HIR-S06-P120/L649-P03/TR 적외선 LED 데이터시트 - 850nm - 3.45V - 1A - 890mW - SMD 패키지

1. 제품 개요

HIR-S06-P120/L649-P03/TR는 강력하고 효율적인 적외선 조명이 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 고출력 적외선 발광 다이오드입니다. 이 표면 실장 소자는 컴팩트한 플랫탑 패키지에 수지 클리어 에폭시 렌즈로 구성되어 있습니다. 이 부품의 주요 기능은 포토다이오드 및 포토트랜지스터와 같은 실리콘 기반 광검출기의 스펙트럼 감도에 최적으로 맞는 850나노미터의 피크 파장에서 적외선을 방출하는 것입니다. 핵심 장점으로는 소형 폼팩터에서 높은 방사 출력, 환경 규정 준수(RoHS, REACH, 무할로겐), 자동화 조립 공정에의 적합성이 포함됩니다.

1.1 주요 특징 및 응용 분야

The device is characterized by its high efficiency and small package size. Key features include a peak wavelength (λp) of 850 nm, suitability for surface-mount technology (SMT) soldering, and compliance with Pb-free, EU REACH, and halogen-free standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). It also offers an electrostatic discharge (ESD) withstand voltage of 2kV. The primary target markets and applications are systems requiring invisible illumination for imaging or sensing. The most common application is as an infrared light source for CCD cameras, where it provides the necessary illumination for night-vision or low-light imaging. It is also suitable for various other infrared-applied systems, such as security systems, machine vision, proximity sensors, and optical switches.

2. 기술 파라미터 심층 분석

이 섹션은 데이터시트에 정의된 장치의 전기적, 광학적 및 열적 특성에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 동작 중에는 이 정격 값을 절대 초과해서는 안 됩니다. HIR-S06-P120/L649-P03/TR의 주요 한계는 다음과 같습니다.

• 연속 순방향 전류(IF): 1000 mA. 이는 LED를 통해 연속적으로 흐를 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역전압 (VR): 5 V. 이 값을 초과하는 역전압을 인가하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 동작 온도 (Topr): -40°C ~ +100°C. 소자가 기능하도록 설계된 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 (Tstg): -40°C ~ +100°C. 비동작 상태에서 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 접합 온도 (Tj): 115°C. 반도체 접합부 자체의 최대 허용 온도입니다.
• 전력 소산 (Pd): IF=700mA에서 3 W. 이는 특정 테스트 조건에서 패키지가 열로 방산할 수 있는 최대 전력을 나타냅니다. 데이터시트는 접합 온도 한계를 초과하지 않고 열 부하를 효과적으로 관리하기 위해 이 장치에 방열판을 추가할 것을 명시적으로 권장합니다.

2.2 전기-광학 특성

표준 주변 온도 25°C에서 측정된 이 매개변수들은 정상 작동 조건에서 장치의 성능을 정의합니다. 값은 일반적으로 최소값, 전형값 및 최대값으로 제시됩니다.

• 총 방사 전력 (Po): 이는 LED가 모든 방향으로 방출하는 총 광전력으로, 밀리와트(mW) 단위로 측정됩니다. 전형값은 구동 전류에 따라 증가합니다: 350 mA에서 340 mW, 700 mA에서 650 mW, 1 A에서 890 mW. 이는 장치의 고출력 능력을 보여줍니다.
• 방사 강도 (Ie): mW/sr(밀리와트 매 스테라디안)로 측정되며, 단위 입체각당 방출되는 광 출력입니다. 이는 특정 방향으로의 LED 밝기를 나타내는 척도입니다. 일반적인 값은 115 mW/sr (350 mA), 220 mW/sr (700 mA), 290 mW/sr (1 A)입니다.
• 피크 파장 (λp): 850 nm (일반값). 이는 광 출력이 최대가 되는 파장입니다. 850nm는 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 센서와 많은 카메라 센서에서 잘 감지되므로 IR 조명에 일반적으로 사용되는 파장입니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ): 25 nm (일반값). 이는 방출되는 파장의 범위를 정의하며, 일반적으로 최대 출력의 절반에서 측정됩니다(반치전폭 - FWHM). 25nm 대역폭은 850nm를 중심으로 상대적으로 좁은 스펙트럼 출력을 의미합니다.
• 순방향 전압 (VF): 전류가 흐를 때 LED 양단에 발생하는 전압 강하입니다. 전류가 증가함에 따라 커집니다: 3.10 V (350 mA), 3.25 V (700 mA), 3.45 V (1 A). 이는 구동 회로 설계에 매우 중요합니다.
• 역방향 전류 (IR): VR=5V에서 최대 10 μA. 이는 소자가 최대 정격 내에서 역방향 바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 시야각 (2θ1/2): 120도 (전형적). 이는 복사 강도가 최대값(축상)의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 120도의 각도는 매우 넓은 빔 패턴을 나타내며, 광범위한 영역 조명에 적합합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 비표준 조건에서 소자 동작을 이해하는 데 필수적인 전형적인 성능 곡선을 참조합니다.

