5mm 적외선 LED IR323 데이터시트 - 5.0mm 패키지 - 940nm 파장 - 1.5V 순방향 전압 - 150mW 소비 전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 고강도 5mm 적외선 발광 다이오드(LED)의 완전한 기술 사양을 제공합니다. 이 소자는 블루 투명 플라스틱 패키지로 캡슐화되어 있으며, 피크 파장 940 나노미터(nm)의 빛을 방출하도록 설계되어 근적외선 스펙트럼에 확실히 위치합니다. 이 파장은 일반적인 실리콘 포토트랜지스터, 포토다이오드 및 적외선 수신 모듈의 스펙트럼 감도와 잘 일치하므로, 센싱 및 리모컨 응용 분야에서 최적의 성능을 위해 전략적으로 선택되었습니다. 이 부품의 주요 설계 목표는 높은 신뢰성, 높은 방사 출력 및 낮은 순방향 전압 동작으로, 다양한 적외선 기반 전자 시스템에 적합합니다.

1.1 핵심 기능 및 장점

이 LED는 성능과 통합 용이성에 기여하는 몇 가지 주요 장점을 제공합니다:

• 높은 방사 강도:표준 구동 전류 20mA에서 일반적으로 6.4 mW/sr의 방사 강도를 제공하여 강력한 신호 전송을 보장합니다.
• 낮은 순방향 전압:20mA에서 일반적으로 1.2V의 순방향 전압(Vf)을 특징으로 하여 전체 시스템의 전력 소비를 낮추는 데 기여합니다.
• 표준화된 패키지:2.54mm(0.1인치) 리드 간격을 가진 일반적인 5mm 방사형 리드 패키지를 사용하여 표준 PCB 레이아웃 및 브레드보드와 호환됩니다.
• 환경 규정 준수:본 제품은 무연(Pb-Free)으로 제조되었으며, EU RoHS 및 REACH 규정을 준수하고 할로겐 프리 표준(Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm)을 충족합니다.
• 정의된 시야각:일반적으로 30도의 반강도 시야각(2θ1/2)을 제공하여 지향성 응용 분야에 적합한 집중된 빔을 제공합니다.

2. 기술 파라미터 분석

이 섹션에서는 소자의 전기적, 광학적 및 열적 한계와 특성에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이 한계 이하 또는 이 한계에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 연속 순방향 전류 (I_F):100 mA. 주변 온도 25°C에서 LED를 무기한으로 통과시킬 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):1.0 A. 이 높은 펄스 전류는 펄스 폭 ≤ 100μs 및 듀티 사이클 ≤ 1%의 엄격한 조건에서만 허용됩니다. 이는 짧고 고강도의 신호 전송에 유용합니다.
• 역방향 전압 (V_R):5 V. 역바이어스 방향으로 인가할 수 있는 최대 전압입니다. 이를 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 소비 전력 (P_d):자유 공기 온도 25°C 이하에서 150 mW. 이는 패키지가 열로 방산할 수 있는 최대 전력입니다. 이 정격은 주변 온도가 증가함에 따라 감소합니다.
• 온도 범위:동작 (T_opr): -40°C ~ +85°C; 저장 (T_stg): -40°C ~ +100°C.
• 솔더링 온도 (T_sol):최대 260°C, 지속 시간 5초 이하. 이는 웨이브 또는 핸드 솔더링을 위한 공정 창을 정의합니다.

