内蔵レンズ搭載 1206パッケージ チップLED HIR25-21C/L289/2T データシート - サイズ 3.2x1.6x1.1mm - 電圧 1.4V - 電力 130mW - 赤外線 850nm - 技術文書

1. 製品概要

HIR25-21C/L289/2Tは、小型の1206表面実装デバイス（SMD）パッケージに収められた高性能赤外線（IR）発光ダイオードです。この部品は、シリコンベースの光検出器に適合した信頼性の高い赤外線放射を必要とするアプリケーション向けに特別に設計されています。その主な機能は、ピーク波長850ナノメートル（nm）の赤外線に電気エネルギーを変換することです。

本デバイスは、赤外線スペクトルでの効率の高さで知られるGaAlAs（ガリウムアルミニウムヒ素）チップ材料で構成されています。パッケージはウォータークリアプラスチックで成形され、球面内蔵レンズを備えています。このレンズ設計は、光出力パターンを制御するために重要であり、典型的な視野角（2θ1/2）60度を実現しています。ウォータークリアの外観は、レンズ材料が可視光をフィルタリングせず、意図した赤外線放射の最大透過を可能にすることを示しています。

このLEDの重要な利点は、シリコンフォトダイオードやフォトトランジスタとのスペクトルマッチングです。シリコン検出器は近赤外領域で感度がピークに達し、このLEDの850nm出力はこの特性とよく一致しており、センシングアプリケーションにおける最適な信号強度とシステム効率を保証します。

2. 詳細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。これらの条件下での動作は保証されません。

• 連続順電流 (I_F)): 65 mA。これはLEDのアノードに連続的に印加できる最大DC電流です。
• 逆電圧 (V_R)): 5 V。これ以上の逆電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 電力損失 (P_d)): 周囲温度25°C以下で130 mW。これはパッケージが熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると過熱のリスクがあります。
• 動作・保管温度: -25°C ～ +85°C (動作)、-40°C ～ +85°C (保管)。
• はんだ付け温度 (T_sol)): 最大5秒間、260°C。これは鉛フリー（Pbフリー）リフローはんだ付けプロセスにとって重要です。

2.2 電気光学特性 (Ta=25°C)

これらのパラメータは標準試験条件（順電流20mA、25°C）で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 放射強度 (I_e)): 4.0 mW/sr (最小)、5.0 mW/sr (標準)。これは単位立体角（ステラジアン）あたりに放射される光パワーを測定します。これはLEDの主方向における明るさの直接的な指標です。
• ピーク波長 (λ_p)): 850 nm (標準)。光出力パワーが最大となる波長です。これは近赤外（NIR）スペクトルにあり、人間の目には見えません。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 30 nm (標準)。放射される波長の範囲で、通常はピークパワーの半分（半値全幅 - FWHM）で測定されます。30nmの帯域幅はIR LEDでは標準的です。
• 順電圧 (V_F)): 20mA時、1.4 V (標準)、1.7 V (最大)。動作時のLED両端の電圧降下です。この低電圧はGaAlAs IRダイオードの特徴であり、直列抵抗値と消費電力の計算に重要です。
• 逆電流 (I_R)): V_R=5V時、10 μA (最大)。ダイオードが逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。
• 視野角 (2θ_1/2)): 60° (標準)。放射強度が最大値の半分に低下する全角度です。球面レンズがこの中程度の広いビームを形成します。

3. 性能曲線分析

データシートには、設計エンジニアにとって不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。

3.1 順電流 vs. 周囲温度

このグラフは、周囲温度が上昇するにつれて、許容される最大順電流が低下する様子を示しています。温度が上昇すると、LEDの放熱能力が低下するため、130mWの電力損失限界内に収まるように最大電流を減らす必要があります。設計者は高温動作のためにこの曲線を参照する必要があります。

3.2 スペクトル分布

このプロットは、850nmのピークを中心に30nmのFWHM帯域幅を持つ、波長の関数としての光出力を視覚化します。これは、通常800-900nm付近で高い応答度を持つシリコン検出器とのスペクトルマッチングを確認します。

3.3 順電流 vs. 順電圧 (I-V カーブ)

この基本的な曲線は、ダイオードの電流と電圧の指数関数的関係を示しています。ニー電圧は約1.2-1.3Vです。この曲線は駆動回路の設計、特に電流制限抵抗の計算に不可欠です： R = (V_supply- V_F) / I_F.

