SMD赤外線LED RE30AX仕様書 - 寸法3.00x3.00x2.10mm - 電圧1.7V - 電力0.9W - 850nmピーク波長 - 日本語技術文書

1. 製品概要

本技術文書は、高出力表面実装型赤外線発光ダイオード（LED）の仕様と応用ガイドラインを詳細に記述しています。本デバイスはEMC（エポキシ成形コンパウンド）パッケージを採用し、過酷な動作環境において優れた機械的強度、熱安定性、信頼性を提供します。

中核となる利点：本コンポーネントの主な利点には、コンパクトなSMD占有面積（3.0mm x 3.0mm）、高出力の全放射束、100度という広い視野角による広範囲照明の確保が含まれます。標準的な鉛フリーリフローはんだ付けプロセスへの適合性を考慮して設計されています。

対象市場：本赤外線LEDの主な適用分野は、セキュリティおよび監視システムであり、暗視カメラ用の不可視照明源として機能します。また、産業オートメーションにおける機械視覚システムにも非常に適しており、低照度条件下での信頼性の高い物体検出や位置決めを可能にします。

1.1 パッケージ寸法

本コンポーネントは、長さ3.00 mm、幅3.00 mm、高さ2.10 mmのコンパクトな長方形パッケージに収められています。寸法公差は特に記載がない限り、一般的に±0.2 mmです。パッケージには明確な極性マーキングが施されており、PCB実装時の正しい向きを保証します。最適な熱的・電気的性能、およびプリント回路基板への信頼性の高い機械的接続を容易にするため、推奨はんだランドパターン（フットプリント）が提供されています。

2. 詳細技術パラメータ分析

以下のセクションでは、デバイスの電気的、光学的、熱的特性について、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 電気的・光学的特性

全ての測定は、標準はんだ接合部温度（Ts）25°Cで規定されています。

• 順方向電圧（V_F）：順方向電流（I_F）500 mAを印加した場合、LED両端の典型的な電圧降下は1.7 Vで、最低値は1.4 Vです。この低い順方向電圧は、システム効率の向上に寄与します。
• ピーク波長（λ_p）：放射される赤外光の主波長は850 nmであり、これは多くのシリコン製イメージセンサーの感度ピークに近く、かつ人間の目には不可視です。
• スペクトル幅（半値幅、Δλ）：最大強度の半分の強度におけるスペクトル幅は、典型的に30 nmであり、放射される赤外光の純度を定義します。
• 全放射束（Φ_e）：このパラメータは、ミリワット単位での総光学出力を測定します。I_F= 500 mAにおいて、典型的な値は350 mWで、範囲は280 mW（最小）から450 mW（最大）です。
• 視野角（2θ_1/2）：放射強度が最大強度の半分になる角度は100度であり、広いビームパターンを提供します。
• 熱抵抗（R_θJ-S）：接合部-はんだ接合部間の熱抵抗は16 °C/Wです。この値は、動作中の接合部温度を計算し、長期信頼性を確保するために極めて重要です。

2.2 絶対最大定格

これらは、デバイスに永久損傷が生じる可能性のあるストレスの限界値です。これらの限界値付近での長時間動作は推奨されません。

• 最大損失電力（P_D）：0.9 W。
• 最大連続順方向電流（I_F）：500 mA。
• 最大逆電圧（V_R）：5 V。これを超えると即座に破壊を引き起こす可能性があります。
• 静電気放電（ESD）耐性：人体モデル（HBM）定格は2000 Vです。適切なESD取り扱い手順が必須です。
• 温度範囲：動作温度：-40°C 〜 +85°C。保管温度：-40°C 〜 +100°C。
• 最大接合部温度（T_J）：105°C。動作電流はT_Jをこの限界値以下に保つために低下させなければなりません。

3. 性能曲線分析

3.1 順方向電圧 vs. 順方向電流（IV特性曲線）

IV曲線は、半導体ダイオードに典型的な非線形の関係を示しています。電流が0から600 mAに増加するにつれ、順方向電圧は約1.3 Vから1.7 Vまで上昇します。この曲線は、適切な電流制限回路の選択や、電力損失の理解に不可欠です。

3.2 相対強度 vs. 順方向電流

このプロットは、光学出力（相対強度）が駆動電流に対して定格最大値付近までほぼ直線的に増加することを示しています。この予測可能な関係により、設計者は駆動電流を調整することで輝度を調整することが可能です。

3.3 相対強度 vs. 周囲温度

このグラフは、周囲温度が上昇するにつれて光学出力が減少することを示しています。25°Cから85°Cにかけて、相対強度は室温時の値の約85-90%まで低下します。この温度による出力低下は、動作温度範囲全体で安定した性能を実現する設計に考慮されなければなりません。

3.4 分光分布

スペクトルグラフは、850 nmにピーク放射を持ち、典型的なシリコンセンサーの応答度ピークを中心とした比較的狭い帯域幅を持つことを確認しています。その形状はAlGaAsベースのLED構造に特徴的です。