2.2 전기-광학 특성

Ta=25°C에서 측정된 이 파라미터들은 정상 동작 조건에서 소자의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 방사 강도 (I_e):광 출력의 주요 측정치입니다. 최소 4.0 mW/sr, I_F=20mA에서 일반적으로 6.4 mW/sr입니다. 최대 연속 전류 100mA에서 일반적인 강도는 30 mW/sr로 증가합니다.
• 피크 파장 (λ_p):940 nm (일반적). 이는 방출된 광 파워가 최대가 되는 파장입니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):45 nm (일반적). 이는 방출되는 파장의 범위를 정의하며, 일반적으로 피크 파워의 절반(반치폭 - FWHM)에서 측정됩니다.
• 순방향 전압 (V_F):20mA에서 1.2V (일반적), 1.5V (최대). 다이오드의 직렬 저항으로 인해 100mA에서 1.4V (일반적), 1.8V (최대)로 증가합니다.
• 역방향 전류 (I_R):5V 역바이어스가 인가될 때 최대 10 μA.
• 시야각 (2θ_1/2):30도 (일반적). 방사 강도가 0도(축상)에서의 값의 절반이 되는 지점 사이의 각도 확산입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

소자들은 표준 테스트 조건 I_F= 20mA에서 측정된 방사 강도를 기준으로 분류(빈닝)됩니다. 이를 통해 설계자는 일관된 시스템 성능을 위해 보장된 최소 및 최대 출력 수준을 가진 부품을 선택할 수 있습니다.

예를 들어, 빈 "L"로 표시된 부품은 방사 강도가 5.6에서 8.9 mW/sr 사이임이 보장됩니다. 더 높은 빈 문자(예: P)는 더 높은 출력 소자에 해당합니다. 이 특정 제품에 대한 데이터시트는 순방향 전압이나 피크 파장과 같은 다른 파라미터에 대한 빈닝을 나타내지 않으며, 이는 해당 특성에 대한 제조 공정이 엄격하게 통제됨을 시사합니다.

4. 성능 곡선 분석

제공된 특성 곡선은 다양한 조건에서 소자의 동작에 대한 유용한 통찰력을 제공합니다.

4.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류의 감소를 보여줍니다. 25°C에서는 전체 100mA가 허용됩니다. 온도가 상승하면 150mW 소비 전력 한계를 초과하지 않고 장기적인 신뢰성을 보장하기 위해 최대 전류를 줄여야 합니다. 이 곡선은 고온 환경에서 동작하는 시스템을 설계할 때 매우 중요합니다.

4.2 방사 강도 대 순방향 전류

이 그래프는 구동 전류(I_F)와 광 출력(I_e) 사이의 관계를 설명합니다. 방사 강도는 낮은 수준에서 전류에 대해 초선형적으로 증가하며, 더 높은 전류에서는 더 선형적인 경향을 보이지만 결국 포화됩니다. 이 곡선은 표에 명시된 일반적인 값(예: 20mA에서 ~6.4 mW/sr, 100mA에서 ~30 mW/sr)을 확인시켜 줍니다.

4.3 스펙트럼 분포

스펙트럼 그래프는 상대 방사 강도를 파장에 대해 그립니다. 이는 940nm의 피크 파장(λ_p)과 FWHM 지점에서 약 45nm의 스펙트럼 대역폭(Δλ)을 시각적으로 확인시켜 줍니다. 이 곡선은 GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소) 반도체 물질 시스템의 특징입니다.

4.4 상대 방사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 그래프는 LED의 방사 패턴을 묘사합니다. 이는 중심축(0°)에서 각도가 증가함에 따라 강도가 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 강도가 축상 값의 50%로 떨어지는 각도가 반강도 시야각을 정의하며, 여기서는 약 30도로 표시되어 적당히 집중된 빔을 형성합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

소자는 표준 5mm 방사형 리드 패키지를 사용합니다. 치수 도면은 주요 측정치를 명시합니다: 전체 직경(일반적으로 5.0mm), 리드 와이어 직경, 렌즈 베이스에서 리드 굽힘 부분까지의 거리, 리드 간격(2.54mm). 도면에는 달리 명시되지 않는 한 공차는 ±0.25mm라는 메모가 포함되어 있습니다. 더 긴 리드는 일반적으로 애노드(양극) 연결을 나타냅니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

적절한 처리는 소자의 무결성과 성능을 유지하는 데 필수적입니다.

