IRR15-22C/L491/TR8 SMD LED データシート - パッケージ 3.0x1.6x1.1mm - 順方向電圧 1.3V(赤外)/1.9V(赤) - 電力 100mW(赤外)/130mW(赤) - 日本語技術文書

1. 製品概要

IRR15-22C/L491/TR8は、赤外線（IR）発光ダイオードと赤色発光ダイオードを単一のミニチュアトップビューフラットパッケージ内に統合した、デュアルエミッター表面実装デバイス（SMD）です。本デバイスは両波長に対して効率的な光透過を可能にするウォータークリアプラスチックで封止されています。主要な設計特徴として、IRエミッターのスペクトルがシリコンフォトダイオードおよびフォトトランジスタの感度特性にマッチングされており、センシングおよび検出アプリケーションに最適化されています。本製品は、鉛フリー、RoHS準拠、EU REACH準拠、ハロゲンフリーであり、現代の環境規格に適合しています。

1.1 主要な特徴と利点

• 低い順方向電圧：回路における高いエネルギー効率と消費電力の低減を保証します。
• スペクトルマッチング：IRダイオードの出力は、シリコン系光検出器の感度曲線に特化してマッチングされており、光学センシングシステムにおける信号対雑音比を向上させます。
• デュアル発光：IR（センシング、リモコン用）と赤色（状態表示、簡易ディスプレイ用）の機能を一つのコンパクトなフットプリントに統合し、基板スペースを節約します。
• 環境適合性：鉛フリー、RoHS、REACH、ハロゲンフリーの要件を満たしており、幅広いグローバル市場および環境配慮設計に適しています。
• ミニチュアSMDパッケージ：トップビューフラットパッケージ（3.0mm x 1.6mm x 1.1mm）は、自動実装および高密度PCB設計に理想的です。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

この部品は、センシングおよび表示用の信頼性の高い低電力光源を必要とするアプリケーションを主なターゲットとしています。その主な用途は、赤外線応用システムであり、これには以下が含まれますが、これらに限定されません：

• 近接および存在センサー
• 物体検出および計数システム
• 光学エンコーダー
• 非接触スイッチおよびインターフェース
• 簡易データ伝送リンク（例：リモコン受信機）
• IR機能と共に赤色表示灯が必要なデバイス

2. 詳細な技術パラメータ分析

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発生する可能性がある限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• 連続順方向電流（I_F）：IRチップおよび赤色チップ共に50 mA。この電流を超えると過度の発熱と急速な劣化を引き起こします。
• 逆電圧（V_R）：5 V。LEDの逆電圧耐性は限られています。適切な回路設計により逆バイアス状態を防止する必要があります。
• 電力損失（P_c）：IRチップで100 mW、赤色チップで130 mW（周囲温度25°C以下）。このパラメータは熱管理において極めて重要です。
• 動作・保管温度：-25°C ～ +85°C（動作）、-40°C ～ +100°C（保管）。
• はんだ付け温度：最大5秒間260°C（一般的な鉛フリーリフロー温度プロファイルに準拠）。

2.2 電気光学特性（Ta=25°C）

これらは、指定された試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• 放射強度（I_E）：単位はmW/sr（ミリワット毎ステラジアン）。I_F=20mAにおける代表値は、IRで2.1 mW/sr、赤色で2.3 mW/srです。これは特定の立体角内に放射される光パワーを示します。
• ピーク波長（λ_p）：IRは940 nm（代表値）、赤色は660 nm（代表値）。IR波長は、感度ピークが約900-1000 nmにあるシリコン光検出器に理想的です。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：IRで約30 nm、赤色で約20 nmであり、発光のスペクトル純度を定義します。
• 順方向電圧（V_F）：I_F=20mAにおける代表値は、IRで1.30 V、赤色で1.90 Vです。赤色チップは異なる半導体材料（AlGaInP対GaAlAs）のため、より高いV_Fを持ちます。
• 指向角（2θ_1/2）：120度。この広い指向角は、トップビューでレンズのないウォータークリアパッケージの特徴であり、広い放射パターンを提供します。