3.1 순방향 전류 대 순방향 전압 (IV 곡선)

이 그래프(그림 1)는 LED를 통해 흐르는 전류(IF)와 양단 전압(VF) 사이의 관계를 보여줍니다. 이 관계는 비선형입니다. 이 곡선을 통해 설계자는 주어진 구동 전류에 대한 동작 전압을 결정할 수 있으며, 이는 적절한 전류 제한 저항 선택 또는 정전류 구동 회로 설계에 중요합니다. 전압은 음의 온도 계수를 가지며, 이는 접합 온도가 상승함에 따라 약간 감소함을 의미합니다.

3.2 순방향 전류 대 방사 강도 / 총 광 출력

These graphs (Fig.2 & Fig.3) plot optical output (either intensity or total power) against forward current. They typically show a sub-linear relationship; optical output increases with current but the efficiency (output per input watt) may decrease at very high currents due to increased thermal effects and droop. Analyzing these curves helps in selecting an optimal operating point that balances output power with efficiency and device longevity.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수 및 도면

이 소자는 SMD 패키지로 제공됩니다. 치수 도면은 정확한 길이, 너비, 높이, 리드 간격 및 렌즈 형상을 명시합니다. 데이터시트의 주요 참고 사항: 모든 치수는 밀리미터 단위이며, 별도로 명시되지 않는 한 표준 공차는 ±0.1mm입니다. 중요한 취급 경고가 제공됩니다: 렌즈를 잡고 소자를 취급하지 마십시오. 렌즈에 힘을 가하면 패키지의 기계적 고장을 초래할 수 있습니다.

4.2 극성 식별 및 실장 풋프린트

패키지 도면에 캐소드와 애노드 단자가 명확히 표시되어 있습니다. PCB 레이아웃 및 조립 시 올바른 극성을 준수해야 합니다. 권장 솔더 패드 레이아웃(랜드 패턴)은 일반적으로 패키지 치수에서 도출되어 신뢰할 수 있는 솔더링과 기계적 강도를 보장합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

SMT 소자로서 리플로우 솔더링 공정에 사용됩니다. 이 발췌문에서 구체적인 리플로우 프로파일 파라미터(예열, 소크, 리플로우 피크 온도, 액상선 이상 시간)는 상세히 설명되지 않았지만, 일반적으로 유사한 플라스틱 패키지 소자의 표준 프로파일을 따르며, 피크 온도는 일반적으로 260°C를 초과하지 않습니다. 무연 및 무할로겐 규정 준수는 현대적인 환경 친화적 제조 공정에 적합함을 나타냅니다. 보관 권장사항은 동작 온도 범위(-40°C ~ +100°C)와 일치하며, 소자는 사용 전까지 방습 포장 상태로 보관해야 합니다.

6. 패키징 및 주문 정보

6.1 릴 및 테이프 사양

본 장치는 자동 픽앤플레이스 조립을 위해 릴에 적재된 캐리어 테이프 형태로 공급됩니다. 캐리어 테이프 치수가 명시되어 있습니다. 각 릴에는 2000개가 들어 있습니다. 드로잉에는 적절한 장비 설정을 위해 언릴링 방향도 표시되어 있습니다.

