IR26-21C/L447/CT 1.6mm丸型超小型赤外線LED データシート - 直径1.6mm - 電圧1.3V - 電力130mW - ウォータークリアレンズ - 日本語技術文書

1. 製品概要

IR26-21C/L447/CTは、超小型表面実装型(SMD)赤外線発光ダイオードです。ウォータークリアプラスチックで成形されたコンパクトな両端リードパッケージに収められており、球面トップビューレンズを備えています。この部品の主な機能は、ピーク波長940ナノメートルの赤外線を発光することです。この波長はシリコン系フォトディテクタやフォトトランジスタのスペクトル感度と一致しており、センシングアプリケーションに最適です。

このLEDはGaAlAs（ガリウムアルミニウムヒ素）チップ材料を用いて構成されています。その中核的な利点には、非常に低い順方向電圧、スペース制約のある設計に適した小型フォームファクタ、優れた信頼性が含まれます。本デバイスは、Pbフリー（鉛フリー）、RoHS準拠、EU REACH準拠、ハロゲンフリー（臭素および塩素含有量の特定閾値を満たす）など、主要な環境規制に準拠しています。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

本デバイスは、長寿命と信頼性を確保するために、厳格な制限内で動作するよう設計されています。これらの定格を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 連続順方向電流 (I_F)): 65 mA。これはLEDに連続的に流すことができる最大の直流電流です。
• 逆電圧 (V_R)): 5 V。これより高い逆電圧を印加すると、LEDの半導体接合が破壊される可能性があります。
• 動作温度 (T_opr)): -25°C ～ +85°C。通常動作時の周囲温度範囲です。
• 保管温度 (T_stg)): -40°C ～ +85°C。未使用時のデバイス保管温度範囲です。
• はんだ付け温度 (T_sol)): 最大5秒間、260°C。これはリフローはんだ付けプロファイルの制約を定義します。
• 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。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、周囲温度25°C、順方向電流20mA（典型的な動作点）という標準試験条件で測定されます。

• 放射強度 (I_e)): 11 mW/sr (最小)、18 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。標準値は期待される出力を示します。
• ピーク波長 (λ_p)): 940 nm (標準)。LEDが最も多くの光パワーを放射する波長です。これは近赤外スペクトルに属し、人間の目には見えませんが、シリコンセンサーに最適です。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 55 nm (標準)。放射される波長の範囲で、通常はピーク強度の半分の幅（半値全幅 - FWHM）で測定されます。
• 順方向電圧 (V_F)): 1.3 V (標準)、1.5 V (最大)。20mAで動作時のLED両端の電圧降下です。低電圧は効率上の利点です。
• 逆電流 (I_R)): 逆バイアス5V時、10 µA (最大)。オフ状態における接合部のリークの指標です。
• 視野角 (2θ_1/2)): 25° (標準)。放射強度がピーク値の少なくとも半分以上となる角度の広がりです。これがビームパターンを定義します。

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重要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

この曲線は、周囲温度の上昇に伴う最大許容順方向電流のデレーティングを示します。過熱を防ぐため、25°Cを超えて動作する場合は電流を減らす必要があります。曲線は通常、線形の減少を示し、高温環境における熱管理の重要性を強調しています。

3.2 スペクトル分布

このグラフは、波長に対する相対放射強度をプロットしています。940nmでのピークと約55nmのスペクトル帯域幅を視覚的に確認できます。この形状はGaAlAs赤外線LEDに特徴的です。

3.3 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V特性曲線)

この基本曲線は、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。電流制限駆動回路の設計に役立ちます。曲線は、典型的なV_Fである1.3V付近で急峻なターンオンを示します。

3.4 相対強度 vs. 順方向電流

この曲線は、駆動電流に対する光出力の直線性（または非常に高い電流での潜在的な非直線性）を示しています。ほとんどのLEDでは、推奨動作範囲内では関係はかなり直線的であり、電流変調による単純な輝度制御が可能です。

3.5 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、空間的な放射パターンを定義します。球面レンズを備えたこのLEDの場合、パターンはほぼランバート（余弦分布）またはやや狭く、発光面に垂直な軸を中心とすることが期待されます。25度の視野角はこの曲線から導出されます。

