3.0mm 赤外線LED IR204C-A データシート - 3mm T-1パッケージ - 940nmピーク波長 - 100mA順方向電流 - 日本語技術文書

1. 製品概要

IR204C-Aは、標準的な3mm (T-1) ウォータークリアプラスチックパッケージに収められた高強度赤外線発光ダイオードです。その主な機能は、940nmのピーク波長で赤外光を発光することで、一般的なシリコンフォトトランジスタ、フォトダイオード、および赤外線受信モジュールとスペクトル的にマッチングしています。信頼性が高く効率的な赤外線伝送を必要とするアプリケーション向けに設計されています。

1.1 中核的利点

• 高放射強度:強力な光出力を提供し、中距離から長距離アプリケーションに適しています。
• 高信頼性:安定した長期性能のために設計されています。
• 低順方向電圧:20mA時で典型的に1.5Vであり、省エネ動作に貢献します。
• 環境適合性:本製品は鉛フリーであり、EU REACHに準拠し、ハロゲンフリー基準 (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm) を満たしています。
• 標準パッケージ:2.54mmリード間隔を持つおなじみのT-1 (3mm) フォームファクタは、既存の設計やプロトタイピング基板への容易な統合を保証します。

1.2 ターゲットアプリケーション

• 高出力要件のある赤外線リモコン装置。
• 自由空間光データ伝送システム。
• 煙感知センサー。
• 一般的な赤外線センシングおよびバリアシステム。
• 産業オートメーションおよび物体検出。

2. 詳細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た主要な電気的および光学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。これらの限界値と代表値を理解することは、堅牢な回路設計にとって極めて重要です。

2.1 絶対最大定格

これらは、いかなる条件下でも、たとえ瞬間的であっても超えてはならない応力限界です。これらの定格を超えて動作すると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 連続順方向電流 (I_F):100 mA。電力損失と温度限界が守られる限り、LEDはこの電流レベルで連続動作できます。
• ピーク順方向電流 (I_FP):1.0 A。この高電流は、パルス条件下でのみ許容されます (パルス幅 ≤ 100μs, デューティサイクル ≤ 1%)。これは、長距離リモコンのようなバーストモードアプリケーションで非常に高い瞬間放射出力を達成するのに有用です。
• 逆電圧 (V_R):5 V。LEDの逆電圧耐性は限られています。回路設計では、誘導性負荷や不適切な電源シーケンスによって引き起こされる可能性のある、この限界を超える逆バイアスを防ぐ注意が必要です。
• 電力損失 (P_d):周囲温度25°C以下で150 mW。この定格は周囲温度の上昇とともに低下します。実際の動作電流は、安全限界内に収まるように接合温度に基づいて減額する必要があります。
• はんだ付け温度 (T_sol):最大5秒間で260°C。これはリフローはんだ付けプロファイルの制約を定義します。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、通常動作条件下 (Ta=25°C) でのデバイスの性能を定義します。

• 放射強度 (I_e):これは単位立体角あたりの光出力 (mW/sr) の主要な尺度です。
  • I_F= 20mA (DC) 時: 代表値は7.8 mW/sr、最小値は4.0 mW/sr。
  • I_F= 100mA (パルス) 時: 放射強度は大幅に上昇します。
  • I_F= 1A (パルス) 時: 代表出力390 mW/srを提供でき、高出力パルス動作の能力を示しています。
• ピーク波長 (λ_p):940 nm (代表値)。この波長は、シリコンベースの光検出器のピーク感度とよく一致し、人間の目にはほとんど見えず、大気透過性が良いため理想的です。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):約45 nm (代表値)。これは、最大強度の半分 (FWHM) での発光のスペクトル幅を定義します。
• 順方向電圧 (V_F):
  • 20mA時: 代表値1.5V、最小値1.2V。直列抵抗値の計算に重要です。
  • 100mA (パルス) 時: 代表値1.4V、最大値1.8V。V_Fはダイオード抵抗により電流とともに増加します。
  • 1A (パルス) 時: 代表値2.6V、最大値4.0V。高電流パルス条件下では大幅な増加を示します。
• 指向角 (2θ_1/2):40度 (代表値)。これは放射強度が軸上値の半分に低下する全角です。40°の角度は、ビーム集中度とカバレッジの良いバランスを提供します。

