HIR16-213C/L423/TR8 ミニトップ赤外線LED データシート - SMDパッケージ - 850nmピーク波長 - 145°視野角 - 日本語技術文書

1. 製品概要

HIR16-213C/L423/TR8は、高信頼性の小型表面実装デバイス（SMD）赤外線（IR）発光ダイオードです。コンパクトで効率的な赤外線光源を必要とし、現代の自動化組立プロセスに対応したアプリケーション向けに設計されています。ウォータークリアエポキシ樹脂で成形されており、堅牢なパッケージを提供すると同時に、赤外線の最適な透過を可能にしています。

中核的な利点：この部品の主な利点は、小型の両端リードパッケージによるフットプリントの小ささ、高い信頼性、およびRoHS、EU REACH、ハロゲンフリー要件（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）などの環境規制への完全準拠です。シリコンフォトダイオードおよびフォトトランジスタとスペクトル的に意図的にマッチングされており、センシングシステムに最適です。

ターゲット市場およびアプリケーション：このIR LEDは、赤外線機能を必要とする電子システムの設計者および製造者をターゲットとしています。主なアプリケーション分野には、近接または物体検出用のPCB実装型赤外線センサー、より高い放射強度が必要な赤外線リモコン、各種光学スキャナー、その他の赤外線応用システムが含まれます。

2. 技術仕様詳細

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発生する可能性がある限界を定義します。これらの限界を超えて動作させることは推奨されません。

• 連続順方向電流（I_F）：50 mA。これは連続的に印加できる最大の直流電流です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、ダイオード接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度（T_opr, T_stg）：-40°C ～ +100°C。この広い範囲により、産業用および車載環境への適合性が確保されています。
• はんだ付け温度（T_sol）：最大5秒間、260°C。鉛フリーリフロープロファイルに対応しています。
• 電力損失（P_c）：周囲温度25°C以下の場合、100 mW。高温では減額が必要です。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、特に指定がない限り、周囲温度25°C、順方向電流20 mAの標準試験条件で測定されます。

• 放射強度（I_E）：代表値は1.50 mW/sr、最小値は0.50 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（λ_p）：850 nm（代表値）、範囲は840 nmから870 nmです。この波長は、シリコン系検出器に対してほぼ最適です。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：代表値30 nm。これは最大強度の半分におけるスペクトル幅を定義します。
• 順方向電圧（V_F）：代表値1.45V、I_F=20mA時最大1.65V。100mAのパルス電流（パルス幅≤100μs、デューティ≤1%）では、V_F最大値は2.00Vまで上昇します。
• 逆電流（I_R）：V_R=5V時、最大10 μA。良好な接合品質を示しています。
• 視野角（2θ_1/2）：145度（代表値）。この非常に広い視野角はレンズ設計の特徴であり、広い放射を提供します。

3. ビニングシステムの説明

このデバイスは、主に放射強度に基づいて異なる性能ランクで入手可能です。これにより、設計者は特定の感度または距離要件に適したグレードを選択できます。

• ランク F：I_F=20mA時、放射強度が0.50から1.50 mW/srの間。
• ランク G：放射強度が1.00から2.50 mW/srの間。
• ランク H：放射強度が2.00から3.50 mW/srの間。
• ランク J：放射強度が3.00から4.50 mW/srの間。

標準品では順方向電圧またはピーク波長に関するビニングは示されていませんが、これらのパラメータには最小/代表/最大値が規定されています。

4. 性能曲線分析

4.1 放射強度 vs. 順方向電流

提供されたグラフは非線形の関係を示しています。放射強度は順方向電流とともに増加しますが、熱的および効率の限界により最終的に飽和します。この曲線は、所望の光出力を得るために必要な動作電流を決定するために不可欠です。

4.2 順方向電流 vs. 順方向電圧

このIV曲線は、ダイオードの標準的な指数関数的特性を示しています。20mA時の代表的なV_F値1.45Vは、駆動回路設計（例：直列抵抗計算）のための重要なパラメータです。

4.3 順方向電流 vs. 周囲温度

減額曲線は、周囲温度が上昇するにつれて許容される最大連続順方向電流が減少することを示しています。これは、特に高温アプリケーションでの長期信頼性を確保するために重要です。デバイスは、全温度範囲にわたって定格の50mAで動作させることはできません。

4.4 スペクトル分布

スペクトル出力は850nmを中心とし、代表的な帯域幅は30nmです。これは一般的なシリコンフォト検出器のピーク応答領域と一致しており、システムの信号対雑音比を最大化します。

4.5 相対放射強度 vs. 角度変位

極座標プロットは145°の視野角を確認しており、中心軸から±72.5°で強度がピーク値の半分に低下します。放射パターンはランバート型に近く、広範囲の照明に適しています。

5. 機械的・パッケージ情報

このデバイスはコンパクトなミニトップSMD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単位です。
• 指定されていない寸法の標準公差は±0.1mmです。
• パッケージは、はんだ付け時の機械的安定性のために両端リード設計を採用しています。
• ウォータークリアエポキシレンズはパッケージ本体と一体成型されています。

