5mm 적외선 LED HIR7393C 데이터시트 - 직경 5.0mm - 순방향 전압 1.45V - 파장 850nm - 소비전력 150mW - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 소자는 투명 플라스틱 렌즈가 장착된 표준 T-1 3/4 (직경 5.0mm) 패키지에 담긴 고강도 적외선 발광 다이오드(IRED)입니다. 피크 파장 850nm에서 빛을 방출하도록 설계되어, 일반적인 실리콘 포토트랜지스터, 포토다이오드 및 적외선 수신 모듈과 스펙트럼적으로 매칭되어 센싱 및 통신 시스템에서 신뢰성 있는 동작을 보장합니다.

1.1 주요 특징 및 핵심 장점

• 높은 방사 강도:순방향 전류 20mA에서 일반적으로 15 mW/sr의 방사 강도를 제공하여 강력한 신호 전송이 가능합니다.
• 낮은 순방향 전압:순방향 전압(V_F)이 20mA에서 일반적으로 1.45V로, 회로의 낮은 전력 소비에 기여합니다.
• 높은 신뢰성:산업용 응용에 적합한 견고한 재료와 공정으로 제작되었습니다.
• 무연 & RoHS 준수:환경 규정을 준수하여 제조되었습니다.
• 표준 리드 간격:표준 브레드보드 및 PCB와의 호환성을 위한 2.54mm (0.1 인치) 핀 간격.

1.2 목표 시장 및 응용 분야

이 적외선 LED는 주로 비가시광선 광원이 필요한 전자 시스템을 설계하는 디자이너 및 엔지니어를 대상으로 합니다. 주요 응용 분야는적외선 응용 시스템으로, 광범위하게 다음을 포함합니다:

• 물체 감지 및 근접 센싱
• 적외선 데이터 전송 (예: 리모컨, 단거리 통신)
• 광학 인코더 및 위치 센싱
• 차단 시스템 및 보안 센서
• 산업 자동화 및 머신 비전 조명

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 연속 순방향 전류 (I_F):100 mA
• 피크 순방향 전류 (I_FP):1.0 A (펄스 폭 ≤100μs, 듀티 사이클 ≤1%)
• 역방향 전압 (V_R):5 V
• 동작 온도 (T_opr):-40°C ~ +85°C
• 보관 온도 (T_stg):-40°C ~ +100°C
• 소비 전력 (P_d):150 mW (자유 공기 온도 25°C 이하 기준)
• 납땜 온도 (T_sol):260°C, ≤5초

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이는 지정된 테스트 조건에서의 일반적인 성능 파라미터입니다.

• 방사 강도 (I_e):최소 7.8, 일반 15 mW/sr @ I_F=20mA. 펄스 조건에서 I_F=100mA 시 약 50 mW/sr에 도달할 수 있습니다.
• 피크 파장 (λ_p):850 nm (일반) @ I_F=20mA. 이는 실리콘 검출기의 최대 감도 영역에 가깝습니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):45 nm (일반) @ I_F=20mA. 최대 강도의 절반에서의 스펙트럼 폭을 정의합니다.
• 순방향 전압 (V_F):일반 1.45V, 최대 1.65V @ I_F=20mA. 일반 1.80V, 최대 2.40V @ I_F=100mA (펄스).
• 역방향 전류 (I_R):최대 10 μA @ V_R=5V.
• 시야각 (2θ_1/2):45도 (일반) @ I_F=20mA. 이는 절반 강도에서의 전체 각도입니다.

2.3 열적 특성

150mW의 소비 전력 정격은 주변 온도 25°C 이하에서 지정됩니다. 주변 온도가 상승함에 따라 허용 가능한 최대 소비 전력은 감소합니다. 설계자는 디레이팅 곡선(데이터시트에 암시됨)을 참조하여 접합 온도가 안전 한계를 초과하지 않도록 해야 하며, 이는 장기적인 신뢰성에 매우 중요합니다. -40°C ~ +85°C의 동작 온도 범위는 가혹한 환경에도 적합하게 합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

HIR7393C는 I_F= 20mA에서 측정된 방사 강도에 기반하여 다른 성능 등급 또는 "빈"으로 제공됩니다. 이를 통해 특정 밝기 요구사항을 충족하는 소자를 선택할 수 있습니다.