3.4 放射強度 vs. 順電流

このグラフは、動作範囲内での駆動電流と光出力パワー（放射強度）の線形関係を示しています。電流を増加させると、デバイスの熱限界まで、光出力が比例して増加することを示しています。

3.5 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、放射パターンまたはビームプロファイルを示しています。視覚的に60°の視野角を確認し、中心軸（0°）からの角度が増加するにつれて強度がどのように減少するかを示しています。これは光学システムを設計し、受信機がLEDの有効ビーム内にあることを保証するために重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 デバイス寸法

本コンポーネントは標準的な1206 SMDフットプリントに従います：長さ約3.2mm、幅約1.6mm、高さ約1.1mm。データシートの詳細な寸法図には、特に記載がない限り±0.1mmの公差を持つパッド間隔（標準2.0mm）、コンポーネント高さ、レンズ曲率など、すべての重要な寸法が指定されています。

4.2 極性識別

カソードは通常、タップ＆リールパッケージ上のノッチ、緑色のストライプ、または異なるパッドサイズ/形状などでマークされています。データシートの図面はカソード側を示しています。逆バイアス損傷を防ぐため、組立時の正しい極性は不可欠です。

4.3 パッケージ仕様

LEDは、直径7インチのリールに巻かれた8mm幅のエンボスキャリアテープ上で供給されます。各リールには2000個が含まれています。キャリアテープの寸法（ポケットサイズ、ピッチなど）は、自動ピックアンドプレースマシンのプログラミングのために提供されています。

5. はんだ付け、組立、取り扱いガイドライン

5.1 重要な注意事項

• 電流制限は必須: 外部の直列抵抗を常に使用する必要があります。LEDの低い順電圧と急峻なI-Vカーブは、供給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ることを意味します。
• 湿気感受性: プラスチックパッケージは湿気に敏感です。デバイスは制御された条件（10-30°C、相対湿度≤60%）下で、元の防湿バッグに保管する必要があります。開封後、同じ条件下でのフロアライフは168時間（7日間）です。これを超える場合は、リフローはんだ付け前にベーキング（例：60°Cで96時間）が必要で、ポップコーン現象やパッケージのクラックを防ぎます。

5.2 はんだ付けプロセス

• リフローはんだ付け: 鉛フリー（Pbフリー）温度プロファイルが推奨され、ピーク温度260°Cで最大5秒間です。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以下、定格電力25W以下のはんだごてを使用してください。端子ごとの接触時間は3秒未満とし、各端子のはんだ付けの間には間隔を空けてください。修理作業には熱ストレスを最小限に抑えるため、両頭はんだごての使用が提案されています。
• ストレス回避: 加熱中にLEDに機械的ストレスを加えたり、はんだ付け後にPCBを曲げたりしないでください。これは内部接続やパッケージを損傷する可能性があります。

6. アプリケーション提案と設計上の考慮点

6.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• PCB実装赤外線センサー: 近接センサー、物体検出、ライントレースロボットの発光器として使用されます。
• 赤外線リモコンユニット: 高出力要件のリモコンに適しており、より長い距離やより強い信号透過を提供します。
• スキャナー: バーコードスキャナー、ドキュメントスキャナー、その他の光学スキャンシステム。
• 一般的な赤外線システム: セキュリティシステム（カメラ用IR照明）、データ伝送（IrDA）、産業オートメーション。

6.2 設計上の考慮点

• 駆動回路: 常に電流制限抵抗を含めてください。供給電圧と希望の順電流（例：標準仕様の20mA）に基づいて抵抗値と定格電力を計算します。パルス動作（リモコンのような）の場合、デューティサイクルが低ければ、より高いピーク電流が可能かもしれませんが、平均電力は定格を超えてはいけません。
• 光学設計: 発光器と光検出器を位置合わせする際に、60°の視野角を考慮してください。より長い距離のためには、外部レンズや反射器を使用してビームを平行光にすることができます。より広いカバレッジのためには、本来の角度で十分かもしれません。
• 熱管理: 特に最大電流近くで駆動する場合や周囲温度が高い場合には、十分なPCB銅面積またはサーマルビアを確保して放熱してください。
• 電気ノイズ: 感度の高いアナログセンシングアプリケーションでは、IR信号を変調し、同期検出を使用して環境光や電気ノイズを除去することを検討してください。

