IR29-01C/L510/R/TR8 LED データシート - 1.2mm 丸型SMD - 順電圧1.6V - 940nm赤外線 - 100mW出力 - 技術文書

1. 製品概要

IR29-01C/L510/R/TR8は、表面実装アプリケーション向けに設計された超小型サイドビュー赤外線（IR）発光ダイオードです。球形トップレンズを備えたウォータークリアプラスチック成形のコンパクトな両端リードパッケージを採用し、効率的な赤外線放射に最適化されています。本デバイスのスペクトル出力はシリコンフォトダイオードおよびフォトトランジスタに特化してマッチングされており、IRセンシングシステムの理想的な光源です。主な利点として、小型フォームファクタ、低順電圧、RoHS、REACH、ハロゲンフリー要件などの最新環境規格への適合が挙げられます。

1.1 主要機能とターゲット市場

本コンポーネントの主な機能は、高密度PCB設計を容易にする超小型SMDパッケージです。低順電圧は省エネ動作に貢献します。7インチ径リールに巻かれた8mm幅テープに供給され、自動ピックアンドプレース組立プロセスに対応しています。本デバイスは無鉛（Pbフリー）であり、臭素（Br）および塩素（Cl）含有量の制限を含む厳格な環境規制に準拠しています。このIR LEDは、近接センサ、物体検知、エンコーダ、データ伝送モジュールなど、信頼性の高いマッチングされたIR放射が重要な赤外線ベースシステムを開発する設計者およびエンジニアを主なターゲットとしています。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

本セクションでは、データシートに定義されたデバイスの電気的、光学的、熱的特性に関する詳細な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらは動作条件ではありません。

• 連続順電流（IF）：50 mA。これはLEDに連続的に印加できる最大DC電流です。
• ピーク順電流（IFP）：500 mA。この高電流は、パルス幅 ≤ 100 μs、デューティサイクル ≤ 1% のパルス条件下でのみ許容されます。この定格は、短時間の高強度パルスを必要とするアプリケーションで有用です。
• 逆電圧（VR）：5 V。この逆バイアス電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度（Topr, Tstg）：-40°C ～ +100°C。この広い範囲は、過酷な環境下での信頼性を保証します。
• はんだ付け温度（Tsol）：最大5秒間 260°C。リフローはんだ付けプロファイルを定義します。
• 電力損失（Pc）：周囲温度25°C以下で100 mW。このパラメータは熱設計において極めて重要です。

2.2 電気光学特性

電気光学特性（Ta=25°Cにおける標準値）は、通常動作条件下での期待性能を定義します。

• 放射強度（IE）：IF=20mAで標準25 mW/sr、IF=70mA（パルス）で標準100 mW/sr。放射強度は単位立体角あたりの放射光パワーを測定し、IR光源の明るさを示します。
• ピーク波長（λp）：940 nm。これは放射光パワーが最大となる波長であり、一般的なシリコンフォト検出器のピーク感度に完全にマッチングしています。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：標準30 nm。これはピーク波長を中心に放射される波長の範囲を定義します。
• 順電圧（VF）：IF=20mAで標準1.30V、最大1.60V。IF=70mA（パルス）では標準1.50V、最大2.00Vです。この低いVFは低電圧回路設計に有利です。
• 逆電流（IR）：VR=5Vで最大10 μA。良好な接合品質を示しています。
• 指向角（2θ1/2）：15度。この狭い指向角は集光ビームを示しており、レンズを備えたサイドビューLEDの特徴であり、指向性IRアプリケーションに有用です。

3. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイス挙動に関するより深い洞察を提供するいくつかの特性曲線が含まれています。

3.1 順電流 vs. 周囲温度

このグラフは、周囲温度の上昇に伴う最大許容順電流のデレーティングを示しています。過熱を防止し長期信頼性を確保するため、25°Cを超えて動作する場合は順電流を低減する必要があります。曲線は通常、25°Cでの定格電流から最大接合温度でゼロまで直線的に減少することを示しています。

3.2 放射強度 vs. 順電流

このプロットは、駆動電流（IF）と光出力パワー（放射強度）の関係を示しています。通常動作範囲では一般的に線形であり、光出力が電流に直接比例することを確認できます。ただし、非常に高い電流では熱効果により効率が低下する可能性があります。

3.3 順電流 vs. 順電圧

このIV曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を描いています。膝電圧は標準VF値付近です。この曲線を理解することは、定電流駆動回路を設計する上で不可欠です。

