赤外線MIDLED HIR89-01C/1R データシート - 3.0x2.8x1.9mm - 1.55V - 850nm - 100mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

HIR89-01C/1Rは、MIDLEDパッケージを採用した小型表面実装型赤外線（IR）発光ダイオードです。その主な機能は、シリコンフォトダイオードやフォトトランジスタとの互換性に最適化された850ナノメートル（nm）のピーク波長で赤外光を発することです。これにより、様々な不可視光センシングおよび通信システムの基本構成要素となっています。

本デバイスは、GaAlAs（ガリウムアルミニウムヒ素）チップ材料を用い、ウォータークリアレンズパッケージに収められています。主な設計上の利点は、エネルギー効率に貢献する低い順方向電圧と、指向性のあるIR放射を可能にする比較的狭い30度の指向角です。本製品は、鉛フリー、EU REACH規則準拠、ハロゲンフリーに分類されるなど、現代の環境および安全基準に準拠しています。

1.1 主要機能と適合性

• 電気効率：低い順方向電圧特性。
• 光学性能：指向性放射のための30°の標準指向角。
• 環境適合性：鉛フリー（Pbフリー）構造。
• RoHS適合：本製品は、有害物質使用制限指令に準拠しています。
• REACH適合：EUの化学物質の登録、評価、認可及び制限に関する規則の要件を満たしています。
• ハロゲンフリー：臭素（Br）および塩素（Cl）の含有量が非常に低く、具体的にはBr <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppmです。

2. 技術仕様の詳細

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）：65 mA
• ピーク順方向電流（I_FP）：200 mA（パルス幅 ≤500μs、デューティサイクル ≤5%）
• 逆電圧（V_R）：5 V
• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +100°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）：100 mW（周囲温度25°C以下）

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、標準周囲温度25°Cで測定され、典型的な動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 放射強度（I_e）：40 ～ 125 mW/sr（I_F=70mA、20msパルスで測定）。デバイスはランク（C: 40-80 mW/sr、D: 63-125 mW/sr）に分けられます。
• ピーク波長（λ_p）：850 nm（標準、I_F=100mA時）。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：30 nm（標準、I_F=100mA時）。
• 順方向電圧（V_F）：
  • 1.40V ～ 1.70V（I_F=20mA時）
  • 1.55V ～ 1.90V（I_F=70mA、20msパルス時）
• 逆電流（I_R）：最大10 μA（V_R=5V時）。
• 指向角（2θ_1/2）：30°（標準、I_F=20mA時）。

3. 性能曲線分析

データシートには、回路設計および熱管理に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. 周囲温度

このグラフは、周囲温度の上昇に伴う最大許容連続順方向電流のデレーティングを示しています。定格電流は、25°Cでの65mAから、温度が最大動作限界の100°Cに近づくにつれて線形的に低下します。設計者は、高温環境でLEDが過駰動されないようにするために、この曲線を使用する必要があります。

3.2 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。適切な電流制限抵抗を選択する上で極めて重要です。典型的なV_Fを超えるわずかな電圧増加は、大きく、破壊的な可能性のある電流増加につながるため、直列抵抗の必要性が強調されます。

3.3 放射強度 vs. 順方向電流

この曲線は、光学出力（放射強度）が順方向電流とともに増加することを示していますが、特に高電流では完全に線形ではありません。これは、設計者が輝度と効率、デバイスの寿命をバランスさせる動作点を選択するのに役立ちます。

3.4 スペクトル分布

スペクトルプロットは、放射が850nmを中心とし、典型的な半値全幅（FWHM）が30nmであることを確認します。この狭い帯域幅は、シリコン系検出器のピーク感度との良好なマッチングを保証します。

3.5 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、30°の指向角を視覚的に定義し、中心軸から±15°で強度がピーク値の半分に低下する様子を示しています。この情報は、光学システム設計、ビーム広がりおよびアライメント要件の決定に不可欠です。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

