HSDL-4261 적외선 발광 다이오드 데이터시트 - 870nm 파장 - 1.4V 순방향 전압 - 190mW 소비 전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

HSDL-4261은 고속 광학 데이터 전송이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 개별 적외선 발광 소자입니다. AlGaAs(알루미늄 갈륨 비소) LED 기술을 활용하여 피크 파장 870 나노미터의 적외선을 방출합니다. 이 소자는 빠른 스위칭 능력을 특징으로 하여 디지털 통신 인터페이스에 적합합니다.

1.1 핵심 장점

• 고속 동작:일반적인 광학 상승 및 하강 시간이 15나노초로, 고대역폭 응용 분야에서 데이터 전송이 가능합니다.
• 높은 광 출력:높은 복사 강도를 제공하여 안정적인 적외선 통신을 위한 강력한 신호를 전달합니다.
• RoHS 준수:환경 규정을 준수하는 무연 제품으로 제조되었습니다.
• 투명 패키지:방출된 적외선을 필터링하지 않는 투명한 색상의 패키지에 장착되어 있습니다.

1.2 목표 응용 분야

• 산업용 적외선 장비
• 적외선 휴대용 기기
• 소비자 가전 (예: 광학 마우스)
• 고속 적외선 통신 (예: IR LAN, 모뎀, 동글)

2. 심층 기술 파라미터 분석

별도로 명시되지 않는 한, 모든 사양은 주변 온도(TA) 25°C에서 정의됩니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 연속 순방향 전류 (IFDC):최대 100 mA.
• 피크 순방향 전류 (IFPK):펄스 조건(듀티 팩터=20%, 펄스 폭=100µs)에서 최대 500 mA.
• 소비 전력 (PDISS):최대 190 mW. 특성 곡선에 표시된 대로 주변 온도가 증가함에 따라 감액되어야 합니다.
• 역방향 전압 (VR):최대 5 V.
• 보관 온도 범위 (TS):-40°C ~ +100°C.
• 동작 온도 범위 (TO):-40°C ~ +85°C.
• 접합 온도 (TJ):최대 110°C.
• 리드 솔더링 온도:최대 5초 동안 260°C, 납땜 인두 팁이 패키지 본체에서 최소 1.6mm 이상 떨어져 있어야 합니다.

2.2 전기 및 광학적 특성

이는 지정된 테스트 조건에서의 일반적인 성능 파라미터입니다.

• 복사 광 출력 (Po):IF=20mA에서 일반적으로 9 mW, IF=100mA에서 45 mW.
• 복사 축상 강도 (IE):IF=20mA에서 일반적으로 36 mW/sr, IF=100mA에서 180 mW/sr.
• 피크 방출 파장 (λPeak):IF=20mA에서 일반적으로 870 nm (범위: 850 nm ~ 890 nm).
• 스펙트럼 선 반치폭 (Δλ):IF=20mA에서 약 47 nm.
• 순방향 전압 (Vf):IF=20mA에서 일반적으로 1.4 V, IF=100mA에서 1.7 V.
• 순방향 전압 온도 계수 (△V/△T):IF=20mA에서 약 -1.5 mV/°C.
• 시야각 (2θ1/2):일반적으로 26도, 방출된 복사의 각도 확산을 정의합니다.
• 강도 온도 계수 (△IE/△T):IF=100mA에서 약 -0.22 %/°C, 온도 상승에 따른 출력 감소를 나타냅니다.
• 파장 온도 계수 (△λ/△T):IF=20mA에서 약 +0.18 nm/°C.
• 광학 상승/하강 시간 (Tr/Tf):일반적으로 15 ns, 광 출력의 10%에서 90%까지 측정됩니다.
• 직렬 저항 (RS):IF=100mA에서 일반적으로 4.1 옴.
• 다이오드 정전 용량 (CO):0V 바이어스 및 1 MHz에서 일반적으로 80 pF.
• 열 저항 (RθJA):접합에서 핀을 통해 주변 환경으로 일반적으로 280 °C/W.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 관계를 설명하는 여러 그래프를 제공합니다.

