3mm 적외선 LED HIR204C/H0 데이터시트 - 치수 3.0mm - 피크 파장 850nm - 순방향 전압 1.45V - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

HIR204C/H0는 3.0mm 투명 플라스틱 패키지에 장착된 고강도 적외선 발광 다이오드입니다. 특정 스펙트럼 특성을 가진 신뢰할 수 있는 적외선 방출이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다.

1.1 핵심 특징 및 장점

이 장치는 적외선 시스템 설계에 몇 가지 주요 이점을 제공합니다:

• 높은 신뢰성:일관된 성능과 긴 작동 수명을 위해 설계되었습니다.
• 높은 방사 강도:강력한 적외선 출력을 제공하여 중거리 응용 분야에 적합합니다.
• 피크 파장:방출은 일반적인 파장(λp) 850 나노미터를 중심으로 하며, 이는 많은 IR 수신기 및 센서의 일반적인 표준입니다.
• 낮은 순방향 전압:20mA에서 일반적으로 1.45V로, 구동 회로의 낮은 전력 소비에 기여합니다.
• 환경 규정 준수:이 제품은 무연(Pb-Free)이며, EU REACH 규정을 준수하고, 할로겐 프리 요구사항(Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)을 충족합니다. 제품 자체는 RoHS 호환 사양 내에 있습니다.
• 표준 리드 피치:2.54mm(0.1인치) 리드 피치를 특징으로 하며, 표준 프로토타입 보드 및 PCB 레이아웃과 호환됩니다.

1.2 목표 응용 분야

이 적외선 LED는 일반적인 포토트랜지스터, 포토다이오드 및 적외선 수신기 모듈과 스펙트럼적으로 일치하므로, 다음과 같은 다양한 시스템에 적합합니다:

• 데이터 또는 신호 통신을 위한 자유 공간 전송 시스템.
• 확장된 범위 또는 장애물 통과를 위해 더 높은 출력이 필요한 적외선 리모컨 장치.
• IR 빔이 입자 감지에 사용되는 연기 감지기.
• 물체 감지, 근접 감지 및 산업 자동화와 같은 기타 일반 적외선 응용 시스템.

2. 기술 사양 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 작동은 보장되지 않습니다.

• 연속 순방향 전류 (IF):100 mA
• 피크 순방향 전류 (IFP):1.0 A. 이 정격은 펄스 폭 ≤ 100μs이고 듀티 사이클 ≤ 1%인 펄스 조건에서 적용됩니다.
• 역방향 전압 (VR):5 V
• 작동 온도 (Topr):-40°C ~ +85°C
• 보관 온도 (Tstg):-40°C ~ +85°C
• 납땜 온도 (Tsol):최대 260°C, 지속 시간은 5초를 초과하지 않아야 합니다.
• 전력 소산 (Pd):자유 공기 중 주변 온도 25°C 이하에서 150 mW.

2.2 전기-광학 특성

이 매개변수는 주변 온도(Ta) 25°C에서 측정되며, 장치의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 방사 강도 (Ie):단위 입체각당 방출되는 적외선 전력의 측정값입니다.
  • 순방향 전류(IF) 20mA로 구동할 때 일반적인 값은 20 mW/sr입니다.
  • 펄스 조건(IF=100mA, 펄스 폭 ≤100μs, 듀티 ≤1%)에서 일반적인 방사 강도는 40 mW/sr입니다.
• 피크 파장 (λp):IF=20mA에서 850 nm(일반적). 이는 방출 강도가 가장 높은 파장입니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):IF=20mA에서 45 nm(일반적). 이는 피크를 중심으로 방출되는 파장의 범위를 정의합니다.
• 순방향 전압 (VF):
  • IF=20mA에서 1.45V(일반적), 1.65V(최대).
  • 펄스 조건에서 IF=100mA일 때 1.80V(일반적), 2.40V(최대).
• 역방향 전류 (IR):역방향 전압(VR) 5V가 인가될 때 최대 10 μA.
• 시야각 (2θ1/2):IF=20mA에서 40도(일반적). 이는 방사 강도가 최대값(축상)의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다.

측정 허용 오차:순방향 전압: ±0.1V; 방사 강도: ±10%; 피크 파장: ±1.0nm.

