IR3494-30C/H80/L419 赤外線LED データシート - 4mm T-1 3/4 パッケージ - 波長 940nm - 順電圧 1.2V - 放射強度 3.5mW/sr - 技術文書

1. 製品概要

IR3494-30C/H80/L419は、信頼性の高い効率的な赤外光放射を必要とするアプリケーション向けに設計された高強度赤外線発光ダイオードです。ウォータークリアプラスチックパッケージに封止され、コンパクトなT-1 3/4（4mm）フォームファクタで一貫した性能を発揮するように設計されています。主な機能は、ピーク波長940nmでの赤外線放射であり、一般的なフォトトランジスタ、フォトダイオード、赤外線受信モジュールとスペクトル互換性があります。標準的な2.54mmリード間隔を備えており、標準的なPCBレイアウトへの容易な統合を可能にします。

2. 主な特長と利点

この部品の核心的な利点は、その設計と材料選択に由来します。長期アプリケーションに不可欠な高い信頼性を提供します。高い放射強度は強力な信号伝送を保証し、センシングシステムにおける動作範囲と信号対雑音比を向上させます。低い順電圧特性は、システム全体のエネルギー効率に貢献します。さらに、この部品は環境規制に準拠しており、鉛フリー（Pbフリー）であり、RoHS準拠基準内に収まるように設計されています。

3. 絶対最大定格

これらの限界を超えてデバイスを動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 連続順電流（I_F）：100 mA
• ピーク順電流（I_FP）：1.0 A（パルス幅 ≤100μs、デューティサイクル ≤1%）
• 逆電圧（V_R）：5 V
• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +85°C
• 保存温度（T_stg）：-40°C ～ +100°C
• はんだ付け温度（T_sol）：260°C（5秒以内）
• 電力損失（P_d）：180 mW（自由空気温度25°C以下）

4. 電気光学特性

以下のパラメータは、標準試験条件（Ta=25°C）におけるデバイスの性能を定義します。代表値は最も一般的な性能を示し、最小値と最大値は許容範囲を定義します。

4.1 放射特性とスペクトル特性

• 放射強度（I_e）：I_F=20mA時：2.5 mW/sr（最小）、3.5 mW/sr（代表）、5.5 mW/sr（最大）。パルス動作時（I_F=250mA、f=60Hz、デューティサイクル50%）の代表放射強度は40 mW/srです。
• ピーク波長（λ_p）：I_F=20mA時：940 nm（代表）
• スペクトル帯域幅（Δλ）：I_F=20mA時：50 nm（代表）、最大強度の半分におけるスペクトル幅を定義します。

4.2 電気的特性

• 順電圧（V_F）：
  • I_F=20mA時：1.10V（最小）、1.20V（代表）、1.50V（最大）
  • I_F=100mA時：1.20V（最小）、1.30V（代表）、1.70V（最大）
• 逆電流（I_R）：V_R=5V時：10 μA（最大）

4.3 指向角

放射光の空間分布は均一ではありません。最大放射強度の半分の角度で定義される指向角（2θ_1/2）は以下の通りです：

• X方向：95度（代表）
• Y方向：45度（代表）

これは非対称な放射パターンを示しており、エミッタとレシーバを整合させる光学システム設計における重要な要素です。

5. 特性曲線分析

データシートには、詳細な設計作業に不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。

5.1 順電流 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度の上昇に伴う最大許容順電流のデレーティングを示しています。過熱を防止し信頼性を確保するため、25°Cを超えて動作する場合は順電流を低減する必要があります。

5.2 スペクトル分布

このグラフは、940nmピークを中心に、相対放射強度と波長の関係をプロットしています。代表的な50nmの帯域幅を視覚的に確認でき、光パワーの大部分が約915nmから965nmの間に集中していることを示しています。この狭い帯域幅は、環境光ノイズを除去するのに有益です。

5.3 放射強度 vs. 順電流

これは放射強度が順電流とともに増加する重要な関係を示していますが、特に高電流時には熱的影響や効率効果により完全に線形とは限りません。この曲線により、設計者は必要な光出力パワーを提供する動作電流を選択することができます。

