SMD赤外線エミッタ 930nm データシート - パッケージ 5.0x5.0x1.6mm - 順電圧 2.9V - 放射強度 480mW/sr - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、表面実装技術（SMT）アセンブリ向けに設計された、個別部品としての高出力赤外線エミッタコンポーネントの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、信頼性が高く効率的な赤外線光源を必要とするアプリケーション向けの幅広い赤外線コンポーネント群の一部です。その中核的な機能は、電気的に駆動された際に特定のピーク波長で赤外線放射を発することです。

1.1 中核的な利点とターゲット市場

このエミッタの主な利点には、高い放射出力、SMDパッケージによる自動PCBアセンブリへの適合性、近赤外領域に中心を持つ明確なスペクトル出力が含まれます。環境適合性に関する業界標準を満たすように設計されています。主なターゲットアプリケーションは、赤外線信号が無線通信、近接検知、またはデータの符号化に使用される、民生用電子機器および産業用センシング分野です。

2. 詳細な技術パラメータ分析

以下のセクションでは、データシートで定義されている主要なパラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

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のある応力限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 許容損失 (3.8W):周囲温度（Ta）25°Cにおいて、デバイス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、半導体接合部の過熱リスクがあります。
• ピーク順電流 (2A, 300pps, 10μsパルス):パルス動作における最大許容電流です。10μsのパルス幅と毎秒300パルス（pps）は、特定のデューティサイクルを定義します。短いパルス中は熱の蓄積が減少するため、この定格は通常、DC定格よりも高くなります。
• DC順電流 (1A):DC条件下でデバイスに流すことができる最大連続電流です。この限界値付近または限界値で動作させるには、注意深い熱管理が必要です。
• 逆電圧 (5V):逆バイアス方向に印加できる最大電圧です。赤外線エミッタは逆動作用に設計されていません。この電圧を超えると破壊を引き起こす可能性があります。
• 熱抵抗 (9 K/W, 接合部-はんだパッド間):熱設計における重要なパラメータです。損失電力1ワットあたり接合温度がどれだけ上昇するかを示します。値が低いほど、半導体ダイからPCBへ熱がより容易に伝達されることを意味します。
• 動作・保管温度範囲:それぞれ、信頼性のある機能動作および非動作時の保管における環境限界を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件（特に記載がない限り、Ta=25°C、IF=500mA）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 放射強度 (I_E):480 mW/sr (代表値)。これは、デバイスの中心軸に沿った単位立体角（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。指向性ビームにおけるIR光源の明るさを示す重要な指標です。
• 全放射束 (Φ_e):700 mW (代表値)。これは全方向に放射される総光パワーです。放射束と放射強度の比は視野角の影響を受けます。
• ピーク発光波長 (λ_ピーク):930 nm (代表値)。放射される光パワーが最大となる波長です。これは受信センサ（例：シリコンフォトダイオードは900-1000nm付近で最も感度が高い）の分光感度と一致させる必要があります。
• スペクトル半値幅 (Δλ):35 nm (代表値)。ピーク強度の半分で測定された放射スペクトルの帯域幅です。幅が狭いほど、より単色性の高い光源であることを示します。
• 順電圧 (V_F):500mA時 2.9 V (代表値)。動作時のデバイス両端の電圧降下です。これは駆動回路の設計と消費電力の計算（電力 = V_F* I_F）に極めて重要です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時 < 10 μA。デバイスが逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。
• 立上り/立下り時間 (T_r/T_f):30 ns (代表値)。光出力が最終値の10%から90%に変化する（立上り）、または90%から10%に変化する（立下り）のに必要な時間です。これはデータ伝送の最大変調速度を決定します。
• 視野角 (2θ_1/2):70° (代表値)。放射強度が軸上値の半分に低下する全角度です。広い角度はより広いカバレッジを提供しますが、単一方向での強度は低くなります。

3. 性能曲線分析

提供されるグラフは、様々な条件下でのデバイスの動作に関する視覚的な洞察を提供します。

3.1 スペクトル分布 (図1)