3.1 순방향 전류 대비 상대 복사 강도

이 곡선은 광 출력 강도가 순방향 전류에 따라 초선형적으로 증가함을 보여주며, 특히 높은 전류에서 더욱 두드러집니다. 원하는 밝기를 달성하기 위한 전류 구동의 중요성을 강조합니다.

3.2 순방향 전압 대비 순방향 전류

IV 특성 곡선은 다이오드의 일반적인 지수 관계를 보여줍니다. 순방향 전압은 전류와 함께 증가하며 온도에도 의존합니다.

3.3 순방향 전압 대비 주변 온도

이 그래프는 순방향 전압의 음의 온도 계수를 보여줍니다. 일정한 전류에서 Vf는 온도가 증가함에 따라 감소하며, 이는 정전압 구동 회로에서 중요한 고려 사항입니다.

3.4 DC 순방향 전류 감액 대비 주변 온도

신뢰성에 있어 중요한 그래프입니다. 주변 온도의 함수로서 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류를 정의합니다. 온도가 상승함에 따라 접합 온도가 110°C 한계를 초과하지 않도록 허용 최대 전류를 줄여야 합니다. 예를 들어, 85°C에서는 최대 DC 전류가 25°C에서보다 현저히 낮습니다.

3.5 방사 패턴

극좌표 다이어그램은 방출된 적외선의 공간적 분포를 보여줍니다. HSDL-4261은 일반적으로 26도의 시야각(반치폭)을 가지며, 지향성 통신 링크에 적합한 중간 정도로 집속된 빔을 생성합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 외형 치수

이 소자는 표준 스루홀 LED 패키지입니다. 주요 치수로는 리드 간격, 본체 직경, 전체 높이가 포함됩니다. 리드는 렌즈 베이스에서 최소 3mm 지점에서 휘어지도록 설계되었습니다. 플랜지 아래 수지의 최소 돌출이 지정되어 있습니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수 공차는 일반적으로 ±0.25mm입니다.

4.2 극성 식별

이 부품은 표준 LED 극성 표시를 사용합니다. 긴 리드는 일반적으로 애노드(양극 연결)를 나타내며, 짧은 리드는 캐소드(음극 연결)입니다. 올바른 동작을 보장하기 위해 조립 중에 이를 확인해야 합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 보관 조건

장기 보관을 위해서는 주변 환경이 30°C 또는 상대 습도 70%를 초과해서는 안 됩니다. 원래의 방습 백에서 꺼낸 경우, 부품은 3개월 이내에 사용해야 합니다. 원래 포장 외부에서 장기 보관할 경우, 건조제가 들어 있는 밀폐 용기 또는 질소 충전 건조기를 사용하십시오.

5.2 세척

세척이 필요한 경우, 이소프로필 알코올과 같은 알코올 계 용제만 사용하십시오. 강력한 화학 물질은 피해야 합니다.

5.3 리드 성형

굽힘은 실온에서 그리고 솔더링 전에 수행해야 합니다. 굽힘은 LED 렌즈 베이스에서 최소 3mm 떨어진 지점에서 이루어져야 합니다. 굽힘 중에 패키지 본체를 지렛대로 사용해서는 안 되며, 내부 다이 부착 또는 와이어 본드를 손상시킬 수 있습니다.

5.4 솔더링 파라미터

핸드 솔더링 (인두):리드당 최대 5초 동안 최대 온도 260°C. 인두 팁은 에폭시 렌즈 베이스에서 1.6mm 이상 떨어져 있어야 합니다.

웨이브 솔더링:최대 60초 동안 최대 100°C로 예열합니다. 솔더 웨이브 온도는 최대 260°C, 접촉 시간은 5초여야 합니다. 소자는 에폭시 불브 베이스에서 2mm 이상 낮게 담그지 않아야 합니다.

중요:렌즈를 솔더에 담그는 것은 피해야 합니다. IR 리플로우 솔더링은 이 스루홀 패키지 유형에는 적합하지 않습니다. 과도한 온도나 시간은 렌즈 변형이나 치명적인 고장을 초래할 수 있습니다.