5.4 順電流 vs. 順電圧

このIV特性曲線は、駆動回路を設計するための基本です。指数関数的な関係を示し、定電流ドライバに必要な電圧コンプライアンスを決定したり、電圧駆動設計の直列抵抗値を計算したりするのに役立ちます。

5.5 相対放射強度 vs. 角度変位

X方向とY方向の別々の曲線は、非対称な指向角を示しています。強度は、X平面では±47.5度、Y平面では±22.5度で最大値の半分に低下します。このパターンは、LEDをセンサーに整合させて最適な信号強度を確保する際に考慮する必要があります。

6. 機械的仕様とパッケージ情報

6.1 パッケージ寸法

デバイスは標準的なT-1 3/4（直径4mm）ラウンドパッケージを使用しています。技術図面には、ボディ直径、レンズ形状、リード直径、リード間隔など、すべての重要な寸法が提供されています。主要な注記では、特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位であり、標準公差は±0.25mmであることを規定しています。正確な機械図面は、正確なPCBフットプリントを作成し、アセンブリでの適切な配置を確保するために不可欠です。

6.2 極性識別

赤外線LEDは極性を持つ部品です。データシートの図面には、通常、パッケージリムのフラットスポットまたは短いリードで識別されるカソードが示されています。デバイスの故障を防ぐため、組立時には正しい極性を遵守する必要があります。

7. はんだ付けと実装ガイドライン

はんだ付け温度の絶対最大定格は、5秒を超えない時間で260°Cです。これは、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスに典型的です。プラスチックパッケージや内部半導体ダイへの熱損傷を防ぐため、これらの限界を遵守することが重要です。該当する場合は、湿気敏感デバイスの取り扱いに関する標準的な業界慣行に従う必要があります。

8. 梱包と発注情報

標準梱包仕様は以下の通りです：袋あたり500個、箱あたり5袋、段ボール箱あたり10箱。梱包のラベルには、トレーサビリティと仕様のためのいくつかのコードが含まれています：

• CPN：顧客部品番号
• P/N：製造番号（メーカーの部品番号）
• QTY：梱包内の数量
• CAT：ランクまたは性能ビン（例：放射強度用）
• HUE：ピーク波長ビンを示します。
• REF：参照コード。
• LOT No：製造トレーサビリティのためのロット番号。

9. アプリケーション提案

9.1 代表的なアプリケーション例

• 赤外線リモコン：高い放射強度により、より長い距離やより強い信号透過を必要とするリモコンに適しています。
• 自由空間伝送システム：近距離データリンク、近接センサー、赤外線ビームが変調される物体検出に使用されます。
• 煙感知器：エミッタとレシーバ間の赤外線ビームを煙粒子が遮る減光式煙感知器に採用されます。
• 一般的な赤外線システム：940nm赤外線の信頼できる光源を必要とするあらゆるアプリケーション。

9.2 設計上の考慮点

• 駆動回路：特に低い順電圧を考慮し、最大順電流を超えないように、常に直列の電流制限抵抗または定電流ドライバを使用してください。IV曲線を使用して、所定の供給電圧に対する適切な抵抗値を計算する必要があります。
• 熱管理：電力損失の限界を遵守してください。最大電流付近または高い周囲温度で動作する場合は、デレーティング曲線を考慮し、LEDが他の発熱部品を搭載した基板に実装されている場合は、十分な換気または放熱を確保してください。
• 光学整合：非対称な指向角（95° x 45°）は重要です。LEDと対応するレシーバ（フォトトランジスタなど）は、意図した感度軸に従って整合させ、収集される信号を最大化する必要があります。
• 逆電圧保護：最大逆電圧はわずか5Vです。逆バイアスがかかる可能性のある回路（例：AC結合または誘導性負荷）では、並列ダイオード（カソードからアノードへ）などの外部保護を強く推奨します。

10. 技術比較と差別化

標準的な低電力赤外線LEDと比較して、IR3494シリーズは大幅に高い放射強度（代表3.5 mW/sr、基本デバイスではしばしば1 mW/sr未満）を提供します。これは、より長い動作範囲に直接つながるか、同じ範囲でより低い駆動電流を使用できるため、効率が向上します。940nm波長は、850nm LED（かすかに赤く光る）よりも人間の目に見えにくく、シリコンベースの光検出器によって依然として高感度で検出できるため理想的です。非対称ビームパターンは、1つの平面では集中ビームを、もう1つの平面では広いカバレッジを必要とするアプリケーションで利点となります。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを5Vマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？