3.4 スペクトル分布

このグラフは、940 nmを中心とし定義された帯域幅を持つ、波長の関数としての相対放射パワーを示しています。800-1000 nm範囲にピーク感度を持つシリコン検出器へのスペクトルマッチングを視覚的に確認できます。

3.5 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、LEDの放射パターンまたはビームプロファイルを定義します。15度の指向角（半値全幅、FWHM）がここで確認されます。レンズを備えたサイドビュー設計により、この指向性放射パターンが形成され、センサアセンブリにおいてLEDと検出器を位置合わせする際に重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

本デバイスは1.2mm丸型超小型SMDパッケージです。詳細な寸法図には、ボディ径、高さ、リード間隔、パッド寸法など、すべての重要な寸法が規定されています。特に明記されていない限り、主要な公差は通常±0.1mmです。正確な寸法はPCBフットプリント設計および組立時の適切な配置を確保するために極めて重要です。

4.2 極性識別

カソードは通常、パッケージ上の切り欠き、フラットエッジ、緑色のマーキングなどの視覚的マーカーで示されます。データシートの寸法図は、組立時の逆実装を防ぐため、この識別特徴を明確に示すべきです。

4.3 キャリアテープおよびリール寸法

本製品は、7インチ径リール上の8mm幅エンボス加工キャリアテープに供給されます。データシートには、ポケット寸法、ピッチ、リール仕様の詳細図が提供されています。このパッケージングは自動高速組立装置に対応しています。標準リールには1500個が収納されています。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、デバイスの性能と信頼性を維持するために重要です。

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

無鉛（Pbフリー）リフローはんだ付け温度プロファイルが推奨されます。ピーク温度は260°Cを超えてはならず、240°C以上の時間は制限されるべきです（絶対最大定格に従い通常5秒）。熱ショックを最小限に抑えるため、プリヒート、ソーク、リフロー、冷却の各段階を制御する必要があります。リフローはんだ付けは2回を超えて行わないでください。

5.2 手はんだ付け

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、各端子との接触時間は3秒以下に制限してください。低電力のごて（≤25W）が推奨されます。プラスチックパッケージへの熱ダメージを防ぐため、各リードをはんだ付けする間に十分な冷却時間を確保してください。

5.3 保管および湿気感受性

LEDは乾燥剤入りの防湿バッグに梱包されています。主な注意事項は以下の通りです：

• 使用準備が整うまでバッグを開封しないでください。
• 未開封バッグは温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管してください。
• 出荷後1年以内に使用してください。
• 開封後は、同じ保管条件下で168時間（7日）以内に部品を使用してください。
• 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、はんだ付け前に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。これによりリフロー時のポップコーン現象を防止できます。

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包手順

部品は乾燥剤を含むアルミラミネート防湿バッグに梱包されています。バッグには、品番（P/N）、数量（QTY）、ロット番号（LOT No.）、ピーク波長（HUE）などの関連コードを含む重要な情報がラベル表示されています。

6.2 デバイス選択ガイド

特定のデバイスIR29-01C/L510/R/TR8は、ガリウムアルミニウムヒ素（GaAlAs）チップ材料とウォータークリアレンズを使用しています。品番自体が主要属性をコード化している可能性があります：IRは赤外線、29はシリーズまたはサイズ、01Cはバリアントコード、L510はピーク波長ビン、Rはリール梱包、TR8は8mmテープを示します。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

このIR LEDは、以下のような幅広い赤外線センシングおよび伝送アプリケーションに適しています：

• 近接・存在検知：自動水栓、石鹸ディスペンサー、ハンドドライヤー、非接触スイッチなどで使用されます。
• 物体検知およびカウント：自動販売機、産業オートメーション、コンベヤベルトシステムなどで使用されます。
• 光学式エンコーダ：モーターおよび回転機器における位置・速度センシングに使用されます。
• IRデータ伝送：リモコンおよび短距離データリンク（適切な変調が必要）で使用されます。
• セキュリティシステム：ナイトビジョンカメラおよびビームブレークセンサの不可視光源として使用されます。

7.2 設計上の考慮事項と回路保護

電流制限は必須：データシートで明示的に警告されている通り、LEDには常に外部の電流制限抵抗を直列に使用する必要があります。順電圧は負の温度係数（温度上昇に伴い減少）を持っています。抵抗がない場合、電源電圧のわずかな増加または加熱によるVFの減少により、電流が制御不能に大きく増加し、即座に熱暴走を引き起こしデバイスが故障します。