HIR89-01C/1Rは、コンパクトなMIDLED表面実装パッケージを使用しています。主要寸法（ミリメートル）は以下の通りです：

• 全長：3.0 mm
• 全幅：2.8 mm
• 全高：1.9 mm
• リード間隔：2.0 mm

未指定寸法の公差は±0.1mmです。PCBフットプリント設計のための詳細な寸法図がデータシートに提供されています。

4.2 極性識別

カソードはパッケージ上で識別されます。データシートには、カソードマーカーを示す図が含まれており、逆バイアス接続を防ぐための組立時の正しい向きに不可欠です。

4.3 キャリアテープ寸法

本デバイスは、自動ピックアンドプレース組立用のエンボス加工キャリアテープに供給されます。テープ寸法は、標準SMT装置と互換性があるように規定されています。各リールには2000個が収容されています。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 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はんだ付け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。
• ピーク温度は260°Cを超えないこと。
• 液相線以上の時間（通常217°C）。
• 冷却速度。

リフローはんだ付けは2回以上行わないでください。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です：

• 先端温度 < 350°Cのはんだごてを使用してください。
• 端子ごとはんだ付け時間を ≤ 3秒に制限してください。
• 定格電力 ≤ 25Wのはんだごてを使用してください。
• 熱衝撃を防ぐため、各端子のはんだ付けの間隔を最低2秒空けてください。

5.3 リワークおよび修理

はんだ付け後の修理は強く推奨されません。やむを得ない場合は、両端子を同時に加熱してLEDパッケージへのストレスを最小限に抑えるために、両頭はんだごてを使用する必要があります。リワーク後は、デバイス特性への影響を必ず確認してください。

6. 保管および取り扱い上の注意

6.1 湿気感受性

LED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リア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（RH） ≤ 90%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。
• 開封後は、温度 ≤ 30°C、相対湿度 ≤ 70%で保管してください。
• バッグ開封後168時間（7日）以内にはんだ付けを完了してください。
• 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ている場合は、使用前に部品を60 ±5°Cで24時間ベーキングしてください。

6.2 電流保護

重要：外部の電流制限抵抗は必須です。LEDの指数関数的なI-V特性は、わずかな電圧増加が大きな電流サージを引き起こし、即座に焼損につながる可能性があることを意味します。抵抗値は、供給電圧と所望の順方向電流に基づいて、V_F range.

7. 包装および注文情報

7.1 梱包手順

LEDは、乾燥剤を含むアルミニウム防湿バッグに梱包されています。バッグには重要な情報がラベル表示されています。

7.2 ラベル仕様

ラベルには以下の項目が含まれます：

• CPN（顧客部品番号）
• P/N（メーカー部品番号：HIR89-01C/1R）
• QTY（数量）
• CAT（ランク、例：放射強度のCまたはD）
• HUE（ピーク波長）
• LOT No.（トレーサビリティロット番号）
• 生産地
• 湿気感受性レベル（MSL）

7.3 デバイス選択ガイド

HIR89-01C/1Rは、GaAlAsチップとウォータークリアレンズを特徴とする、このシリーズ唯一の部品番号です。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

8.1 典型的な用途

• 赤外線センシングシステム：近接センサー、物体検出、非接触スイッチ。
• 光学エンコーダ：モーターにおける位置および速度センシング。
• データ伝送：短距離IRデータリンク（例：リモコン、IrDA）。
• マシンビジョン：IRフィルター付きカメラの照明。
• セキュリティシステム：暗視カメラ用アクティブ照明。

8.2 回路設計上の注意

1. 電流制限：常に直列抵抗を使用してください。R = (V_supply- V_F) / I_Fを使用して計算します。すべての条件下で安全な電流を確保するために、データシートの最大V_Fを使用してください。
2. 駆動回路：パルス動作（例：センシング、通信）の場合、過熱を避けるために、パルス幅とデューティサイクルがI_FP定格内に収まるようにしてください。
3. 熱管理：デレーティング曲線を考慮してください。高い周囲温度や、他の発熱部品が搭載された基板上に実装する場合は、それに応じて動作電流を低減してください。
4. PCBレイアウト：寸法図から推奨されるランドパターンに従ってください。熱的または光学的干渉を避けるために、他の部品から十分な間隔を確保してください。

