5.0mm 적외선 LED SIR323-5 데이터시트 - 5mm 패키지 - 1.3V 순방향 전압 - 875nm 파장 - 150mW 소비 전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

SIR323-5는 표준 T-1 3/4 (5mm) 투명 플라스틱 패키지에 장착된 고강도 적외선(IR) 발광 다이오드입니다. 근적외선 스펙트럼에 속하는 875 나노미터(nm)의 피크 파장에서 빛을 방출하도록 설계되었습니다. 이 소자는 신뢰할 수 있고 강력한 적외선 광원이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었으며, 그 스펙트럼 출력은 일반적인 실리콘 포토트랜지스터, 포토다이오드 및 적외선 수신기 모듈과 호환되도록 특별히 맞춰져 있습니다. 패키지는 스루홀 인쇄 회로 기판(PCB) 설계에 쉽게 통합할 수 있도록 표준 2.54mm 리드 간격을 특징으로 합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 부품의 주요 장점은 강력한 신호 전송을 보장하는 높은 방사 강도와 에너지 효율적인 작동에 기여하는 낮은 순방향 전압을 포함합니다. 무연 재료로 제작되었으며 RoHS(유해 물질 제한), EU REACH 규정 및 무할로겐 표준(Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)을 준수하여 엄격한 환경 요구 사항을 가진 글로벌 시장에 적합합니다. 이 소자는 소비자 및 산업용 전자 제품에 중요한 요소인 높은 신뢰성을 특징으로 합니다. 목표 응용 분야는 주로 무선, 비접촉 신호 시스템입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션은 데이터시트에 정의된 주요 전기적, 광학적 및 열적 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

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

• 연속 순방향 전류(I_F)): 100 mA. 이는 LED가 열화 위험 없이 연속적으로 인가될 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류(I_FP)): 1.0 A. 이 높은 전류는 펄스 폭 ≤ 100μs이고 듀티 사이클 ≤ 1%인 펄스 조건에서만 허용됩니다. 이는 장거리 전송에 유용한 매우 밝은 짧은 빛의 폭발을 가능하게 합니다.
• 역방향 전압(V_R)): 5 V. 이 값을 초과하는 역방향 바이어스 전압을 인가하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 소비 전력(P_d)): 주변 온도 25°C 이하에서 150 mW. 이는 패키지가 열로 방산할 수 있는 최대 전력입니다. 이 한계를 초과하면 접합 온도가 상승하여 수명과 출력이 감소합니다.
• 동작 및 저장 온도: 소자는 -40°C에서 +85°C까지 작동할 수 있으며 -40°C에서 +100°C까지 저장할 수 있습니다.
• 납땜 온도: 5초를 초과하지 않는 기간 동안 260°C로, 표준 무연 리플로우 납땜 프로파일과 호환됩니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터는 표준 테스트 조건(Ta=25°C)에서 측정되며 소자의 성능을 정의합니다.

• 방사 강도(I_e)): 이는 단위 입체각(스테라디안)당 방출되는 광학 출력입니다. 순방향 전류 20mA에서 전형적인 값은 7.8 mW/sr이며, 최소값은 4.0 mW/sr입니다. 펄스 조건(I_F=100mA, 펄스 ≤100μs, 듀티 ≤1%)에서 전형적인 방사 강도는 40 mW/sr에 도달하여 고출력 펄스에 대한 능력을 보여줍니다.
• 피크 파장(λ_p)): 875 nm (전형적). 이는 방출된 광학 출력이 최대가 되는 파장입니다. 스펙트럼 대역폭(Δλ)은 전형적으로 45 nm로, 피크 주변에서 방출되는 파장 범위를 나타냅니다.
• 순방향 전압(V_F)): 20mA에서 전형적인 순방향 전압은 1.3V이며, 최대 1.65V입니다. 100mA 펄스 조건에서는 전형적으로 1.4V(최대 1.8V)로 상승합니다. 이 낮은 V_F는 저전압 회로 설계에 유리합니다.
• 역방향 전류(I_R)): 역방향 전압 5V에서 최대 10 μA로, 양호한 접합 절연을 나타냅니다.
• 시야각(2θ_1/2)): 35도 (전형적). 이는 방사 강도가 최대값(축상)의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 35도 각도는 중간 정도로 집중된 빔을 제공하여 지향성 응용에 적합합니다.

측정 불확도 참고: 데이터시트는 주요 측정에 대한 허용 오차를 지정합니다: V_F(±0.1V), I_e(±10%), 및 λ_p(±1.0nm). 정밀 설계 계산 시 이를 고려해야 합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 소자 동작을 설명하는 여러 특성 곡선을 포함합니다.

