고출력 적외선 LED HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR 데이터시트 - SMD 패키지 - 850nm - 3.5V - 3W - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR은 견고하고 효율적인 적외선 조명이 필요한 까다로운 응용 분야를 위해 설계된 고출력 적외선 발광 다이오드입니다. 컴팩트한 표면 실장 장치(SMD) 패키지에 장착되어 자동화된 조립 공정에 적합합니다. 이 장치는 구형 상단 렌즈를 특징으로 하는 투명 실리콘 재료로 성형되어, 지정된 시야각 및 복사 강도 프로파일을 달성하는 데 도움을 줍니다.

이 LED의 핵심 장점은 작은 폼 팩터와 높은 광 출력 효율의 결합에 있습니다. 근적외선 스펙트럼에서 방출되도록 최적화된 GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소) 칩 재료를 사용하여 제작되었습니다. 주요 특징은 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터와의 스펙트럼 일치로, 이러한 일반적인 실리콘 기반 검출기를 활용하는 감지 및 이미징 시스템에 이상적인 광원이 됩니다. 이는 목표 응용 분야에서 최대 응답성과 신호 대 잡음비를 보장합니다.

주요 타겟 시장 및 응용 분야에는 감시 및 보안 시스템, 특히 야간 투시용 CCD 기반 카메라, 근접 센서, 산업 자동화 및 머신 비전과 같은 다양한 적외선 응용 시스템이 포함됩니다. RoHS, REACH 및 무할로겐 요구사항과 같은 환경 표준을 준수하여 엄격한 규제 요구사항이 있는 제품에 사용하기에 적합합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 장치는 연속 순방향 전류(I_F) 1500 mA로 정격이 지정되어 있습니다. 펄스 동작의 경우, 특정 조건(펄스 폭 ≤100μs, 듀티 사이클 ≤1%)에서 피크 순방향 전류(I_FP) 5000 mA를 처리할 수 있습니다. 최대 역전압(V_R)은 5V로, LED의 일반적인 값이며 장치에 상당한 역바이어스가 가해져서는 안 됨을 나타냅니다. 동작 및 보관 온도 범위는 -40°C에서 +100°C로 지정되며, 최대 접합 온도(T_j)는 125°C입니다. 이 정격을 초과하면 영구적인 손상이 발생할 수 있습니다.

접합에서 리드 프레임까지의 열저항(R_th(j-L))은 18 K/W입니다. 이 파라미터는 열 관리에 매우 중요합니다. 이는 소산되는 전력 1와트당 접합 온도가 얼마나 상승하는지를 정의합니다. I_d=700mA에서 지정된 소산 전력(P_F)이 3W이므로, 특히 더 높은 구동 전류에서 접합 온도를 안전한 한계 내로 유지하려면 효과적인 방열판이 필수적입니다.

2.2 전기-광학 특성

주요 광학 파라미터는 25°C의 표준 주변 온도에서 측정됩니다. 피크 파장(λ_p)은 850 nm로, 근적외선 영역에 있으며 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 센서에 의해 매우 잘 감지됩니다. 스펙트럼 대역폭(Δλ)은 일반적으로 25 nm로, 방출되는 빛의 스펙트럼 순도를 나타냅니다.

복사 성능은 구동 전류에 따라 비례합니다:

• I_F=350 mA에서: 총 복사 전력(P_o)은 500 mW(typ), 복사 강도(I_E)는 200 mW/sr(typ)입니다.
• I_F=700 mA에서: P_o는 900 mW(typ), I_E는 400 mW/sr(typ)입니다.
• I_F=1 A에서: P_o는 1300 mW(typ), I_E는 560 mW/sr(typ)입니다.

순방향 전압(V_F)은 다이오드의 고유 저항으로 인해 전류가 증가함에 따라 증가합니다:

• 350 mA에서 3.0V(typ).
• 700 mA에서 3.3V(typ).
• 1 A에서 3.5V(typ).
• 5 A(펄스)에서 3.8V(typ).

역전류(I_R)는 V_R=5V에서 최대 10 μA입니다. 시야각(2θ_1/2)은 반 강도 전체 각도로 정의되며 90도로, 영역 조명에 적합한 비교적 넓은 빔 패턴을 제공합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

이 제품은 구동 전류 1000 mA(1A)에서 측정된 총 복사 전력에 대한 빈닝 시스템을 사용합니다. 이 시스템은 응용 성능의 일관성을 보장하기 위해 광 출력에 따라 LED를 분류합니다. 빈 코드 및 해당 전력 범위(±10% 테스트 허용 오차 포함)는 다음과 같습니다:

• 빈 G:최소 800 mW, 최대 1260 mW.
• 빈 H:최소 1000 mW, 최대 1600 mW.
• 빈 I:최소 1260 mW, 최대 2000 mW.

