IR17-21C/TR8 적외선 LED 데이터시트 - 0805 패키지 - 1.2V - 940nm - 130mW - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

IR17-21C/TR8은 현대 표면 실장 기술(SMT) 애플리케이션을 위해 설계된 고성능 적외선(IR) 발광 다이오드입니다. 컴팩트한 0805 패키지에 수납된 이 소자는 실리콘 기반 광검출기에 최적으로 맞춰진 신뢰할 수 있는 적외선 방출을 제공하도록 설계되었습니다. 주요 기능은 다양한 센싱 및 스위칭 회로에서 효율적인 적외선 소스 역할을 하는 것입니다.

이 부품의 핵심 장점은 고밀도 PCB 설계를 가능하게 하는 초소형 폼 팩터와 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터에 대한 우수한 스펙트럼 정합성에 있으며, 이는 최적의 시스템 감도를 보장합니다. 소자는 물처럼 투명한 플라스틱 렌즈로 구성되어 평평한 탑 뷰를 제공하며, 이는 넓은 120도 시야각에 기여합니다. RoHS, EU REACH를 포함한 주요 환경 및 안전 표준을 준수하며, 할로겐 프리 부품으로 제조됩니다.

2. 기술 사양 및 객관적 해석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 연속 순방향 전류 (I_F): 65 mA. 이는 LED를 통해 연속적으로 흐를 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역방향 전압 (V_R): 5 V. 이보다 높은 역바이어스 전압을 가하면 LED의 PN 접합이 항복될 수 있습니다.
• 동작 및 저장 온도 (T_opr, T_stg): -40°C ~ +85°C. 소자는 산업용 온도 범위로 정격이 지정되었습니다.
• 전력 소산 (P_d): 25°C에서 130 mW. 이는 패키지가 열로 소산할 수 있는 최대 전력입니다. 주변 온도가 높을수록 감액이 필요합니다.
• 솔더링 온도 (T_sol): ≤5초 동안 260°C. 이는 피크 리플로우 프로파일 허용 오차를 정의합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 매개변수는 주변 온도 25°C, 순방향 전류 20 mA의 표준 테스트 조건에서 측정되며, 일반적인 동작 조건을 나타냅니다.

• 복사 강도 (I_e): 0.2 mW/sr (최소), 0.8 mW/sr (일반). 이는 단위 입체각당 방출되는 광전력을 측정합니다. 일반 값은 예상 출력을 나타냅니다.
• 피크 파장 (λ_p): 940 nm (일반). 방출되는 적외선은 이 파장을 중심으로 하며, 근적외선 영역에서 높은 감도를 가진 실리콘 검출기에 이상적입니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ): 45 nm (일반). 이는 방출되는 파장의 범위를 정의하며, 일반적으로 반치폭(FWHM)입니다.
• 순방향 전압 (V_F): 20mA에서 1.2 V (일반), 1.5 V (최대). 낮은 순방향 전압은 전력 소비와 열 부하를 줄입니다.
• 역방향 전류 (I_R): 5V에서 10 µA (최대). 이는 소자가 역바이어스되었을 때의 누설 전류입니다.
• 시야각 (2θ_1/2): 120° (일반). 강도가 축상 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도로 정의되며, 매우 넓은 방출 패턴을 제공합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 설계 엔지니어에게 중요한 여러 특성 곡선을 제공합니다.

• 순방향 전류 대 주변 온도: 이 그래프는 패키지의 전력 소산 한계로 인해 최대 허용 순방향 전류가 주변 온도가 증가함에 따라 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 열 관리에 필수적입니다.
• 스펙트럼 분포: 파장의 함수로서 상대 복사 전력을 설명하며, 940nm에서의 피크와 스펙트럼 대역폭을 확인시켜 줍니다.
• 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선): 다이오드의 전형적인 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선은 주어진 공급 전압에 대한 적절한 전류 제한 저항을 선택하는 데 도움이 됩니다.
• 상대 복사 강도 대 각도 변위: 방출 패턴을 보여주는 극좌표 플롯입니다. 120도 시야각이 시각적으로 확인되며, 평평한 탑 LED에 일반적인 람베르시안 또는 준-람베르시안 분포를 보여줍니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

IR17-21C/TR8은 표준 0805(인치) 또는 2012(미터) 풋프린트를 따릅니다. 주요 치수에는 약 2.0 mm의 본체 길이, 1.25 mm의 너비, 일반적으로 0.8~1.0 mm의 높이(도면의 정확한 값)가 포함됩니다. 애노드와 캐소드는 패키지에 명확히 표시되어 있습니다. PCB 설계를 위해 권장 패드 레이아웃이 제공되며, 특정 제조 공정에 따라 조정할 것을 권장합니다.