3.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 곡선(그림 1)은 일반적으로 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다. 최대 접합 온도와 150mW 소비 전력 한계를 초과하지 않도록 하기 위해, 25°C 이상에서 작동할 때는 연속 순방향 전류를 감소시켜야 합니다. 설계자는 고온 응용 분야에 대해 이 그래프를 참조해야 합니다.

3.2 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 그래프(그림 2)는 상대 강도를 파장에 대해 표시합니다. 이는 875nm에서의 피크 파장과 약 45nm의 스펙트럼 대역폭을 시각적으로 확인시켜 줍니다. 이 곡선은 의도된 수신기(포토트랜지스터, 포토다이오드 또는 IC)의 스펙트럼 감도와의 호환성을 보장하는 데 필수적입니다.

3.3 상대 강도 대 순방향 전류

이 그래프(그림 3)는 구동 전류와 광 출력 사이의 관계를 보여줍니다. LED의 경우, 광학 출력은 일반적으로 정상 작동 범위에서 순방향 전류에 비례합니다. 그러나 열 효과 및 기타 비선형성으로 인해 매우 높은 전류에서는 효율이 떨어질 수 있습니다. 이 곡선은 설계자가 원하는 방사 강도를 달성하기 위해 적절한 구동 전류를 선택하는 데 도움을 줍니다.

3.4 상대 방사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 그래프(그림 4)는 LED의 방출 패턴을 매핑합니다. 이는 관찰 각도가 중심축(0°)에서 멀어질수록 강도가 어떻게 감소하는지를 보여줍니다. 35도 시야각(강도가 피크의 50%인 지점)은 이 곡선에서 도출됩니다. 이 정보는 광학 시스템 설계, 빔 커버리지 및 정렬 허용 오차 결정에 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

소자는 표준 5mm (T-1 3/4) 원형 LED 패키지를 사용합니다. 데이터시트의 상세한 기계 도면은 본체 직경, 렌즈 형상, 리드 길이 및 리드 간격을 포함한 모든 중요한 치수를 제공합니다. 리드 간격은 2.54mm(0.1인치)로 확인되며, 이는 스루홀 부품의 표준입니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 ±0.25mm의 허용 오차를 가집니다. 렌즈 재질은 적외선 투과에 최적화되어 흡수가 최소화된 투명 플라스틱입니다.

4.2 극성 식별

스루홀 LED의 경우, 극성은 일반적으로 두 가지 특징으로 표시됩니다: 리드 길이와 내부 구조. 긴 리드는 애노드(양극)이고, 짧은 리드는 캐소드(음극)입니다. 또한, 많은 패키지는 캐소드 리드 근처의 렌즈 베이스 가장자리에 평평한 부분이 있습니다. 역방향 바이어스 손상을 방지하기 위해 납땜 전에 항상 극성을 확인하십시오.

5. 납땜 및 조립 지침

이 소자는 웨이브 또는 핸드 납땜에 적합합니다. 핵심 파라미터는 5초를 초과하지 않는 기간 동안 최대 납땜 온도 260°C입니다. 이는 무연 리플로우 프로파일에 대한 IPC/JEDEC J-STD-020 표준과 일치합니다. 고온에 장시간 노출되면 플라스틱 패키지와 내부 와이어 본드가 손상될 수 있습니다. 핸드 납땜 시에는 온도 조절 납땜 인두를 사용하고 접촉 시간을 최소화하십시오. 습기 흡수로 인해 리플로우 중 "팝콘 현상"이 발생하는 것을 방지하기 위해 저장 온도 범위(-40 ~ +100°C)에 따라 소자를 건조한 환경에 보관하십시오.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 사양

부품은 보호를 위해 정전기 방지 백에 포장됩니다. 표준 포장 수량은 백당 200~500개입니다. 그런 다음 5개의 백이 하나의 박스에 들어갑니다. 마지막으로 10개의 박스가 하나의 운송 카톤에 포장됩니다.