이를 통해 설계자는 시스템의 특정 최소 밝기 요구 사항을 충족하는 구성 요소를 선택할 수 있습니다. 이 특정 부품 번호에 대한 파장 또는 순방향 전압에 대한 별도의 빈은 데이터시트에 표시되지 않으며, 제조 과정에서 이러한 파라미터에 대한 엄격한 제어를 시사합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 동작 조건에서 장치 동작을 이해하는 데 중요한 여러 대표적인 특성 곡선을 참조합니다.

순방향 전류 대 순방향 전압 (그림 1):이 IV 곡선은 다이오드의 일반적인 지수 관계를 보여줍니다. 전류 구동 회로를 설계하고 전력 소비(V_F* I_F)를 계산하는 데 필수적입니다. 곡선은 온도에 따라 이동합니다.

순방향 전류 대 복사 강도 / 총 전력 (그림 2 & 그림 3):이 그래프들은 구동 전류의 함수로서의 광 출력을 보여줍니다. 이 관계는 낮은 전류에서 일반적으로 선형이지만, 열 및 전기적 효과로 인해 매우 높은 전류에서는 효율 저하(준 선형 증가)의 징후를 보일 수 있습니다. 이는 출력과 효율/열을 균형 있게 조정하기 위한 최적의 동작점을 선택하는 데 도움이 됩니다.

상대 복사 강도 대 각도 변위 (그림 4):이 극좌표 플롯은 공간 복사 패턴을 정의합니다. 90도 시야각이 여기서 확인됩니다. 곡선의 모양(예: 람베르트, 박쥐 날개)은 빛이 목표 영역에 어떻게 분포되는지에 영향을 미칩니다.

순방향 전류 대 주변 온도 (그림 5):이 디레이팅 곡선은 신뢰성에 있어 가장 중요한 것 중 하나입니다. 주변 온도가 증가함에 따라 접합 온도를 125°C 미만으로 유지하기 위한 최대 허용 순방향 전류를 보여줍니다. 100°C 주변 온도에서 허용 연속 전류는 크게 감소합니다. 이 그래프는 25°C가 아닌 환경에서 동작하는 모든 설계에 사용해야 합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

LED는 표면 실장 패키지에 장착되어 있습니다. 도면의 주요 치수에는 본체 크기, 렌즈 높이 및 리드 간격이 포함됩니다. 달리 명시되지 않는 한 허용 오차는 일반적으로 ±0.1mm입니다. 중요한 취급 참고 사항은 렌즈에 힘을 가하지 말 것을 경고하며, 이는 내부 구조를 손상시키고 장치 고장으로 이어질 수 있습니다. 조립 중에는 본체나 리드를 잡고 취급해야 합니다.

5.2 패드 구성 및 극성

이 장치에는 세 개의 전기 패드가 있습니다: 패드 1은 애노드(+), 패드 2는 캐소드(-), 패드 P는 전용 열 패드입니다. 열 패드는 LED 접합에서 인쇄 회로 기판(PCB)으로 열을 전달하는 데 중요합니다. 최적의 열 및 전기 성능을 위해 PCB 레이아웃에는 이 패드에 연결된 적절한 크기의 구리 영역이 포함되어야 하며, 필요한 경우 내부 또는 하단 레이어로의 열 비아가 있어야 합니다. 올바른 극성 연결(애노드를 양극 공급에 연결)은 동작에 필수적입니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

6.1 리플로우 솔더링 프로파일

이 장치는 표준 SMT 리플로우 공정에 적합합니다. 무연 리플로우 프로파일이 제공됩니다:

• 상승 속도:2~3 °C/초.
• 예열:150~200°C에서 60~120초.
• 액상 온도(T_L):217°C.
• T_L: 이상 시간:
• 60~90초._P피크 온도(T):
• 240 ±5°C._P피크 시간(t):
• 최대 20초.하강 속도:

3~5 °C/초.

