5mm 적외선 LED HIR333/H0 데이터시트 - 5mm 직경 - 1.45V 순방향 전압 - 850nm 파장 - 150mW 소비 전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

HIR333/H0은 노란색 플라스틱 렌즈가 장착된 표준 T-1 3/4 (5mm) 스루홀 패키지에 수납된 고강도 적외선 발광 다이오드입니다. 이 장치는 적외선 감지 및 통신 시스템에서 안정적인 성능을 제공하도록 설계되었습니다. 주요 기능은 포토트랜지스터, 포토다이오드, 통합 적외선 수신 모듈과 같은 일반적인 실리콘 기반 광검출기와의 호환성을 위해 스펙트럼적으로 최적화된 850nm의 피크 파장에서 적외선을 방출하는 것입니다. 이 제품은 높은 신뢰성과 일관된 출력에 중점을 두고 설계되었습니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 부품의 주요 장점은 강력한 신호 전송을 가능하게 하는 높은 방사 강도와 에너지 효율적인 작동에 기여하는 낮은 순방향 전압을 포함합니다. 무연 재료로 제작되었으며 RoHS, EU REACH 및 무할로겐 표준(Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)을 포함한 주요 환경 및 안전 지침을 준수합니다. 이러한 특징들은 규제 준수와 장기적인 신뢰성이 중요한 광범위한 상업 및 산업용 적외선 애플리케이션에 적합하게 만듭니다. 목표 시장에는 보안 시스템, 리모컨, 광학 스위치, 물체 감지 센서 및 비가시광선원이 필요한 다양한 소비자 가전 제품의 제조업체가 포함됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션은 LED의 작동 한계와 성능을 정의하는 전기적, 광학적 및 열적 사양에 대한 상세한 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 이 정격은 순간적으로도 절대 초과해서는 안 됩니다. 신뢰할 수 있는 성능을 위해 권장 작동 조건 내에서 작동을 유지해야 합니다.

• 연속 순방향 전류 (I_F): 100 mA. 이는 LED에 연속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP): 1.0 A. 이 높은 전류는 과열을 방지하기 위해 펄스 폭 ≤ 100μs 및 듀티 사이클 ≤ 1%의 펄스 조건에서만 허용됩니다.
• 역방향 전압 (V_R): 5 V. 이 역방향 바이어스 전압을 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 소비 전력 (P_d): 자유 공기 온도 25°C 이하에서 150 mW. 이 정격은 주변 온도가 상승함에 따라 감소합니다.
• 온도 범위: 작동: -40°C ~ +85°C; 보관: -40°C ~ +100°C.
• 솔더링 온도 (T_sol): 최대 5초 동안 260°C, 이는 웨이브 또는 리플로우 솔더링 공정의 한계를 정의합니다.

2.2 전기-광학 특성

전기-광학 특성은 주변 온도 (T_a) 25°C의 표준 테스트 조건에서 지정됩니다. 이 파라미터들은 장치의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 방사 강도 (I_e): 이는 단위 입체각당 방출되는 광파워로, 밀리와트/스테라디안(mW/sr)으로 측정됩니다. 전형적인 값은 순방향 전류 (I_F) 20mA에서 15 mW/sr입니다. 100mA의 펄스 전류 하에서는 방사 강도가 80 mW/sr에 도달할 수 있습니다.
• 피크 파장 (λ_p): 850 nm (전형적). 이는 광 출력 파워가 최대가 되는 파장입니다. 이 파장은 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 센서에 의해 효율적으로 감지됩니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ): 45 nm (전형적). 이는 LED가 방출하는 파장의 범위를 나타내며, 최대 강도의 절반(반치폭 - FWHM)에서 측정됩니다.
• 순방향 전압 (V_F): I_F=20mA에서 1.45V (전형적), 최대 1.65V. I_F=100mA (펄스)에서, 전형적인 V_F는 최대 2.40V로 1.80V까지 상승합니다.
• 역방향 전류 (I_R): V_R=5V에서 최대 10 μA, 이는 오프 상태에서 매우 낮은 누설 전류를 나타냅니다.
• 시야각 (2θ_1/2): 30도 (전형적). 이는 방사 강도가 중심(0°)에서의 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 30° 각도는 적당히 집중된 빔을 제공합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

