SMD LED BR15-22C/L586/R/TR8 データシート - パッケージ 3.2x1.6x1.1mm - 電圧 1.3-2.6V - 電力 100-125mW - 赤外線 905nm & 赤色 660nm - 技術文書

1. 製品概要

BR15-22C/L586/R/TR8は、赤外線(IR)と赤色の発光ダイオードを単一の小型トップビュー・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) LEDです。本デバイスはウォータークリア樹脂で封止されており、効率的な光透過を実現します。重要な設計特徴は、そのスペクトル出力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特化してマッチングされている点にあり、光センシングおよび検出システムにおける理想的な光源となっています。

この部品の中核的な利点は、回路設計における高いエネルギー効率に寄与する低順電圧です。鉛フリー(Pbフリー)で製造され、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格(Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm)を含む主要な環境規制に準拠しており、現代の環境配慮型電子機器製造に適しています。

主なターゲット市場および用途は、近接センサー、物体検知、エンコーダー、信頼性の高いマッチングされた発光が重要なその他の光電インターフェースなど、赤外線応用システムです。

2. 技術パラメータ詳細

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のある限界値を定義します。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 (IF): IRチップおよび赤色チップ共に 50 mA。
• 逆電圧 (VR): 5 V。これを超えると接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作温度 (Topr): -40°C から +85°C。これは信頼性のある動作のための周囲温度範囲を定義します。
• 保存温度 (Tstg): -40°C から +100°C。
• はんだ付け温度 (Tsol): 最大5秒間 260°C。リフロー実装プロセスにおいて重要です。
• 電力損失 (Pc): 周囲温度25°C以下の自由空気中で、IRエミッターは100 mW、赤色エミッターは125 mW。このパラメータは熱設計において重要です。

2.2 電気光学特性

これらはTa=25°Cで測定された代表的な性能パラメータであり、通常動作条件下での期待される動作を示します。

• 放射強度 (IE): IRエミッター(BR)の場合、IF=20mAにおける代表値は0.50 mW/srです。赤色エミッターの場合、同じ電流で1.50 mW/srです。これは単位立体角あたりに放射される光パワーを測定します。
• ピーク波長 (λp): IRエミッターは905 nmでピークを持ち、赤色エミッターは660 nmでピークを持ちます。これは発光の主な色を定義します。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 両エミッター共に約30 nm。これはピーク波長周辺の波長の広がりを示します。
• 順方向電圧 (VF): IRチップの代表的なVFは1.30V(最大1.80V)、赤色チップの代表的なVFは1.80V(最大2.60V)です(IF=20mA時)。低VFは電力効率における重要な特徴です。
• 逆方向電流 (IR): VR=5V時、両チップ共に最大10 µA。これはオフ状態でのリーク電流を示します。
• 指向角 (2θ1/2): 140度。この広い指向角は、トップビュー・レンズレスパッケージの特徴であり、広範囲な放射を提供します。

3. 性能曲線分析

3.1 赤外線エミッター (905nm) 特性

提供されるグラフは、IRチップの主要パラメータ間の関係を示しています。放射強度 vs. 順方向電流曲線は、最大定格まで電流にほぼ比例して光出力が増加することを示しています。順方向電流 vs. 順方向電圧曲線は、ダイオードの指数関数的なIV関係を示しており、電流制限回路の設計に重要です。スペクトル分布グラフは、定義された帯域幅を持つ905nmでのピークを確認します。順方向電流 vs. 周囲温度曲線は、デレーティング要件を理解するために不可欠です。温度が上昇すると、過熱を防ぐために許容される最大連続電流は減少します。

3.2 赤色エミッター (660nm) 特性

赤色エミッターについても同様の曲線が提供されます。特に、IRエミッターと比較して、所定の電流に対する放射強度が高い点が注目されます。スペクトルグラフは、可視赤色スペクトル内の660nmに鋭いピークを示します。電気的特性(IV曲線)は同じダイオード則に従いますが、代表的な順方向電圧はより高くなります。