6. 응용 설계 고려 사항

6.1 구동 회로 설계

LED는 전류 구동 소자입니다. 여러 LED를 병렬로 구동할 때 균일한 밝기를 보장하기 위해, 각 LED와 직렬로 개별 전류 제한 저항을 사용하는 것을 강력히 권장합니다. 순방향 전압(Vf) 특성의 변동으로 인해 개별 저항 없이 LED를 직접 병렬로 연결하는 것은 권장되지 않으며, 이는 상당한 전류 불균형과 밝기 불균일을 초래할 수 있습니다.

6.2 열 관리

280°C/W의 열 저항(RθJA)을 고려할 때, 소비 전력을 신중하게 관리해야 합니다. 최대 연속 전류(100mA)와 일반적인 Vf 1.7V에서 동작하면 170mW의 소비 전력이 발생합니다. 이는 주변 온도보다 약 47.6°C의 접합 온도 상승을 유발합니다(170mW * 280°C/W). 주변 온도 85°C에서 접합 온도는 132.6°C에 도달하여 최대 정격 110°C를 초과합니다. 따라서 그림 6의 감액 곡선을 엄격히 따라야 합니다.

6.3 정전기 방전 (ESD) 보호

이 부품은 정전기 방전으로 인한 손상에 취약합니다. 권장되는 취급 주의 사항은 다음과 같습니다:

- 접지된 손목 스트랩 또는 방전 장갑 사용.

- 모든 장비, 작업대 및 보관 랙이 적절히 접지되어 있는지 확인.

- 취급 중 플라스틱 렌즈에 축적될 수 있는 정전기를 중화시키기 위해 이온화기 사용.

6.4 광학 설계

26도의 시야각과 870nm 파장은 적절한 광검출기(예: 일치하는 스펙트럼 응답을 가진 PIN 포토다이오드)와 매칭되어야 합니다. 최적의 거리와 신호 무결성을 위해, 특히 지향성 통신 링크에서 빔을 평행하게 하거나 집속하기 위해 렌즈나 조리개를 사용하는 것을 고려하십시오. 투명 패키지는 내재적인 필터링 없이 외부 광학 요소를 사용할 수 있게 합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

HSDL-4261은 특정 파라미터 조합을 통해 적외선 발광 다이오드 시장에서 자리매김합니다:

속도 대비 출력:고속 스위칭(15ns)과 상대적으로 높은 광 출력(100mA에서 일반적으로 45mW) 사이의 균형을 제공합니다. 일부 발광 다이오드는 더 낮은 출력으로 더 빠르거나, 더 느린 응답으로 더 높은 출력을 가질 수 있습니다.

파장:870nm 피크 파장은 많은 적외선 데이터 링크 및 리모컨 시스템을 위한 일반적인 표준으로, 실리콘 광검출기 감도와 가시 또는 근가시 파장 대비 낮은 주변광 노이즈 사이의 좋은 균형을 제공합니다.

패키지:표준 스루홀 패키지는 프로토타이핑과 웨이브 솔더링이 사용되는 응용 분양 모두에 적합하며, 리플로우 공정이 필요한 표면 실장 대안과 차별화됩니다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

8.1 이 LED를 정전압원으로 구동할 수 있나요?

권장하지 않습니다. LED의 지수적 I-V 특성은 전압의 작은 변화가 전류의 큰 변화를 일으킨다는 것을 의미하며, 전압원에서 직접 구동할 경우 최대 정격을 쉽게 초과할 수 있습니다. 동작점을 설정하기 위해 항상 직렬 저항 또는 정전류 구동기를 사용하십시오.

8.2 출력 강도가 온도에 따라 감소하는 이유는 무엇인가요?

복사 강도의 음의 온도 계수(-0.22%/°C)는 반도체 재료의 기본적인 특성입니다. 온도가 증가함에 따라 반도체 내부의 비복사 재결합 과정이 더 우세해져 빛 생성 효율이 감소합니다.

8.3 감액 곡선의 목적은 무엇인가요?

감액 곡선(그림 6)은 장기 신뢰성을 보장하는 데 필수적입니다. 주변 온도가 증가함에 따라 소비 전력(따라서 순방향 전류)을 제한함으로써 LED 접합 온도가 최대 정격값(110°C)을 초과하지 않도록 합니다. 이 곡선을 무시하면 급격한 성능 저하와 고장으로 이어질 수 있습니다.