3. 빈닝 시스템 설명

HIR204C/H0는 주로 방사 강도를 기준으로 다른 성능 등급 또는 "빈"으로 제공됩니다. 이를 통해 설계자는 응용 분야의 특정 출력 요구 사항을 충족하는 장치를 선택할 수 있습니다.

3.1 방사 강도 빈닝

빈닝은 IF = 20mA의 표준 테스트 조건에서 정의됩니다. 방사 강도의 단위는 mW/sr입니다.

• 빈 N:최소 11.0, 최대 17.6
• 빈 P:최소 15.0, 최대 24.0
• 빈 Q:최소 21.0, 최대 34.0
• 빈 R:최소 30.0, 최대 48.0

더 높은 빈(예: R 대 N)을 선택하면 보장되는 최소 방사 출력이 더 높아지며, 이는 응용 분야에서 더 긴 범위 또는 더 강한 신호 강도로 이어질 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 장치의 동작을 설명하는 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이를 이해하는 것은 견고한 회로 설계에 중요합니다.

4.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 곡선은 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다. 25°C에서 최대치는 100mA입니다. 온도가 상승하면 장치의 전력 소산 한계를 초과하고 열 손상을 일으키지 않도록 이 최대 전류를 줄여야 합니다. 곡선은 일반적으로 25°C에서 100mA에서 85°C에서 더 낮은 값으로 선형 감소를 보여줍니다.

4.2 스펙트럼 분포

이 그래프는 상대 방사 강도를 파장에 대해 표시합니다. 850nm의 피크 파장(λp)과 약 45nm의 스펙트럼 대역폭(Δλ)을 시각적으로 확인합니다. 곡선은 일반적으로 가우시안 형태로 850nm를 중심으로 합니다.

4.3 방사 강도 대 순방향 전류

이것은 핵심 설계 곡선입니다. 방사 강도(Ie)가 순방향 전류(IF)와 함께 증가하지만, 특히 높은 전류에서 관계가 완벽하게 선형적이지 않음을 보여줍니다. 전류를 증가시켜도 추가적인 광 출력이 적어지고 상당히 더 많은 열이 발생하는 수익 체감 지점이 있습니다. 설계자는 종종 이 곡선과 열적 고려 사항을 기반으로 권장 연속 전류(20mA 또는 100mA 펄스)에서 또는 그 이하로 LED를 작동시킵니다.

4.4 상대 방사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 플롯은 LED의 공간 방출 패턴을 보여줍니다. 중심축(0°)에서 멀어질수록 강도가 어떻게 떨어지는지 보여줍니다. 40도의 "시야각"은 강도가 축상 값의 50%로 떨어지는 지점에서 정의됩니다. 이 정보는 광학 설계, 빔 커버리지 결정 및 수신기와 LED 정렬에 매우 중요합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

LED는 표준 3.0mm 원형 패키지에 장착됩니다. 데이터시트의 상세한 기계 도면은 다음과 같은 모든 중요한 치수를 제공합니다:

• 에폭시 렌즈의 전체 직경 및 높이.
• 리드 직경 및 길이.
• 렌즈 베이스에서 리드 굽힘 부분까지의 거리.
• 착면.

일반 허용 오차:다르게 명시되지 않는 한, 치수는 ±0.25mm의 허용 오차를 가집니다. PCB 홀 배치 및 기계적 맞춤을 위해 정확한 도면을 참조하는 것이 필수적입니다.

5.2 극성 식별

6. 납땜 및 조립 지침

적절한 처리는 장치의 신뢰성과 성능을 유지하는 데 중요합니다.

6.1 리드 성형

• 굽힘은 에폭시 불베이스에서 최소 3mm 떨어진 지점에서 수행해야 합니다.
• 항상 리드를 성형하십시오이전에부품을 납땜합니다.
• 성형 중 LED 패키지 또는 그 베이스에 스트레스를 가하지 마십시오. 이는 내부 연결을 손상시키거나 에폭시에 균열을 일으킬 수 있습니다.
• 실온에서 리드를 절단하십시오. 고온 절단은 고장을 유발할 수 있습니다.
• PCB 홀이 LED 리드와 완벽하게 정렬되도록 하여 장착 스트레스를 피하십시오.