この曲線は、波長の関数としての相対放射強度を示しています。約930nmでのピークと約35nmの半値幅を確認できます。この形状は半導体材料（おそらくGaAsまたはAlGaAs）に特徴的です。

3.2 順電流 vs. 周囲温度 (図2)

このデレーティング曲線は熱管理に不可欠です。周囲温度が上昇するにつれて最大許容順電流が減少することを示しています。85°Cでは、最大電流は25°C時よりも大幅に低くなります。設計者は、動作電流と温度の組み合わせが安全領域内に収まるように、このグラフを使用する必要があります。

3.3 順電流 vs. 順電圧 (図3)

これは電流-電圧（I-V）特性曲線です。ダイオードに典型的な非線形特性を示します。この曲線により、設計者は選択した動作電流に対する予想されるV_Fを決定でき、直列電流制限抵抗の選定に必要です。

3.4 相対放射強度 vs. 温度・電流 (図4 & 5)

図4は、固定電流において接合温度が上昇するにつれて光出力パワーがどのように減少するかを示しています。図5は、固定温度において出力パワーが電流とともにどのように増加するかを示しています。両方とも、デバイスの温度依存性のある効率を示しています。出力は温度が高くなると低下し、これはLEDに共通する現象です。

3.5 放射指向性図 (図6)

この極座標プロットは、放射光の空間分布を視覚的に表しています。同心円は相対強度を表します。このプロットは70°の視野角（2θ_1/2）を確認しており、強度は中心（1.0）に対して0.5に低下します。このパターンは、単純なドームレンズを持つLEDに一般的な、ほぼランバート（余弦）分布に見えます。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 外形寸法

デバイスは、長さおよび幅が約5.0mm、高さが1.6mmの表面実装パッケージに収められています。図面には光学レンズとはんだパッドの位置が指定されています。特に記載がない限り、公差は通常±0.1mmです。

4.2 極性識別

カソード（負端子）はパッケージ図面に明確にマークされています。損傷を防ぐため、PCBレイアウトおよびアセンブリ時に正しい極性を遵守する必要があります。

4.3 推奨はんだパッド寸法

リフローはんだ付け時に信頼性の高いはんだ接合と適切な機械的位置合わせを確保するために、ランドパターンの推奨が提供されています。これらの寸法に従うことで、トゥームストーニングを防止し、放熱のためのPCBへの良好な熱接続を確保するのに役立ちます。

5. はんだ付け・アセンブリガイドライン

5.1 保管条件

デバイスは湿気に敏感です。未開封のパッケージは30°C以下、90%RH以下で保管する必要があります。防湿バッグを開封した後は、コンポーネントは1週間以内に使用するか、乾燥環境（<30°C、<60%RH）で保管してください。周囲湿度に1週間以上さらされたコンポーネントは、はんだ付け時のポップコーン現象による損傷を防ぐために、リフロー前にベーキング処理（約60°C、20時間）が必要です。

5.2 リフローはんだ付けプロファイル

JEDEC準拠のリフロープロファイルを推奨します。主要なパラメータには、予熱段階（150-200°C、最大120秒）、260°Cを超えないピーク温度、およびピーク温度を最大10秒間維持する液相線以上時間（TAL）が含まれます。このプロファイルは、プラスチックパッケージおよび半導体ダイへの損傷を防ぐために、最大温度とコンポーネントが高温にさらされる時間を制御することを重視しています。

5.3 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごての温度を300°C以下に抑え、パッドごとの接触時間を3秒以内に制限する必要があります。これにより熱ストレスを最小限に抑えます。

5.4 洗浄

はんだ付け後の洗浄には、イソプロピルアルコールまたは同様のアルコール系溶剤を推奨します。パッケージやレンズを損傷する可能性があるため、刺激性の強いまたは不明な化学薬品は避けてください。

6. 梱包と取り扱い

6.1 テープ＆リール仕様

コンポーネントは標準的な13インチリールに供給され、1リールあたり2400個です。テープおよびリールの寸法はANSI/EIA-481-1-A-1994仕様に準拠しており、自動ピックアンドプレースマシンとの互換性を確保しています。カソードの向きはテープポケット内で標準化されています。

7. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

7.1 駆動回路設計

デバイスは電流駆動型のコンポーネントです。一貫した性能と長寿命のため、電流源または直列電流制限抵抗を介した電圧源によって駆動する必要があります。データシートでは、複数のユニットを並列接続する場合（回路モデルA）、各LEDに個別の直列抵抗を使用することを強く推奨しています。個々のLED間の順電圧（V_F）のばらつきにより、著しい電流不平衡や輝度の不均一、または最も低いV_F.