3. ビニングシステムの説明

データシートには放射強度のビニングテーブルが含まれており、これは測定された性能に基づいてLEDを分類する一般的な慣行です。

3.1 放射強度ビニング

条件 I_F= 20mA において、LEDは測定された放射強度に基づいてビン (K, L, M, N) に仕分けられます。

• ビン K:4.0 - 6.4 mW/sr
• ビン L:5.6 - 8.9 mW/sr
• ビン M:7.8 - 12.5 mW/sr
• ビン N:11.0 - 17.6 mW/sr

設計への影響:一貫した光信号強度を必要とするアプリケーション (例: 定義された範囲を持つリモコン) では、より狭いビン (単一ビンなど) またはより高い最小ビンを指定することで、生産ユニット全体でより均一な性能を確保できます。ビンコードは通常、発注情報または製品ラベルに表示されます。

4. 性能曲線分析

代表特性曲線は、様々な条件下でのデバイスの挙動に関する貴重な洞察を提供します。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (図4)

このIV曲線は指数関数的関係を示しています。曲線は温度とともにシフトします。与えられた電流に対して、順方向電圧は接合温度の上昇とともに典型的に減少します。

このグラフは熱管理にとって極めて重要です。LEDの放射出力は、その接合温度が上昇すると減少します。この曲線はこの減額を定量化し、設計者に、より高い周囲温度や不十分な放熱がより低い光出力をもたらすことを知らせます。これは、-40°Cから+85°Cの全範囲で動作するように設計されたシステムで考慮する必要があります。

4.3 スペクトル分布 & ピーク波長 vs. 温度 (図2 & 図3)

図2は940nmを中心とした代表的な発光スペクトルを示しています。図3はピーク波長が温度とともにどのようにシフトするかを示しています。赤外線LEDは通常、波長に対して正の温度係数を示します (すなわち、λ

は温度とともに増加します)。このシフトは、検出器が狭いスペクトル応答を持つアプリケーションで重要です。_p4.4 角度放射パターン (図6)

この極座標プロットは、中心軸からの角変位の関数としての相対放射強度を描いています。40°の指向角がここで確認されます。このパッケージタイプでは、パターンは一般的にランバートまたはニアランバートであり、強度は視野角の余弦にほぼ比例することを意味します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスは標準的なT-1 (直径3mm) ラウンドパッケージを使用しています。データシートからの主要な寸法上の注意点は以下の通りです:

すべての寸法はミリメートル (mm) です。

• 特に指定がない限り、標準公差は±0.25mmです。
• リード間隔は2.54mm (0.1インチ) で、標準的な穴あき基板や多くのソケットと互換性があります。
• 通常、本体直径、レンズ形状、リード長と直径、シーティングプレーンを示す詳細な寸法図が含まれます。

5.2 極性識別

標準的なT-1 LEDの場合、カソードは通常、プラスチックレンズリムの平坦部や、より短いリードによって識別されます。この部品の具体的なマーキングについてはデータシートを参照してください。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

リフローはんだ付け:

• 最大はんだ付け温度は260°Cであり、この温度以上での時間は5秒を超えてはなりません。標準的な鉛フリーリフロープロファイルが適用可能です。手はんだ付け:
• 手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、リードごとはんだ付け時間を最小限に抑える必要があります (通常、350°Cで<3秒)。これはプラスチックパッケージと半導体ダイへの熱損傷を防ぐためです。保管条件:
• 保管温度範囲は-40°Cから+85°Cです。部品は使用するまで元の防湿バッグに保管し、湿気の吸収を防ぐ必要があります。湿気の吸収はリフロー中にポップコーン現象を引き起こす可能性があります。7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