駆動回路設計：DC動作の場合、オームの法則（R = (Vcc - VF) / IF）を用いて計算した単純な直列抵抗で十分です。より高いピーク強度を得るためのパルス動作では、パルスジェネレータで駆動されるトランジスタまたはMOSFETスイッチを使用できます。パルス幅とデューティサイクルが規定の制限内（≤100μs、≤1%）に収まることを確認してください。

光学的アライメント：15度の狭いビームは、受信フォト検出器との注意深い機械的アライメントを必要とし、信号強度を最大化します。センサハウジングを設計する際は放射パターングラフを考慮してください。

8. 技術比較と差別化

標準的なトップエミッションIR LEDと比較して、IR29-01Cのサイドビュー（またはサイドビュー）パッケージは、PCBを検知面と平行に取り付ける必要があるアプリケーションにおいて明確な利点を提供します。これにより、ビームを90度方向転換するためのライトパイプや追加光学系が不要となり、機械設計が簡素化され部品点数が削減されます。その940nm波長は、シリコン検出器の感度と、850nm光源と比較した低い可視性との間で良好なバランスを提供し、動作中の目立ちにくさを実現します。超小型の1.2mmサイズにより、非常にコンパクトなセンサ設計が可能です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？
A1: LEDのI-V特性は指数関数的です。順電圧のわずかな変化（それ自体が温度とともに減少します）により、電流が大きく変化する可能性があります。電流を安定させる直列抵抗がないと、熱暴走が発生し、LEDが急速に破壊されます。

Q2: このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？
A2: できません。マイクロコントローラピンの電流供給/吸収能力は限られており（多くの場合最大20-40mA）、LEDを直接駆動するようには設計されていません。常にMCUピンで制御される駆動回路（例：トランジスタ）を使用し、LEDと直列に電流制限抵抗を配置してください。

Q3: 放射強度（mW/sr）と光度（mcd）の違いは何ですか？
A3: 光度（カンデラで測定）は人間の目の感度（明所視感度曲線）で重み付けされており、赤外線スペクトルではほぼゼロです。放射強度は単位立体角あたりの実際の光パワーを測定するため、人間ではなく機械による検知を意図したIRデバイスの正しい指標となります。

Q4: 15度の指向角はどのように解釈すればよいですか？
A4: これは半値全幅（FWHM）角です。放射強度は0度（パッケージ側面から真っ直ぐ）で最高となり、中心線から±7.5度で最大値の50%に低下するため、全ビーム幅は15度となります。

10. 実践的な設計および使用事例

事例：ペーパータオルディスペンサーセンサの設計IR29-01Cは理想的な候補です。これはディスペンシングスロットを横切るように側面を向けてPCBの端に取り付けられます。対応するシリコンフォトトランジスタが反対側に配置されます。通常状態ではIRビームが検出されます。手がビームを遮断すると、マイクロコントローラがモーターをトリガーしてタオルを排出します。サイドビューパッケージにより、PCBをフロントパネル背面に垂直に取り付け、LEDと検出器が小さな穴から覗く非常に洗練された設計が可能です。940nm波長は不可視であるため、邪魔な赤色の発光はありません。設計者は、5Vシステムレールからの20mA駆動電流に適した直列抵抗を計算する必要があります（R ≈ (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω、180Ωまたは200Ωの標準値が適切です）。

11. 原理紹介

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、順方向に電気的にバイアスされたときに非可視の赤外線を放射する半導体p-n接合ダイオードです。デバイス内で電子が正孔と再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。放射される光の波長は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。IR29-01Cでは、ガリウムアルミニウムヒ素（GaAlAs）材料系を使用して、940nm波長に対応するピークエネルギーの光子を生成します。ウォータークリアエポキシパッケージはレンズとして機能し、放射光を集光ビームに形成します。サイドビュー構造は、半導体チップをパッケージ内で横向きに実装することで実現され、光がPCB面と平行に放射されます。

12. 開発動向

IR29-01Cのような超小型IR LEDの動向は、さらに小さなパッケージサイズ（例：チップスケールパッケージ）、より高い放射強度と効率、自動車および産業アプリケーションをサポートするためのより広い動作温度範囲に向かっています。統合はもう一つの主要な動向であり、IRエミッタ、ドライバ、時にはフォト検出器を単一モジュールに組み合わせたデバイスが登場しています。IRデータ協会（IrDA）や民生機器リモコンなどのデータ通信アプリケーション向けに、速度（変調能力）を向上させることにも焦点が当てられています。さらに、静電気放電（ESD）および過酷な環境条件に対する信頼性と堅牢性を向上させる開発が続けられています。