7. 技術比較と差別化

標準的な可視光SMD LEDや旧式のスルーホールIR LEDと比較して、HIR25-21C/L289/2Tにはいくつかの利点があります：

• サイズと実装: 1206 SMDパッケージにより、高密度で自動化されたPCB組立が可能となり、スルーホール部品と比較してスペースとコストを節約します。
• 光学性能: 統合された球面レンズは、一貫性のある制御された放射パターン（60°）を提供し、レンズなしまたはフラットウィンドウのLEDよりも信頼性が高いです。
• スペクトル精度: 850nmのピーク波長は、シリコン検出器に最適化された標準であり、検出器の応答度と環境光除去（太陽光は940nmと比較して850nmではIRが少ない）の間の良好なバランスを提供します。
• 適合性: 本製品は鉛フリーで、RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）に準拠しており、現代の環境規制を満たしています。

8. よくある質問 (FAQ)

8.1 赤外線LEDなのに、なぜウォータークリアレンズなのですか？

ウォータークリアプラスチックは、可視光から近赤外線までの広いスペクトルにわたって高い透明性を持っています。その主な機能は、半導体チップを保護し、光出力パターンを制御する特定の形状（球面レンズ）に成形することです。IR光をフィルタリングするのではなく、実際には850nm波長の最大透過を可能にします。

8.2 最大電流65mAで連続駆動できますか？

周囲温度が十分に低く、熱設計が接合温度を安全限界内に保ち、130mWの電力損失を超えないことを保証できる場合にのみ、65mAで駆動できます。周囲温度が高い場合、許容される最大電流は大幅に低下します。信頼性の高い長期動作のためには、標準的な20mA条件での駆動が推奨されます。

8.3 アノードとカソードはどうやって見分けますか？

データシートのパッケージ図面はカソードを示しています。物理的なタップ＆リールでは、ポケットのカソード側がしばしばマークされています。コンポーネント自体では、ノッチ、ドット、緑色のストライプなどの微妙なマークを探してください。不明な場合は、メーカーのパッケージラベルまたはデータシートを参照してください。

8.4 保管と取り扱いで、なぜ湿気に対して厳格なのですか？

プラスチック成形材料は空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この吸収された湿気が急速に蒸気に変わり、高い内部圧力を発生させます。これはパッケージ内部の剥離、プラスチックのクラック、またはポップコーン現象を引き起こし、即時の故障や長期信頼性の低下につながります。MSL（湿気感受性レベル）の注意事項はこれを防ぎます。

9. 動作原理

このデバイスは発光ダイオード（LED）です。アノードとカソード間にバンドギャップ電圧（約1.4V）を超える順電圧が印加されると、電子と正孔がGaAlAs半導体チップの活性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（光粒子）の形でエネルギーを放出します。GaAlAs材料の特定の組成がこれらの光子のエネルギーを決定し、それは850nmの赤外線波長に対応します。球面レンズは、この放射された光を成形し、60度のビームに導きます。

10. 業界動向

赤外線LEDは、いくつかの主要なトレンドによって進化を続けています。よりコンパクトで強力なセンサーを可能にするために、より小さなパッケージでより高い放射強度と効率を求める需要が高まっています。統合はもう一つの重要なトレンドであり、IR発光器がドライバー、光検出器、さらにはマイクロコントローラーと組み合わされて、単一モジュールまたはシステム・イン・パッケージ（SiP）ソリューションになっています。さらに、自動車（車内監視、LiDAR）、民生電子機器（顔認識、ジェスチャー制御）、産業用IoTにおけるアプリケーションの拡大は、信頼性が向上し、動作温度範囲が広く、過酷な環境に対する耐性が強化されたデバイスを推進しています。厳格な環境および安全規制への適合は、すべての電子部品にとって基本的な要件であり続けています。