6.2 방습 포장

부품은 습도를 제어하기 위한 건제제가 들어 있는 알루미늄 방습 백에 포장되어 출고됩니다. 백에는 주요 정보가 기재된 라벨이 포함되어 있습니다. CPN, P/N, QTY, CAT, HUE, REF, LOT No.와 같은 특정 라벨 필드가 나열되어 있지만, 데이터시트에 따르면 본 문서에서는 파트 번호 HIR-S06-P120/L649-P03/TR이 광도, 파장 또는 전압에 대한 상세한 빈닝 시스템을 사용하지 않는 것으로 보이며, 모든 전형값은 랭크 코드 없이 나열되어 있습니다. 제품은 전체 파트 번호로 식별됩니다.

7. 응용 제안 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 시나리오

주요 응용 분야는 저조도 또는 무광 조건에서 CCD/CMOS 카메라의 조명으로, 보안 카메라, 자동차 시스템 및 소비자 기기에서 야간 투시 기능을 가능하게 합니다. 기타 응용 분야에는 근접 및 존재 감지를 위한 능동형 적외선 조명, 광학 엔코더, 단거리 데이터 전송(IrDA 유사 응용), 산업 자동화에서의 물체 계수 또는 분류 등이 포함됩니다.

7.2 핵심 설계 고려사항

• 열 관리: 고출력 LED의 경우 이는 가장 중요합니다. 데이터시트는 히트싱크 사용을 명시적으로 권장합니다. PCB 레이아웃에는 LED의 열 패드(있는 경우) 또는 리드와 연결된 충분한 열 비아 및 구리 면적을 포함하여 접합부에서 열을 방출해야 합니다. Tj=115°C를 초과하면 수명이 급격히 단축되고 즉시 고장을 일으킬 수 있습니다.
• 구동 회로: LED는 전류 구동 소자입니다. 안정적인 광 출력을 보장하고 열 폭주를 방지하기 위해 정전류 드라이버 사용을 적극 권장합니다. 드라이버는 순방향 전압 요구사항을 준수하면서 최대 1A를 공급할 수 있어야 합니다. 역전압 보호도 고려해야 합니다.
• 광학 설계: 120도의 넓은 시야각은 광범위한 커버리지를 제공합니다. 더 집중된 빔이 필요한 응용 분야의 경우 보조 광학 부품(렌즈)을 사용할 수 있습니다. 워터클리어 렌즈는 850nm 파장에 적합합니다.
• ESD 보호: 2kV ESD 정격을 갖추었으나, 조립 및 통합 과정에서는 표준 ESD 처리 주의사항을 준수해야 합니다.

8. 기술적 비교 및 차별화 요소

표준 저전력 IR LED와 비교하여, HIR-S06-P120/L649-P03/TR의 주요 차별점은 SMD 패키지에서 나오는 높은 방사 출력(최대 890mW)입니다. 이를 통해 더 밝은 조명이 가능하거나, 더 넓은 영역을 조명하거나 더 먼 거리를 달성할 수 있습니다. 850nm 파장은 실리콘 센서 응답과 상대적 비가시성 사이의 좋은 균형을 제공하는 일반적인 표준입니다. 940nm LED와 비교했을 때, 850nm는 매우 높은 출력에서 희미한 붉은 빛을 낼 수 있지만, 많은 실리콘 기반 센서에서 더 높은 성능을 제공할 수 있습니다. 넓은 시야각은 영역 조명에는 장점이지만, 좁은 빔이 필요한 경우에는 단점이 될 수 있으며, 이때는 더 좁은 시야각을 가진 장치나 보조 광학 장치가 더 적합합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술적 파라미터 기반)

Q: 이 LED를 저항만 사용하여 5V 전원에 직접 구동할 수 있나요?
A: 가능할 수 있지만, 신중한 계산이 필요합니다. 1A, Vf=3.45V 조건에서 직렬 저항은 (5V - 3.45V)/1A = 1.55옴이 되며, 1.55W를 소산합니다. 이는 비효율적이며 저항에서 상당한 열을 발생시킵니다. 성능과 신뢰성을 위해 정전류 드라이버 사용을 강력히 권장합니다.