6.2 라벨 사양

포장 라벨에는 몇 가지 주요 식별자가 포함됩니다:

• CPN: 고객 생산 번호 (고객별 부품 번호).
• P/N: 생산 번호 (제조사의 부품 번호, 예: SIR323-5).
• QTY: 포장 수량.
• CAT: 등급 (성능 빈을 나타낼 수 있음).
• HUE: 피크 파장 (예: 875nm).
• REF: 참조.
• LOT No: 추적성을 위한 로트 번호.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 적외선 리모컨 유닛: 높은 방사 강도, 특히 펄스 모드(전형 40 mW/sr)에서 TV, 오디오 시스템 및 기타 소비자 가전 제품용 장거리 리모컨에 이상적입니다.
• 자유 공간 전송 시스템: 단거리 무선 데이터 링크, 침입 경보 및 IR 빔이 공기를 통해 수신기로 전송되는 물체 감지 시스템에 사용됩니다.
• 연기 감지기: 광학(광전) 연기 감지기에 자주 사용됩니다. IR LED 빔이 연기 입자에 의해 포토다이오드로 산란되어 경보를 트리거합니다.
• 일반 적외선 응용 시스템: 산업 자동화(물체 계수, 위치 감지), 터치스크린 및 광학 인코더를 포함합니다.

7.2 설계 고려사항 및 회로 보호

• 전류 제한: LED는 전류 구동 소자입니다. 최대 연속 순방향 전류(100mA)를 초과하지 않도록 항상 직렬 전류 제한 저항(또는 정전류 드라이버)을 사용하십시오. 저항 값은 옴의 법칙을 사용하여 계산됩니다: R = (V_공급- V_F) / I_F.
• 펄스 동작: 고강도 펄스의 경우, 드라이버 회로가 펄스 폭(≤100μs) 및 듀티 사이클(≤1%) 한계를 엄격히 준수하면서 1A 피크 전류를 공급할 수 있는지 확인하십시오. 간단한 마이크로컨트롤러 GPIO 핀은 종종 이 많은 전류를 직접 공급할 수 없으며 트랜지스터 스위치(예: MOSFET)가 필요할 수 있습니다.
• 역방향 전압 보호: 소자가 최대 5V까지의 역방향 전압을 견딜 수 있지만, 역방향 바이어스를 피하는 것이 좋은 관행입니다. AC 결합 회로나 역방향 전압이 발생할 수 있는 경우, LED와 병렬로 보호 다이오드(캐소드에서 애노드로)를 추가하는 것을 고려하십시오.
• 열 관리: 패키지가 작지만, 더 높은 전류와 주변 온도에서는 소비 전력이 중요해집니다. 적절한 환기를 보장하고 25°C 이상에서 작동하는 경우 디레이팅 곡선을 고려하십시오.
• 광학 설계: 35도 시야각을 고려하십시오. 집중된 빔의 경우 외부 렌즈나 반사판이 필요할 수 있습니다. 넓은 영역 조명의 경우 기본 각도로 충분할 수 있습니다. 수신기가 875nm 피크에 스펙트럼적으로 맞춰져 있는지 확인하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

SIR323-5는 주요 파라미터의 조합을 통해 5mm IR LED 시장에서 차별화됩니다. 일반적인 5mm IR LED와 비교하여 더 높은 전형적인 방사 강도(20mA에서 7.8 mW/sr 대비 종종 5-6 mW/sr)를 제공하여 동일한 신호 강도에 대해 더 긴 범위 또는 더 낮은 전력 소비를 가능하게 합니다. 낮은 순방향 전압(전형 1.3V)은 배터리 구동 장치에 유리합니다. 875nm 파장은 일반적인 표준으로, 실리콘 기반 수신기와의 광범위한 호환성을 보장합니다. 현대적인 환경 표준(RoHS, REACH, 무할로겐) 준수는 대부분의 현대 전자 제조에 필수적인 요구 사항이며, 이는 오래되거나 저비용 대안의 경우 그렇지 않을 수 있습니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 방사 강도와 광도는 무엇이 다른가요?

방사 강도(I_e, mW/sr 단위)는 단위 입체각당 방출되는 광학출력으로, 모든 파장에 관련됩니다. 광도(칸델라, cd 단위)는 인간 눈의 감도(명시 곡선)에 의해 가중치가 부여되며 가시광선에만 의미가 있습니다. 이는 적외선 LED이므로 방사 강도가 올바르고 지정된 지표입니다.

9.2 이 LED를 3.3V 또는 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?

직접 연결해서는안 됩니다. 마이크로컨트롤러 GPIO 핀에는 전류 공급 한계(종종 20-40mA)가 있으며 LED의 잠재적 전류 소모나 1A 펄스를 처리할 수 없습니다. 더 중요한 것은 전류를 제한하기 위해 직렬 저항이 있어야 한다는 것입니다. 예를 들어, 5V 공급에서 I_F=20mA 및 V_F=1.3V를 목표로 할 때: R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185 옴(표준 180 또는 220 옴 저항 사용). 그런 다음 GPIO 핀은 LED 전류를 스위칭하는 트랜지스터의 베이스/게이트를 구동하게 됩니다.

