IR LED 5.0mm IR533C 데이터시트 - 5mm 패키지 - 940nm 피크 파장 - 100mA 순방향 전류 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

IR533C는 표준 5.0mm(T-1 3/4) 블루 플라스틱 패키지에 장착된 고강도 적외선 발광 다이오드입니다. 940nm 스펙트럼에서 신뢰할 수 있고 강력한 적외선 방출이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 이 소자는 일반적인 실리콘 포토트랜지스터, 포토다이오드 및 적외선 수신 모듈과 스펙트럼적으로 정합되어 있어 폐루프 광학 시스템에 이상적인 광원입니다.

이 부품의 핵심 포지셔닝은 일관된 적외선 출력과 표준 패키지 호환성이 가장 중요한 비용 효율적인 대량 생산 응용 분야입니다. 그 핵심 장점은 높은 신뢰성, 상당한 방사 강도 출력, 그리고 효율적인 시스템 전력 관리에 기여하는 낮은 순방향 전압 특성을 포함합니다.

목표 시장은 소비자 가전, 산업용 센싱 및 안전 장비를 포괄합니다. 특히 적외선 리모컨 유닛, 자유 공간 광학 데이터 링크, 연기 감지 시스템 및 기타 다양한 적외선 기반 응용 시스템의 설계자에게 적합합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 연속 순방향 전류 (IF):100 mA. 이는 주변 온도 25°C에서 LED를 무기한 통과시킬 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (IFP):1.0 A. 이 높은 전류는 펄스 폭 ≤100μs, 듀티 사이클 ≤1%의 펄스 조건에서만 허용됩니다. 이 정격은 짧고 고강도의 IR 광 버스트가 필요한 응용 분야에 중요합니다.
• 역방향 전압 (VR):5 V. 이 역방향 바이어스 전압을 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 전력 소산 (Pd):자유 공기 온도 25°C 이하에서 150 mW. 이 파라미터는 열 저항과 결합하여 연속 동작 시 허용 가능한 최대 전력을 결정합니다.
• 온도 범위:이 소자는 -40°C ~ +85°C에서 동작하도록 정격화되었으며, -40°C ~ +100°C에서 보관할 수 있습니다.
• 솔더링 온도 (Tsol):5초를 초과하지 않는 시간 동안 260°C로, 일반적인 무연 리플로우 프로파일에 준수합니다.

2.2 전기-광학적 특성

이 파라미터들은 표준 주변 온도 25°C에서 측정되며, 지정된 조건에서 소자의 성능을 정의합니다.

• 방사 강도 (Ie):이는 단위 입체각(스테라디안)당 광 출력의 주요 측정치입니다.
  • 표준 구동 전류 20mA DC에서, 전형적인 방사 강도는 7.8 mW/sr이며, 최소 4.0 mW/sr입니다.
  • 100mA(≤100μs, ≤1% 듀티)의 펄스 동작 시 출력이 크게 증가합니다.
  • 최대 펄스 전류 1A에서, 전형적인 방사 강도는 350 mW/sr에 도달하여 고출력, 단시간 방출 능력을 보여줍니다.
• 피크 파장 (λp):940 nm (전형적). 이 파장은 많은 플라스틱과 유리에 대해 높은 투과율 창에 속하며, 실리콘 검출기의 최대 감도와 잘 정합되는 동시에 인간의 눈에는 거의 보이지 않기 때문에 이상적입니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):약 45 nm (전형적). 이는 방출된 빛의 최대 강도의 절반(FWHM)에서의 스펙트럼 폭을 정의합니다.
• 순방향 전압 (VF):회로 설계의 핵심 파라미터입니다.
  • 20mA에서, VF는 전형적으로 1.5V, 최대 1.5V입니다.
  • 100mA 펄스에서, 전형적으로 1.4V(최대 1.85V)로 상승합니다.
  • 1A 펄스에서, 전형적인 VF는 2.6V(최대 4.0V)로, 매우 높은 전류에서 접합 전압 강하가 증가함을 나타냅니다.
• 시야각 (2θ1/2):25도 (전형적). 이는 방사 강도가 0도(축상)에서의 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 25도 각도는 중간 정도로 집속된 빔을 제공합니다.
• 역방향 전류 (IR):VR=5V에서 최대 10 μA로, 양호한 접합 품질을 나타냅니다.