LED의 방사 강도는 최종 사용자에게 일관성을 보장하기 위해 다른 빈 또는 등급으로 분류됩니다. 빈닝은 I_F= 20mA의 표준 테스트 조건에서 수행됩니다. 사용 가능한 빈은 해당하는 최소 및 최대 방사 강도 값과 함께 문자 코드(M, N, P, Q, R)로 정의됩니다. 이를 통해 설계자는 특정 감도 또는 범위 요구 사항을 충족하는 부품을 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 'P' 빈을 선택하면 최소 15.0 mW/sr, 최대 24.0 mW/sr의 방사 강도가 보장됩니다. 이 특정 부품 번호에 대해서는 데이터시트에 파장(Hue) 또는 순방향 전압(REF)에 대한 별도의 빈닝이 표시되어 있지 않지만, 라벨 사양은 이러한 파라미터들이 제조 과정에서 추적됨을 시사합니다.

4. 성능 곡선 분석

전형적인 성능 곡선은 다양한 조건에서 장치의 동작에 대한 시각적 통찰력을 제공하며, 이는 회로 설계 및 열 관리에 매우 중요합니다.

4.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 디레이팅 곡선은 주변 온도가 25°C 이상으로 증가함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류가 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 접합 온도가 안전 한계 내에 유지되고 장기적인 신뢰성을 유지하기 위해 고온 환경에서는 작동 전류를 줄여야 합니다. 설계자는 LED를 외함 내부 또는 높은 주변 온도에서 작동할 때 이 곡선을 참조해야 합니다.

4.2 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 그래프는 상대 방사 강도를 파장에 대해 표시합니다. 이는 850nm에서의 피크 파장과 약 45nm의 스펙트럼 대역폭을 시각적으로 확인시켜 줍니다. 이 곡선은 GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소) 반도체 재료의 특성입니다. 좁고 명확한 피크는 가시광선과의 중첩을 최소화하고 800-900nm 부근에서 최대 감도를 갖는 실리콘 검출기와의 최적 결합을 보장합니다.

4.3 방사 강도 대 순방향 전류

이 곡선은 구동 전류와 광 출력 사이의 관계를 설명합니다. 방사 강도는 낮은 수준에서 전류에 대해 초선형적으로 증가하며, 높은 전류에서는 더 선형적인 경향을 보이고, 결국 가열 효과로 인한 내부 효율 저하로 포화됩니다. 펄스 조건(100mA)에 대한 곡선은 DC 조건보다 훨씬 높은 출력을 보여주며, 열 손상 없이 높은 피크 강도를 달성하기 위한 펄스 작동의 이점을 강조합니다.

4.4 상대 방사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 플롯은 LED의 공간 방출 패턴을 묘사합니다. 이는 시야각이 중심축(0°)에서 멀어질수록 빛의 강도가 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 이 패키지 유형의 패턴은 대략적으로 람베르시안(Lambertian)이며, 반각 지점(약 ±15°)에서의 강도는 축상 강도의 50%로, 30° 시야각을 정의합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

이 장치는 표준 5mm (T-1 3/4) 레이디얼 리드 패키지를 사용합니다. 리드는 일반적인 천공 프로토타입 보드 및 PCB 레이아웃과 호환되는 표준 2.54mm (0.1 인치) 간격을 가집니다. 패키지 치수 도면은 전체 직경, 렌즈 높이, 리드 길이 및 리드 직경을 포함한 중요한 측정값을 제공합니다. 본체는 850nm 적외선에 투명하지만 가시광선 LED와의 시각적 식별 및 구분을 돕기 위해 색상이 나타나는 노란색 플라스틱으로 성형되었습니다. 캐소드는 일반적으로 렌즈 림의 평평한 부분 및/또는 더 짧은 리드로 식별됩니다. 달리 명시되지 않는 한 모든 치수는 ±0.25mm의 표준 공차를 가집니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

조립 중 적절한 처리는 LED에 대한 기계적 또는 열적 손상을 방지하는 데 필수적입니다.