9.3 피크 순방향 전류(1A)가 연속 전류(100mA)보다 훨씬 높은 이유는 무엇인가요?

이는 열적 한계 때문입니다. 1A 펄스는 너무 짧고(≤100μs) 드물게 발생하여(듀티 ≤1%) 반도체 접합이 상당히 가열될 시간이 없습니다. 100mA 연속 정격은 패키지가 접합 온도를 안전 한계 내로 유지하기 위해 환경으로 방산해야 하는 정상 상태 열을 고려합니다.

9.4 이 LED에 맞는 수신기를 어떻게 선택하나요?

피크 스펙트럼 감도가 약 875nm인 포토트랜지스터, 포토다이오드 또는 IR 수신기 모듈을 찾으십시오. 대부분의 실리콘 기반 검출기는 800nm에서 950nm 사이에서 최대 감도를 가지므로 잘 맞습니다. 항상 수신기의 데이터시트에서 스펙트럼 감도 곡선을 확인하십시오.

10. 실용적인 설계 및 사용 사례

사례: 장거리 IR 리모컨 설계
목표: 일반적인 거실에서 최대 15미터까지 신뢰할 수 있는 신호를 전송합니다.
설계 선택:

1. 구동 모드: 최대 범위를 위해 방사 강도(전형 40 mW/sr)를 극대화하기 위해 I_FP= 1A에서 펄스 동작을 사용합니다.
2. 회로: 마이크로컨트롤러가 코딩된 펄스 열을 생성합니다. GPIO 핀이 N채널 MOSFET을 제어합니다. LED와 작은 전류 감지 저항이 공급 전원(예: 2xAA 배터리 ~3V)과 MOSFET 드레인 사이에 직렬로 배치됩니다. 저항 값은 피크 전류를 설정하기 위해 작습니다: R = (V_배터리- V_{F_펄스}- V_{DS_온}) / 1A. MOSFET에는 게이트 저항이 사용됩니다.
3. 펄스 타이밍: 리모컨 코드(예: NEC 프로토콜)의 각 하이 펄스의 폭이 ≤100μs인지 확인하십시오. 전체 전송 버스트에 대한 듀티 사이클은 ≤1%여야 합니다. 이는 짧은 리모컨 코드의 경우 일반적으로 쉽게 충족됩니다.
4. 광학: 기본 35도 빔으로 충분할 수 있습니다. 더 나은 방향성과 범위를 위해 LED 앞에 간단한 플라스틱 콜리메이팅 렌즈를 추가할 수 있습니다.

이 접근 방식은 SIR323-5의 핵심 강점인 높은 펄스 출력과 낮은 순방향 전압을 활용하여 작은 배터리 공급으로 강력한 리모컨을 가능하게 합니다.

11. 동작 원리 소개

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 전압이 인가되면(애노드가 캐소드에 비해 양극), n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 접합 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어가 재결합할 때 에너지를 방출합니다. 표준 실리콘 다이오드에서는 이 에너지가 주로 열로 방출됩니다. 이 LED에 사용된 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs)와 같은 재료에서는 이 재결합 에너지의 상당 부분이 광자(빛)로 방출됩니다. 방출된 빛의 특정 파장(이 경우 875nm)은 결정 성장 과정에서 설계된 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 투명 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 방출된 빛을 특징적인 빔 패턴으로 형성합니다.

12. 기술 동향 및 발전

적외선 LED 기술은 계속 발전하고 있습니다. 기본적인 5mm 스루홀 패키지는 레거시 설계 및 취미용 사용을 위해 여전히 인기가 있지만, 산업 동향은 강력하게 표면 실장 장치(SMD) 패키지(예: 0805, 1206 또는 칩 스케일 패키지)를 향하고 있습니다. SMD는 더 작은 크기, 자동 피크 앤 플레이스 조립에 더 적합하며, 종종 향상된 열 성능을 제공합니다. 또한 특정 감지 응용 분야를 위한 더 높은 효율(전기 와트 입력당 더 많은 광 출력), 다른 피크 파장(예: 은밀 작전용 940nm, IR 조명이 있는 감시 카메라용 850nm)을 달성하기 위한 재료 개발과 LED를 드라이버 회로 또는 심지어 수신기와 단일 모듈로 통합하는 작업도 진행 중입니다. 그러나 SIR323-5에 대해 설명된 기본 동작 원리와 주요 파라미터는 모든 IR LED를 이해하고 지정하는 데 있어 여전히 초석이 됩니다.