標準梱包: 袋あたり200から1000個。

• 5袋が1箱に梱包されます。
• 10箱が1カートンに梱包されます。
• 7.2 ラベル情報

製品ラベルには、主要なトレーサビリティと仕様データが含まれています:

CPN (顧客部品番号)

• P/N (メーカー部品番号: IR204C-A)
• QTY (梱包数量)
• ランク/ビンコード (例: 放射強度用)
• HUE (ピーク波長情報)
• LOT No. (トレーサブルなロット番号)
• 8. アプリケーション設計推奨事項

8.1 駆動回路設計

LEDは電流制限素子、通常は電圧源と直列の抵抗で駆動する必要があります。抵抗値 (R

) は次のように計算されます: R_s= (V_ssupply_{- V}) / I_F。選択した動作電流に対してデータシートの最大V_Fを使用して、電流が希望値を超えないようにします。例えば、5V電源で目標I_Fが20mA、最大V_Fが1.5Vの場合: R_F= (5 - 1.5) / 0.02 = 175 Ω。標準の180 Ω抵抗が適しています。高電流でのパルス動作には、トランジスタスイッチ (BJTまたはMOSFET) が必要です。_s8.2 熱的考慮事項

T-1パッケージの放熱能力は限られていますが、最大100mAまでの連続電流では、適切な空気の流れを確保するか、電力損失 (P

= V_d* I_F) を考慮することが重要です。高い周囲温度で最大電流付近で連続動作すると、接合温度が上昇し、出力が低下し、寿命に影響を与える可能性があります。_F8.3 光学的設計

ウォータークリアレンズは、長距離伝送のような特定のアプリケーションのためにビームを平行光線化または成形するための外部レンズや反射鏡との使用に適しています。940nm波長は、レンズや窓に使用される多くの一般的なプラスチックによってよく透過されます。

9. 技術比較と差別化

IR204C-Aは、以下の主要な差別化要因で位置づけられています:

高パルス電力能力:

• 1Aのピーク電流定格により、非常に高い瞬間光出力が可能であり、より低いパルス電流のみに定格されたLEDに対する利点です。性能を備えた標準化パッケージ:
• 多くの基本的な赤外線LEDと比較して、一般的で使いやすいT-1パッケージでより高い放射強度を提供します。環境適合性:
• 現代の環境規制 (RoHS, REACH, ハロゲンフリー) への完全な準拠は、世界市場をターゲットとする製品にとって重要な利点です。スペクトルマッチング:
• 一般的な検出器とスペクトル的にマッチングしていることを明示的に言及することで、完全な光学システムを構築する設計者の選択プロセスが簡素化されます。10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: このLEDを3.3Vマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

1. A: いいえ。マイクロコントローラピンは20mAを連続的に安全に供給できず、電流制限もありません。直列抵抗とトランジスタスイッチを使用する必要があります。LEDのV
   (1.5V) は3.3Vより低いので、電圧的には互換性がありますが、電流は外部で制御する必要があります。_FQ: 放射強度 (mW/sr) と放射パワー (mW) の違いは何ですか？
2. A: 放射強度は角密度—単位立体角あたりのパワーです。放射パワー (またはフラックス) は全方向に放射される総パワーです。総パワーを求めるには、放射パターン全体にわたって強度を積分します。データシートは強度を提供しており、これは特定の方向での距離における照度を計算するのに便利です。
   Q: なぜピーク波長940nmが850nmよりも好まれるのですか？
3. A: 940nmは850nmよりも人間の目に見えにくく (より暗い赤色光)、民生機器での気が散りにくくなります。両方ともシリコンでよく検出されますが、940nmは、850nm領域で強い放射を持つ太陽光や白熱電球などの一部の光源からの環境光干渉がわずかに低い場合があります。
   Q: 正しいビンをどのように選択しますか？
4. A: アプリケーションが受信機で必要な最小信号強度を持つ場合、すべての部品がそれを満たすように、ビンの最小値を使用します。例えば、少なくとも6 mW/srが必要な場合は、ビンL以上を指定します。ある程度の変動が許容されるコスト重視のアプリケーションでは、より広いビンまたはデフォルトの提供で十分な場合があります。
   11. 実用的な設計および使用例