6.1 리드 성형

리드를 구부려야 하는 경우, 에폭시 불브의 베이스에서 최소 3mm 떨어진 지점에서 수행해야 합니다. 성형은 항상 솔더링 전에 실온에서 수행해야 하며, 에폭시 본체에 직접 스트레스를 가하는 것을 피하여 패키지 균열 또는 내부 와이어 본드 손상을 방지해야 합니다. PCB 구멍은 장착 스트레스를 피하기 위해 LED 리드와 정확하게 정렬되어야 합니다.

6.2 보관

LED는 시원하고 건조한 환경(≤30°C, ≤70% 상대 습도)에 보관해야 합니다. 출하 후 권장 보관 수명은 3개월입니다. 더 긴 보관(최대 1년)의 경우, 습기 흡수 및 솔더링 중 잠재적인 "팝콘 현상"을 방지하기 위해 건제와 함께 밀봉된 방습 백에, 가능하면 질소 분위기에 보관해야 합니다.

6.3 솔더링 공정

솔더 접합부와 에폭시 불브 사이에 최소 3mm의 거리를 유지해야 합니다. 권장 솔더링 파라미터는 다음과 같습니다:
핸드 솔더링: 인두 팁 온도 ≤300°C (최대 30W 인두용), 리드당 솔더링 시간 ≤3초.
웨이브/딥 솔더링: 예열 온도 ≤100°C, ≤60초; 솔더 목욕 온도 ≤260°C, ≤5초.
제공된 솔더링 프로파일 그래프는 빠른 온도 상승, 평탄(소크) 구역, 260°C에서의 짧은 피크, 제어된 냉각을 권장합니다. 급격한 냉각 또는 열 충격은 피해야 합니다. 재솔더링(딥 또는 핸드 솔더링의 한 사이클 이상)은 권장되지 않습니다.

6.4 세척

솔더링 후 세척이 필요한 경우, 실온에서 이소프로필 알코올을 1분 이내로 사용하십시오. 초음파 세척은 샘플 조립체에서 그 효과(파워, 주파수, 지속 시간)가 철저히 사전 검증되지 않는 한 사용하지 마십시오. 초음파 에너지는 섬세한 내부 반도체 구조를 파손할 수 있습니다.

5.5 열 관리

효과적인 열 관리는 중요한 설계 고려 사항입니다. 150mW의 소비 전력 정격은 25°C에서 지정됩니다. 실제 애플리케이션에서는 실제 소비 전력 (V_F* I_F)은 디레이팅 곡선에 표시된 대로 주변 온도가 상승함에 따라 디레이팅되어야 합니다. 높은 전류에서의 연속 작동 또는 높은 주변 온도에서는 평균 접합 온도를 낮추고 장기적인 신뢰성을 보장하기 위해 방열판 사용, 기류 증가 또는 펄스 구동 구현을 고려하십시오.

7. 포장 및 주문 정보

LED는 정전기 방전(ESD)으로부터 보호하기 위해 정전기 방지 백에 포장됩니다. 이 백은 내부 카톤 안에 배치된 후, 더 큰 외부 카톤에 포장되어 출하됩니다. 일반적인 포장 수량은 백당 200-500개, 내부 카톤당 5백, 마스터 외부 카톤당 10개의 내부 카톤입니다. 백의 라벨에는 추적성 및 식별을 위한 주요 정보, 즉 고객 제품 번호(CPN), 제조업체 제품 번호(P/N), 포장 수량(QTY) 및 발광 강도 등급(CAT)이 포함됩니다. 다른 코드는 주 파장 등급(HUE), 순방향 전압 등급(REF), 로트 번호 및 날짜 코드를 나타낼 수 있습니다.