4.2 캐리어 테이핑 치수

부품은 자동 픽 앤 플레이스 조립을 위해 표준 8mm 테이프 릴에 공급됩니다. 각 릴에는 3000개가 들어 있습니다. 포켓 크기, 피치, 릴 직경을 포함한 테이프 치수는 SMT 장비 피더와의 호환성을 보장하기 위해 지정됩니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 습기 민감도 및 보관

소자는 습기에 민감합니다(라벨에 지정된 MSL 레벨). 개봉되지 않은 습기 차단 백은 30°C 미만 및 90% RH 이하에서 보관해야 합니다. 개봉 후, 구성품은 ≤60% RH에서 보관 시 168시간(7일)의 플로어 라이프를 가집니다. 이를 초과하면 솔더링 중 "팝콘" 현상 손상을 방지하기 위해 리플로우 전에 베이킹 절차(예: 60°C에서 96시간)가 필요합니다.

5.2 리플로우 솔더링 프로파일

무연(Pb-free) 리플로우 온도 프로파일을 권장합니다. 주요 매개변수에는 예열 단계, 액상선 이상의 정의된 시간(예: 217°C), 260°C를 초과하지 않는 피크 온도, 그리고 임계 온도 영역 내의 총 시간이 포함됩니다. 리플로우는 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.

5.3 핸드 솔더링 및 리워크

핸드 솔더링이 필요한 경우, 팁 온도 350°C 미만 및 정격 전력 25W 이하의 솔더링 아이언을 사용해야 합니다. 단자당 접촉 시간은 3초로 제한하고, 단자 사이에 충분한 냉각을 제공해야 합니다. 리워크의 경우, 양쪽 단자를 동시에 가열하여 솔더 조인트에 기계적 스트레스를 피하기 위해 듀얼 헤드 솔더링 아이언을 권장합니다. 리워크가 소자 신뢰성에 미치는 영향은 사전에 평가해야 합니다.

6. 애플리케이션 제안 및 설계 고려사항

6.1 일반적인 애플리케이션 시나리오

• PCB 장착 적외선 센서: 근접 센서, 물체 감지 및 비접촉 스위치의 발광기로 사용됩니다.
• 초소형 광 차단기 / 광 차단 센서: 광검출기와 쌍을 이루어 광선을 차단하는 물체를 감지하며, 인코더, 슬롯 센서 및 보안 시스템에 사용됩니다.
• 광전자 스위치: LED 빛이 표면에서 반사되어 검출기로 돌아오는 반사형 센서에서 사용됩니다.
• 연기 감지기: 연기 입자가 빛을 산란시키는 것을 감지하는 일부 광학 챔버 설계에 사용됩니다.

6.2 중요한 설계 고려사항

• 전류 제한은 필수: 순방향 전류를 설정하기 위해 항상 외부 직렬 저항기를 사용해야 합니다. LED의 낮은 순방향 전압은 공급 전압의 작은 증가조차도 파괴적인 전류의 큰 증가를 일으킬 수 있음을 의미합니다.
• 열 관리: 패키지는 작지만, 특히 고주변 온도 환경에서 또는 최대 전류 근처에서 구동할 때 전력 소산을 고려해야 합니다. 충분한 PCB 구리 면적은 열을 소산하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 광학 정렬: 넓은 120도 시야각은 광범위한 커버리지에 유리하지만, 특정 지점에서의 강도를 감소시킵니다. 더 긴 범위 또는 집중된 애플리케이션의 경우 외부 렌즈가 필요할 수 있습니다.
• 전기적 노이즈 내성: 전기적으로 노이즈가 많은 환경에서는 LED 구동 전류를 변조하거나 차폐하여 신호를 주변 적외선 노이즈(예: 햇빛 또는 기타 소스)와 구별하는 것을 고려해야 합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

다른 적외선 LED와 비교하여, IR17-21C/TR8의 주요 차별점은 매우 컴팩트한 0805 풋프린트와 상대적으로 높은 복사 강도(일반 0.8 mW/sr) 및 넓은 120도 시야각의 조합입니다. 유사한 패키지의 많은 경쟁사 IR LED는 더 좁은 시야각 또는 더 낮은 출력을 제공할 수 있습니다. 1.2V의 낮은 순방향 전압은 저전압 배터리 구동 회로에서도 효율성을 향상시키는 장점입니다. 할로겐 프리 및 REACH 표준에 대한 명시적 준수는 엄격한 재료 제한이 있는 환경 친화적인 설계에 적합하게 만듭니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 매개변수 기반)

8.1 5V 공급 전압에서 이 LED를 20mA로 구동하려면 어떤 저항 값을 사용해야 합니까?