11.1 長距離赤外線リモコン

シナリオ:

適度に明るいリビングルームで15メートルの距離で確実に動作するリモコンを設計する。実装:
LEDをパルスモードで使用します。エンコーダICで制御されたMOSFETスイッチを使用して、短い (例: 50μs) 高電流パルス (例: 500mA) で駆動します。これにより、平均電力を低く保ちながら、長距離伝送のための高いピーク放射強度 (1Aパルスデータ参照) が得られます。ビームをさらに平行光線化するために、シンプルなプラスチックレンズを追加できます。940nm波長は可視光の輝きを最小限に抑えます。11.2 近接または物体検出センサー

シナリオ:

10-50 cmの範囲を持つ非接触物体検出システムを作成する。実装:
IR204C-Aとマッチングしたフォトトランジスタをペアリングします。安定した光出力のために定電流源を使用して、適度な連続電流 (例: 50mA) でLEDを駆動します。特定の周波数 (例: 38kHz) でLED電流を変調し、フォトトランジスタ側で同調受信機を使用します。この変調技術により、システムは環境光の変動 (太陽光や室内灯など) に対して非常に耐性が高まり、信号対雑音比と信頼性が大幅に向上します。12. 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でp領域からの正孔と再結合します。IR204C-Aのような赤外線LEDの場合、半導体材料 (通常はガリウムアルミニウムヒ素 - GaAlAsと示される) のエネルギーバンドギャップは、この再結合プロセス中に放出されるエネルギーが赤外線スペクトル (約940nm波長) の光子に対応するようになっています。ウォータークリアエポキシパッケージはレンズとして機能し、発光を特徴的な指向角に成形します。発光の強度は、デバイスの物理的限界まで、ダイオードを流れる順方向電流に直接比例します。

13. 技術トレンド

赤外線LED技術は、可視LED技術とともに進化し続けています。IR204C-Aのようなデバイスに影響を与える主要なトレンドは以下の通りです:

効率向上:

• 継続的な材料科学研究は、IR LEDの壁プラグ効率 (出力光パワー / 入力電力) を改善し、より低い駆動電流でのより高い出力または発熱の低減を可能にすることを目指しています。高出力密度:
• チップスケールパッケージの開発と改善された熱管理材料により、IR LEDはより小さなフォームファクタでより高い連続およびパルス電流を扱えるようになります。統合:
• 特定のアプリケーション (例: 近接センサー、ジェスチャー認識) のために、IRエミッタをドライバIC、光検出器、さらにはマイクロコントローラと単一モジュールに統合する傾向があります。波長精度と安定性:
• エピタキシャル成長技術の進歩により、ピーク波長とスペクトル幅のより厳密な制御が可能になり、ガスセンシングや波長分割多重を使用する光通信などのアプリケーションにとって重要です。拡大するアプリケーション分野:
• 自動車/ロボティクス向けLiDAR、顔認識、健康モニタリング (例: パルスオキシメトリー) などの分野の成長は、様々な波長と電力レベルでの高性能で信頼性の高いIRエミッタへの需要を駆動しています。IR204C-Aは、そのバランスの取れた仕様と標準パッケージにより、この進化する技術的景観の中で成熟した信頼性の高いソリューションを表しています。

The IR204C-A, with its balanced specifications and standard package, represents a mature and reliable solution within this evolving technological landscape.