6.1 리드 성형

• 굽힘은 실링에 가해지는 응력을 피하기 위해 에폭시 렌즈 베이스에서 최소 3mm 떨어진 지점에서 이루어져야 합니다.
• 성형은 모든 솔더링 작업 전에 완료되어야 합니다.
• 리드 절단은 열 충격을 방지하기 위해 실온에서 수행해야 합니다.
• PCB 구멍은 장착 응력을 피하기 위해 LED 리드와 정확히 정렬되어야 합니다.

6.2 저장

• 권장 저장 조건은 출하일로부터 최대 3개월 동안 ≤30°C 및 ≤70% 상대 습도(RH)입니다.
• 더 긴 저장(최대 1년)의 경우, 질소 분위기와 건조제가 있는 밀봉 용기를 사용하십시오.
• 습한 환경에서 급격한 온도 변화를 피하여 응결을 방지하십시오.

6.3 솔더링 공정

중요 규칙:솔더 접합부에서 에폭시 불브까지 최소 3mm의 거리를 유지하십시오.

• 핸드 솔더링:인두 팁 온도 ≤300°C (최대 30W 인두용), 리드당 솔더링 시간 ≤3초.
• 웨이브/딥 솔더링:예열 ≤100°C, ≤60초. 솔더 용탕 온도 ≤260°C, 침지 시간 ≤5초.
• 고온 단계에서 리드에 가해지는 응력을 피하십시오.
• 딥 또는 핸드 솔더링은 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.
• 솔더링 후 LED가 실온으로 점차 냉각되도록 하고, 급격한 냉각을 피하십시오.

6.4 세척

• 필요한 경우, 실온에서 이소프로필 알코올로만 1분 이내에 세척하십시오.
• 초음파 세척은 절대적으로 필요한 경우에만, 그리고 철저한 사전 적격성 테스트 후에만 사용하십시오. 기계적 손상을 일으킬 수 있습니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 라벨 사양

포장의 라벨에는 여러 코드가 포함되어 있습니다: 고객 제품 번호(CPN), 제조사 제품 번호(P/N), 포장 수량(QTY), 광도(CAT), 주파장(HUE), 순방향 전압(REF)에 대한 성능 등급. 또한 로트 번호와 날짜 코드(월)도 포함됩니다.

7.2 포장 사양

• LED는 정전기 방지 백에 포장됩니다.
• 일반적인 포장: 백당 200-500개, 내부 카톤당 5백, 마스터(외부) 카톤당 10개의 내부 카톤.

8. 응용 제안 및 설계 고려사항

8.1 일반적인 응용 시나리오

• 적외선 리모컨:TV, 오디오 시스템 및 기타 가전 제품용. 940nm 파장은 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 수신기에 의해 효율적으로 감지되므로 이상적입니다.
• 근접 및 물체 감지 센서:자동 수도꼭지, 핸드 드라이어, 보안 시스템 및 산업용 계수 장비에 사용됩니다. IR LED와 포토디텍터를 짝지으면 빔의 차단 또는 반사를 감지할 수 있습니다.
• 광학 스위치 및 인코더:프린터, 모터 제어 및 로터리 인코더에서 동작 또는 위치를 감지하는 데 사용됩니다.
• 야간 투시 조명:IR 감지 센서가 장착된 보안 카메라를 위한 은밀한 조명을 제공합니다.
• 데이터 전송:단거리, 가시선 광학 데이터 링크(예: IrDA 레거시 시스템)에서 사용됩니다.