4. 機械的仕様およびパッケージ情報

4.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは、本体直径1.6mmの丸型超小型SMDパッケージです。データシートの詳細な機械図面には、全高、リード間隔、レンズ形状など、すべての重要な寸法が提供されています。特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.1mmです。

4.2 パッドレイアウトおよびソルダーペースト推奨

PCB設計のための参考として、推奨ランドパターン（パッドレイアウト）が提供されています。設計者は、特定の製造プロセスと信頼性要件に基づいてこれを修正することをお勧めします。データシートでは、最適なはんだ接合部形成のために、Sn/Ag3.0/Cu0.5のソルダーペースト組成と0.10mmのステンシル厚さを推奨しています。

4.3 極性識別

本パッケージは両端リード設計です。極性は通常、カソード側のマーキング、またはパッケージやテープの特定の形状特徴によって示されます。正確なマーキングは、パッケージ外形図と照らし合わせて確認してください。

4.4 キャリアテーピング寸法

LEDは、自動ピックアンドプレース実装用に、直径7インチのリール上のエンボスキャリアテープで供給されます。テープ寸法（ポケットサイズ、ピッチなど）は、標準的なSMD実装装置との互換性を確保するために規定されています。1リールあたり1500個入りです。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

はんだリフロー温度プロファイルが推奨されています。主要なパラメータには、予熱段階、260°Cを超えないピーク温度、および熱損傷を防ぐために制御された液相線以上時間(TAL)が含まれます。同一デバイスに対してリフローはんだ付けは2回までとします。

5.2 手はんだ付けの注意点

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払う必要があります。はんだごて先端温度は350°C以下とし、端子ごとの接触時間は3秒を超えないようにしてください。低出力のごて（≤25W）を推奨し、各端子のはんだ付けの間には少なくとも2秒の間隔を置いて冷却を図ってください。

5.3 保管および湿気感受性

LEDは防湿バッグに梱包されています。使用準備が整うまでバッグを開封しないでください。開封後、未使用のデバイスは、温度≤30°C、相対湿度(RH)≤60%で保管してください。開封後のフロアライフは168時間（7日間）です。この時間を超えた場合、または湿気指示薬（シリカゲル）が飽和を示した場合は、使用前に60±5°Cで24時間のベーキング処理を行い、吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止する必要があります。

5.4 修理およびリワーク

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プラスチックパッケージへの熱ストレスを最小限に抑えるために、専用の両頭はんだごてを使用する必要があります。修理中にLEDの特性を損なう可能性を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

6.1 代表的なアプリケーション回路

最も重要な設計上の考慮点は電流制限です。外部直列抵抗は必須です。ダイオードの指数関数的なI-V特性のため、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(R)は次の式で計算されます：R = (V_supply- V_F) / I_F。電源電圧5V、目標I_F20mA、V_F~1.3Vの場合、R ≈ (5 - 1.3) / 0.02 = 185 Ω。標準の180Ωまたは200Ωの抵抗が適しています。

6.2 設計上の考慮点

• 放熱: 小型ですが、電力損失（最大130mW）は考慮する必要があります。特に高い周囲温度や高い駆動電流の場合です。パッド周囲の十分なPCB銅面積が簡易的な放熱板として機能します。
• 光学的アライメント: 25度の視野角は、バリア型または反射型センサー設計において、ペアとなるフォトディテクタとの慎重な位置合わせを必要とし、十分な信号強度を確保します。
• 電気的ノイズ: 感度の高いアナログセンシング回路では、LEDドライバーは感度の高い検出器アンプからデカップリングして、電気的クロストークを防止する必要があります。

6.3 一般的なアプリケーションシナリオ

• PCB実装型赤外線センサー: 近接センサー、物体検出、タコメーターの光源として使用されます。
• 小型光バリア / スロット型光インタラプタ: フォトトランジスタとペアで使用され、光ビームを遮る物体を検出します。プリンター、エンコーダー、自動販売機などで使用されます。
• フロッピーディスクドライブ: かつてはトラックゼロ検出やライトプロテクト検出に使用されていました。
• 光電スイッチ: 表面の存在やコントラストを検出する反射型センサー（例：ライントレースロボット）で使用されます。
• 煙感知器: 減光式煙感知器で使用され、煙粒子がLEDとフォトダイオード間の内部赤外線ビームを散乱または遮断します。