6.2 보관 조건

• 수령 후 권장 보관: ≤ 30°C 및 ≤ 70% 상대 습도.
• 이 조건에서의 유통 기한은 3개월입니다.
• 더 긴 보관(최대 1년)을 위해서는 질소 분위기와 건조제가 있는 밀봉 용기에 보관하십시오.
• 원래 포장을 개봉하면 24시간 이내에 구성 요소를 사용하십시오.
• 습한 환경에서 급격한 온도 변화를 피하여 응결을 방지하십시오.

6.3 납땜 권장 사항

납땜 접합부는 에폭시 불베이스에서 최소 3mm 떨어져 있어야 합니다.

• 핸드 납땜:인두 팁 온도 ≤ 300°C(최대 30W 인두). 리드당 납땜 시간 ≤ 3초.
• 웨이브/딥 납땜:예열 온도 ≤ 100°C, ≤ 60초. 솔더 배스 온도 ≤ 260°C, ≤ 5초.
• 일반 규칙:
  • 납땜 중 및 납땜 직후 장치가 뜨거울 때 리드에 스트레스를 가하지 마십시오.
  • 딥/핸드 납땜을 두 번 이상 수행하지 마십시오.
  • 납땜 후 LED가 실온으로 식을 때까지 기계적 충격/진동으로부터 보호하십시오.
  • 급속 냉각 공정을 피하십시오.
  • 항상 가장 낮은 효과적인 납땜 온도와 시간을 사용하십시오.

6.4 세척

• 세척이 필요한 경우 실온에서 이소프로필 알코올을 1분 이내로 사용하십시오. 실온에서 공기 건조하십시오.
• 초음파 세척을 피하십시오.절대적으로 필요한 경우, 특정 초음파 출력 및 조립 조건이 LED 다이 또는 와이어 본드를 손상시키지 않도록 하기 위해 광범위한 사전 검증이 필요합니다.

6.5 열 관리

이 데이터시트에서 특정 열 저항 값으로 자세히 설명되지는 않았지만, 열 관리가 강조됩니다. 150mW의 전력 소산(Pd) 정격은 25°C의 자유 공기를 위한 것입니다. 실제 응용 분야, 특히 더 높은 전류로 구동하거나 밀폐된 공간에서 LED의 접합 온도가 상승할 수 있습니다. 이는 발광 효율과 수명을 감소시킬 수 있습니다. 설계자는 응용 설계 단계에서 방열판, PCB 구리 면적 및 주변 조건을 고려하여 LED가 안전한 온도 한계 내에서 작동하도록 해야 합니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 라벨 사양

포장의 라벨에는 추적성 및 식별을 위한 주요 정보가 포함되어 있습니다:

• CPN:고객 제품 번호
• P/N:제품 번호 (예: HIR204C/H0)
• QTY:포장 내 수량
• CAT:발광 강도 등급 (빈 코드, 예: N, P, Q, R)
• HUE:주 파장 등급
• REF:순방향 전압 등급
• LOT No:제조 로트 번호
• X:생산 월
• REF:라벨 참조 번호

7.2 포장 사양

• 1차 포장:정전기 방지 백.
• 2차 포장:내부 카톤.
• 3차 포장:외부 마스터 카톤.
• 표준 포장 수량:
  • 정전기 방지 백당 200~1000개.
  • 5백이 1개의 내부 카톤에 포장됩니다.
  • 10개의 내부 카톤이 1개의 외부 카톤에 포장됩니다.

8. 응용 설계 고려 사항

8.1 구동 회로 설계

LED를 작동하려면 전류 제한 회로가 필수적입니다. 기본 응용 분야에는 간단한 직렬 저항이면 충분한 경우가 많습니다. 저항 값(R)은 옴의 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다: R = (Vsupply - Vf) / If. 예를 들어, 공급 전압 5V, Vf 1.45V, 원하는 If 20mA: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω. 표준 180Ω 저항이 적합할 것입니다. 더 높은 전류(예: 100mA)에서 펄스 작동의 경우, 필요한 전류 펄스를 제공하기 위해 트랜지스터 또는 전용 LED 드라이버 IC를 권장합니다.