を持つデバイスの早期故障を引き起こす可能性があるため、並列アレイに単一の抵抗を使用する（回路モデルB）ことは推奨されません。

7.2 熱管理

許容損失（最大3.8W）と熱抵抗（9 K/W）を考慮すると、高電流または高温環境での動作には効果的な放熱が不可欠です。主な熱経路ははんだパッドを通じてPCBへ伝達されます。PCB上に十分な銅面積（サーマルリリーフパッド）を持つ推奨パッドレイアウトを使用することが重要です。高出力アプリケーションでは、デレーティング曲線で定義された安全限界内に接合温度を保つために、内部グラウンドプレーンまたは専用のヒートシンクに接続する追加のサーマルビアが必要になる場合があります。

7.3 光学設計上の考慮事項

70度の視野角はビームの広がりを定義します。より狭いビームを必要とするアプリケーションでは、二次光学系（レンズ）を追加することができます。930nmのピーク波長は、そのスペクトル領域で高い感度を持つ受信機（フォトダイオード、フォトトランジスタ）と組み合わせる必要があります。多くのシリコン系センサーは850-950nm付近でピーク感度を持つため、良好なマッチングとなります。リモコンアプリケーションでは、この波長は850nmよりも人間の目に見えにくいが、シリコンによって依然として効率的に検出されるため、一般的に使用されます。

8. 技術比較と差別化

標準的な低出力赤外線LEDと比較して、このデバイスは大幅に高い放射強度（代表値480 mW/sr）を提供し、より長い距離での動作や光学的にノイズの多い環境での動作を可能にします。その表面実装パッケージはスルーホールタイプと差別化され、より小型で自動化されたPCBアセンブリを可能にします。高速な立上り/立下り時間（30ns）により、単純なオン/オフ信号だけでなく、中速のデータ伝送にも適しています。定義されたスペクトル特性と視野角は、光学システム設計において一貫性があり予測可能な性能を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを5Vマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？_{A: できません。直列電流制限抵抗を使用する必要があります。抵抗値は R = (供給電圧 - V}) / I_F で計算されます。例えば、供給電圧5V、V_F=2.9V、希望するI_Fが100mAの場合、R = (5 - 2.9) / 0.1 = 21 オームです。抵抗の電力定格も考慮する必要があります（P = I_FR）。²Q: 放射強度と全放射束の違いは何ですか？

A: 放射強度（mW/sr）は特定の方向のパワーを測定します（懐中電灯のビームの明るさのようなもの）。全放射束（mW）は全方向に放射されるパワーの合計を測定します（電球の総光出力のようなもの）。指向性光源の場合、強度の方がより関連性の高い指標となることが多いです。

Q: 私のアプリケーションにおける最大安全動作電流をどのように決定すればよいですか？

A: 絶対最大DC電流（1A）と熱デレーティングの両方を考慮する必要があります。図2を使用してください。x軸上の予想される最大周囲温度を見つけます。曲線まで線を引き、次に左にy軸まで線を引いて最大許容電流を見つけます。選択した動作電流は、この値と1Aの絶対最大値よりも低くなければなりません。

Q: ピーク波長は930nmと指定されているのに、部品説明では940nmと記載されているのはなぜですか？

A: 部品説明は940nmデバイスを含む一般的な製品ラインを指しています。この特定の型番（LTE-R38385S-OE8）は、その詳細仕様に従って代表的なピーク波長が930nmです。注文したコンポーネントの正確なパラメータについては、常に特定のデータシートを参照してください。