Q: 동작 온도가 100°C까지 가능함에도 불구하고, 왜 방열판을 권장하나요?
A: 100°C 등급은 주변 공기 온도(Ta)를 위한 것입니다. 중요한 한계는 115°C의 접합 온도(Tj)입니다. 소비되는 전력(1A에서 최대 ~3.45W)은 접합부를 주변 온도보다 높게 가열합니다. 히트싱크는 접합부와 주변 공기 사이의 열 저항을 낮춰 고출력 및/또는 높은 Ta 조건에서도 Tj를 한계 내로 유지합니다.

Q: 이 LED는 연속 24/7 작동에 적합한가요?
A: 절대 최대 정격을 초과하지 않고 적절한 열 관리가 구현된다면 가능합니다. 우수한 히트싱크와 함께 일반적인 700mA 조건에서 또는 그 이하로 동작시키는 것이 연속 작동을 위한 보수적이고 신뢰할 수 있는 설계 포인트가 될 것입니다.

Q: 이 장치의 일반적인 수명은 얼마인가요?
A: 수명(초기 광 출력의 70%로 저하되는 지점으로 정의됨)은 주로 접합 온도에 크게 의존합니다. 적절한 냉각과 함께 사양 내에서 작동할 경우, 이러한 LED의 일반적인 수명은 수만 시간입니다.

10. 실제 사용 사례 예시

Design Case: Night Vision Security Camera Module
한 설계자가 실외용 소형 보안 카메라 모듈을 제작 중입니다. 이 모듈은 CCD 센서를 포함하며 야간 작동을 위해 IR 조명이 필요합니다. 높은 출력과 SMD 패키지로 인해 HIR-S06-P120/L649-P03/TR이 선택되었습니다. 네 개의 LED가 PCB 상에서 카메라 렌즈 주위에 대칭적으로 배치됩니다. 전용 정전류 드라이버 IC가 각 LED에 700mA를 공급합니다. PCB는 다수의 서멀 비아를 통해 LED 패드에 연결된 대면적 구리 푸어로 설계되었으며, 카메라 하우징 전체가 방열판 역할을 합니다. 각 LED의 120도 넓은 빔이 겹쳐 카메라 시야각에 적합한 균일하고 광범위한 조명 영역을 생성합니다. 850nm 파장은 센서 반응성을 보장하면서도 대부분 눈에 띄지 않도록 합니다.

11. 동작 원리

적외선 LED는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 전압이 인가되면 n형 물질의 전자와 p형 물질의 정공이 접합 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어가 재결합할 때 에너지가 방출됩니다. 일반 LED에서는 이 에너지가 광자(빛)로 방출됩니다. 방출되는 빛의 특정 파장은 반도체 물질의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. HIR-S06-P120/L649-P03/TR은 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs) 칩을 사용하며, 이 칩은 약 850nm의 적외선에 해당하는 밴드갭을 가집니다. 투명 에폭시 렌즈는 칩을 캡슐화하여 기계적 보호를 제공하고 방출된 빛을 지정된 시야각으로 형성합니다.

12. 기술 동향과 맥락

고출력 적외선 LED는 성숙했지만 진화 중인 기술입니다. 동향에는 전기 와트당 더 많은 빛 출력을 의미하는 벽면 플러그 효율 증가가 포함되어 열 부하를 줄입니다. 또한 더 작은 패키지에서 더 높은 전력 밀도를 추구하는 움직임이 있어 통합 히트 슬러그나 플립칩 설계와 같은 고급 열 관리 솔루션에 더 큰 중점을 두고 있습니다. 이 수요는 자동차(LiDAR, 운전자 모니터링), 보안 및 머신 비전과 같은 시장의 성장에 의해 주도됩니다. 센서 호환성으로 인해 850nm가 여전히 주요 파장이지만, 완전한 비가시성(적색 발광 없음)이 필요한 응용 분야에서는 940nm도 상당히 사용됩니다. IR LED를 드라이버 및 센서와 통합하여 완전한 모듈로 만드는 것은 또 다른 지속적인 트렌드로, 최종 사용자를 위한 설계를 단순화합니다.