極性識別：カソードは通常、パッケージ上に緑色の点、切り欠き、または短いリードでマーキングされています。正確なマーキング方法については、データシートの図面を参照する必要があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 保管および湿気感受性

このデバイスは湿気感受性（MSL）です。以下の注意事項が重要です：

• 使用準備ができるまで防湿バッグを開封しないでください。
• 開封前保管：≤30°C / ≤90% RH。1年以内に使用してください。
• 開封後保管：≤30°C / ≤60% RH。168時間（7日）以内に使用してください。
• 保管時間を超過した場合、または乾燥剤が湿気を示した場合は、リフロー前に60±5°Cで最低24時間のベーキングが必要です。

6.2 リフローはんだ付け

この部品は、赤外線および気相リフロープロセスに対応しています。

• ピーク温度260°Cの鉛フリー温度プロファイルが規定されています。
• リフローは2回を超えて行わないでください。
• 加熱および冷却中のパッケージへの機械的ストレスを避けてください。
• はんだ付け後にPCBを反らせないでください。

6.3 手はんだ付けおよびリワーク

手はんだ付けが必要な場合：

• 先端温度<350°Cのはんだごてを使用してください。
• 端子ごとの接触時間を≤3秒に制限してください。
• 電力≤25Wのごてを使用してください。
• 端子間の冷却間隔を>2秒確保してください。
• リワークの場合は、両方の端子を同時に加熱してパッケージを損傷するのを防ぐために、両頭はんだごての使用を推奨します。リワーク後は常にデバイスの機能を確認してください。

6.4 回路保護

重要：LEDと直列に外部の電流制限抵抗を必ず使用してください。順方向電圧は負の温度係数を持っており、適切に制御されないと電流が暴走増加する可能性があります。電圧のわずかな増加が大きな電流変化を引き起こし、即座に焼損につながる可能性があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

このデバイスは、直径7インチのリールに8mmキャリアテープで供給されます。各リールには3000個が含まれています。キャリアテープの寸法は、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ています。

7.2 梱包手順およびラベル

リールは乾燥剤とともにアルミ防湿バッグに梱包されます。バッグのラベルには、トレーサビリティと正しい適用のための重要な情報が含まれています：

• CPN（顧客部品番号）
• P/N（製造部品番号：HIR16-213C/L423/TR8）
• QTY（数量）
• CAT（ランク/ビンコード、例：F, G, H, J）
• HUE（ピーク波長）
• LOT No.（製造ロット番号）
• 生産地

7.3 デバイス選択ガイド

型番HIR16-213C/L423/TR8は以下のように解読されます：チップ材料はAlGaAs（アルミニウムガリウムヒ素）、レンズ色はウォータークリアです。接尾辞TR8は、8mmテープおよびリール梱包を示します。

8. アプリケーション設計提案

8.1 代表的なアプリケーション回路

代表的な駆動回路では、LEDは電流制限抵抗を介して電源（V_CC）に直列に接続されます。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます：R = (V_CC- V_F) / I_F。例えば、V_CC=5V、V_F=1.45V、I_F=20mAの場合、R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 Ω。標準の180 Ω抵抗が適しています。より高い電流（例：100mA）でのパルス動作の場合、ドライバ（多くの場合トランジスタ）がピーク電流を扱えること、および過熱を避けるためにデューティサイクルを非常に低く（≤1%）保つことを確認してください。

8.2 光学設計上の考慮点

145°の広い視野角により、このLEDは広範囲の拡散照明を必要とするアプリケーション、例えば広いエリアをカバーする必要がある近接センサーなどに優れています。より長距離または指向性を高めるアプリケーションでは、ビームを平行にするために二次光学系（レンズ）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、吸収を最小限に抑えた近赤外線透過に最適です。

8.3 熱管理

パッケージは小型ですが、特に高電流または高周囲温度では、電力損失を考慮する必要があります。PCBパッドレイアウトが適切な熱放散を提供し、最大接合温度を超えないことを確認してください。順方向電流 vs. 温度の減額曲線が主要なガイドとなります。

9. 技術比較および差別化

標準的な5mmまたは3mmスルーホールIR LEDと比較して、このSMDデバイスは以下のような大きな利点を提供します：

• サイズと自動化：小型SMDパッケージにより、より小さなPCB設計が可能となり、高速自動ピックアンドプレースおよびリフローはんだ付けに完全に対応し、組立コストを削減します。
• 視野角：145°の視野角はSMD IR LEDとしては非常に広く、狭いビームを持つ多くの競合製品よりも均一なカバレッジを提供します。
• 準拠：RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格への完全準拠は、厳しい環境規制を持つグローバル市場をターゲットとする製品の重要な差別化要因です。
• スペクトルマッチング：850nmピークは意図的にシリコン検出器にマッチングされており、これはすべての汎用IR LEDで最適化されていない可能性のある特徴です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 放射強度（mW/sr）と放射パワー（mW）の違いは何ですか？