10. 実践的な設計と使用例

10.1 例1: 長距離赤外線トランスミッタ

シナリオ:

日中条件下で15メートル以上のデータ通信を行うための耐候性屋外用IRトランスミッタを設計する。設計アプローチ:

高い放射強度（480mW/sr）を利用して環境光ノイズを克服します。最大出力を得るためにLEDを最大DC電流（1A）付近または最大値で駆動しますが、堅牢な熱管理戦略を実装します。LEDのサーマルパッドに接続されたPCB上に大きな銅箔を配置し、内層への複数のサーマルビアを使用します。ビームを70°から約15°に絞り、必要な距離に対する軸上強度をさらに高めるために、単純なプラスチックのコリメートレンズを追加することを検討します。駆動回路は、マイクロコントローラによってスイッチングされるトランジスタ（例：MOSFET）と、1Aの電流を設定するために計算された直列抵抗を使用します。10.2 例2: 多素子近接センサアレイ

シナリオ:

中央の受信機を囲むように配置された8個のIRエミッタを持つ近接センサリングを作成する。設計アプローチ:

均一な照明が鍵です。推奨される回路モデルAを使用します：8個のLEDそれぞれが、共通の電圧レールに接続された同一の電流制限抵抗を持ちます。これにより、LED間の小さなVのばらつきを補償します。出力と熱負荷のバランスを取るために、LEDを適度な電流（例：200mA）で動作させます。クリーンなパルスのために高速な30nsの立上り/立下り時間を活用し、信号対雑音比を改善するために、受信機のサンプリングと同期してアレイをパルス駆動します。各LEDの70°の視野角は、広く重なり合う検知領域を作り出します。_F11. 動作原理の紹介

この赤外線エミッタは半導体ダイオードです。その中核は、ガリウムヒ素（GaAs）やアルミニウムガリウムヒ素（AlGaAs）などの材料で作られたチップです。順方向電圧が印加されると、電子がp-n接合を横断して注入されます。これらの電子が活性領域で正孔と再結合する際に、エネルギーが光子（光の粒子）の形で放出されます。半導体材料の特定のバンドギャップエネルギーが、放出される光の波長（色）を決定します。GaAs/AlGaAsの場合、このバンドギャップは赤外線スペクトル（通常850-940nm）の光子に対応します。プラスチックパッケージはチップを封止し、機械的構造を提供し、放射光の指向性パターンを形成する成形レンズを含みます。

12. 技術トレンドと背景

このタイプの赤外線エミッタは成熟した、非常に信頼性の高いコンポーネントです。この分野の現在のトレンドは、電力密度と効率（電気ワットあたりのより多くの光出力）を高め、携帯機器においてより小型のパッケージまたはより長いバッテリー寿命を実現することに焦点を当てています。統合は別のトレンドであり、ジェスチャー認識や3Dセンシングのために、エミッタとセンサのペアまたはアレイを組み合わせたものが一般的になっています。ガスセンシングや光通信などの特殊なアプリケーション向けに波長範囲を拡大する開発も進行中です。このコンポーネントに見られるように、表面実装パッケージへの移行は、古いスルーホール設計に取って代わり、自動化された大量生産において引き続き主流です。詳細な熱仕様とはんだ付けプロファイルへの重点は、現代の電子機器アセンブリにおける信頼性とプロセス制御への業界の焦点を反映しています。

Infrared emitters of this type are mature, highly reliable components. Current trends in the field focus on increasing power density and efficiency (more light output per electrical watt), enabling smaller packages or longer battery life in portable devices. Integration is another trend, with combined emitter-sensor pairs or arrays becoming common for gesture recognition and 3D sensing. There is also ongoing development in expanding the wavelength range for specialized applications like gas sensing or optical communications. The move towards surface-mount packages, as seen with this component, continues to dominate for automated, high-volume manufacturing, replacing older through-hole designs. The emphasis on detailed thermal specifications and soldering profiles reflects the industry's focus on reliability and process control in modern electronics assembly.