방사 강도 빈닝 (단위: mW/sr):

• 빈 M:최소 7.8, 최대 12.5
• 빈 N:최소 11.0, 최대 17.6
• 빈 P:최소 15.0, 최대 24.0
• 빈 Q:최소 21.0, 최대 34.0

더 높은 빈(예: Q)을 선택하면 더 높은 최소 방사 강도가 보장되어, 센싱 응용에서 신호 대 잡음비를 극대화하거나 적외선 전송 거리를 증가시키는 데 중요할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

4.1 순방향 전류 대 주변 온도

디레이팅 곡선은 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류와 주변 온도 간의 관계를 보여줍니다. 온도가 상승하면 과열을 방지하고 접합 온도가 안전 한계 내에 유지되도록 최대 전류를 감소시켜야 합니다. 이 곡선은 특히 고온 환경에서 신뢰할 수 있는 회로를 설계하는 데 필수적입니다.

4.2 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 곡선은 상대 방사 강도를 파장에 대해 도표화합니다. 이는 850nm에서의 피크 방출과 약 45nm의 스펙트럼 대역폭을 확인시켜 줍니다. 곡선은 비교적 대칭적이며 850nm를 중심으로 하여, 800-900nm 부근에서 최대 감도를 갖는 실리콘 기반 검출기와 매칭하기에 이상적입니다.

4.3 방사 강도 대 순방향 전류

이 곡선은 방사 강도가 순방향 전류와 함께 증가하지만, 특히 가열 및 효율 저하로 인해 높은 전류에서 완벽하게 선형적이지 않음을 보여줍니다. 펄스 모드(100mA 테스트에 지정된 대로)로 동작하면 연속 동작과 관련된 열 축적 없이 더 높은 피크 강도를 허용합니다.

4.4 상대 방사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 그래프는 LED의 공간적 방출 패턴을 설명합니다. 45도의 시야각(반치폭)은 중간 정도의 넓은 빔을 나타냅니다. 강도는 0도(축상)에서 가장 높고 가장자리로 갈수록 부드럽게 감소합니다. 이 패턴은 적절한 커버리지 또는 초점을 보장하기 위해 광학 시스템을 설계할 때 중요합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

본 소자는 표준 T-1 3/4 (직경 5.0mm) 원형 패키지를 사용합니다. 주요 치수는 다음과 같습니다:

• 전체 직경: 5.0mm.
• 리드 간격: 2.54mm (표준).
• 리드 직경: 일반적으로 0.45mm.
• 패키지 높이: 착석면에서 돔 상단까지 약 8.6mm.
• 공차: 상세 치수 도면에 별도로 명시되지 않는 한 ±0.25mm.

PCB 상의 중요한 배치 및 풋프린트 설계를 위해서는 정확한 기계 도면을 참조해야 합니다.

5.2 극성 식별

LED는 플라스틱 렌즈 가장자리에 평평한 부분 또는 노치가 있으며, 이는 일반적으로 캐소드(음극) 측을 나타냅니다. 캐소드 리드는 또한 일반적으로 더 짧은 리드이지만, 조립 중에 다듬어질 수 있습니다. 역방향 바이어스 손상을 방지하기 위해 납땜 전에 항상 극성을 확인하십시오.

6. 납땜 및 조립 지침

6.1 리드 성형

• 에폭시 불브 기저부에서 최소 3mm 이상 떨어진 지점에서 리드를 구부리십시오.
• 리드 성형은이전에 soldering.
• 구부리는 동안 LED 패키지에 스트레스를 가하지 않도록 하십시오.
• 상온에서 리드를 자르십시오.
• PCB 홀이 LED 리드와 완벽하게 정렬되도록 하여 장착 스트레스를 피하십시오.

6.2 보관

• 권장 보관 조건: ≤30°C 및 ≤70% 상대 습도(RH).
• 이 조건에서의 유통 기한: 출하 후 3개월.
• 더 긴 보관(최대 1년)의 경우: 질소 분위기와 수분 흡수제가 있는 밀폐 용기를 사용하십시오.
• 습한 환경에서 급격한 온도 변화를 피하여 응결을 방지하십시오.

6.3 납땜 공정

일반 규칙:납땜 접합부에서 에폭시 불브까지 최소 3mm 거리를 유지하십시오.

핸드 납땜:

• 인두 팁 온도: 최대 300°C (최대 30W 인두 기준).
• 리드당 납땜 시간: 최대 3초.

딥/웨이브 납땜:

• 예열 온도: 최대 100°C (최대 60초).
• 솔더 목욕 온도: 최대 260°C.
• 솔더 내 체류 시간: 최대 5초.

중요 참고사항:

• 고온 단계 동안 리드에 스트레스를 가하지 마십시오.
• 딥/핸드 납땜을 두 번 이상 수행하지 마십시오.
• 납땜 후 LED가 상온으로 냉각될 때까지 기계적 충격/진동으로부터 보호하십시오.
• 급속 냉각 공정을 피하십시오.
• 신뢰할 수 있는 납땜 접합을 달성하는 가능한 가장 낮은 온도를 사용하십시오.

