IR67-21C/TR8 トップビュー赤外線LED データシート - SMDパッケージ - 940nmピーク波長 - 120°視野角 - 日本語技術文書

1. 製品概要

IR67-21C/TR8は、小型表面実装（SMD）パッケージに収められたトップビュー型赤外線発光ダイオードです。フラットトップレンズを備えたクリアプラスチックで成形されており、現代の赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスとの互換性を考慮して設計されています。その主な機能は、シリコンフォトダイオードやフォトトランジスタの感度ピークに合わせたピーク波長で赤外光を放射することで、様々なセンシングおよびスイッチングアプリケーションの中核部品となります。

この部品の主な利点は、低い順方向電圧要件、広い120度の視野角、そして鉛フリーおよびRoHS環境基準への適合です。小型SMDフォームファクタにより、プリント基板上への高密度実装が可能であり、コンパクトな民生用および産業用電子機器にとって不可欠です。

1.1 主要仕様とデバイス選定

IR67-21C/TR8を定義する基本仕様は、チップ材料と光学特性です。発光チップは、赤外線放射の生成に適した半導体材料であるガリウムアルミニウムヒ素（GaAlAs）で構成されています。パッケージはクリアレンズを備えており、放射される赤外光をフィルタリングしないため、最大の放射強度出力を確保します。このGaAlAsチップとクリアレンズの組み合わせは、検出信号強度が重要なセンサーアプリケーションでの最適な性能を実現するために特別に設計されています。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、IR67-21C/TR8赤外線LEDに規定された電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。これらの定格を理解することは、信頼性の高い回路設計とデバイスの長期的な動作完全性を確保するために極めて重要です。

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発生する可能性のある応力限界を定義します。これらは推奨動作条件ではなく、過渡現象を含むいかなる状況下でも超えてはならない閾値です。

• 連続順方向電流（I_F)）：65 mA。これは、周囲温度（T_a）25°Cにおいて、LED接合部を無期限に流すことができる最大直流電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP)）：1.0 A。この高電流は、厳密なパルス条件下でのみ許容されます：パルス幅 ≤ 100 µs、デューティサイクル ≤ 1%。この定格は、短時間の高強度IR光パルスを必要とするアプリケーションに関連します。
• 逆電圧（V_R)）：5 V。この値を超える逆バイアス電圧を印加すると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 電力損失（P_d)）：25°C時 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。実際に許容される電力は周囲温度の上昇とともに減少します（デレーティング曲線参照）。
• 熱抵抗、接合部-周囲間（R_thj-a)）：400 K/W。このパラメータは、半導体接合部から周囲の空気へ熱がどれだけ効率的に移動するかを定量化します。値が低いほど放熱性が優れています。この値では、損失電力1ワットごとに、接合部温度は周囲温度より400°C上昇します。
• 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許容範囲を定義します。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、標準試験条件25°Cで測定され、通常動作時のデバイスの性能を記述します。'Typ.'列は代表値または期待値を示し、'Min.'および'Max.'は保証される性能限界を定義します。

• 放射強度（I_e)）：単位立体角あたりの放射光パワー（ミリワット毎ステラジアン、mW/srで測定）です。標準駆動電流20mAでは、代表的な放射強度は1.5 mW/srで、保証最小値は1.0 mW/srです。パルス高電流条件（100mA、≤100µs、≤1%デューティ）では、強度は代表値で20 mW/srに達します。
• ピーク波長（λ_p)）：940 nm（代表値）。これはLEDが最も多くの光パワーを放射する波長です。一般的なシリコン系光検出器の感度ピークとスペクトル的に整合しています。
• スペクトル帯域幅（Δλ））：45 nm（代表値）。これは放射される波長の範囲を定義し、通常は最大強度の半分の幅（半値全幅、FWHM）で測定されます。940nmを中心とした45nmの帯域幅は、約917.5nmから962.5nmの範囲で有意な放射が発生することを意味します。
• 順方向電圧（V_F)）：20mA時、代表的な順方向電圧は1.2V、最大1.5Vです。パルス100mA条件では、V_Fは代表値で1.4V（最大1.8V）に増加します。この低いV_Fは、低電圧およびバッテリー駆動アプリケーションに有利です。
• 視野角（2θ_1/2)）：120度。これは放射強度がピーク値（軸上測定）の半分に低下する全角です。広い120°の角度は、広く拡散した照明を提供し、ターゲット位置が変動する可能性がある近接または存在検知に理想的です。

3. 性能曲線分析

データシートには、主要パラメータが動作条件に応じてどのように変化するかを示すいくつかの特性曲線が含まれています。これらのグラフは、動的なシステム設計に不可欠です。

3.1 電力損失 vs. 周囲温度

このデレーティング曲線は、最大許容電力損失（P_d）が25°C時の130 mWから約150°C時の0 mWまで直線的に減少することを示しています。設計者は、特定の最大周囲温度に対する安全な動作電流を計算するためにこのグラフを使用する必要があります。例えば、最大周囲温度が85°Cの場合、グラフは許容電力損失が大幅に減少することを示しており、それにより最大許容順方向電流が制限されます。