패키지 및 내부 본딩에 대한 열 응력을 최소화하기 위해 리플로우 솔더링은 두 번 이상 수행하지 않는 것이 좋습니다. 가열 중 LED에 가해지는 응력을 피해야 하며, 솔더링 후 회로 기판을 구부리지 않아 솔더 접합부 또는 LED 자체에 기계적 손상을 방지해야 합니다.

6.2 보관 조건

이 장치는 건조제가 포함된 알루미늄 방습 백을 포함한 방습 포장으로 배송됩니다. 포장이 개봉된 경우, 장치는 수분 흡수에 민감하므로 지정된 시간 내에 사용하거나 솔더링 중 "팝콘" 손상을 방지하기 위해 리플로우 전에 표준 MSL(수분 민감도 등급) 절차에 따라 베이킹해야 합니다. 제공된 발췌문에는 특정 MSL 등급이 명시되어 있지 않습니다.

이 장치는 자동 피크 앤 플레이스 조립을 위해 캐리어 테이프 및 릴에 공급됩니다. 각 릴에는 400개가 들어 있습니다. 캐리어 테이프 치수는 피더 장비와의 호환성을 보장하기 위해 제공됩니다. 포장 라벨에는 추적성을 위한 부품 번호(P/N), 수량(QTY) 및 로트 번호(LOT No.)와 같은 표준 정보가 포함됩니다. 복사 전력에 대한 빈 코드(CAT)도 여기에 표시됩니다.

8. 응용 노트 및 설계 고려사항

8.1 대표적인 응용 회로

이 적외선 LED는 안정적인 동작을 위해 정전압이 아닌 정전류원이 필요합니다. 저전류 응용 분야에는 간단한 직렬 저항을 사용할 수 있지만, 이 장치가 가능한 높은 전류의 경우 일관된 광 출력을 보장하고 LED를 전류 스파이크로부터 보호하기 위해 전용 LED 드라이버 IC 또는 트랜지스터 기반 전류 조정기를 사용하는 것이 좋습니다. 드라이버는 필요한 순방향 전류까지 공급하고 순방향 전압 강하를 처리할 수 있어야 합니다.

8.2 열 관리

이것은 이 고출력 LED를 사용하는 데 있어 가장 중요한 측면입니다. 데이터시트는 방열판 추가를 명시적으로 제안합니다. PCB 설계에는 LED의 열 패드에 연결된 충분한 구리 영역을 가진 상당한 열 패드가 포함되어야 합니다. 열을 다른 PCB 레이어나 외부 방열판으로 전도하기 위해 열 비아를 사용하는 것이 매우 권장됩니다. 최대 접합 온도 125°C를 초과해서는 안 되므로, 실제 동작 전류, 주변 온도 및 PCB 열 특성을 기반으로 열 계산 또는 측정을 수행해야 합니다.

8.3 광학 설계

카메라 조명과 같은 응용 분야의 경우, 2차 광학 요소(렌즈 또는 반사판)를 사용하여 90도 빔을 더 집중된 패턴으로 조준하거나 형성하여 투사 거리나 효율을 높일 수 있습니다. 투명 렌즈는 적외선 빛의 흡수를 최소화합니다. 설계자는 원거리 조명을 설계할 때 총 전력뿐만 아니라 복사 강도(mW/sr)를 고려해야 합니다.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 5mm 또는 3mm 스루홀 적외선 LED와 비교하여, 이 SMD 장치는 더 컴팩트하고 제조 가능한 패키지에서 상당히 높은 광 출력(수십 mW 대비 최대 1300+ mW)을 제공합니다. 18 K/W의 열저항은 SMD LED에 비해 상대적으로 낮아 좋은 열 경로를 나타내지만, 금속 코어 PCB에 장착되거나 통합 방열판이 있는 LED에 비해 여전히 신중한 관리가 필요합니다. 850nm 파장은 일반적인 표준으로, 실리콘 검출기 감도와 940nm LED(거의 보이지 않지만 센서 응답이 낮음)에 비해 낮은 가시성 사이에서 좋은 균형을 제공합니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 이 LED를 저항과 함께 5V 전원에 직접 구동할 수 있나요?

A: 가능하지만 신중한 계산이 필요합니다. 1A에서 V_F는 약 3.5V입니다. 직렬 저항은 1A에서 1.5V를 강하시켜야 하며, 이는 R = 1.5Ω이고 1.5W를 소산한다는 의미입니다. 이는 비효율적이며 더 많은 열을 발생시킵니다. 350mA 이상의 전류에는 전용 전류 조정기를 강력히 권장합니다.