6.4 세척

• 필요한 경우, 상온에서 이소프로필 알코올로만 ≤1분 동안 세척하십시오.
• 사용 전 상온에서 건조하십시오.
• 초음파 세척은절대적으로 필요하고 사전 검증되지 않는 한 피하십시오. 기계적 손상을 일으킬 수 있습니다.

6.5 열 관리

열 관리는 회로 설계 단계에서 고려되어야 합니다. 디레이팅 곡선에 표시된 대로 주변 온도에 따라 전류를 적절히 디레이팅해야 합니다. LED 리드 주변에 충분한 PCB 구리 면적(열 완화)은 열 방산에 도움이 될 수 있습니다. 고전류 또는 고듀티 사이클 펄스 동작의 경우 추가적인 냉각 조치가 필요할 수 있습니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 포장 사양

• 1차 포장:정전기 방지 백당 500개.
• 내부 카톤:내부 카톤당 5백 (2500개).
• 마스터/외부 카톤:외부 카톤당 10개의 내부 카톤 (25,000개).

7.2 라벨 정보

제품 라벨에는 몇 가지 주요 식별자가 포함됩니다:

• CPN:고객의 제품 번호.
• P/N:제조사의 제품 번호 (예: HIR7393C).
• QTQ:백 내 포장 수량.
• CAT:발광 강도 등급 (빈 코드, 예: M, N, P, Q).
• HUE:주 파장 등급.
• REF:순방향 전압 등급.
• LOT No:추적성을 위한 제조 로트 번호.

8. 응용 제안 및 설계 고려사항

8.1 대표적인 응용 회로

가장 일반적인 회로는 전류 제한 저항과의 간단한 직렬 연결입니다. 저항 값은 옴의 법칙을 사용하여 계산됩니다: R = (V_공급- V_F) / I_F. 예를 들어, 5V 공급, V_F=1.45V, 원하는 I_F=20mA: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω. 표준 180Ω 저항이 적합할 것입니다. 더 높은 강도를 위한 펄스 동작의 경우, 마이크로컨트롤러에 의해 제어되는 트랜지스터 또는 MOSFET 스위치가 일반적입니다.

8.2 설계 고려사항

• 전류 구동:열 폭주를 방지하기 위해 항상 정전류 또는 전류 제한 전압원으로 LED를 구동하십시오.
• 역방향 전압 보호:최대 역방향 전압은 5V에 불과합니다. 역방향 바이어스가 가능한 회로(예: AC 커플링, 유도성 부하)에서는 LED와 병렬로 보호 다이오드(캐소드에서 애노드로)를 포함시키십시오.
• 광학 설계:시스템용 렌즈, 반사경 또는 조리개를 설계할 때 45도의 시야각을 고려하십시오. 투명 렌즈는 외부 광학 요소와 함께 사용하기에 적합합니다.
• 검출기 매칭:최적의 성능을 위해 페어링된 광검출기(포토트랜지스터, 포토다이오드, 수신 IC)가 850nm 영역에 민감한지 확인하십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 가시광 LED 또는 다른 적외선 LED와 비교하여, HIR7393C는 다음과 같은 특정 장점을 제공합니다:

• 가시광 LED 대비:근적외선 스펙트럼에서 방출되어 인간의 눈에는 보이지 않으므로, 은밀한 센싱 및 통신에 이상적입니다.
• 940nm IR LED 대비:850nm 빛은 표준 실리콘 검출기(800-900nm 부근에서 더 민감함)에 의해 더 쉽게 검출되며, 일부 디지털 카메라로는 희미한 붉은 빛으로 보여 프로토타이핑 중 정렬에 도움이 됩니다.
• 저전력 IR LED 대비:더 높은 방사 강도 빈(P, Q)은 더 강력한 출력을 제공하여, 잡음이 많은 환경에서 더 긴 거리 또는 더 나은 신호 무결성을 가능하게 합니다.
• 비표준 패키지 대비:T-1 3/4 패키지는 어디서나 쉽게 구할 수 있어 조달, 프로토타이핑 및 교체가 용이합니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 마이크로컨트롤러 핀에서 이 LED를 직접 구동할 수 있나요?

A: 마이크로컨트롤러 핀의 전류 공급 능력에 따라 다릅니다. 많은 MCU 핀이 20mA를 공급할 수 있지만, 종종 상한선에 있습니다. 일반적으로 더 안전하며, MCU 핀에 의해 제어되는 간단한 트랜지스터(예: 2N3904와 같은 NPN)를 스위치로 사용하여 LED를 구동하는 것이 권장됩니다.

