と信頼性向上への要請が、IRエミッタのチップ技術、パッケージング、熱管理の進歩を推進しています。