적외선 발광 다이오드 LTE-7377LM1-TA 데이터시트 - 고속, 고출력, 블루 패키지

1. 제품 개요

본 문서는 고성능 적외선(IR) 발광 소자의 사양을 상세히 설명합니다. 이 소자는 빠른 응답 시간과 상당한 광 출력이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 그 핵심 설계 철학은 펄스 동작 환경에서의 신뢰성과 효율성에 중점을 두어 다양한 센싱 및 통신 시스템에 적합합니다. 이 소자는 독특한 블루 투명 패키지에 장착되어 조립 시 시각적 식별을 돕고, 방출 파장에 대한 특정 필터링 또는 투과 특성을 제공할 수 있습니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 값들은 연속 동작을 위한 것이 아니며, 어떠한 조건에서도 초과해서는 안 되는 임계값을 나타냅니다.

• 전력 소산 (P_D):200 mW. 이는 소자가 열로 방산할 수 있는 최대 전력량입니다. 이 한계를 초과하면 열 폭주 및 고장의 위험이 있습니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):2 A. 이 정격은 특정 펄스 조건(초당 100 펄스, 10 µs 펄스 폭)에서 적용됩니다. 이는 고강도 광 펄스를 생성하는 데 중요한, 짧은 시간 동안 매우 높은 순간 전류를 처리할 수 있는 소자의 능력을 나타냅니다.
• 연속 순방향 전류 (I_F):100 mA. 소자의 성능이나 수명을 저하시키지 않고 연속적으로 흘릴 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역방향 전압 (V_R):5 V. 역방향 바이어스 방향으로 인가할 수 있는 최대 전압입니다. 이를 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 동작 온도 범위 (T_A):-40°C ~ +85°C. 소자가 공개된 사양을 충족하도록 보장되는 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위 (T_stg):-55°C ~ +100°C. 성능 저하 없이 비동작 상태로 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 리드 납땜 온도:패키지 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정 시 5초 동안 260°C. 이는 웨이브 또는 핸드 납땜 공정에 대한 열 프로파일 허용 오차를 정의합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 파라미터들은 표준 주변 온도 25°C에서 측정되며, 지정된 테스트 조건에서 소자의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 복사 세기 (I_E):35 mW/sr (최소). 순방향 전류(I_F) 50mA로 측정. 복사 세기는 단위 입체각(스테라디안)당 방출되는 광 출력을 설명하며, 특정 방향에서의 광원 밝기를 나타냅니다.
• 피크 방출 파장 (λ_P):880 nm (일반적). 광 출력이 최대가 되는 파장입니다. 880nm는 근적외선 스펙트럼에 속하며, 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 포토다이오드와 많은 센서에서 감지할 수 있습니다.
• 스펙트럼 선 반폭 (Δλ):50 nm (최대). 이 파라미터는 반치폭(FWHM)이라고도 하며, 방출되는 빛의 스펙트럼 대역폭을 나타냅니다. 50nm 값은 단색 광원이 아니며 880nm를 중심으로 한 파장 범위에서 방출함을 보여줍니다.
• 순방향 전압 (V_F):1.5V (최소), 1.75V (일반), 2.1V (최대). 350mA의 높은 펄스 전류(100pps, 10µs 펄스)에서 측정. 이는 순방향 바이어스가 걸려 전도될 때 다이오드 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 구동 회로 설계 및 전력 소산 계산에 중요합니다.
• 역방향 전류 (I_R):100 µA (최대). 5V 역방향 바이어스가 인가될 때의 누설 전류입니다. 낮은 값이 바람직합니다.
• 상승/하강 시간 (T_r/T_f):40 nS (최대). 이는 소자의 스위칭 속도를 정의하며, 광 출력이 최종 값의 10%에서 90%로 전환되는 시간(상승) 및 그 반대(하강)로 측정됩니다. 40ns 사양은 고속 변조 및 펄스 응용 분야에 적합함을 확인시켜 줍니다.
• 시야각 (2θ_1/2):16도 (일반적). 이는 복사 세기가 최대값(축상)의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 16° 각도는 상대적으로 좁은 빔을 나타내며, 특정 경로를 통한 지향성 조명 또는 센싱에 유용합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 상세 설계 분석에 필수적인 일반적인 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 재현되지 않았지만, 그 일반적인 내용과 중요성은 아래에 설명되어 있습니다.