8. 애플리케이션 제안 및 설계 고려 사항

8.1 전형적인 애플리케이션 시나리오

• 적외선 리모컨: TV, 오디오 및 셋톱박스 리모컨의 송신기로 사용됩니다.
• 근접 및 물체 감지: 포토트랜지스터와 쌍을 이루어 물체의 존재, 부재 또는 위치를 감지합니다.
• 광학 스위치: 슬롯 센서(예: 프린터의 용지 감지) 또는 반사 센서에 사용됩니다.
• 보안 시스템: CCTV 카메라의 야간 투시 조명 또는 적외선 침입 감지 빔의 일부로 사용됩니다.
• 산업 자동화: 계수, 정렬 및 레벨 감지 애플리케이션에서 비접촉식 감지용으로 사용됩니다.

8.2 설계 고려 사항

• 전류 제한: 항상 직렬 저항 또는 정전류 드라이버를 사용하여 공급 전압과 LED의 순방향 전압을 기반으로 계산된 원하는 값으로 순방향 전류를 제한하십시오.
• 펄스 작동: 높은 피크 강도(예: 장거리 감지)가 필요한 애플리케이션의 경우, 피크 전류 및 평균 전력 정격 내에 유지하기 위해 적절한 듀티 사이클로 펄스 구동을 사용하십시오.
• 광학 설계: 렌즈, 조리개 또는 광로를 설계할 때 30° 시야각을 고려하십시오. 더 긴 범위의 경우 외부 렌즈를 사용하여 빔을 평행하게 만들 수 있습니다.
• 검출기 매칭: 선택한 광검출기(포토트랜지스터, 포토다이오드 또는 수신기 IC)가 850nm 영역에서 높은 감도를 갖는지 확인하십시오.
• 주변광 내성: 강한 주변광(특히 적외선을 포함하는 햇빛)이 있는 환경에서는 변조된(펄스) 적외선 신호를 사용하고 수신기에서 동기 검출을 사용하여 신호를 배경 잡음과 구별하십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 가시광선 LED와 비교하여, 이 IR LED는 850nm에서 높은 효율을 제공하는 재료(GaAlAs)로 적외선 스펙트럼에서의 출력에 최적화되었습니다. IR LED 카테고리 내에서의 주요 차별화 요소는 상대적으로 높은 방사 강도(전형적 15 mW/sr)와 낮은 순방향 전압(전형적 1.45V)의 조합으로, 이는 배터리 구동 장치에서 더 낮은 전력 소비로 이어질 수 있습니다. 30° 시야각은 빔 집중과 커버리지 영역 사이의 좋은 균형을 제공합니다. 현대 환경 표준(RoHS, REACH, 무할로겐) 준수는 글로벌 시장을 대상으로 하는 제품에 있어 중요한 장점으로, 재료 준수 문제를 제거합니다.

10. 기술 파라미터 기반 자주 묻는 질문

Q: 이 LED를 5V 전원에 직접 구동할 수 있나요?
A: 아니요. 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 예를 들어, 5V 전원과 목표 전류 20mA, 그리고 전형적인 V_F가 1.45V라고 가정하면, 저항 값은 R = (5V - 1.45V) / 0.02A = 177.5Ω이 됩니다. 표준 180Ω 저항이 적합할 것입니다.

Q: DC와 펄스 방사 강도 정격의 차이는 무엇인가요?
A: DC 정격(20mA에서 15 mW/sr)은 열 효과가 출력을 제한하는 연속 작동용입니다. 펄스 정격(100mA에서 80 mW/sr)은 짧은 펄스가 접합이 상당히 가열되는 것을 허용하지 않기 때문에 달성 가능하며, 훨씬 높은 순간 전류와 따라서 더 높은 빛 출력을 가능하게 합니다.