3. 性能曲線分析

3.1 赤外線（IR）チップ特性

IRチップに提供される曲線は、重要な設計上の洞察を提供します：

• スペクトル分布：曲線は940 nmに鋭いピークを示し、半値全幅（FWHM）は約30 nmであり、シリコン検出器への良好なスペクトルマッチングを確認できます。
• 順方向電流対順方向電圧（I-V曲線）：この指数関数的な曲線は、電流制限抵抗の選択に不可欠です。電圧の小さな変化が電流の大きな変化につながるため、定電流駆動または適切に計算された直列抵抗の必要性を強調しています。
• 相対強度対順方向電流：放射強度が最大定格まで電流と共に線形に増加することを示しており、電流制御による輝度変調を可能にします。
• 順方向電流対周囲温度：ディレーティング要件を示しています。電力損失限界を超えないようにするため、周囲温度が上昇すると最大許容順方向電流は減少します。

3.2 赤色チップ特性

赤色チップの曲線は同様の原理に従いますが、材料固有の違いがあります：

• スペクトル分布：660 nm（深赤色）を中心とし、より狭い帯域幅（～20 nm）を持ち、鮮やかな赤色を発します。
• I-V曲線、強度対電流、および熱ディレーティング：これらの曲線はIRチップのものと類似していますが、絶対最大定格および電気光学特性表に示されているように、異なる電圧および電力損失値を持ちます。

3.3 角度特性

相対光電流対角変位曲線（おそらくペアの検出器からのもの）は、空間放射パターンを説明しています。120度の指向角はランバート分布に似た分布をもたらし、強度は0°（発光面に対して垂直）で最高となり、±60°で半分に減少します。これは光路設計や受信機での十分な信号強度確保に重要です。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

本デバイスはミニチュアSMDパッケージで提供されます。主要寸法（mm単位）は、本体サイズが約3.0 x 1.6、高さが1.1です。カソードは通常、パッケージ上のマーキングまたは切り欠きで識別されます。寸法図は、リード間隔およびPCBフットプリント設計のためのランドパターン推奨を示しており、信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性に重要です。

4.2 極性識別

正しい極性接続は極めて重要です。データシートのパッケージ図は、アノードおよびカソード端子を示しています。5Vの逆電圧定格を超える逆極性を印加すると、ダイオード接合部が瞬時に損傷する可能性があります。

5. はんだ付け、実装、取り扱いガイドライン

5.1 重要な注意事項

• 過電流保護：外部の電流制限抵抗は必須です。急峻なI-V曲線は、わずかな電圧上昇でも破壊的な電流サージを引き起こす可能性があることを意味します。
• 保管および湿気感受性：本デバイスは湿気感受性（MSL）です。乾燥剤入りの元の防湿バッグに保管する必要があります。開封後は、リベーク（60°Cで24時間）しない限り、168時間（7日）以内に使用してください。

5.2 はんだ付け条件

• リフローはんだ付け：鉛フリー温度プロファイルを推奨し、ピーク温度260°Cで最大5秒間とします。リフローは2回以上行わないでください。
• 手はんだ付け：必要な場合は、先端温度<350°Cのはんだごてを使用し、各端子に<3秒間熱を加え、低出力（<25W）のごてを使用してください。接合部の間は冷却させてください。
• 修理：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するツインチップはんだごてを使用し、はんだ接合部への機械的ストレスを避けてください。

6. 包装および発注情報

6.1 包装仕様

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たリールで供給されます。標準包装数量はリールあたり2000個です。キャリアテープ寸法は、標準的なSMDピックアンドプレース装置との互換性を確保します。

6.2 ラベルおよびトレーサビリティ

包装には、防湿バッグおよびリールにラベルが含まれます。これらのラベルには、品番（P/N）、ロット番号（LOT No.）、数量（QTY）、製造場所などのトレーサビリティ情報が含まれています。これは品質管理およびサプライチェーン管理に不可欠です。

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 回路設計

駆動回路を設計する際には：

1. 直列抵抗（R_s）の計算：公式 R_s= (V_電源- V_F) / I_F を使用します。すべての条件下で十分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。例えば、5V電源で赤色LEDを20mA駆動する場合：R_s= (5V - 2.5V) / 0.02A = 125Ω。次の標準値（例：130Ωまたは150Ω）を使用してください。
2. 調光用PWMの検討：強度制御には、アナログ電流減衰ではなくパルス幅変調（PWM）を使用してください。これにより、色（赤色の場合）および波長の一貫性が維持されます。
3. 熱管理：特に最大電流付近または高温環境で動作する場合、PCBレイアウトが放熱のための十分な銅面積を提供することを確認してください。

