LTE-2872U 적외선 발광 다이오드 데이터시트 - 5mm 패키지 - 1.6V 순방향 전압 - 940nm 파장 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTE-2872U는 센싱 및 감지 애플리케이션에서 신뢰성 있는 동작을 위해 설계된 고성능 적외선(IR) 발광 다이오드입니다. 핵심 기능은 940 나노미터의 피크 파장에서 적외선을 방출하는 것으로, 이는 인간의 눈에는 보이지 않지만 전자 감지 시스템에 이상적입니다. 데이터시트에서 강조하는 주요 애플리케이션은 연기 감지기로, 이 부품은 UL 인증을 보유하여 중요한 생명 안전 장비에 대한 신뢰성과 안전성을 강조합니다. 이 장치는 저렴한 비용의 투명한 플라스틱 엔드-루킹 패키지로 제공되며, 방향성과 감지 정확도를 향상시키는 협각 빔 패턴을 제공합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

LTE-2872U 시리즈의 주요 장점은 특정 설계 선택에서 비롯됩니다. 이는 LTR-3208 시리즈의 동반 포토트랜지스터와 기계적 및 스펙트럼적으로 매칭되어, 슬롯 타입 센서(예: 프린터의 용지 감지, 물체 감지)에서 일반적으로 사용되는 발광기-검출기 쌍에서 최적의 성능을 보장합니다. 이 매칭은 설계를 단순화하고 신호 무결성을 향상시킵니다. 협각 빔 특성은 더 작은 영역에 걸쳐 강도를 증가시켜 정렬된 시스템에서 신호 대 잡음비를 개선합니다. 갈륨 비소(GaAs) 기판 위에 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs) 윈도우 층을 사용하는 것은 효율적인 IR 방출을 위한 표준 기술입니다. 주요 목표 시장은 견고하고 저렴한 적외선 감지가 필요한 산업 및 소비자 전자제품이며, 연기 감지 시스템에서 인증된 틈새 시장을 가지고 있습니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

데이터시트는 절대 최대 정격 및 상세한 전기/광학 특성을 제공하며, 이는 회로 설계 및 신뢰성 평가에 매우 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 장치는 최대 250mW의 전력을 소산할 수 있습니다. 연속 순방향 전류 정격은 150mA인 반면, 펄스 조건(300pps, 10µs 펄스 폭)에서 3A의 훨씬 더 높은 피크 순방향 전류가 허용되며, 이는 고강도 단기 버스트 구동에 유용합니다. 최대 역방향 전압은 5V로, 다이오드의 역방향 바이어스에 대한 내성이 제한적임을 나타냅니다. 동작 온도 범위는 -40°C에서 +85°C이며, 저장 온도는 -55°C에서 +100°C까지 가능하여 가혹한 환경에 적합합니다. 리드 솔더링 온도는 패키지 본체에서 1.6mm 거리에서 5초 동안 260°C로 지정되어 조립 공정에 대한 지침을 제공합니다.

2.2 전기 및 광학 특성

파라미터는 표준 순방향 전류(I_F) 20mA 및 주변 온도(T_A) 25°C에서 테스트됩니다. 순방향 전압(V_F)은 일반적으로 1.2V에서 1.6V 사이입니다. 역방향 전류(I_R)는 역방향 전압(V_R) 5V에서 최대 100µA입니다. 피크 방출 파장(λ_Peak)은 940nm이며, 반치폭으로 정의되는 스펙트럼 대역폭(Δλ)은 50nm입니다. 시야각(2θ_1/2)은 16도로, 협각 빔 사양을 확인시켜 줍니다.

3. 비닝 시스템 설명

LTE-2872U는 일관된 광학 성능이 필요한 애플리케이션에 중요한 복사 출력을 위해 엄격한 비닝 시스템을 사용합니다. 두 가지 핵심 파라미터가 비닝됩니다: 개구 복사 조도(E_e, 단위: mW/cm²) 및 복사 강도(I_E, 단위: mW/sr).

3.1 복사 출력 비닝

데이터시트는 E_e와 I_E 모두에 대해 여러 비닝(A, B, C, D1, D2, D3, D4)을 나열합니다. 비닝은 광 출력의 정렬된 범위를 나타냅니다. 예를 들어, 복사 강도에 대한 Bin A는 일반적으로 3.31에서 7.22 mW/sr 범위를 가지는 반면, Bin D4는 17.17 mW/sr부터 시작합니다. 이를 통해 설계자는 애플리케이션에 필요한 정확한 출력 수준을 가진 부품을 선택하여 과도한 사양 없이 충분한 신호 강도를 보장할 수 있습니다. 더 높은 비닝 번호는 일반적으로 더 높은 효율성 또는 출력 장치에 해당합니다. 설계자는 주문 시 필요한 성능을 보장하기 위해 특정 비닝 코드를 확인해야 합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서의 장치 동작을 설명하는 여러 가지 일반적인 특성 곡선을 포함합니다.

4.1 스펙트럼 분포

그림 1은 스펙트럼 분포를 보여주며, 앞서 언급한 50nm 반치폭으로 940nm에서 급격히 피크를 이룹니다. 이 곡선은 페어링된 검출기(예: LTR-3208)의 스펙트럼 감도와의 호환성을 보장하는 데 중요합니다.