7. 技術比較および差別化

IR26-21C/L447/CTは、赤外線LED市場において特定のニッチを占めています。その主な差別化要因は、極めて小型の1.6mm丸型パッケージと低い順方向電圧です。より大きな3mmや5mmのスルーホール赤外線LEDと比較して、最終製品の小型化を可能にします。他のSMD赤外線LEDと比較して、そのウォータークリアレンズ（着色や拡散とは対照的）とシリコンとの良好なマッチングを持つ特定の940nm波長は、シリコン受信機へのエネルギー伝達を最大化するように最適化されており、センシングアプリケーションにおけるシステムの信号対雑音比と範囲を向上させます。ハロゲンフリーおよびRoHS準拠により、グローバルな電子機器製造における現代の環境基準を満たしています。

8. よくある質問 (FAQ)

8.1 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

LEDは電圧駆動デバイスではなく、電流駆動デバイスです。その順方向電圧は広い電流範囲で比較的一定に保たれます。直列抵抗なしで電圧源に直接接続すると、電源の内部抵抗とLEDの動的抵抗（非常に低い）によってのみ制限される電流を流そうとします。これはほぼ確実に最大順方向電流（65mA）を超え、LEDを瞬時に破壊します。

8.2 輝度制御のためにPWM信号でこのLEDを駆動できますか？

はい、パルス幅変調(PWM)は平均放射強度を制御する優れた方法です。オンパルス中は、LEDを公称電流（例：20mA）で駆動します。周波数は、センシングシステムで目に見えるちらつきを避けるために十分に高くする必要があります（通常>100Hz）。駆動回路（トランジスタ/MOSFET）はピーク電流を扱える必要があります。

8.3 放射強度 (mW/sr) と光度 (mcd) の違いは何ですか？

光度（カンデラで測定）は、人間の目の感度（明所視応答）によって重み付けされます。これは940nmで発光する赤外線LEDであるため、人間の目の感度がゼロの領域であり、その光度は実質的にゼロです。放射強度は、単位立体角あたりに放射される実際の光パワーを測定し、これは機械センサーに関連する指標です。

8.4 視野角25度はどのように解釈すればよいですか？

視野角 (2θ_1/2= 25°) は、強度がピーク値の少なくとも半分以上となる全体的な角度の広がりを意味します。半値角 (θ_1/2) は中心軸から12.5度です。これは比較的狭いビームを定義し、より広い角度（例：60°や120°）のLEDと比較して、赤外線エネルギーを集中させ、より長距離またはより指向性の高いセンシングを可能にします。

9. 動作原理

赤外線LEDは、半導体p-n接合ダイオードです。接合の内蔵電位を超える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部を横切って注入されます。これらの電荷キャリアが半導体（GaAlAs製）の活性領域で再結合すると、エネルギーが放出されます。この特定の材料組成では、エネルギーはピーク波長940nmの赤外線スペクトルの光子に対応します。ウォータークリアエポキシパッケージは、保護ケースと発光の放射パターンを形成するレンズの両方の役割を果たします。

10. 業界動向と背景

IoT（モノのインターネット）、スマートホームセンサー、産業オートメーション、ウェアラブルデバイスの普及により、小型化され高信頼性の赤外線部品への需要は引き続き成長しています。IR26-21C/L447/CTのような部品に影響を与える主要なトレンドには以下が含まれます：

• 統合度の向上: 赤外線LED、フォトディテクタ、信号調整回路を単一パッケージに組み合わせたモジュールへの移行。
• 高効率化: 所定の入力電流に対してより高い放射出力を達成するための半導体材料とチップ設計の継続的な開発により、携帯機器のバッテリー寿命を改善。
• 信頼性の強化: 自動車および産業アプリケーションで要求されるより高いリフロー温度と過酷な環境条件に耐える堅牢なパッケージングへの焦点。
• 標準化: グローバルな環境（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）および製造（MSL、テープアンドリール）基準への準拠は、現在、グローバル市場へのアクセスのための基本要件となっています。

このような超小型赤外線LEDなどの部品は、非接触センシングを可能にする基本的な構成要素であり、これらの進化するセクター全体における重要な技術です。