8.2 광학 설계 및 정렬

40도의 시야각은 합리적으로 넓은 빔을 제공합니다. 더 긴 범위 또는 집중 응용 분야를 위해 LED 앞에 렌즈를 추가할 수 있습니다. 반대로, 매우 넓은 커버리지를 위해 여러 LED가 필요할 수 있습니다. 최적의 시스템 성능을 위해 수신 센서(포토트랜지스터, IR 수신기 모듈)와의 정밀한 기계적 정렬이 중요합니다. 축외 각도에서의 신호 강도를 이해하기 위해 공간 방출 패턴 곡선을 참조해야 합니다.

8.3 간섭 및 노이즈 내성

적외선 시스템은 주변광 노이즈, 특히 IR 성분을 포함하는 햇빛 및 백열등에 취약할 수 있습니다. 이를 완화하기 위한 전략은 다음과 같습니다:

• 변조된 IR 신호(예: 38kHz 반송파) 및 동일한 주파수에 맞춘 수신기 사용.
• 수신기 측에 가시광선은 차단하고 850nm IR은 통과시키는 광학 필터 추가.
• LED와 수신기 쌍을 직접적인 주변광원으로부터 물리적으로 차폐.

9. 기술 비교 및 포지셔닝

HIR204C/H0는 적외선 LED 시장에서 특정 위치를 차지합니다. 더 작은 SMD IR LED와 비교하여 더 큰 다이 크기와 패키지로 인해 더 높은 잠재적 방사 출력을 제공하므로 더 많은 전력이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 더 크고 전용 고출력 IR 방출기와 비교하여 더 컴팩트하고 간단한 회로로 구동하기 쉽습니다. 850nm 파장은 가장 일반적이어서 수신기와의 광범위한 호환성을 보장합니다. 주요 차별화 요소로는 투명한 패키지(색조 없음), 쉬운 프로토타이핑을 위한 표준 2.54mm 리드 피치, 출력 일관성을 위한 명확한 빈닝 구조가 있습니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 매개변수 기반)

10.1 연속 전류(IF)와 피크 전류(IFP)의 차이점은 무엇입니까?

연속 순방향 전류 (IF=100mA)는 열적 한계가 준수된다고 가정할 때, 손상을 일으키지 않고 무기한으로 LED를 통해 흐를 수 있는 최대 DC 전류입니다.피크 순방향 전류 (IFP=1.0A)는 매우 짧은 펄스 조건(≤100μs 펄스 폭, ≤1% 듀티 사이클)에서만 허용되는 최대 전류입니다. 이는 장거리 리모컨과 같은 응용 분야를 위해 짧고 고강도의 빛 폭발을 허용하지만, 평균 전력은 장치의 소산 한계 내에 남아 있어야 합니다.

10.2 올바른 빈(N, P, Q, R)을 어떻게 선택합니까?

응용 분야가 작동 거리 및 최악의 조건(예: 배터리 부족, 고온)에서 요구하는 최소 방사 강도를 기준으로 선택하십시오. 설계 계산에 최소 18 mW/sr이 필요하다고 표시되면 빈 Q(최소 21.0) 또는 빈 R(최소 30.0)을 선택해야 합니다. 빈 N(최소 11.0)은 작동이 보장되지 않습니다. 더 높은 빈을 선택하면 더 많은 설계 여유를 제공합니다.

10.3 납땜 거리(불베이스에서 3mm)가 왜 그렇게 중요합니까?

렌즈를 형성하는 에폭시 수지는 금속 리드와 다른 열팽창 계수를 가집니다. 에폭시에 너무 가까이 높은 납땜 열을 가하면 열 응력이 발생하여 에폭시에 미세 균열이 생기거나 내부 다이 부착이 손상될 수 있습니다. 이러한 균열은 나중에 수분 침투를 허용하여 조기 고장으로 이어질 수 있습니다. 3mm 거리는 민감한 패키지에 도달하기 전에 열이 리드를 따라 소산되도록 합니다.

11. 설계 및 사용 사례 연구

11.1 사례: 소비자용 IR 리모컨의 범위 개선

시나리오:설계자가 일반적인 거실에서 최대 10미터 떨어진 곳에서도 약간의 각도에서 안정적으로 작동해야 하는 범용 리모컨을 만들고 있습니다.