Q2: 최대 펄스 전류(1A)가 연속 전류(100mA)보다 훨씬 높은 이유는 무엇인가요?

A: 열 발생은 전류의 제곱(I²R)에 비례합니다. 매우 짧은 펄스(≤100μs)와 낮은 듀티 사이클(≤1%)은 LED 칩에 상당한 열이 축적될 시간을 허용하지 않아 열 손상을 방지합니다. 높은 전류에서의 연속 동작은 과열을 일으킬 것입니다.

Q3: "스펙트럼 매칭"이 무엇을 의미하나요?

A: 이 LED의 피크 방출 파장(850nm)이 일반적인 실리콘 기반 광검출기의 피크 스펙트럼 감도와 잘 일치함을 의미합니다. 이 매칭은 주어진 양의 적외선 빛에 대해 검출기에서 생성되는 전기 신호를 극대화하여 시스템 효율성과 신호 대 잡음비를 향상시킵니다.

Q4: 올바른 빈(M, N, P, Q)을 어떻게 선택하나요?

A: 시스템의 감도 요구사항에 따라 선택하십시오. 일관되고 높은 출력이 필요한 경우(예: 더 긴 거리 또는 감쇠 재료를 통한 경우) 빈 P 또는 Q를 지정하십시오. 최소 밝기가 덜 중요한 비용 민감한 응용의 경우 빈 M 또는 N이 충분할 수 있습니다. 정확한 최소/최대 값을 위해 빈닝 테이블을 참조하십시오.

11. 실용적인 설계 및 사용 예시

11.1 간단한 물체 근접 센서

전형적인 응용은 반사형 물체 센서입니다. HIR7393C는 포토트랜지스터 옆에 배치됩니다. LED는 센서 앞의 영역을 조명합니다. 물체가 가까이 오면 적외선 빛을 포토트랜지스터로 반사시켜 컬렉터 전류를 증가시킵니다. 이 변화는 비교기 또는 마이크로컨트롤러 ADC에 의해 감지되어 동작을 트리거할 수 있습니다. LED의 45도 빔은 이러한 센싱을 위한 스팟 크기와 강도 사이의 좋은 균형을 제공합니다.

11.2 적외선 데이터 링크

간단한 직렬 데이터 전송(예: TV 리모컨)의 경우, LED는 변조된 디지털 신호(예: 38kHz 반송파)에 따라 고전류(예: 100mA 펄스)로 펄싱될 수 있습니다. 펄스 모드에서의 높은 방사 강도는 합리적인 거리를 허용합니다. 동일한 주파수에 맞춰진 매칭 적외선 수신 모듈(내장 복조기 포함)이 수신 측에서 사용됩니다.

12. 동작 원리

적외선 발광 다이오드(IRED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 바이어스가 가해지면 n-영역의 전자와 p-영역의 정공이 활성 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어들이 재결합할 때 에너지를 방출합니다. 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs)로 만들어진 IRED에서 이 에너지는 주로 적외선 스펙트럼(이 경우 약 850nm)의 광자로 방출됩니다. 투명 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 방출된 빛을 특징적인 빔 패턴으로 형성합니다. 이 전기발광 과정의 효율은 주어진 구동 전류에 대한 방사 강도를 결정합니다.

13. 기술 동향

기본적인 T-1 3/4 패키지와 850nm 기술은 성숙되었지만, IR LED의 동향은 다음과 같습니다:

• 더 높은 효율:지속적인 재료 과학 개선은 단위 전기 입력 전력당 더 많은 광 출력(방사 강도)을 생산하여 열 발생과 에너지 소비를 줄이는 것을 목표로 합니다.
• 더 좁은 스펙트럼:가스 센싱 또는 고속 통신과 같은 일부 응용은 매우 특정하고 좁은 방출 파장을 가진 LED의 이점을 받습니다.
• 통합 소자:IR LED와 광검출기를 단일 패키지(광커플러 스타일)에 결합하거나 구동 회로와 함께 통합하여 시스템 통합을 단순화하는 추세입니다.
• 소형화:5mm는 여전히 인기가 있지만, 표면 실장 장치(SMD) 패키지는 자동화 조립 및 컴팩트 설계에 점점 더 일반적입니다.
• 안전성:특히 고출력 소자로부터의 적외선 방출이 국제 안전 표준(IEC 62471)을 준수하도록 보장하는 데 초점이 증가하고 있습니다.

HIR7393C는 광범위한 전자 센싱 및 제어 시스템에서 기본 구성 요소로서 계속해서 역할을 하는 신뢰할 수 있고 잘 이해된 부품을 대표합니다.