3.1 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

이 그래프는 다이오드를 통해 흐르는 전류와 그 양단 전압 사이의 관계를 보여줍니다. 비선형이며, 켜기/문턱 전압(GaAs IR LED의 경우 약 1.2-1.4V) 이후에는 전압이 약간 증가해도 전류가 급격히 증가합니다. 설계자는 이 곡선을 사용하여 적절한 전류 제한 저항을 선택하거나 정전류 구동기를 설계합니다.

3.2 복사 세기 대 순방향 전류

이 그래프는 광 출력이 구동 전류에 따라 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 일반적으로 넓은 범위에서 선형이지만, 열 효과 및 내부 효율 저하로 인해 매우 높은 전류에서 포화될 수 있습니다. 이 선의 기울기는 소자의 외부 양자 효율과 관련이 있습니다.

3.3 복사 세기 대 주변 온도

이 곡선은 광 출력의 온도 의존성을 보여줍니다. LED의 경우, 복사 세기는 일반적으로 접합 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 디레이팅 계수는 일관된 성능을 보장하기 위해 전체 온도 범위(-40°C ~ +85°C)에서 동작하는 시스템을 설계하는 데 중요합니다.

3.4 스펙트럼 분포

파장의 함수로서 방출되는 상대적 광 출력을 보여주는 그래프입니다. 일반적인 880nm에서 피크를 가지며, 50nm FWHM 사양으로 정의된 폭을 가질 것입니다. 이는 사용되는 검출기의 스펙트럼 감도와 발광 소자를 매칭하는 데 중요합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

이 소자는 기계적 안정성 및 잠재적으로 방열을 위한 플랜지가 있는 표준 LED 패키지 형식을 사용합니다. 데이터시트의 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 밀리미터 단위이며, 인치는 괄호 안에 표기됩니다.
• 특정 특징에 다른 표시가 없는 한, 일반 공차 ±0.25mm (±0.010")가 적용됩니다.
• 플랜지 아래의 수지가 최대 1.5mm(0.059")까지 돌출될 수 있습니다.
• 리드 간격은 리드가 패키지 본체를 빠져나오는 지점에서 측정되며, 이는 PCB 풋프린트 설계에 중요합니다.

구체적인 치수 도면은 본체 길이, 너비, 높이, 리드 직경 및 간격에 대한 정확한 값을 제공할 것입니다.

4.2 극성 식별

적외선 LED는 극성을 가진 소자입니다. 패키지에는 일반적으로 캐소드(음극) 리드를 나타내는 평평한 면 또는 가장자리에 노치가 있습니다. 더 긴 리드는 애노드(양극)를 나타낼 수도 있지만, 패키지 표시가 확정적인 기준입니다. 올바른 극성은 동작에 필수적입니다.

5. 납땜 및 조립 지침

납땜 사양을 준수하는 것은 기계적 또는 열적 손상을 방지하는 데 중요합니다.

• 납땜 온도:열이 플라스틱 패키지 본체에서 최소 1.6mm(0.063") 떨어진 지점에 가해지는 조건에서, 리드는 최대 5초 동안 260°C를 견딜 수 있습니다. 이는 수지가 녹거나 열 응력을 받는 것을 방지합니다.
• 공정 권장사항:리플로우 납땜의 경우, 피크 온도가 260°C를 초과하지 않는 표준 무연 프로파일이 적합합니다. 액상선 이상의 시간은 총 열 입력을 최소화하도록 제어되어야 합니다.
• 세척:세척이 필요한 경우, 블루 투명 에폭시 수지와 호환되는 공정을 사용하십시오. 강력한 용제는 피해야 합니다.
• 보관 조건:지정된 보관 온도 범위(-55°C ~ +100°C) 내에서 건조한 정전기 방지 환경에 보관하십시오. 수분 민감도 등급(MSL) 정보는 해당되는 경우 별도의 포장 사양에서 확인할 수 있습니다.

6. 포장 및 주문 정보

데이터시트의 마지막 페이지는 포장 세부 사항에 할애됩니다. 일반적으로 다음을 포함합니다:

• 포장 형식:소자는 자동 배치를 위해 테이프 및 릴에 공급될 가능성이 높으며, 이는 표면 실장 소자의 표준입니다. 릴 크기, 테이프 너비, 포켓 치수 및 방향이 여기에 정의됩니다.
• 릴당 수량:릴당 표준 개수(예: 1000, 2000, 4000).
• 모델 번호:부품 번호LTE-7377LM1-TA가 완전한 주문 코드입니다. "-TA"와 같은 접미사는 테이프 및 릴 포장 또는 특정 빈닝 옵션을 나타낼 수 있습니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 적외선 센싱:근접 센서, 물체 감지, 라인 따라가기 로봇 및 차단형 광 스위치(예: 프린터의 용지 감지). 좁은 시야각과 고속은 유리합니다.
• 광통신:단거리 데이터 링크, 리모컨 송신기(TV 등), EMI 내성이 필요한 산업용 IR 데이터 전송. 40ns 상승/하강 시간은 중간 데이터 속도를 지원합니다.
• 머신 비전 및 조명:야간 투시 기능이 있는 CCTV 카메라나 전문 머신 비전 시스템을 위한 보이지 않는 조명 제공.