7.2 光学設計

• センシング（IR）の場合：IRエミッターと光検出器を光学的に整列させます。開口、レンズ、または光導波路を使用して、センシング領域を定義し、環境光干渉を遮断します。広い120°の角度は、長距離センシングのためにより指向性のあるビームを作成するためにシールドを必要とする場合があります。
• 表示（赤色）の場合：ウォータークリアレンズと広い指向角により良好な視認性を提供します。より柔らかく均一な表示が望ましい場合は、拡散板の使用を検討してください。

8. 技術比較と差別化

IRR15-22C/L491/TR8の主な差別化点は、そのデュアル波長、単一パッケージ設計にあります。2つの別々のLEDを使用する場合と比較して、以下を提供します：

• スペース節約：PCBフットプリントを50%削減。
• 実装の簡素化：2回ではなく1回のピックアンドプレース操作。
• コスト効率：部品および実装の総コストが潜在的に低減。
• 最適化されたIR性能：特定の940nm GaAlAsチップは、シリコン検出器との最適な性能のために選択されており、一般的なIR LEDと比較してより優れた感度と距離を提供する可能性があります。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 IRと赤色LEDを同時に駆動できますか？

はい、ただし別々の電流制限回路（抵抗またはドライバ）で駆動する必要があります。共通のパッケージを共有していますが、独立した半導体チップと電気的接続を持っています。

9.2 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要ですか？

LEDは電流駆動デバイスです。その順方向電圧は負の温度係数を持ち、個体によって異なります。直列抵抗のない電圧源は制御不能な電流を引き起こし、即座に熱暴走と破壊につながります。

9.3 このLEDの典型的な寿命はどれくらいですか？

LEDの寿命は通常、光出力が初期値の50%に低下する点（L70/L50）として定義されます。このデータシートに明示されていませんが、定格内で適切に動作し、良好な熱管理がなされたSMD LEDの寿命は、しばしば50,000時間を超えます。

9.4 センサー設計のために放射強度（mW/sr）値をどのように解釈すればよいですか？

放射強度は単位立体角あたりの光パワーを表します。検出器が受信するパワー（mW単位）を見積もるには、検出器の有効面積とLEDからの距離/角度を知る必要があります。角変位曲線は、軸外れ整列のためのこの計算に役立ちます。

10. 実用的なアプリケーション例

10.1 簡易近接センサー

シナリオ：物体がデバイスの5 cm以内に近づいたことを検出。
実装：IRR15-22C/L491/TR8をPCBに実装します。IRエミッターを20mAの定電流（3.3V電源から計算された抵抗を使用）で駆動します。シリコンフォトトランジスタを向かい合わせに配置し、直接的な光結合を防ぐために間に小さな仕切りを設けます。物体が隙間に入ると、エミッターからのIR光を反射して検出器に届けます。検出器の出力電流が増加し、これは負荷抵抗によって電圧に変換され、マイクロコントローラのADCまたはコンパレータで読み取ることができます。赤色LEDはGPIOピンに接続し、視覚的な検出中または物体存在インジケータとして機能させることができます。

11. 動作原理

発光ダイオード（LED）は、半導体p-n接合デバイスです。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領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。発光の波長（色）は、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。IRR15-22C/L491/TR8は、IRエミッター（940nm）にGaAlAs（ガリウムアルミニウムヒ素）を、赤色エミッター（660nm）にAlGaInP（アルミニウムガリウムインジウムリン）を使用しています。ウォータークリアエポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力パターンを形成します。

12. 技術トレンド

このようなSMD LEDの開発は、いくつかの主要な業界トレンドに従っています：

• 小型化：より小型の最終製品を可能にするためのパッケージサイズの継続的な縮小（例：0603から0402、0201へ）。
• マルチチップパッケージ（MCP）：このデュアル波長デバイスに見られるように、より高い出力、色混合、または多機能性のために、複数のLEDチップ（異なる色または同じ色）を一つのパッケージに統合。
• 高効率化：内部量子効率（IQE）および光取り出し効率の継続的な改善により、同じ入力電流に対してより高い放射強度が得られ、システムの電力バジェットが改善されます。
• 信頼性の向上：パッケージ材料（エポキシ、シリコーン）およびダイアタッチ技術の進歩により、高温高湿環境下での性能が向上し、動作寿命が延長されます。
• スマート統合：制御IC（ドライバ、センサー）をLEDパッケージ内に統合し、システム設計を簡素化するスマートLEDモジュールを作成する傾向が高まっています。