옴의 법칙 사용: R = (V_supply- V_F) / I_F. V_supply=5V, V_F=1.2V (일반), I_F=0.020A일 때, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 옴입니다. 표준 200 옴 저항을 사용하면 약 (5-1.2)/200 = 19mA의 전류가 흐르며, 이는 허용 가능합니다. 항상 최대 V_F(1.5V)를 사용하여 계산하여 애플리케이션에 필요한 최소 전류가 충분한지 확인하십시오.

8.2 이 LED를 65mA보다 높은 전류로 펄싱할 수 있습니까?

연속 순방향 전류에 대한 절대 최대 정격은 65mA입니다. 더 높은 피크 전류로 펄싱하는 것은 듀티 사이클이 평균 전류와 결과적인 접합 온도를 안전한 한계 내로 유지할 만큼 충분히 낮다면 가능할 수 있습니다. 그러나 데이터시트는 펄스 전류 정격 또는 감액 곡선을 제공하지 않습니다. 제조업체의 특정 특성 데이터 없이는 절대 최대 정격 이상에서 동작하는 것은 신뢰성과 수명을 감소시킬 수 있으므로 권장되지 않습니다.

8.3 주변 온도가 출력에 어떤 영향을 미칩니까?

LED의 복사 강도는 일반적으로 접합 온도가 증가함에 따라 감소합니다. "순방향 전류 대 주변 온도" 그래프는 과열을 피하기 위해 더 높은 온도가 허용 전류의 감소를 강제하기 때문에 이와 간접적으로 관련이 있습니다. 온도에 따른 정밀한 출력 안정성을 위해서는 쌍을 이루는 광검출기를 사용한 피드백 회로 또는 온도 보상이 필요할 수 있습니다.

9. 실용적인 설계 및 사용 사례

사례: 프린터 내 용지 감지 센서 설계

엔지니어는 소형 프린터의 입력 트레이에서 용지 존재를 감지해야 합니다. 공간이 극도로 제한적입니다. 그들은 IR17-21C/TR8과 유사한 패키지의 매칭 포토트랜지스터를 선택합니다. 구성품은 용지가 통과하는 좁은 채널의 반대쪽에 배치됩니다. LED는 전력을 절약하면서도 충분한 신호를 제공하기 위해 프린터의 3.3V 논리 공급 전압에서 적절한 저항기를 사용하여 15mA로 구동됩니다. LED의 넓은 120도 시야각은 작은 기계적 오정렬에도 채널을 충분히 채우도록 보장합니다. 용지가 있으면 적외선을 차단하여 포토트랜지스터의 출력 변화를 일으키며, 이는 마이크로컨트롤러에 의해 판독됩니다. 0805 패키지의 낮은 프로파일은 센서를 얇은 메커니즘에 통합할 수 있게 합니다. 설계자는 리플로우 프로파일 지침을 따르고 PCB 레이아웃에 솔더링을 위한 열 릴리프 패드를 포함하도록 합니다.

10. 동작 원리 소개

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 다이오드입니다. 단자에 순방향 전압이 가해지면(애노드가 캐소드에 대해 양극), 전자가 PN 접합을 가로질러 주입됩니다. 이러한 전자가 반도체 재료(이 경우 갈륨 알루미늄 비소 - GaAlAs)의 활성 영역에서 정공과 재결합함에 따라, 에너지는 광자(빛 입자) 형태로 방출됩니다. GaAlAs 재료의 특정 구성은 방출되는 광자의 파장을 결정하며, 이 소자의 경우 적외선 스펙트럼(940nm)에 있습니다. 이 파장은 인간의 눈에는 보이지 않지만, 충분한 에너지의 광자에 의해 충격을 받을 때 전류를 생성하는 실리콘 기반 포토다이오드 및 포토트랜지스터에 의해 효율적으로 검출될 수 있습니다.

11. 산업 동향 및 발전

광전자 부문(IR 구성품 포함)의 동향은 계속해서 소형화, 높은 효율성 및 통합을 향해 나아가고 있습니다. 0805보다 작은 패키지(예: 0603, 0402)는 공간이 제한된 애플리케이션에서 더 일반화되고 있습니다. 또한 개선된 칩 설계 및 패키징 재료를 통해 더 작은 패키지에서 복사 강도와 전력 출력을 증가시키려는 추진력이 있습니다. 통합은 또 다른 주요 동향으로, 단일 패키지 내 결합된 발광기-검출기 쌍(광 커플러, 반사형 센서)이 조립을 단순화하고 정렬을 개선합니다. 더욱이, 엄격한 환경 규정(RoHS, REACH, 할로겐 프리)을 준수하는 부품에 대한 수요는 이제 산업 전반에 걸친 표준 요구사항이 되어, 무연 솔더 및 캡슐화 화합물 분야의 재료 과학 혁신을 주도하고 있습니다.