8.2 설계 고려사항

• 전류 제한:전압원에서 LED를 구동할 때는 항상 직렬 전류 제한 저항을 사용하십시오. 저항 값은 R = (V_공급- V_F) / I_F 공식을 사용하여 계산하십시오. 전압원에 직접 연결하지 마십시오.
• 열 관리:최대 전류 근처 또는 높은 주변 온도에서 동작할 때는 감소 곡선을 고려하십시오. 필요한 경우, 특히 조밀하게 배열된 어레이의 경우 충분한 환기 또는 방열을 보장하십시오.
• 광학 설계:30도의 시야각은 집중된 빔을 제공합니다. 더 넓은 커버리지를 위해서는 여러 LED 또는 디퓨저와 같은 2차 광학 소자를 사용하십시오. 더 먼 거리를 위해서는 렌즈를 사용하여 빔을 더욱 평행하게 만들 수 있습니다.
• 전기적 노이즈 내성:센싱 응용 분야에서는 IR 신호를 변조(예: 38kHz 반송파 사용)하여 주변 적외선(햇빛, 백열등)과 구별하십시오. 이는 신호 대 잡음비를 크게 향상시킵니다.
• 수신기 매칭:선택한 포토디텍터 또는 수신기 모듈(예: 38kHz 통합 수신기)이 940nm 주변에서 스펙트럼적으로 민감한지 확인하여 최적의 성능을 보장하십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

많은 5mm IR LED가 존재하지만, 이 소자의 파라미터 조합은 특정 장점을 제공합니다:

• 더 높은 파장 IR LED(예: 850nm) 대비:940nm 방출은 희미한 붉은 빛으로 덜 보이므로 은밀한 응용 분야에 더 적합합니다. 그러나 실리콘 포토디텍터는 940nm에서 850nm보다 약간 덜 민감하며, 이는 이 LED의 높은 방사 강도로 상쇄됩니다.
• 표준 밝기 IR LED 대비:더 높은 출력 빈(예: 빈 N, P)의 가용성은 더 긴 거리 또는 동일한 신호 강도에 대해 더 낮은 구동 전류가 필요한 설계를 가능하게 하여 전력 효율성을 향상시킵니다.
• 표면 실장(SMD) IR LED 대비:스루홀 패키지는 프로토타이핑, 취미용 사용 및 보드 공간보다 연결의 기계적 견고성이 우선시되는 응용 분야에서 더 쉽습니다.
• 주요 차별화 요소:강도에 대해 명확하게 정의되고 상대적으로 엄격한 빈닝 구조와 포괄적인 환경 규정 준수(RoHS, REACH, 할로겐 프리)가 결합되어 이 부품을 현대적이고 규제된 전자 제품에 적합하게 만듭니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

10.1 "방사 강도"와 "광도"의 차이점은 무엇입니까?

방사 강도(mW/sr 단위)는 모든 파장에 관련된 단위 입체각당 방출되는 광 파워입니다. 광도(칸델라, mcd 단위)는 인간 눈의 감도(명시 곡선)에 의해 광 파워를 가중치를 부여합니다. 인간의 눈은 940nm 적외선 빛에 거의 민감하지 않기 때문에, 이 LED의 광도는 본질적으로 0입니다. 방사 강도는 전자 센서와 함께 사용되는 IR 부품에 대한 올바른 측정 기준입니다.

10.2 이 LED를 100mA로 연속 구동할 수 있습니까?

예, 하지만 절대 최대 정격에 따라 주변 온도(Ta)가 25°C 이하인 경우에만 가능합니다. 주변 온도가 더 높다면, "순방향 전류 대 주변 온도" 감소 곡선을 참조하여 새로운 허용 가능한 최대 연속 전류를 찾아야 합니다. 예를 들어, 85°C에서는 최대 연속 전류가 100mA보다 훨씬 낮을 것입니다.

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

1A 정격은 매우 짧은 펄스(≤100μs)와 낮은 듀티 사이클(≤1%)을 위한 것입니다. 이러한 짧은 펄스 동안에는 반도체 접합이 상당히 가열될 시간이 없습니다. 100mA 연속 정격은 패키지의 정상 상태 열 방산 능력에 의해 제한됩니다. 높은 펄스 전류는 장거리, 짧은 버스트 신호 전송과 같은 응용 분야를 가능하게 합니다.

