적외선 발광 다이오드 940nm 데이터시트 - EIA 패키지 - 피크 파장 940nm - 순방향 전압 1.2V - 방사 강도 0.8mW/sr - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 개별 적외선 발광 소자의 사양을 상세히 설명합니다. 이 소자는 리모컨 시스템, IR 무선 데이터 전송, 보안 경보 시스템 등 신뢰할 수 있는 적외선 방출이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 다양한 적외선 발광 다이오드(IRED) 및 광검출기를 포함하는 제품 라인에 속합니다. 사용된 주요 재료는 갈륨 비소(GaAs)로, 940 나노미터의 피크 파장에서 방출되도록 최적화되었습니다. 이 파장은 인간의 눈에 보이지 않으며 실리콘 기반 수신기와 우수한 성능을 제공하기 때문에 소비자 가전 제품에서 흔히 사용됩니다.

이 부품은 표준 EIA 패키지로 제공되어 자동화 조립 공정과 호환됩니다. 넓은 시야각을 제공하는 수평 시야, 투명 평면 렌즈를 특징으로 합니다. 본 제품은 RoHS 지침을 준수하며 그린 제품으로 분류됩니다.

1.1 주요 특징

• RoHS, 그린 제품 표준 준수.
• 투명 평면 렌즈를 갖춘 수평 시야 설계.
• 자동 배치를 위해 7인치 직경 릴에 8mm 테이프로 포장됨.
• 자동 배치 장비와 호환 가능.
• 적외선 리플로우 납땜 공정에 적합.
• 표준 EIA 패키지 풋프린트.
• 940nm의 피크 방출 파장(λp).
• 습기 민감도 등급(MSL): 레벨 3.

1.2 목표 응용 분야

• 적외선 발광원으로의 주된 사용.
• PCB 장착 적외선 센서 어셈블리에 통합.
• 소비자 가전 제품용 리모컨 유닛(TV, 오디오 시스템).
• 단거리 무선 데이터 링크.
• 근접 센서 및 물체 감지.
• 보안 및 경보 시스템 빔 차단.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 해석

다음 섹션에서는 데이터시트에 정의된 장치의 주요 성능 파라미터에 대한 상세한 분석을 제공합니다. 이러한 파라미터를 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 신뢰할 수 있는 동작에 매우 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않으며 장기적인 신뢰성 있는 성능을 위해 피해야 합니다.

• 전력 소산(Pd):100 mW. 이는 장치가 열로 소산할 수 있는 최대 총 전력입니다. 이 한계를 초과하면 열 폭주 및 고장의 위험이 있습니다.
• 피크 순방향 전류(I_FP):500 mA. 이는 펄스 조건(초당 300 펄스, 10 μs 펄스 폭)에서 허용되는 최대 전류입니다. 이는 DC 정격보다 훨씬 높아 리모컨에서 고휘도 펄스를 가능하게 합니다.
• DC 순방향 전류(I_F):50 mA. 최대 연속 순방향 전류입니다. 가장 효율적이고 신뢰할 수 있는 동작을 위해 더 낮은 구동 전류(예: 시험 조건에서 사용되는 20mA)를 권장합니다.
• 역방향 전압(V_R):5 V. 역방향으로 인가될 수 있는 최대 전압입니다. 이 소자는 역방향 동작을 위해 설계되지 않았으며, 이를 초과하면 항복이 발생할 수 있습니다.
• 동작 및 보관 온도:각각 -40°C ~ +85°C 및 -55°C ~ +100°C. 이 범위는 동작 및 비동작 환경 조건을 정의합니다.
• 적외선 납땜 조건:최대 10초 동안 260°C를 견딤. 이는 리플로우 납땜 프로파일을 정의하는 데 중요합니다.

2.2 전기 및 광학적 특성

이는 주변 온도(T_A) 25°C에서 측정한 일반적인 성능 파라미터입니다. 이는 정상 동작 조건에서 장치의 동작을 정의합니다.