Q: 캐소드는 어떻게 식별하나요?
A: 표준 5mm 패키지에서 캐소드는 일반적으로 두 가지 특징으로 표시됩니다: 1) 둥근 플라스틱 렌즈 림의 평평한 가장자리. 2) 캐소드 리드는 일반적으로 애노드 리드보다 짧습니다. 솔더링 전에 항상 극성을 확인하십시오.

Q: 이 LED는 ESD에 민감한가요?
A: 모든 반도체 장치와 마찬가지로, 정전기 방전에 의해 손상될 수 있습니다. 정전기 방지 포장으로 공급되며, 조립 중 적절한 ESD 예방 조치와 함께 취급해야 합니다.

11. 실용적인 설계 및 사용 사례

사례: 간단한 물체 감지 센서 설계
일반적인 애플리케이션은 차단 빔 센서입니다. HIR333/H0 IR LED는 경로의 한쪽에 배치되고, 포토트랜지스터는 정반대편에 배치됩니다. 물체가 그 사이를 통과하면 적외선 빔을 차단하여 포토트랜지스터의 출력을 변경시킵니다. 이 설계를 위해:
1. 간단한 트랜지스터 스위치 또는 마이크로컨트롤러 GPIO 핀(직렬 저항 포함)을 사용하여 LED를 20mA 정전류로 구동합니다.
2. 향상된 노이즈 내성 및 범위를 위해, 주파수(예: 38kHz)로 LED를 펄스 구동하고 내장 38kHz 필터가 있는 포토트랜지스터 모듈을 사용합니다.
3. 30° 방출 원뿔을 고려하여 LED와 검출기를 주의 깊게 정렬합니다. 더 긴 간격의 경우, LED 앞에 튜브 또는 평행 렌즈를 추가하여 빔을 좁히는 것을 고려하십시오.
4. 오작동을 방지하기 위해 센서를 직사광선 또는 다른 강한 적외선원으로부터 멀리 배치하십시오.

12. 작동 원리 소개

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 전압이 인가되면, n-영역의 전자와 p-영역의 정공이 접합을 가로질러 주입됩니다. 이러한 전하 캐리어들이 활성 영역에서 재결합할 때, 에너지는 광자(빛)의 형태로 방출됩니다. 방출된 빛의 파장(색상)은 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. HIR333/H0는 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs)를 사용하며, 이는 근적외선 스펙트럼, 특히 약 850 나노미터에 해당하는 광자에 해당하는 밴드갭을 가집니다. 노란색 플라스틱 패키지는 이 파장에 투명하도록 도핑되어 가시광선을 차단하며, 출력 빔을 형성하는 기본 렌즈 역할도 합니다.

13. 기술 동향 및 발전

적외선 LED 기술의 동향은 더 높은 효율(전기 와트 입력당 더 많은 빛 출력)과 더 높은 전력 밀도를 지속적으로 추구하고 있습니다. 이는 더 밝은 광원 또는 더 에너지 효율적인 설계를 가능하게 합니다. 다양한 피크 파장에 대한 개발도 진행 중입니다. 850nm와 940nm가 일반적이지만, 가스 감지 또는 의료 진단과 같은 특정 애플리케이션에 최적화된 다른 파장들이 개발되고 있습니다. 패키지는 자동화 조립을 위한 표면 실장 기술(SMD)을 지원하도록 발전하고 있지만, 5mm와 같은 스루홀 패키지는 프로토타이핑, 수리 및 특정 고신뢰성 애플리케이션을 위해 여전히 인기가 있습니다. 통합은 또 다른 동향으로, IR LED가 드라이버, 변조기 및 심지어 검출기와 결합되어 단일 모듈로 통합되어 최종 사용자를 위한 시스템 설계를 단순화하고 있습니다.