3. 빈닝 시스템 설명

이 데이터시트는 IF=20mA에서의 방사 강도에 대한 빈닝 테이블을 포함합니다. 빈닝은 제조 후 측정된 성능 파라미터를 기반으로 LED를 분류(빈)하는 품질 관리 과정입니다.

방사 강도 빈닝:LED는 측정된 방사 강도를 기반으로 빈(K, L, M, N, P)으로 분류됩니다. 예를 들어, 빈 'K'는 강도가 4.0 ~ 6.4 mW/sr 사이인 LED를 포함하는 반면, 빈 'P'는 15.0 ~ 24.0 mW/sr 사이인 LED를 포함합니다. 이를 통해 설계자는 응용 분야에 대해 보장된 최소(및 최대) 출력 수준을 가진 부품을 선택할 수 있어, 특히 다중 LED 어레이나 민감한 수신기 시스템에서 시스템 성능의 일관성을 보장합니다. 특정 로트의 구체적인 빈은 포장 라벨에 표시됩니다.

4. 성능 곡선 분석

이 데이터시트는 테이블의 단일 지점 데이터를 넘어서는 성능 추세를 보여주는 여러 특성 곡선을 제공합니다.

• 순방향 전류 대 주변 온도 (그림 1):이 곡선은 주변 온도가 25°C 이상으로 증가함에 따라 최대 허용 연속 순방향 전류가 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 과열을 방지하기 위해 더 높은 온도에서는 구동 전류를 줄여야 합니다.
• 스펙트럼 분포 (그림 2):파장에 대한 상대 강도를 그래프로 나타내어 940nm 피크와 ~45nm 대역폭을 시각적으로 확인합니다.
• 피크 방출 파장 대 주변 온도 (그림 3):접합 온도 변화에 따른 피크 파장의 이동(일반적으로 약간 증가)을 설명합니다. 이는 엄격한 스펙트럼 필터링이 필요한 응용 분야에 중요합니다.
• 순방향 전류 대 순방향 전압 (IV 곡선) (그림 4):전류와 전압 사이의 비선형 관계를 보여줍니다. 반도체와 패키지의 직렬 저항으로 인해 더 높은 전류에서 곡선이 더 가파르게 됩니다.
• 상대 강도 대 순방향 전류 (그림 5):구동 전류와 광 출력 사이의 준선형 관계를 보여줍니다. 효율(단위 전류당 광 출력)은 매우 높은 전류에서 종종 감소합니다.
• 상대 방사 강도 대 각도 변위 (그림 6):이것은 공간 방사 패턴으로, 25도 시야각을 그래픽으로 정의합니다. 중심축에서 멀어질수록 강도가 어떻게 감소하는지 보여줍니다.
• 상대 강도 대 주변 온도 (그림 7):주변(따라서 접합) 온도가 상승함에 따라 광 출력이 감소하는 것을 보여주며, 이 현상을 열 소광이라고 합니다.
• 순방향 전압 대 주변 온도 (그림 8):순방향 전압 강하가 온도가 증가함에 따라 어떻게 감소하는지를 나타내며, 이는 반도체 접합의 특성입니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

IR533C는 업계 표준 5.0mm(T-1 3/4) 방사형 리드 패키지를 사용합니다. 도면의 주요 치수 사양은 다음과 같습니다:

• 전체 직경: 5.0mm (공칭).
• 리드 간격: 2.54mm (0.1 인치), 표준 천공 보드 및 소켓과 호환됩니다.
• 패키지 본체는 블루 색조 플라스틱으로 성형되어 있으며, 이는 적외선 LED의 기능을 나타내고 일부 필터링을 제공할 수 있는 일반적인 방식입니다.
• 렌즈는 투명합니다.
• 칩 재료는 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs)입니다.
• 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수 공차는 ±0.25mm입니다.

5.2 극성 식별

대부분의 방사형 LED와 마찬가지로, 한 리드가 다른 리드보다 깁니다. 더 긴 리드는 애노드(양극, A+)이고, 더 짧은 리드는 캐소드(음극, K-)입니다. 패키지에는 캐소드 리드 근처 림에 평평한 부분이 있을 수도 있습니다. 올바른 극성은 동작에 필수적입니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