• 방사 강도(I_E):I_F= 20mA에서 0.8 mW/sr (일반값). 이는 단위 입체각당 방출되는 광 출력을 측정합니다. 최소값은 0.42 mW/sr이며, 시험 허용 오차는 ±15%입니다. 이 파라미터는 IR 시스템의 유효 거리에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 피크 방출 파장(λ_Peak):940 nm (일반값). 이는 방출된 광 출력이 최대가 되는 파장입니다. 수신 포토다이오드나 포토트랜지스터의 피크 감도와 일치해야 합니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ):50 nm (일반값). 이는 방출 강도가 피크 값의 절반 이상인 스펙트럼 대역폭을 나타냅니다. 좁은 대역폭은 주변광 노이즈를 필터링하는 데 유리할 수 있습니다.
• 순방향 전압(V_F):I_F= 20mA에서 1.2 V (일반값), 1.6 V (최대값). 이는 다이오드가 전도할 때 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 직렬 저항 값을 계산하는 데 필수적입니다: R_series= (V_supply- V_F) / I_F.
• 역방향 전류(I_R):V_R= 5V에서 10 μA (최대값). 이는 다이오드가 역방향 바이어스되었을 때의 작은 누설 전류입니다.
• 시야각(2θ_1/2):150° (일반값). 이는 방사 강도가 축상 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 이와 같은 넓은 각도는 집속된 빔보다는 넓은 범위의 커버리지가 필요한 응용 분야에 유용합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 파라미터가 동작 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이는 설계 최적화에 매우 귀중한 자료입니다.

3.1 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 곡선(그림 1)은 파장의 함수로서 상대 방사 강도를 보여줍니다. 940nm에서의 피크와 약 50nm의 반폭을 확인시켜 주며, 방출된 빛의 스펙트럼 순도를 시각적으로 표현합니다.

3.2 순방향 전류 대 주변 온도 및 순방향 전압

그림 2는 최대 허용 순방향 전류가 주변 온도가 증가함에 따라 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 이는 열 관리에 매우 중요합니다. 그림 3은 표준 I-V(전류-전압) 곡선으로, 순방향 전류와 전압 사이의 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선은 다이오드의 동적 저항을 이해하는 데 도움이 됩니다.

3.3 상대 방사 강도 대 온도 및 전류

그림 4는 광 출력이 주변 온도가 상승함에 따라 어떻게 감소하는지 설명합니다. 그림 5는 출력이 순방향 전류와 함께 증가하지만 선형적으로는 아니라는 것을 보여줍니다. 이는 매우 높은 전류에서 수익 체감 지점과 잠재적인 효율 저하를 강조합니다.

3.4 방사 패턴

극좌표 방사 다이어그램(그림 6)은 시야각을 그래픽으로 나타냅니다. 다른 각도에서 표시된 강도 값을 가진 거의 원형 패턴은 평면 렌즈 패키지의 특징인 매우 넓은, 람베르트형 방사 패턴을 확인시켜 줍니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 외형 치수

데이터시트에는 부품의 상세한 기계 도면이 포함되어 있습니다. 주요 치수에는 본체 크기, 리드 간격 및 전체 높이가 포함됩니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 허용 오차 ±0.1mm의 밀리미터 단위입니다. 패키지는 표준 EIA 풋프린트를 준수하여 일반 PCB 레이아웃 및 픽 앤 플레이스 머신과의 호환성을 보장합니다.

4.2 권장 납땜 패드 치수

PCB 설계를 위한 권장 랜드 패턴(풋프린트)이 제공됩니다. 이 치수를 준수하면 리플로우 중 적절한 솔더 조인트 형성을 보장합니다. 권장 사항에는 두께 0.1mm(4 mil) 또는 0.12mm(5 mil)의 솔더 페이스트 도포용 금속 스텐실 사용이 포함됩니다.

4.3 극성 식별

캐소드는 일반적으로 부품 본체 및 외형 도면에서 평평한 면, 노치 또는 짧은 리드로 표시됩니다. 장치 손상을 방지하기 위해 조립 중 올바른 극성을 반드시 확인해야 합니다.

4.4 테이프 및 릴 패키징 치수

부품은 7인치(178mm) 직경 릴에 엠보싱 캐리어 테이프로 공급됩니다. 데이터시트는 테이프 포켓, 커버 테이프 및 릴 허브의 상세 치수를 제공합니다. 표준 릴 수량은 릴당 5000개입니다. 패키징은 ANSI/EIA-481-1-A-1994 사양을 준수합니다.