A: できません。順電圧は約1.2-1.3Vしかありません。電流制限抵抗なしで5Vに直接接続すると、非常に高い電流が流れ、LEDは瞬時に破壊されます。常に直列抵抗を使用する必要があります。

Q: 代表放射強度と最大放射強度の違いは何ですか？

A: 代表値（3.5 mW/sr）は、製造ロットのほとんどのデバイスが提供する値です。最大値（5.5 mW/sr）は仕様の上限です。一部のデバイスはより良い性能を示す場合がありますが、設計は最小値（2.5 mW/sr）に基づいて、すべての条件下でシステム機能を確保する必要があります。

Q: なぜX方向とY方向で指向角が異なるのですか？

A: これは内部チップ構造とプラスチックレンズの形状による結果です。放射光パターンを形成する意図的な設計特性であり、赤外線ビームをターゲティングするのに役立ちます。

Q: ヒートシンクは必要ですか？

A: 定格最大電流100mAでの連続動作では、電力損失は約130mW（1.3V * 0.1A）であり、25°Cでの180mW定格以下です。ただし、周囲温度が高い場合やLEDが密閉ケース内にある場合は、特性曲線に従った熱デレーティングを適用する必要があり、ヒートシンクや動作電流の低減が必要になる場合があります。

12. 実践的な設計と使用例

例：長距離IRリモコン送信機の設計

目的：一般的なリビングルーム環境で15メートルの信頼性のある到達距離を達成する。

設計手順：

1. 駆動電流の選択：放射強度 vs. 順電流曲線を参照します。到達距離を最大化するために、上限付近で動作させます。I_F= 80mAを選択すると、曲線から約15 mW/srの放射強度が得られ、20mA時の値から大幅に増加します。

2. 回路設計：3.3V電源の場合、直列抵抗を計算します。80mA時の代表V_F（IV曲線から推定値 ~1.28V）を使用：R = (V_supply- V_F) / I_F= (3.3V - 1.28V) / 0.08A = 25.25Ω。標準の24Ωまたは27Ω抵抗を使用します。抵抗の電力を確認：P = I²R = (0.08)²*27 = 0.173W、したがって1/4W抵抗で十分です。

3. 熱チェック：LED電力損失：P_d= V_F* I_F= 1.28V * 0.08A = 102mW。これは25°Cでの180mW限界内に十分収まります。

4. 光学整合：リモコンのPCB端にLEDを実装します。LEDを、より広い95度平面（X）が水平方向に整列して広い領域をカバーし、より狭い45度平面（Y）が垂直方向に整列してエネルギーを前方に集中させるように向けます。これにより、リモコンが水平方向にわずかに軸外れていても、レシーバに当たる確率が最適化されます。

13. 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。順方向電圧が印加されると、n領域からの電子とp領域からの正孔が接合部を越えて注入されます。これらの電荷キャリアが半導体材料（通常はガリウムヒ素、GaAsベース）の活性領域で再結合すると、エネルギーが光子の形で放出されます。半導体層の特定の組成が、放出される光の波長を決定します。このデバイスでは、材料は主に940ナノメートルの波長で光子を生成するように設計されており、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によって容易に検出できます。

14. 技術トレンド

赤外線LEDの開発は、いくつかの重要な分野に焦点を当て続けています：壁コン効率（光出力/電力入力）を向上させて、バッテリー駆動デバイスの低消費電力化または高出力化を可能にすること；IrDAのような高速データ通信アプリケーションのための変調速度の向上；ガスセンシングなど、正確な波長マッチングを必要とするアプリケーションのための、さらに狭いスペクトル帯域幅を持つデバイスの開発。また、自動実装のための表面実装デバイス（SMD）パッケージへの傾向もありますが、T-1 3/4のようなスルーホールパッケージは、その堅牢性と試作および特定の高信頼性アプリケーションにおける手はんだ付けの容易さから依然として人気があります。940nm波長は、シリコン検出器の感度と低視認性の最適なバランスのため、業界標準であり続けています。

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