• 핸드 솔더링:온도 제어 납땜 인두를 사용하십시오. 플라스틱 패키지와 내부 와이어 본드에 대한 열 손상을 방지하기 위해 리드당 납땜 시간을 350°C를 초과하지 않는 온도에서 최대 3-5초로 제한하십시오.
• 웨이브 솔더링:가능하지만, 260°C 최대 5초의 최대 정격을 준수하기 위해 예열 및 솔더 웨이브 온도 프로파일을 신중하게 제어해야 합니다.
• 세척:납땜 후 세척이 필요한 경우, 블루 플라스틱 패키지 재료와 호환되는 적절한 용제를 사용하십시오. 내부 다이 구조를 손상시킬 수 있는 초음파 세척은 피하십시오.
• 리드 구부리기:리드 성형이 필요한 경우, 패키지 본체에서 3mm 이상 떨어진 지점에서 리드를 구부려 실링부에 스트레스를 피하십시오. 리드를 긁거나 손상시키지 않도록 적절한 도구를 사용하십시오.
• 보관 조건:온도 -40°C ~ +100°C 사이의 건조한 정전기 방지 환경에 보관하십시오. Moisture Sensitivity Level (MSL)은 명시적으로 언급되지 않았지만, 이 패키지 유형에 대해서는 일반적으로 MSL 2A 이상(플로어 라이프 >1년)으로 취급하는 것이 일반적입니다.

7. 포장 및 주문 정보

• 포장 사양:LED는 일반적으로 200~500개가 들어 있는 백에 포장됩니다. 다섯 개의 백이 하나의 박스에 들어가며, 열 개의 박스가 하나의 운송 카톤을 구성합니다.
• 라벨 정보:포장 라벨에는 추적성과 식별을 위한 중요한 정보가 포함됩니다:
  • CPN (고객 부품 번호): 구매자가 지정한 번호.
  • P/N (생산 번호): 제조사의 부품 번호 (IR533C).
  • QTY (포장 수량): 백/박스 내 부품 수.
  • CAT (등급): 성능 빈 코드 (예: 방사 강도용 M).
  • HUE: 피크 파장 빈.
  • LOT No: 추적을 위한 고유 제조 로트 번호.

8. 응용 권장사항

8.1 전형적인 응용 회로

기본 구동 회로:가장 간단한 회로는 전압 공급에 연결된 직렬 전류 제한 저항을 포함합니다. 저항 값(R)은 옴의 법칙을 사용하여 계산됩니다: R = (Vcc - VF) / IF, 여기서 Vcc는 공급 전압, VF는 원하는 전류 IF에서의 LED 순방향 전압, IF는 목표 순방향 전류(예: 20mA)입니다. 항상 저항의 전력 정격이 충분한지 확인하십시오 (P = IF² * R).

고강도를 위한 펄스 동작:장거리 리모컨과 같은 응용 분야의 경우 펄스 정격을 사용하십시오. 트랜지스터(BJT 또는 MOSFET)를 사용하여 커패시터나 더 높은 전압 공급으로부터 높은 펄스 전류(최대 1A)를 스위칭할 수 있습니다. 직렬 저항은 펄스 VF와 원하는 펄스 전류를 기반으로 계산해야 합니다. 펄스 폭과 듀티 사이클 제약(≤100μs, ≤1%)을 엄격히 준수해야 합니다.

8.2 설계 고려사항

• 방열:패키지의 열 방산 능력이 제한적이지만, 최대 전류(100mA) 근처에서 연속 동작하는 경우 주변 온도를 고려하고 적절한 환기를 제공하십시오. 감액 곡선(그림 1)을 따라야 합니다.
• 광학 설계:25도 시야각은 자연스러운 집속을 제공합니다. 더 좁은 빔을 위해서는 외부 렌즈나 반사경을 사용할 수 있습니다. 더 넓은 커버리지를 위해서는 다중 LED나 확산판이 필요할 수 있습니다.
• 수신기 정합:수신기(포토트랜지스터, 포토다이오드 또는 IC)가 940nm 영역에 민감한지 확인하십시오. 수신기에 일치하는 IR 필터를 사용하면 주변 가시광을 차단하여 신호 대 잡음비를 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 전기적 노이즈:민감한 아날로그 센싱 응용 분야에서는 더 안정적인 출력을 위해 간단한 저항 대신 정전류원으로 LED를 구동하십시오. 디지털 펄스 시스템의 경우 구동 신호의 빠른 상승/하강 시간을 보장하십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

IR533C는 다음과 같은 구체적인 특성을 통해 광범위한 5mm IR LED 시장 내에서 자리를 잡고 있습니다:

• 높은 방사 강도:20mA에서 전형적인 7.8 mW/sr 및 매우 높은 펄스 출력(1A에서 350 mW/sr) 능력으로 인해 표준 저출력 IR LED에 비해 더 긴 거리나 더 높은 신호 강도가 필요한 응용 분야에 적합합니다.
• 940nm 파장:이는 가장 일반적이고 다목적인 IR 파장입니다. 실리콘 검출기 감도, 일치하는 필터의 가용성, 그리고 더 짧은 근적외선 파장에 비한 상대적인 눈 안전성 사이에서 좋은 균형을 제공합니다.
• 표준 패키지:어디서나 볼 수 있는 5mm 폼 팩터는 기존 설계, 프로토타입 보드 및 표준 패널 절단부에 쉽게 통합될 수 있도록 보장합니다.
• 낮은 순방향 전압:20mA에서 전형적인 VF 1.5V는 낮은 전압 논리 공급(3.3V, 5V)에서 효율적인 동작을 가능하게 하며, 전류 제한 저항에서의 전압 강하를 최소화하여 안정적인 동작을 위한 더 많은 여유를 남깁니다.
• 규정 준수:RoHS(무연), EU REACH 및 할로겐 프리 표준 준수는 전자 부품에 대한 현대적인 환경 및 규제 요구 사항을 해결합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q1: 이 LED를 100mA에서 연속적으로 구동할 수 있나요?

A1: 연속 순방향 전류에 대한 절대 최대 정격은 Ta=25°C에서 100mA입니다. 그러나 감액 곡선(그림 1)을 참조해야 합니다. 주변 온도가 상승하면 최대 허용 연속 전류는 최대 접합 온도와 150mW 전력 소산 한계를 초과하지 않도록 크게 감소합니다. 신뢰할 수 있는 장기 동작을 위해 더 낮은 전류(예: 50-75mA)로 설계하는 것이 종종 권장됩니다.

Q2: 방사 강도(mW/sr)와 방사 전력(mW)의 차이는 무엇인가요?

A2: 방사 강도는 단위 입체각(스테라디안)당 방출되는 광 전력입니다. 방사 전력(또는 플럭스)은 모든 방향으로 방출되는 총 광 전력입니다. 총 전력을 추정하려면 전체 공간 방출 패턴(그림 6)에 걸쳐 강도를 적분해야 합니다. 25도 시야각 LED의 경우, 총 전력은 축상 강도 값에 4π 스테라디안을 곱한 값보다 훨씬 적습니다.

Q3: 올바른 전류 제한 저항을 어떻게 선택하나요?

A3: 공식 R = (Vs - VF) / IF를 사용하십시오. 선택한 IF에 대해 데이터시트의 *최대* VF를 사용하여 모든 조건에서 저항에 충분한 전압 강하가 발생하도록 하여 과전류를 방지하십시오. 예를 들어, 5V 공급 및 20mA 목표의 경우: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175 옴. 다음 표준 값(180 옴)을 사용하십시오. 저항의 전력: P = (0.02A)² * 180Ω = 0.072W, 따라서 1/8W 또는 1/4W 저항이 안전합니다.

Q4: 표에서 100mA 펄스에서의 순방향 전압이 20mA DC에서보다 낮은 이유는 무엇인가요?

A4: 이는 제공된 데이터의 불일치로 보입니다(100mA 펄스에서 전형적 1.4V 대 20mA에서 1.5V). 실제로는 직렬 저항으로 인해 VF가 전류와 함께 증가해야 합니다. 100mA에서의 펄스 측정은 20mA에서의 DC 측정보다 접합 온도 상승이 낮을 수 있으며, 이는 VF에 약간 영향을 줄 수 있습니다. 안전을 위해 항상 작동 조건에 대해 지정된 *최대* VF를 사용하여 설계하십시오.

11. 실용적인 설계 및 사용 예시

예시 1: 장거리 적외선 리모컨 송신기.

목표: 실내 조건에서 30미터 범위 달성.

설계: 최대 정격에서 펄스 동작을 사용하십시오. IR533C를 50μs 폭, 1/40 듀티 사이클(예: 50μs 켜짐, 1950μs 꺼짐, ≤100μs, ≤1% 사양 충족)의 1A 펄스로 구동하십시오. 간단한 회로는 마이크로컨트롤러 GPIO 핀이 작은 베이스 저항을 통해 NPN 트랜지스터(예: 2N2222)의 베이스를 구동하는 데 사용됩니다. 트랜지스터의 컬렉터는 LED 애노드에 연결되고, LED 캐소드는 1A에 대해 계산된 낮은 값의 전류 설정 저항을 통해 접지에 연결됩니다. LED 애노드는 또한 높은 피크 전류를 공급하기 위해 LED 가까이에 충전된 커패시터(예: 100μF)에 연결됩니다. 이 설정은 최대 범위를 위해 높은 펄스 방사 강도(전형적 350 mW/sr)를 활용합니다.