3.2 スペクトル分布

スペクトル分布曲線は、相対放射強度を波長に対してプロットします。これにより、940nmのピーク波長と約45nmのスペクトル帯域幅が視覚的に確認できます。曲線は通常、ピーク波長を中心としたガウス形状です。

3.3 ピーク放射波長 vs. 周囲温度

この曲線は、ピーク波長の温度依存性を示しています。一般的に、LEDのピーク波長は接合温度が上昇するにつれて長波長側にシフト（赤方偏移）します。このグラフはそのシフト量を定量化しており、検出器の感度も温度依存性を持つ可能性があるため、正確なスペクトル整合を必要とするアプリケーションにおいて重要です。

3.4 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

I-V曲線は、標準的なダイオードと同様に非線形です。LEDを流れる電流とその両端の電圧の関係を示します。この曲線の膝は代表的な順方向電圧付近にあります。この曲線は、特に電圧源でLEDを駆動する際の電流制限回路の設計に役立ちます。

3.5 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、空間的な放射パターンを図示します。120°の視野角を確認し、強度がどのように分布するかを示します。クリアパッケージのフラットトップLEDのパターンは、通常、ランバート分布に近く、強度は法線（中心）からの角度の余弦に比例します。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

IR67-21C/TR8は、小型SMDパッケージに収められています。寸法図は、PCBフットプリント設計に必要なすべての重要な寸法（本体の長さ、幅、高さ、リード間隔、パッド寸法など）を提供します。主要寸法には、全体サイズ（例：約3.2mm x 2.8mm、ただし正確な値は図面から取得する必要があります）、はんだパッド間の距離、信頼性の高いはんだ付けのための推奨ランドパターンが含まれます。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 極性識別

パッケージには、アノード端子とカソード端子を識別するためのマーキングまたは特徴（ノッチ、面取りコーナー、カソードマークなど）が含まれています。逆バイアスを印加するとデバイスを損傷する可能性があるため、組み立て時には正しい極性を遵守する必要があります。

4.3 キャリアテープおよびリール仕様

自動組み立て用に、部品はエンボス加工されたキャリアテープに巻かれたリールで供給されます。データシートには、ポケットサイズ、ピッチ、テープ幅を含むキャリアテープの寸法が記載されています。リールには通常2000個が収容されています。これらの寸法は、ピックアンドプレースマシンのプログラミングに重要です。

5. はんだ付けおよび組み立てガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、LEDへの損傷を防止し、長期的な信頼性を確保するために重要です。

5.1 リフローはんだ付けプロセス

本デバイスは、赤外線および気相リフロー工程と互換性があります。推奨される鉛フリーはんだ温度プロファイルが提供されており、予熱、ソーク、リフロー最高温度（260°Cを超えない）、冷却速度を規定しています。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。加熱中にLED本体に応力を加えないこと、はんだ付け後にPCBが反らないように注意してください。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です。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。低電力のごて（≤25W）の使用を推奨します。各端子のはんだ付けの間には、少なくとも2秒の冷却間隔を設けてください。データシートでは、手はんだ付けはしばしば損傷の原因となるため、強く非推奨としています。

5.3 リワークおよび修理

LEDがはんだ付けされた後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、両方の端子を同時に加熱して熱応力を最小限に抑えるために、両頭はんだごてを使用する必要があります。リワーク中に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. 保管および湿気感受性

IR67-21C/TR8は湿気に敏感です。リフロー中のポップコーン現象（急速な蒸気膨張によるパッケージのひび割れ）を防ぐための予防措置を講じる必要があります。

• 防湿バッグは、部品を使用する準備ができるまで開封しないでください。
• 開封前は、温度≤30°C、相対湿度（RH）≤90%で保管してください。保管寿命は1年です。
• 開封後は、温度≤30°C、相対湿度（RH）≤70%で保管してください。フロアライフ（バッグから出してよい時間）は168時間（7日間）です。
• シリカゲル乾燥剤が変色した場合（飽和を示す）、または保管時間を超えた場合は、リフロー前に60±5°Cで24時間のベーキング（乾燥）が必要です。

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

IR67-21C/TR8は、不可視の赤外光をセンシングまたは信号伝送に使用する幅広い光電子アプリケーション向けに設計されています。

• センサー：近接センサー、物体検知、ライントレースロボットの光源として使用されます。
• 光電スイッチ：光インタラプタまたはスロットスイッチの片側を構成し、物体がLEDと光検出器の間のビームを遮断します。
• 民生電子機器：テレビ、VCR、その他のオーディオ/ビデオ機器のリモコン送信機（ただし、より長距離用にはしばしば高出力LEDが使用されます）。
• イメージング：セキュリティカメラ用の赤外線照明、特に低照度またはナイトビジョンモードで使用されます。
• 安全装置：光散乱原理を使用する特定タイプの煙感知器の部品として使用できます。