9. 技術比較およびポジショニング

HIR89-01C/1Rは、小型SMDパッケージにおける汎用的で信頼性の高い赤外線エミッタとして位置づけられています。その850nm波長は、シリコン検出器との互換性のための業界標準です。従来のスルーホールIR LEDと比較して、そのSMDフォーマットはより小型で自動化されたPCB組立を可能にします。30°の指向角は、多くのアプリケーションにおいて、ビーム集中とアライメント許容度の良いバランスを提供します。詳細なビニング（CおよびDランク）の提供により、設計者は必要な出力電力に基づいてデバイスを選択でき、これは一貫したセンシング範囲や信号強度を達成する上で重要です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

LEDのダイオード特性は、順方向電圧を超えると動的抵抗が非常に低くなります。抵抗がない場合、電流は電源の内部抵抗と配線によってのみ制限され、通常は非常に低いため、壊滅的な過電流が発生します。抵抗は、動作電流を設定するための線形的で予測可能かつ安全な方法を提供します。

10.2 このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

No.マイクロコントローラのGPIOピンには、このLEDの連続定格と同じかそれ以下の電流供給/吸収制限（多くの場合20-40mA）があります。さらに重要なことに、必要な電流制限を提供できません。GPIOを使用してトランジスタまたはMOSFETを制御し、それがメイン電源ラインに接続された適切な電流制限抵抗を介してLEDを駆動する必要があります。

10.3 CランクとDランクのビンの違いは何ですか？

CランクとDランクは、70mAで測定された放射強度（I_e）の異なる範囲を指定します。Cランクは低い出力範囲（40-80 mW/sr）を持ち、Dランクは高い出力範囲（63-125 mW/sr）を持ちます。Dランクデバイスを選択すると、より長い距離やより堅牢な信号検出のためにより多くの光パワーを得られますが、わずかに高コストになる可能性があります。注文された特定のランクは、パッケージラベルに表示されます。

10.4 湿気感受性とベーキング指示はどれほど重要ですか？

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は、高温リフローはんだ付けプロセス中に蒸発し、内部剥離、クラック、またはポップコーン現象を引き起こし、ダイやワイヤーボンドを損傷する可能性があります。保管時間を守り、必要に応じてベークアウト手順を実行することは、高い組立歩留まりと長期信頼性にとって不可欠です。

11. 設計および使用事例

11.1 シンプルな近接センサーの設計

目的：10cm以内の物体を検出する。
設計：HIR89-01C/1Rを対応するシリコンフォトトランジスタとペアリングします。LEDは、電流制限抵抗を介して5V電源で駆動されます。70mA時の典型的なV_F1.55Vを使用すると、抵抗値はR = (5V - 1.55V) / 0.07A ≈ 49.3Ω（標準51Ω抵抗を使用）。LEDはマイクロコントローラを使用して特定の周波数（例：38kHz）でパルス駆動されます。フォトトランジスタの出力は、同じ周波数に同調した復調受信ICに接続されます。この設計は環境光を除去し、物体の存在は反射された変調IR光によって検出されます。30°のビームは検出ゾーンを定義するのに役立ちます。

12. 動作原理

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合部を横切って注入されます。これらの電荷キャリアは活性領域（この場合はGaAlAs層）で再結合します。再結合中に放出されるエネルギーは、光子（光）として放出されます。GaAlAs半導体材料の特定のバンドギャップエネルギーが、放出される光子の波長を決定し、このデバイスの場合は近赤外スペクトルの850nmを中心としています。ウォータークリアエポキシレンズは、放出された光を指定された指向角に形成します。

13. 技術トレンド

赤外線LED技術は進化を続けています。トレンドには以下が含まれます：

• 高効率化：単位電気入力あたりのより多くの光パワー出力（高い壁プラグ効率）を達成するための新しい半導体材料および構造（例：多重量子井戸）の開発。
• 高出力密度化：LiDARや長距離センシングなどのアプリケーション向けに、より小型のパッケージでより高い駆動電流を扱えるデバイス。
• 多波長およびVCSEL：特定のアプリケーションニーズに合わせた他のIR波長（例：目の安全性向上のための940nm、長距離LiDARのための1350nm/1550nm）でのLEDおよび垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）の出現。
• 統合ソリューション：IRエミッタ、駆動回路、場合によっては検出器を単一モジュールに組み合わせて、設計を簡素化し性能を向上させる。

HIR89-01C/1Rは、幅広い主流IRアプリケーションに対する成熟した、コスト効率の高い、信頼性の高いソリューションを表しています。