HIR204C/H0를 사용한 설계 선택:

1. 구동 전류:일반적인 20mA 연속 구동 대신, 설계자는 펄스 구동 회로를 사용합니다. IFP 정격을 활용하여 매우 짧은 듀티 사이클(예: 0.5%)로 LED를 100mA로 펄스 구동하여 고강도 폭발을 생성합니다. 이는 피크 광 출력을 크게 향상시켜 유효 범위를 증가시킵니다.
2. 빈 선택:모든 제조 단위에서 일관된 성능을 보장하고 배터리 전압 강하를 고려하기 위해 설계자는 빈 R LED를 지정합니다. 이는 배터리 수명이 끝날 때도 높은 최소 출력을 보장합니다.
3. 배치 및 렌즈:두 개의 LED를 약간 떨어뜨려 배치하고 서로 몇 도 각도를 두어 더 넓은 유효 빔 패턴을 생성하여 다양한 각도에서 수신기에 도달할 확률을 높입니다. LED 위에 간단하고 저렴한 플라스틱 렌즈 캡을 사용하여 빔을 약간 평행하게 만들어 방향성을 개선합니다.
4. 열적 고려 사항:듀티 사이클이 매우 낮기 때문에(0.5%), 평균 전력은 작습니다(100mA * 1.65V * 0.005 = 0.825mW). 이는 150mW Pd 정격보다 훨씬 낮습니다. PCB에 특별한 방열판이 필요하지 않습니다.

이 접근 방식은 데이터시트의 펄스 정격, 빈닝 및 열적 매개변수를 이해하는 것이 까다로운 응용 분야에 대해 최적화되고 비용 효율적인 설계를 가능하게 하는 방법을 보여줍니다.

12. 작동 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 표준 가시광 LED와 동일한 기본 원리로 작동하지만 적외선 스펙트럼에서 빛을 생성하기 위해 다른 반도체 재료를 사용합니다. HIR204C/H0는 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs) 칩을 사용합니다. LED의 P-N 접합에 순방향 전압이 인가되면 전자와 정공이 반도체의 활성 영역에서 재결합합니다. 이 재결합 과정은 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. GaAlAs 재료의 특정 밴드갭 에너지는 이러한 광자의 파장을 결정하며, 이 경우 약 850 나노미터를 중심으로 하여 근적외선 영역에 위치하며 인간의 눈에는 보이지 않습니다. 투명 에폭시 패키지는 빛을 여과하거나 색조를 입히지 않아 생성된 적외선 복사의 최대량이 방출되도록 합니다.

13. 기술 동향

적외선 방출기 분야는 계속 발전하고 있습니다. 업계에서 관찰 가능한 일반적인 동향은 다음과 같습니다:

• 효율 증가:동일한 입력 전류(mA)에 대해 더 높은 방사 강도(mW/sr)를 달성하기 위한 새로운 반도체 에피택셜 구조 개발로 전체 시스템 전력 효율이 향상됩니다.
• 소형화:3mm와 같은 스루홀 패키지는 견고성과 사용 편의성으로 인해 여전히 인기가 있지만, 스마트폰(근접 센서용) 및 작은 IoT 장치와 같은 자동화 조립 및 공간 제약 설계를 위한 표면 실장 장치(SMD) 패키지(예: 0805, 0603)로의 강력한 추세가 있습니다.
• 파장 다양화:850nm 및 940nm가 지배적이지만, 의료 기기용 810nm 또는 가스 감지를 위한 특정 좁은 대역과 같은 특정 응용 분야를 위한 다른 파장의 사용이 증가하고 있습니다.
• 통합:IR LED를 구동 회로, 변조기 또는 심지어 광검출기와 단일 패키지로 결합하여 더 스마트하고 사용하기 쉬운 "센서 모듈"을 만듭니다.
• 향상된 신뢰성 데이터:현대 데이터시트는 자동차, 산업 및 의료 응용 분야와 같이 장기 성능이 중요한 설계를 지원하기 위해 더 상세한 수명 및 신뢰성 데이터(예: 다양한 스트레스 조건에서의 L70, L50 수치)를 점점 더 많이 제공하고 있습니다.

HIR204C/H0는 성숙하고 신뢰할 수 있으며 잘 이해된 구성 요소로, 이러한 지속적인 재료 및 제조 발전의 혜택을 받아 다양한 전자 설계에서 계속해서 관련성을 유지합니다.