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限：外部の電流制限抵抗は絶対に必須です。LEDは急峻なI-V特性を示すため、電圧のわずかな増加が電流の大幅な増加を引き起こし、適切に制御されない場合は即座に焼損します。抵抗値はオームの法則を使用して計算します：R = (V_supply- V_F) / I_F.
• 熱管理：SMDパッケージはPCBパッドを通じて熱を放散しますが、特に高周囲温度環境では、電力損失のデレーティング曲線に注意を払う必要があります。十分なPCB銅面積（サーマルリリーフパッド）は接合温度の低下に役立ちます。
• スペクトル整合：選択した光検出器（フォトダイオード、フォトトランジスタ）が940nm付近で感度ピークを持つことを確認し、システムの信号対雑音比を最適化します。
• 光学設計：120°の視野角は広いカバレッジを提供します。より長距離または指向性の強いビームが必要な場合は、二次光学系（レンズ）が必要になる場合があります。

8. パッケージングおよび発注情報

8.1 梱包手順

LEDは、乾燥剤と湿度指示カードを含む防湿アルミバッグに梱包されています。バッグには、トレーサビリティと正しい適用のための重要な情報がラベル付けされています。

8.2 ラベル仕様

ラベルには、顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、梱包数量（QTY）、ロット番号（LOT NO）、およびカテゴリ（CAT、おそらく放射強度用）、色調（HUE、ピーク波長用）などの光学ビニング情報が含まれます。参照コード（REF）も存在する場合があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 連続電流が65mAしかないのに、1.0Aのピーク順方向電流定格の目的は何ですか？
A: ピーク電流定格により、LEDを非常に短い高電力パルスで駆動することが可能になります。これは、距離測定（飛行時間法）やデータ伝送などのアプリケーションで有用です。これらのアプリケーションでは、周囲ノイズを克服したり、より長距離を伝搬したりするために、短時間で強力なIR光のバーストが必要であり、過剰な平均熱を発生させずに済みます。

Q: 周囲温度が50°Cの場合、アプリケーションの安全な動作電流をどのように決定しますか？
A: 電力損失 vs. 周囲温度のデレーティング曲線を使用する必要があります。曲線上で50°Cに対応する点を見つけ、その温度での最大許容電力損失（P_d(max)）を決定します。次に、希望する電流における代表的な順方向電圧（V_F）を使用して、最大安全電流を計算します：I_F(max)= P_d(max)/ V_F。常に安全マージンを含めてください。

Q: このLEDをテレビのリモコンに使用できますか？
A: 正しい波長（940nmはリモコンの標準）で放射しますが、20mA時の放射強度（代表値1.5 mW/sr）は、専用のリモコン用LEDよりも低い可能性があります。リモコン用LEDは、より強く駆動されたり、より長距離用に異なる光学系を持っていたりします。短距離リモコンでは動作する可能性がありますが、一般的なリビングルームの距離では、より高出力用に特性付けられた部品の方が適しているかもしれません。

Q: 保管およびベーキング手順がなぜそれほど具体的なのですか？
A: プラスチックSMDパッケージは空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この吸収された湿気が急速に蒸気に変わり、内部圧力を発生させ、パッケージの層間剥離やダイのひび割れ（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。制御された保管およびベーキング手順は、はんだ付け前にこの湿気を安全に除去するための業界標準（JEDEC MSL定格に基づく）です。

10. 動作原理と技術的背景

10.1 基本動作原理

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子とp型材料からの正孔が接合領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。GaAlAs半導体では、このエネルギーは主に赤外線スペクトル（約940nm）の光子として放出されます。特定の波長は、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、結晶中のアルミニウムとガリウムの比率を調整することで設計されます。

10.2 光電子システムにおける役割

典型的なセンシングシステムでは、IR67-21C/TR8は能動的な信号源として機能します。その光は、検出器によって直接受信される（透過センシング用）、ターゲットから反射される（近接/反射センシング用）、または物体によって遮断される（ビーム遮断センシング用）かのいずれかです。検出器は、変調または遮断されたIR光を処理用の電気信号に変換します。940nmの波長は、人間の目には見えず、ほとんどの周囲可視光からの干渉を避け、安価なシリコン検出器の高感度領域に一致し、より長波長のIR波長と比較して空気や一般的な材料による吸収を受けにくいため理想的です。

10.3 業界動向と背景

IR67-21C/TR8のようなSMD赤外線LEDの開発は、電子機器組み立ての小型化と自動化によって推進されています。トレンドは、より小さなパッケージフットプリント、単位面積あたりのより高い放射強度、改善された熱性能、一貫した性能のためのより厳密なビニングに向かっています。また、新しい半導体材料（異なるIRバンド用のシリコン上のInGaNなど）や、LEDドライバ、センサー、信号処理を単一モジュールに統合したソリューション（例：近接センサーモジュール）に関する研究も進行中です。信頼性が高く低コストのIR部品への需要は、モノのインターネット（IoT）、自動車センシング（例：車室内モニタリング）、産業オートメーションの拡大に伴って継続的に成長しています。