10.4 애노드와 캐소드를 어떻게 식별합니까?

표준 방사형 LED 패키지에서 더 긴 리드는 일반적으로 애노드(양극)입니다. 또한, LED를 아래에서 볼 때 플라스틱 렌즈 림에 평평한 부분이 있는 쪽의 리드가 일반적으로 캐소드(음극)입니다. 확실하지 않은 경우 항상 다이오드 테스트 모드의 멀티미터로 확인하십시오.

11. 실용적인 설계 및 사용 예시

11.1 간단한 근접 센서 회로

기본적인 반사 센서는 이 IR LED와 포토트랜지스터를 나란히 배치하고 같은 방향을 향하도록 하여 구축할 수 있습니다. LED는 마이크로컨트롤러 핀을 통해 20-30Ω 저항(3.3V 공급 전압에서 ~50mA: R = (3.3V - 1.2V)/0.05A ≈ 42Ω)으로 구동됩니다. 포토트랜지스터 컬렉터는 풀업 저항(예: 10kΩ)을 통해 공급 전압에 연결되고, 이미터는 접지됩니다. 컬렉터 노드는 마이크로컨트롤러 ADC 또는 디지털 입력에 연결됩니다. 물체가 가까이 오면 IR 빛을 포토트랜지스터에 반사시켜 컬렉터 전압이 떨어지게 하고, 이는 마이크로컨트롤러에 의해 감지됩니다.

11.2 IR 수신기 모듈 구동

리모컨 응용 분야의 경우, 이 LED를 3핀 IR 수신기 모듈(예: 38kHz에 조정된)과 짝지으십시오. LED는 전류 제한 저항 및 NPN 트랜지스터와 직렬로 연결됩니다. 트랜지스터 베이스는 NEC 또는 RC5와 같은 프로토콜을 사용하여 리모컨 명령을 인코딩하는 마이크로컨트롤러의 변조 신호로 구동됩니다. 38kHz 반송파 주파수는 LED의 상승/하강 시간 대역폭 내에 있습니다. 수신기 모듈은 이 신호를 복조하고 깨끗한 디지털 데이터 스트림을 마이크로컨트롤러에 출력합니다.

12. 동작 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 바이어스(애노드에 캐소드에 비해 양의 전압이 인가됨)가 걸리면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 접합을 가로질러 주입됩니다. 이러한 전하 캐리어들이 접합의 활성 영역에서 재결합할 때 에너지를 방출합니다. 이 특정 소자에서 반도체 물질은 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs)입니다. 이 물질의 에너지 밴드갭은 방출된 광자의 파장을 결정합니다. 940nm에서 방출되도록 조정된 GaAlAs의 경우, 재결합 에너지는 전자기 스펙트럼의 근적외선 부분에 해당하는 광자에 해당합니다. 블루 투명 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 방출된 빛을 지정된 시야각으로 형성하며, 적외선 파장에 투명합니다.

13. 기술 동향

이 5mm LED와 같은 스루홀 부품은 프로토타이핑, 교육 및 특정 산업 응용 분야에서 여전히 인기가 있지만, 더 넓은 산업 동향은 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, PCB에 대한 더 큰 열 패드 연결로 인해 종종 향상된 열 성능을 제공합니다. 적외선 LED의 경우, 특정 트렌드로는 더 높은 벽면 효율(입력 전력당 더 많은 광 출력)을 가진 소자 개발, 특정 센싱 응용 분야(가스 센싱과 같은)를 위한 더 엄격한 파장 공차, 드라이버 또는 센서와의 멀티칩 모듈 통합이 있습니다. GaAlAs 및 유사한 III-V 반도체 IR 방출기 뒤에 있는 기본 물리학 및 재료 과학은 성능과 비용을 위해 계속해서 개선되고 있습니다.