3.3 角度特性

相対光電流 vs. 角度変位と題されたグラフが参照されています。この曲線はアプリケーション設計において重要であり、検出器によって知覚される強度がLEDと検出器間の角度に応じてどのように変化するかを示します。140度の指向角は、強度が光軸上(0度)の値の半分に低下する角度として定義されます。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

本デバイスはコンパクトなSMDパッケージで提供されます。主要寸法(mm)は、本体長約3.2、幅1.6、高さ1.1を含みます。詳細図面は、パッドレイアウト、部品外形、および公差(特に記載がない限り通常±0.1mm)を指定しており、これはPCBフットプリント設計において重要です。

4.2 極性識別

パッケージには、カソードを示すマーキングまたは特定のパッド設計(しばしば面取りされた角やドット)が含まれます。逆バイアス損傷を防ぐため、組立時に正しい極性を遵守する必要があります。

4.3 キャリアテープおよびリール仕様

本製品は自動組立用にテープ&リールで供給されます。キャリアテープの寸法が指定されており、標準リールには2000個が収納されています。この情報はピック&プレースマシンの設定に必要です。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 保管および取り扱い

LEDは湿気に敏感です。注意事項は以下の通りです：使用時まで密封された防湿バッグを開封しないこと；未開封バッグは≤30°C/90%RHで保管し、1年以内に使用すること；開封後は≤30°C/60%RHで保管し、168時間(7日)以内に使用すること。保管時間を超えた場合は、60±5°Cで少なくとも24時間のベーキング処理が必要です。

5.2 リフローはんだ付け

鉛フリーはんだの温度プロファイルが推奨されます。熱ストレスを避けるため、リフローはんだ付けは2回以上行わないでください。加熱中は、LED本体に機械的ストレスを加えないでください。はんだ付け後、PCBが反らないようにしてください。

5.3 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、先端温度350°C以下のはんだごてを使用し、各端子への加熱は3秒以内とし、容量25W以下のごてを使用してください。各端子のはんだ付けの間には、2秒以上の冷却間隔を設けてください。

5.4 リワークおよび修理

はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、両端子を同時に加熱するダブルヘッドはんだごてを使用し、パッケージ全体にかかる熱ストレスを最小限に抑えてください。LED特性への損傷の可能性は事前に評価する必要があります。

6. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

6.1 代表的なアプリケーション回路

最も重要な設計ルールは、過電流保護です。外部の電流制限抵抗は必須です。ダイオードの指数関数的なIV特性により、電圧のわずかな増加が大きく破壊的な電流増加を引き起こす可能性があります。抵抗値は、電源電圧(Vs)、所望の順方向電流(If)、およびLEDの順方向電圧(Vf)に基づき、公式 R = (Vs - Vf) / If を使用して計算する必要があります。IRと赤色エミッターを独立して駆動する場合は、別々の抵抗が必要です。

6.2 熱管理

電力損失は低いですが、適切なPCBレイアウトは放熱を助けることができます。サーミカルパッド(存在する場合)またはデバイスリードに接続された十分な銅面積を確保してください。絶対最大定格によって暗示される電力デレーティングガイドラインを遵守してください—高い周囲温度で動作する場合は、順方向電流を低減する必要があります。

6.3 光学設計

広範囲のカバレッジを必要とするアプリケーションには、140度の広い指向角を活用してください。より長距離またはより指向性の高いセンシングには、外部レンズまたは反射器が必要になる場合があります。ウォータークリアレンズは、色フィルタリングなしで正確なチップ発光パターンが求められるアプリケーションに適しています。

7. 技術比較および差別化

BR15-22C/L586/R/TR8の主な差別化点は、単一のコンパクトなSMDパッケージ内での二波長機能にあります。これは、2つの別々のLEDを使用する場合と比較して基板スペースを節約します。そのシリコン検出器へのスペクトルマッチングは最適化されており、センシングアプリケーションにおける信号対雑音比の向上が期待できます。低順方向電圧、特にIRエミッターにおいては、効率上の利点を提供します。厳格な環境基準(RoHS、REACH、ハロゲンフリー)への準拠は、幅広いグローバル市場への適合性を高めています。

8. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: IRと赤色LEDをそれぞれ最大電流50mAで同時に駆動できますか？

A: できません。連続順方向電流の絶対最大定格はチップあたり50mAです。両方を50mAで同時に駆動すると、パッケージ全体の電力損失限界(Pc)を超え、過熱を引き起こす可能性が高いです。駆動電流は、総電力と熱条件に基づいてデレーティングする必要があります。

Q: なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのでしょうか？

A: LEDは電流駆動デバイスです。その順方向電圧は電流と温度によってわずかに変化します。電圧源(安定化されたものであっても)に直接接続すると、電流を制限する内部抵抗がないため、電流が制御不能に上昇し、デバイスが故障するまで続きます。抵抗は安定した予測可能な電流を提供します。

Q: シリコンフォト検出器にスペクトルマッチングとはどういう意味ですか？

A: シリコンフォトダイオードおよびフォトトランジスタは特定のスペクトル応答曲線を持ち、特定の波長(通常は近赤外および赤色領域)に最も敏感です。このLEDのピーク波長(905nm IRおよび660nm Red)は、これらの検出器の高感度領域内に収まるように選択されており、所定の光パワーに対して生成される電気信号を最大化します。

Q: 140度の指向角はどのように解釈すればよいですか？

A: これは、放射強度が光軸上(0度)で測定した値の半分(50%)に低下する全角度です。したがって、発光は中心から非常に広い±70度の円錐内で実質的に使用可能です。

9. 実践的設計および使用事例

事例: モバイルデバイス用近接センサーの設計

BR15-22C/L586/R/TR8は、物体(通話中のユーザーの耳など)が電話に近いことを検出する近接センサーに使用できます。IRエミッター(905nm)はパルス駆動されます。近くのシリコンフォトダイオードが反射したIR光を検出します。赤色エミッターはこの特定のモードでは使用されませんが、ステータスインジケーターなどの他の機能に利用できます。設計ステップは以下の通りです：1) ドライバICの出力電圧と所望のパルス電流(例：良好な強度のための20mA)に基づき、IR LED用の電流制限抵抗を計算する。2) LEDとフォトダイオードをPCB上に配置し、直接のクロストークを防ぐために光学的なバリアを設ける。3) 湿気に敏感なパッケージを損傷しないよう、リフローはんだ付けプロファイルを正確に遵守する。4) LEDをパルス駆動しフォトダイオード信号を読み取り、閾値を使用して近接または遠方状態を判定するファームウェアを実装する。

10. 動作原理紹介

発光ダイオード(LED)は、エレクトロルミネッセンスによって光を放射する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子がp型領域からの正孔と再結合します。この再結合により、エネルギーが光子(光)の形で放出されます。発光の特定の波長(色)は、使用される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。IRエミッターはガリウムアルミニウムヒ素(GaAlAs)を使用しており、そのバンドギャップは905nmの赤外光に対応します。赤色エミッターはアルミニウムガリウムインジウムリン(AlGaInP)を使用しており、660nmの赤色光を生成します。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。

11. 技術トレンドおよび背景

BR15-22C/L586/R/TR8のようなSMD LEDの開発は、電子機器における小型化、自動化、多機能化のトレンドによって推進されています。鉛フリーおよびハロゲンフリー製造への移行は、環境持続可能な部品への世界的な推進を反映しています。センシングアプリケーションでは、システム性能を向上させ電力消費を削減するために、より高い効率(電気ワットあたりのより多くの光出力)およびより厳密なスペクトルマッチングに対する継続的な需要があります。複数の波長または機能を単一パッケージに統合することは、ますます複雑化するデバイスにおいてスペースとコストを節約するための論理的なステップです。さらに、パッケージ材料と設計の改善は、熱ストレスおよび湿気暴露下での信頼性を向上させることを目的としており、これは自動車、産業、および民生用途にとって重要です。