Q: 왜 방열판이 필요한가요?

A: 700mA에서 소산 전력은 약 3.3V * 0.7A = 2.31W입니다. 18 K/W의 열저항으로 접합은 리드 온도보다 2.31W * 18 K/W = 약 41.6°C 상승합니다. PCB/리드가 냉각되지 않으면 접합 온도가 쉽게 125°C를 초과하여 급격한 성능 저하 또는 고장으로 이어질 수 있습니다.

Q: 총 복사 전력(mW)과 복사 강도(mW/sr)의 차이는 무엇인가요?

A: 총 복사 전력은 모든 방향으로 방출되는 통합 광 전력입니다. 복사 강도는 특정 방향(일반적으로 축상)에서 단위 입체각당 방출되는 전력입니다. 강도는 지향성 응용 분야와 더 관련이 있으며, 총 전력은 전체 시스템 효율성에 중요합니다.

Q: 이 LED는 눈에 노출되어도 안전한가요?

A: 적외선 LED, 특히 고출력 제품은 눈에 위험할 수 있습니다. 눈 깜박임 반사가 일어나기 전에 망막 손상을 일으킬 수 있는 보이지 않는 방사선을 방출합니다. 관련 레이저/적외선 제품 안전 표준(예: IEC 62471)을 항상 준수하고 최종 제품에 적절한 안전 장치(확산판, 외함, 강도 제한)를 구현하십시오.

11. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 보안 카메라용 야간 투시 조명.

한 설계자가 실리콘 기반 이미지 센서를 사용하여 야간 투시 기능을 갖춘 컴팩트 IP 카메라를 제작하고 있습니다. 높은 출력과 스펙트럼 일치를 위해 이 850nm LED를 선택합니다. 네 개의 LED가 카메라 렌즈 주위에 배치됩니다. 각각은 배터리 전압 변화에 따라 안정적인 출력을 보장하기 위해 컴팩트한 스위칭 LED 드라이버 IC에 의해 700mA로 구동됩니다. PCB는 각 LED 아래의 큰 구리 패드에 열을 확산하기 위해 여러 열 비아를 통해 연결된 내부 접지면을 가진 4층 기판입니다. LED 위에 약간의 확산 필름을 배치하여 빔을 혼합하고 이미지의 핫스팟을 줄입니다. 열 설계는 열화상 카메라로 검증되어, 40°C 주변 환경에서 LED 케이스 온도가 85°C 이하로 유지되어 접합이 안전하게 한계 아래에 있음을 확인합니다. 결과적으로 시스템은 최대 30미터까지 선명하고 고르게 조명된 야간 투시 영상을 제공합니다.

12. 기술 원리 소개

적외선 LED는 가시광선 LED와 동일한 기본 원리로 동작합니다: 반도체 p-n 접합에서의 전기발광. 순방향 전압이 인가되면 전자와 정공이 활성 영역으로 주입되어 재결합하며 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 방출되는 빛의 파장(색상)은 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소)는 알루미늄 함량을 변화시켜 근적외선 범위, 특히 850nm 근처에서 방출되도록 조정할 수 있는 화합물 반도체입니다. 투명 실리콘 캡슐화는 이 파장에 투명하며 출력 빔을 형성하기 위해 렌즈로 성형됩니다. 고출력 능력은 더 큰 반도체 다이와 열을 추출하도록 설계된 효율적인 패키지를 사용하여 달성됩니다.

13. 기술 트렌드

적외선 LED, 특히 감지 및 이미징 분야의 트렌드는 더 높은 효율(전기 와트당 더 많은 복사 전력)을 향하고 있으며, 이는 열 발생과 전력 소비를 줄입니다. 이는 에피택셜 층 설계 및 광 추출 기술의 발전을 통해 달성됩니다. 또한 내장 드라이버가 있는 LED 또는 단일 패키지에서 포토검출기와 결합된 것과 같은 더 긴밀한 통합으로의 이동도 있습니다. 940nm와 같은 파장은 850nm보다 인간의 눈에 덜 보이기 때문에 "은밀한" 조명으로 인기를 얻고 있지만, 더 높은 감도를 가진 센서가 필요합니다. 더욱이, 소형화를 위한 추진은 더 작은 SMD 패키지에서 고출력을 요구하며, 이는 차례로 PCB 및 시스템 수준에서 고급 열 관리 솔루션의 중요성을 증가시킵니다.