5. 납땜 및 조립 가이드라인

5.1 리플로우 납땜 파라미터

이 장치는 적외선(IR) 리플로우 납땜 공정과 호환됩니다. 무연(Pb-free) 솔더에 대한 권장 프로파일이 제공되며, 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• 예열:150–200°C.
• 예열 시간:최대 120초.
• 피크 온도:최대 260°C.
• 액상선 온도 이상 시간:최대 10초 (권장 최대 두 번의 리플로우 사이클).

이 프로파일은 JEDEC 표준을 기반으로 합니다. 최적의 프로파일은 특정 보드 설계, 구성 요소, 솔더 페이스트 및 오븐에 따라 다르므로 특성화가 필요하다는 점이 강조됩니다.

5.2 수동 납땜

수동 납땜이 필요한 경우, 온도가 300°C를 초과하지 않는 납땜 인두를 사용하고, 리드당 접촉 시간을 최대 3초로 제한하십시오.

5.3 보관 조건

습기 민감도 등급(MSL) 3 등급으로 인해:

• 밀봉 백:≤30°C 및 ≤90% RH에서 보관. 백 밀봉일로부터 1년 이내에 사용.
• 백 개봉 후:≤30°C 및 ≤60% RH에서 보관. 1주일(168시간) 이내에 IR 리플로우를 완료하는 것이 권장됩니다.
• 장기 보관(개봉 후):건조제가 들어 있는 밀폐 용기 또는 질소 건조기에 보관.
• 베이킹:1주일 이상 노출된 경우, 흡수된 수분을 제거하고 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위해 납땜 전 약 60°C에서 최소 20시간 동안 베이킹하십시오.

5.4 세척

납땜 후 세척이 필요한 경우, 이소프로필 알코올과 같은 알코올 기반 용매를 사용하십시오. 에폭시 렌즈나 패키지를 손상시킬 수 있는 강력하거나 알려지지 않은 화학 세척제는 피하십시오.

6. 응용 제안 및 설계 고려사항

6.1 일반적인 응용 회로

가장 일반적인 회로는 전압원(V_CC), 전류 제한 저항(R_S), 그리고 IRED의 간단한 직렬 연결입니다. R_S= (V_CC- V_F) / I_F. 펄스 동작(예: 리모컨)의 경우, 일반적으로 트랜지스터(BJT 또는 MOSFET)를 사용하여 원하는 주파수와 듀티 사이클로 IRED를 켜고 끕니다. 피크 전류는 I_FP rating.

6.2 광학 설계 고려사항

• 거리 대 전류:유효 거리는 방사 강도의 제곱근에 비례합니다. 구동 전류를 두 배로 해도 거리가 두 배가 되지는 않습니다.
• 렌즈 선택:내장된 평면 렌즈는 넓은 커버리지를 제공합니다. 더 긴 거리나 집속된 빔을 위해 외부 플라스틱 렌즈를 추가하여 빛을 평행하게 만들 수 있습니다.
• 수신기 매칭:항상 940nm 발광기를 피크 감도 역시 940nm 영역에 있는 광검출기(포토다이오드, 포토트랜지스터 또는 IC)와 짝지으십시오. 많은 실리콘 검출기는 850-950nm 근처에서 우수한 감도를 가집니다.
• 주변광 제거:강한 주변 IR(햇빛, 백열등)이 있는 환경에서는 변조된 신호와 일치하는 복조기가 있는 수신기를 사용하십시오. 가시광선을 차단하고 940nm를 통과시키는 수신기 측의 광학 필터를 사용하면 신호 대 잡음비를 크게 개선할 수 있습니다.

6.3 열 관리

이 장치는 100mW를 처리할 수 있지만, 더 낮은 전력 소산에서 동작하면 신뢰성과 수명이 증가합니다. 특히 최대 DC 전류 근처에서 구동하는 경우, 패드 주변에 충분한 PCB 구리 면적을 확보하여 방열판 역할을 하도록 하십시오. 고온 환경에서는 감액 곡선(그림 2)을 참조해야 합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

이 940nm GaAs IRED는 일반적인 적외선 응용 분야에 적합한 균형 잡힌 특성 세트를 제공합니다. 사양에서 암시하는 주요 차별점은 다음과 같습니다:

• 파장:940nm은 많은 소비자 응용 분야에서 850nm보다 선호됩니다. 희미한 붉은 빛으로 덜 보이기 때문에 더 은밀한 동작을 제공합니다.
• 넓은 시야각:150° 각도는 예외적으로 넓어, 정렬이 중요하지 않거나 넓은 영역 커버리지가 필요한 응용 분야(예: 점유 센서)에 적합합니다.
• 표준 패키지:EIA 패키지는 업계 내에서 쉬운 조달, 호환성 및 교체를 보장합니다.
• 견고성:펄스 전류(500mA) 및 리플로우 납땜(260°C)에 대한 정격은 대량 생산, 신뢰할 수 있는 제조를 위해 설계된 부품임을 나타냅니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

8.1 5V 전원에서 이 IRED를 20mA로 구동하려면 어떤 저항 값을 사용해야 합니까?

일반적인 V_F1.2V를 사용하면: R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190 옴. 표준 180 또는 200 옴 저항이 적합할 것입니다. 보수적인 설계를 위해 항상 최대 V_F(1.6V)를 사용하여 전류가 목표를 초과하지 않도록 하십시오: R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 옴.

8.2 이걸 장거리 리모컨에 사용할 수 있나요?

0.8 mW/sr의 방사 강도는 5-10미터 거리의 일반적인 실내 리모컨에 적합합니다. 더 긴 거리의 경우, 구동 전류를 증가시키거나(펄스 정격 내에서), 집속 렌즈를 사용하거나, 더 높은 방사 강도 사양의 IRED를 선택해야 합니다.

8.3 데이터시트에 "역방향 전압 조건은 IR 테스트 전용으로 적용됩니다. 이 장치는 역방향 동작을 위해 설계되지 않았습니다."라고 나와 있습니다. 이게 무슨 뜻인가요?

이는 5V 역방향 전압 정격이 제조 과정에서 누설 전류를 검증하기 위한 시험 파라미터임을 의미합니다. 이는 동작 정격이 아닙니다. 회로에서 정상 동작 중에 IRED가 역방향 바이어스를 받지 않도록 해야 합니다. 전류 제한이 없다면 작은 역방향 전압이라도 손상을 일으킬 수 있습니다. 회로 토폴로지가 역방향 전압을 유발할 수 있는 경우, 올바른 방향으로 장착하거나 병렬 다이오드를 추가하는 등의 보호 장치를 항상 포함시키십시오.

8.4 습기 차단 백을 개봉한 후 1주일의 플로어 라이프는 얼마나 중요합니까?

MSL 3 구성 요소의 경우 매우 중요합니다. 적절한 보관이나 베이킹 없이 플로어 라이프를 초과하면 플라스틱 패키지 내부로 수분이 침투할 위험이 있습니다. 고온 리플로우 납땜 공정 중에 이 수분이 급격히 증발하여 내부 박리, 균열 또는 "팝콘 현상"을 일으켜 즉각적이거나 잠재적인 고장으로 이어질 수 있습니다. 보관 및 베이킹 지침을 엄격히 준수하십시오.

9. 동작 원리

적외선 발광 다이오드(IRED)는 표준 가시광선 LED와 동일한 원리로 작동하지만, 적외선 광자 에너지에 해당하는 밴드갭을 가진 반도체 재료(예: GaAs)를 사용합니다. 순방향 전압이 인가되면 전자와 정공이 반도체의 활성 영역에서 재결합하여 광자 형태로 에너지를 방출합니다. GaAs의 경우, 이 광자 에너지는 약 940nm의 파장에 해당합니다. 투명 에폭시 렌즈는 가시광선과 적외선 모두에 투명하여 IR 방사선이 통과할 수 있게 하면서도 반도체 칩에 기계적 및 환경적 보호를 제공합니다.

10. 업계 동향

개별 적외선 부품 시장은 리모컨과 같은 기존 응용 분야와 IoT 센서, 제스처 인식, 머신 비전에서의 발전하는 사용으로 인해 안정적으로 유지되고 있습니다. 동향에는 발광기와 검출기를 더 작고 견고한 패키지로 통합, 데이터 통신(IrDA 후속)을 위한 고속 IRED 개발, 배터리 구동 장치를 위한 전력 효율성과 신뢰성에 대한 강조 증가가 포함됩니다. 글로벌 환경 규정을 준수하는 무연(Pb-free) 및 무할로겐 재료로의 전환도 이 부품이 충족하는 표준 요구사항입니다.