放射強度は、単位立体角（ステラジアン）あたりに放射される光パワーです。放射パワーは、全方向に放射される総光パワーです。強度と視野角パターンが既知のLEDの場合、総パワーは全放射球にわたる強度を積分することで計算できます。データシートは強度を提供しており、これは特定の距離と角度での検出器上の照度を計算するのに役立ちます。

10.2 このLEDを50mAで連続駆動できますか？

周囲温度が25°C以下の場合で、適切な熱管理がある場合にのみ、50mA DCで駆動できます。減額曲線は、温度が上昇するにつれて許容される最大連続電流が減少することを示しています。全温度範囲にわたる信頼性の高い動作のためには、より低い電流またはパルス動作が推奨されます。

10.3 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのでしょうか？

LEDは電圧駆動ではなく、電流駆動デバイスです。そのV-I曲線は非常に急峻です。順方向電圧のわずかな増加（温度または電源変動による）が、非常に大きく、破壊的な可能性のある電流増加を引き起こす可能性があります。直列抵抗は負のフィードバックを提供し、動作点を安定させます。

10.4 "ランク"（F, G, H, J）はどのように解釈すればよいですか？

ランクは放射強度のビニングコードです。これにより、アプリケーションに対して保証された最小光出力を持つデバイスを選択できます。例えば、センサーが少なくとも2.0 mW/srを必要とする場合、ランクHまたはJを指定する必要があります。低いランク（FまたはG）を使用すると、システムの感度要件を満たさないデバイスになる可能性があります。

11. 実用的なアプリケーション例

設計ケース：簡易近接センサー

目的：物体がセンサーの10cm以内に近づいたことを検出する。

設計：HIR16-213C/L423/TR8 IR LEDと対応するシリコンフォトトランジスタをPCB上に同じ方向を向けて並べて配置します。LEDを20mAの定電流（計算された直列抵抗を使用）で駆動します。物体がない場合、IR光は遠くへ放射され、フォトトランジスタはほとんど反射光を見ません。物体が検出ゾーンに入ると、一部のIR光がフォトトランジスタに反射され、そのコレクタ電流が増加します。この電流変化は増幅され、コンパレータによってデジタル信号に変換できます。

部品選択の根拠：LEDの広い145°視野角により、広い検出視野が確保されます。850nm波長により、フォトトランジスタからの最大応答性が確保されます。ランクHまたはJのLEDを選択することで、より高い放射強度が得られ、反射光の量が増加し、検出距離または信頼性が向上する可能性があります。

主要な計算：駆動抵抗値（セクション8.1で計算）。フォトトランジスタでの期待信号レベルは物体の反射率に依存し、コンパレータのしきい値を正しく設定するために経験的に特性評価する必要があります。

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。順方向電圧が印加されると、n型半導体からの電子とp型半導体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が活性領域（この場合はAlGaAsチップ）で再結合すると、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。特定の材料組成（AlGaAs）がバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接放出される光子の波長を定義します—この場合は、約850ナノメートルの近赤外スペクトルです。ウォータークリアエポキシパッケージはチップを封止し、機械的保護を提供し、放射光の角度分布を形成する一次レンズとして機能します。

13. 技術トレンド

赤外線LED技術は、より広範なオプトエレクトロニクスのトレンドとともに進化を続けています。主な方向性は以下の通りです：

• 効率向上：新しい半導体材料およびエピタキシャル構造の開発は、同じ電気入力に対してより多くの光パワー（より高い放射強度）を生成し、システムの電力消費と発熱を削減することを目指しています。
• 小型化：より小型の民生電子機器およびIoTデバイスへの要求により、光学的性能を維持または向上させながら、さらに小さなパッケージフットプリントが求められています。
• 統合ソリューション：IRエミッタ、検出器、および場合によっては制御ロジックを単一のモジュールまたはパッケージに組み合わせる傾向があり、ジェスチャーセンシングやアクティブ3Dイメージングなどの特定のアプリケーション向けに設計を簡素化し、性能を向上させます。
• 波長多様化：850nmおよび940nmが一般的ですが、分光法やアイセーフシステムなどの特殊なアプリケーション向けに、他の波長も開発されています。
• 信頼性と準拠性の強化：規制が厳格化し、製品寿命が延びるにつれて、堅牢なパッケージング、改善された耐湿性、およびグローバルな環境および安全基準への保証された準拠に焦点が当てられ続けています。

免責事項：ここに提示された情報は、提供されたデータシートの技術的内容に基づき、それを表しています。代表値は保証されません。設計者は、絶対最大定格およびアプリケーション指示については公式データシートを参照する必要があります。メーカーは、指定条件外での使用による損害について責任を負いません。すべての仕様はメーカーによって変更される可能性があります。