3.5 放射パターン

極座標図は100度の視野角を視覚化し、より広い角度で低下する前の中心視野コーン内では強度がかなり均一な、ほぼランベルト型の放射パターンを示しています。

3.6 はんだ接合部温度 vs. 順方向電流

この曲線は、LED接合部とはんだ接合部間の熱的結合を示しています。所与の順方向電流に対して、はんだ接合部温度は上昇します。このデータは熱抵抗と組み合わせて、正確な熱管理設計に使用されます。

4. パッケージング & SMT実装情報

4.1 パッケージング仕様

本製品は、自動SMT実装用のテープ・アンド・リールパッケージで供給されます。各リールには3000個が収納されています。キャリアテープの寸法（ポケットピッチ、幅、深さ）およびリールの寸法（直径、ハブサイズ）は、標準的なピックアンドプレース装置との互換性を確保するため、EIA標準仕様に準拠しています。

4.2 SMTリフローはんだ付けガイドライン

本コンポーネントは、鉛フリーリフローはんだ付けプロセスに対応しています。主な考慮事項は以下の通りです：

• 湿気感受性レベル（MSL）：レベル3。包装が開封され、指定されたフロアライフを超えて環境条件下に曝された場合、IPC/JEDEC標準に従ってコンポーネントをベーキングする必要があります。
• プロファイルパラメータ：最高温度が260°Cを超えない標準的な鉛フリーリフロープロファイルが推奨されます。液相線温度（一般的に217°C）以上の時間は、EMCパッケージおよび半導体ダイへの熱ストレスを最小限に抑えるために制御する必要があります。
• 取り扱い上の注意：パッケージへの機械的ストレスを避けてください。適切なサイズの真空ピックアップノズルを使用してください。ESD防護策が施された作業環境と設備を維持してください。

5. 応用及び設計上の推奨事項

5.1 代表的な応用シナリオ

• 監視・防犯カメラ：CCTV、ドライブレコーダー、ドアベルカメラなどの暗視機能のための隠密照明を提供します。
• 機械視覚及び産業オートメーション：バーコードリーダー、光学センサー、ロボットガイダンス、外観検査システムなどのための安定した照明を実現します。
• 生体認証センサー：顔認識や虹彩認証システム用の赤外線照明モジュールに使用することができます。

5.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：高い損失電力（最大0.9W）のため、効果的な放熱が極めて重要です。LEDパッド下に適切な熱ビアを持ち、グランドプレーンまたは専用ヒートシンクに接続されたPCBを使用してください。T_J= T_S+ (P_D* R_θJ-S) を用いて予想される接合部温度を計算し、それが105°C以下に保たれるようにしてください。
• 駆動回路：安定した光学出力を確保し、熱暴走を防止するため、定電圧源よりも定電流ドライバーの使用を強く推奨します。ドライバーは最大500 mAを供給できることが必要です。
• 光学設計：広い100度の視野角は、一般的な広範囲照明に適しています。集光ビームが必要な場合は、二次光学素子（レンズ）が必要となります。

5.3 比較分析

標準的なスルーホール型赤外線LEDと比較して、このSMDバージョンは、現代の製造プロセスにおいて大きな利点を提供します：小さな占有面積、自動組立への適性、PCBへの直接接続による優れた熱性能などです。他のSMD赤外線LEDと比較して、500mAで350 mWの出力と100度の角度を3.0mm x 3.0mmパッケージで実現している点は、高出力かつ広範囲照射が求められる用途に対するバランスの取れたソリューションと言えます。

6. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを3.3V電源で駆動できますか？

A: 可能ですが、定電流ドライバーを使用する必要があります。500mA時の典型的な順方向電圧は1.7Vですので、3.3Vレールから電流を制限するための直列抵抗または能動的なドライバー回路が必要です。

Q: いくつのLEDを直列に接続できますか？

A: これは駆動電圧によります。12Vドライバーの場合、理論上は最大7個のLEDを直列に接続できます（12V / 1.7V ≈ 7個）。ただし、電圧公差とドライバーのオーバーヘッドを考慮する必要があります。個別の電流バランス対策なしでのLEDの並列接続は推奨されません。

Q: 期待寿命はどの程度ですか？

A: LEDの寿命は主に動作接合部温度によって決まります。特にT_Jを105°Cより十分低く保ちながら、規定された絶対最大定格内で動作させた場合、デバイスは数万時間の動作を達成できます。高温は光束維持率の劣化を加速します。

Q: カメラに赤外線カットフィルターは必要ですか？

A: 多くの日中撮影用カメラは色ずれを防ぐために赤外線カットフィルターを備えています。効果的な赤外線暗視のためには、このフィルターを機械的に移動させるか、永久的な赤外線カットフィルターのないカメラを使用する必要があります。

7. 技術原理とトレンド

7.1 動作原理

赤外線LEDは半導体のp-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。これらの光子の波長（この場合は850nm）は、使用される半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定され、この波長域では一般的にアルミニウムガリウムヒ素（AlGaAs）が使用されます。

7.2 業界トレンド

イメージング用途向けの赤外線LEDのトレンドは、より高い効率（mAあたりのmW数向上）、高密度アレイのためのより小さなパッケージサイズ、および信頼性の向上に向かっています。また、特定のセンサータイプやアイセーフティが要求される用途に最適化された波長の開発も継続的に行われています。ドライバーICとLEDを単一パッケージに統合し、システム設計を簡素化するという別の成長トレンドもあります。