7.2 설계 고려사항

• 구동 회로:허용 가능한 높은 펄스 전류(2A)로 인해, 전용 구동 트랜지스터(BJT 또는 MOSFET)가 거의 항상 필요합니다. 단순한 직렬 저항기는 이러한 고전류 펄스에는 부적합하며 과도한 전력을 낭비할 것입니다.
• 전류 제한:DC 또는 펄스 동작의 경우, 절대 최대 정격을 초과하지 않도록 전류를 능동적으로 제한해야 합니다. 안정적인 광 출력을 위해 정전류 구동기를 사용하십시오.
• 열 관리:패키지에 플랜지가 있지만, 높은 전류(100mA에 근접)에서 연속 동작할 경우, 특히 높은 주변 온도에서 동작할 때는 PCB 레이아웃이 방열판 역할을 할 수 있도록 고려해야 합니다.
• 광학 설계:16도의 시야각은 다른 빔 패턴이 필요한 경우 렌즈나 확산판이 필요할 수 있습니다. 880nm 파장은 해당 범위에 민감한 검출기(예: 실리콘 포토다이오드, 포토트랜지스터)가 필요합니다.
• 전기적 보호:5V 역방향 전압 정격에도 불구하고, 특히 산업 환경에서 전압 스파이크로부터 보호하기 위해 작은 직렬 저항기나 과도 전압 억제기(TVS)를 사용하는 것이 좋습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

사양에 기반하여, 이 IR 발광 소자는 주요 속성의 조합을 통해 시장에서 차별화됩니다:

• 고속 및 고출력 조합:40ns 스위칭 속도와 높은 복사 세기(35 mW/sr 최소) 및 매우 높은 펄스 전류 처리 능력(2A)의 조합은 밝은 펄스와 빠른 데이터 속도 또는 정밀한 타이밍이 모두 필요한 응용 분야에서 상당한 이점입니다.
• 펄스 동작 최적화:피크 펄스 전류에 대한 명시적 정격 및 펄스 조건에서 지정된 순방향 전압은 이 소자가 이 까다로운 모드에 맞게 설계되었음을 나타내며, 단순히 DC 정격만 있는 LED보다 더 나은 성능과 신뢰성을 제공합니다.
• 좁은 시야각:16도 빔은 많은 표준 IR LED(30-60도일 수 있음)보다 좁아서 더 지향성 있는 빛과 축상에서 더 높은 세기를 제공하며, 지향성 센싱 응용 분야에서 신호 대 잡음비를 향상시킵니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 이 LED를 직렬 저항기만 사용하여 5V 마이크로컨트롤러 핀으로 구동할 수 있나요?

A: 낮은 전류(예: 20-50mA)에서 짧은 펄스의 경우, 직렬 저항 계산이 가능합니다(R = (V_CC- V_F) / I_F). 그러나, 소자가 설계된 고전류 펄스 동작(350mA 또는 2A)의 경우, 마이크로컨트롤러 핀은 충분한 전류를 공급할 수 없습니다. MCU에 의해 제어되는 트랜지스터 스위치(예: MOSFET)가 별도의 전원 공급 장치에서 필요한 전류를 전달하기 위해 필수적입니다.

Q2: 블루 패키지의 목적은 무엇인가요? 단순히 색상 때문인가요?

A: 블루 투명 에폭시는 단파장 통과 필터 역할을 합니다. 방출된 880nm 적외선 빛에는 투명하지만 가시광선은 차단하거나 감쇠시킵니다. 이는 검출기에서 주변 가시광선 간섭을 줄이는 데 도움이 되어 IR 시스템의 신호 대 잡음비를 개선합니다. 또한 시각적 식별자 역할도 합니다.

Q3: 내 설계에서 "복사 세기" 값을 어떻게 해석해야 하나요?