8.4 이 LED는 연속 동작에 적합한가요?

예, 하지만 절대 최대 정격과 감액 곡선에 정의된 한계 내에서입니다. 연속 DC 동작의 경우, 순방향 전류는 주변 온도 25°C에서 100mA를 초과해서는 안 되며, 그림 6에 따라 더 높은 주변 온도에서 감소되어야 합니다. 높은 피크 전류를 가진 펄스 동작의 경우, 듀티 사이클 및 펄스 폭 사양을 준수해야 합니다.

9. 실용 응용 예시

시나리오: 단거리 직렬 통신을 위한 간단한 IR 데이터 송신기 설계.

1. 회로 설계:마이크로컨트롤러 GPIO 핀을 사용하여 LED를 구동합니다. LED의 애노드와 직렬로 전류 제한 저항을 배치합니다. R = (Vcc - Vf_LED) / I_desired 공식을 사용하여 저항 값을 계산합니다. 3.3V 공급 전압, 원하는 전류 50mA, 일반적인 Vf 1.5V의 경우: R = (3.3V - 1.5V) / 0.05A = 36 옴. 다음 표준 값(예: 39 옴)을 사용합니다.

2. 열 점검:LED의 소비 전력: P = Vf * I = 1.5V * 0.05A = 75mW. 접합 온도 상승: ΔTj = P * RθJA = 0.075W * 280°C/W = 21°C. 최대 주변 온도 85°C에서 Tj = 106°C로, 110°C 한계 미만입니다.

3. 소프트웨어:마이크로컨트롤러를 구성하여 GPIO 핀에서 원하는 디지털 변조(예: 온-오프 키잉)를 생성합니다. LED의 15ns 상승/하강 시간은 높은 데이터 전송률을 가능하게 합니다.

4. 레이아웃:LED와 그 직렬 저항을 구동 핀 가까이에 배치하여 기생 인덕턴스를 최소화합니다. 수신기(포토다이오드)가 발광기의 26도 시야각 내에 정렬되도록 합니다.

10. 동작 원리

HSDL-4261은 AlGaAs 재료를 기반으로 하는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 바이어스 전압이 인가되면, n 영역의 전자와 p 영역의 정공이 접합을 가로질러 반대 영역으로 주입됩니다. 이 주입된 소수 캐리어는 다수 캐리어와 재결합합니다. AlGaAs와 같은 직접 밴드갭 반도체에서는 이러한 재결합의 상당 부분이 복사성입니다. 즉, 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 사용된 AlGaAs 합금의 특정 에너지 밴드갭이 방출되는 광자의 파장을 결정하며, 이 경우 적외선 스펙트럼에서 약 870nm를 중심으로 합니다. 투명 에폭시 패키지는 반도체 칩을 캡슐화하고 기계적 보호를 제공하며 출력 빔을 형성하는 렌즈 역할을 합니다.

11. 산업 동향

적외선 발광 다이오드는 HSDL-4261과 같은 부품과 관련된 몇 가지 주요 분야에서 계속 발전하고 있습니다:

속도 증가:광학 무선 통신(Li-Fi, 고속 IRDA)에서 더 높은 데이터 전송률에 대한 수요가 더 빠른 상승/하강 시간을 가진 발광기의 개발을 주도합니다.

효율 향상:에피택셜 성장 및 칩 설계의 개선은 전기 입력 전력(와트)당 더 많은 광 출력(루멘 또는 복사 플럭스)을 생성하여 열 발생을 줄이고 시스템 효율을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

통합:발광기를 구동 회로 또는 심지어 단일 패키지 내에서 광검출기와 통합하여 완전한 광학 트랜시버 모듈을 생성하는 추세가 있으며, 이는 최종 사용자 설계를 단순화합니다.

새로운 파장:870-940nm는 실리콘 기반 수신기에 대한 표준으로 남아 있지만, 가스 감지 또는 눈 안전 LiDAR와 같은 특정 응용 분야를 위한 다른 파장에 대한 연구가 진행 중입니다.