예시 2: 근접 또는 물체 감지 센서.

목표: 10cm 이내의 물체 감지.

설계: 안정적인 출력을 위해 중간 전류(예: 50mA)에서 연속 동작을 사용하십시오. IR533C를 몇 센티미터 떨어진 곳에 배치된 일치하는 실리콘 포토트랜지스터와 페어링하십시오. 마이크로컨트롤러를 사용하여 특정 주파수(예: 38kHz)에서 LED 구동 전류를 변조하십시오. 수신기 회로에는 38kHz에 조정된 대역 통과 필터가 포함됩니다. 이 기술은 시스템이 주변광 변화(햇빛, 실내 조명)에 영향을 받지 않도록 합니다. 940nm 파장은 가시광 간섭을 최소화합니다. 낮은 VF는 시스템이 3.3V 마이크로컨트롤러 공급 전압에서 작동할 수 있도록 합니다.

12. 동작 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 바이어스(p측에 n측에 비해 양의 전압이 인가됨)되면, n영역의 전자가 접합을 가로질러 p영역으로 주입되고, p영역의 정공이 n영역으로 주입됩니다. 이 주입된 소수 캐리어(p영역의 전자, n영역의 정공)는 다수 캐리어와 재결합합니다. 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs)와 같은 직접 밴드갭 반도체에서는 이 재결합 사건의 상당 부분이 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 방출된 빛의 파장(색상)은 반도체 재료의 밴드갭 에너지(Eg)에 의해 결정되며, 방정식 λ ≈ 1240 / Eg(Eg는 전자볼트, λ는 나노미터)에 따릅니다. 940nm 방출을 위해 조정된 GaAlAs의 경우, 밴드갭은 약 1.32 eV입니다. 칩의 특정 도핑 및 층 구조는 적외선 스펙트럼 내에서 이 방사 재결합 과정의 효율을 극대화하도록 설계되었습니다.

13. 기술 동향

IR533C와 같은 소자 뒤에 있는 기본 기술은 성숙되었습니다. 그러나 광범위한 IR LED 시장의 동향은 그들의 응용 및 개발 맥락에 영향을 미칩니다:

• 증가된 출력 및 효율:진행 중인 재료 과학 연구는 IR LED의 벽면 플러그 효율(광 출력 / 전기 입력)을 향상시켜 더 밝은 출력 또는 더 낮은 전력 소비를 가능하게 하는 것을 목표로 합니다. 이는 비행 시간(ToF) 센서, LiDAR 및 얼굴 인식 응용 분야에 의해 주도됩니다.
• 소형화:5mm는 스루홀 설계에 대해 여전히 인기가 있지만, 표면 실장 장치(SMD) 패키지(예: 0805, 1206 및 칩 스케일 패키지)는 스마트폰 및 웨어러블과 같은 자동화 조립 및 공간 제약 설계에서 지배적이 되어 가고 있습니다.
• 통합 솔루션:IR LED를 드라이버 IC, 광검출기 및 때로는 마이크로컨트롤러까지 단일 모듈로 결합하는 추세가 있습니다. 이러한 "센서 퓨전" 모듈은 제스처 제어 또는 존재 감지와 같은 응용 분야에서 최종 사용자를 위한 설계를 단순화합니다.
• 파장 다양화:940nm가 표준이지만, 약간의 가시성이 허용되고 실리콘 검출기 감도가 약간 더 높은 경우 850nm(종종 희미한 붉은 빛으로 보임)와 같은 다른 파장이 사용됩니다. 더 긴 파장(1050nm, 1300nm, 1550nm)은 눈 안전 LiDAR 및 광통신과 같은 특수 응용 분야에 사용됩니다.
• 응용 확장:사물 인터넷(IoT), 스마트 홈 자동화, 자동차 운전자 모니터링 및 생체 인식 보안의 성장은 IR533C와 같은 신뢰할 수 있고 저렴한 적외선 방출기에 대한 새로운 응용 분야를 지속적으로 창출하고 있습니다.