A: 복사 세기(mW/sr)는 주어진 입체각으로 방출되는 광 출력의 양을 측정한 것입니다. 광축상의 거리(d)에서 조도(단위 면적당 전력)를 추정하려면 근사식 E ≈ I_E/ d²를 사용할 수 있습니다(작은 각도의 경우). 여기서 d가 cm 단위이면 E는 mW/cm² 단위입니다. 이는 충분한 빛이 검출기에 도달할지 여부를 결정하는 데 도움이 됩니다.

Q4: 보관 온도 최대치는 100°C인데 납땜 온도는 260°C입니다. 모순되지 않나요?

A: 아닙니다. 보관 온도는 전체 패키지가 균일하게 그 온도에 있는 장기 비동작 조건을 위한 것입니다. 납땜 정격은 금속 리드에만 적용되는 매우 짧은 국부적 열 노출(5초)을 위한 것이며, 이 리드는 민감한 반도체 접합과 패키지 본체에서 열을 멀리 전도합니다.

10. 실용 설계 사례 연구

시나리오: 고속 광학 엔코더 설계.

광학 회전 엔코더는 광원이 코딩된 디스크를 통해 포토검출기 어레이에 도달하도록 요구합니다. 엔코더는 높은 회전 속도에서 동작해야 하며, 흐림을 방지하고 정밀한 에지 검출을 가능하게 하기 위해 광원의 빠른 스위칭이 필요합니다.

• 소자 선택 근거:LTE-7377LM1-TA는 40ns 상승/하강 시간으로 매우 날카로운 광 펄스를 가능하게 하여 시스템이 고속에서 미세한 위치 변화를 해결할 수 있도록 하기 때문에 선택되었습니다. 좁은 16도 시야각은 엔코더 디스크의 좁은 슬롯을 통해 빛을 집중시키는 데 도움이 되어 대비를 향상시킵니다.
• 회로 설계:고속 MOSFET을 사용하는 정전류 구동 회로가 구현됩니다. MOSFET은 타이머 또는 FPGA 출력에 의해 스위칭됩니다. 전류는 데이터시트 한계 내에서 100mA(연속 최대) 또는 더 높은 강도 펄스를 위한 350mA와 같은 펄스 값으로 설정됩니다. 이 전류에서의 순방향 전압은 구동기의 전력 소산 계산에 사용됩니다.
• 레이아웃 및 열:PCB 풋프린트는 패키지 도면의 리드 간격과 일치합니다. 연속 동작 중 열 방산을 돕기 위해 플랜지 아래에 접지면에 연결된 작은 열 릴리프 패드가 배치됩니다.
• 광학 정렬:발광 소자와 검출기는 엔코더 디스크의 반대쪽에 정렬됩니다. 좁은 빔은 디스크 상의 인접 트랙 사이의 최소한의 크로스토크를 보장합니다.

11. 동작 원리

이 소자는 일반적으로 갈륨 비소(GaAs) 또는 알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs)와 같은 재료를 사용하여 적외선을 생성하는 반도체 p-n 접합 기반 발광 다이오드(LED)입니다. 접합의 켜기 전압을 초과하는 순방향 전압이 인가되면, 전자와 정공이 접합을 가로질러 주입됩니다. 이 전하 캐리어들이 재결합함에 따라 에너지가 광자의 형태로 방출됩니다. 반도체 재료의 특정 밴드갭 에너지는 방출되는 광자의 파장을 결정하며, 이 경우 약 880 나노미터를 중심으로 합니다. 블루 에폭시 패키지는 반도체 칩을 캡슐화하고 기계적 보호를 제공하며, 더 짧은 파장을 필터링하면서 출력 빔을 형성하는 기본 렌즈 역할을 합니다.

12. 기술 동향

적외선 발광 소자 기술은 더 광범위한 광전자 동향과 함께 계속 발전하고 있습니다. 전력 소비와 열 발생을 줄이기 위해 더 높은 효율성(전기 와트 입력당 더 많은 빛 출력)을 향한 지속적인 추진이 있습니다. 이는 휴대용 장치에서 더 밝은 광원 또는 더 긴 배터리 수명을 가능하게 합니다. 또 다른 동향은 발광 소자와 구동기 및 제어 논리를 스마트 모듈로 통합하여 시스템 설계를 단순화하는 것입니다. 더 나아가, 광통신(예: Li-Fi)에서 더 높은 데이터 속도를 지원하고 3D 이미징 및 LiDAR 응용 분야를 위한 더 정밀한 비행 시간(ToF) 센싱을 위해 더 빠른 스위칭 속도를 향한 개발이 진행 중입니다. 소형화를 위한 추진도 계속되어 성능 특성을 유지하거나 개선하면서 더 작은 패키지 풋프린트로 이어지고 있습니다.