4.2 순방향 전류 대 순방향 전압

그림 3은 IV(전류-전압) 특성을 나타냅니다. 이는 다이오드의 일반적인 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선을 통해 설계자는 원하는 동작 전류에 필요한 구동 전압을 결정할 수 있으며, 이는 전류 제한 회로 설계에 필수적입니다.

4.3 상대 복사 강도 대 순방향 전류

그림 5는 광 출력(복사 강도)이 일반적인 동작 범위에서 순방향 전류와 거의 선형적임을 보여줍니다. 이 선형성은 광 출력의 변조 및 제어를 단순화합니다.

4.4 상대 복사 강도 대 주변 온도

그림 4는 열 효과를 이해하는 데 중요합니다. 이는 복사 강도가 주변 온도가 증가함에 따라 감소함을 보여줍니다. 이 디레이팅은 전체 온도 범위, 특히 상한(+85°C) 근처에서 동작하도록 의도된 설계에서 충분한 신호 마진을 보장하기 위해 고려되어야 합니다.

4.5 방사 다이어그램

그림 6은 극좌표 방사 패턴을 제공하여 16도 시야각을 시각적으로 확인시켜 줍니다. 이 패턴은 방출된 적외선의 각도 분포를 보여주며, 광학 정렬 및 유효 감지 영역 이해에 중요합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

장치는 표준 5mm 방사형 리드 패키지(종종 T-1¾로 불림)를 사용합니다. 주요 치수에는 본체 직경, 리드 간격 및 전체 길이가 포함됩니다. 도면은 리드 간격이 리드가 패키지에서 나오는 지점에서 측정됨을 명시합니다. 플랜지 아래 수지의 최대 돌출은 1.5mm로 기록됩니다. 달리 명시되지 않는 한 모든 치수는 ±0.25mm의 표준 공차를 가집니다.

5.2 극성 식별

이 패키지의 표준 IR 발광기의 경우, 더 긴 리드는 일반적으로 애노드(양극)이고, 더 짧은 리드는 캐소드(음극)입니다. 패키지 림의 평평한 면도 캐소드 측을 나타낼 수 있습니다. 설계자는 조립 중 역방향 연결을 방지하기 위해 이를 확인해야 합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

데이터시트는 반도체 접합부와 플라스틱 패키지에 대한 열 손상을 방지하기 위한 구체적인 솔더링 지침을 제공합니다.

6.1 핸드 또는 웨이브 솔더링

절대 최대 정격은 리드가 최대 5초 동안 260°C에서 솔더링될 수 있음을 명시하며, 솔더링 지점이 패키지 본체에서 최소 1.6mm(.063\") 떨어져 있어야 하는 조건이 있습니다. 이 거리는 열이 패키지 내부의 민감한 구성 요소에 도달하기 전에 리드를 따라 발산되도록 합니다. 솔더 접합부와 본체 사이의 리드에 히트 싱크 클립을 사용하는 것이 권장되는 방법입니다.

6.2 저장 조건

저장 온도 범위(-55°C ~ +100°C)를 넘어서 명시적으로 상세히 설명되지는 않았지만, 수분에 민감한 장치는 리플로우 솔더링 중 \"팝콘 현상\"을 방지하기 위해 건조 환경 또는 건조제가 들어 있는 밀봉된 수분 차단 백에 보관하는 것이 표준 관행입니다. 비록 이 부품은 주로 스루홀 조립용이지만 말입니다.

7. 애플리케이션 권장 사항

7.1 일반적인 애플리케이션 시나리오

• 연기 감지기:UL 인증으로 인해 주요 선택지가 됩니다. 광전식 연기 감지기에서 사용되며, 연기 입자가 발광기에서 포토디텍터로의 IR 빔을 산란시킵니다.
• 물체/슬롯 감지:매칭된 포토트랜지스터(예: LTR-3208)와 페어링하여 간격을 가로질러 물체의 유무(프린터의 용지, 자판기의 동전)를 감지합니다.
• 근접 감지:반사된 IR 빛을 감지하여 거리나 존재를 측정하는 시스템에 사용됩니다.
• 산업 자동화:계수, 위치 지정 및 빔 차단 안전 커튼용으로 사용됩니다.

7.2 설계 고려 사항

• 전류 제한:항상 직렬 저항기를 사용하여 순방향 전류를 원하는 값(예: 사양 측정용 20mA)으로 제한하십시오. 저항값은 R = (V_공급- V_F) / I_F.
• 열 관리:온도에 따른 출력 감소를 고려하십시오(그림 4 참조). 고온 또는 고전류 동작의 경우, 전력 소산(I_F* V_F)이 250mW를 초과하지 않도록 하고 디레이팅을 고려하십시오.
• 광학 정렬:협각 16도 빔은 최적의 신호 강도를 위해 검출기와의 정밀한 기계적 정렬이 필요합니다.
• 전기적 노이즈:펄스 동작의 경우, 빠른 구동 회로를 보장하고 민감한 검출기 회로에 영향을 미치는 전자기 간섭을 방지하기 위해 차폐를 고려하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

데이터시트에 직접적인 경쟁사 비교는 없지만, LTE-2872U의 주요 차별화 요소를 추론할 수 있습니다. 주요 장점은 LTR-3208 포토트랜지스터 시리즈와의 보장된 매칭으로, 설계 불확실성을 줄입니다. 여러 출력 비닝의 가용성은 비용 대비 성능 최적화를 가능하게 합니다. 협각 시야각은 모든 IR 발광기에 있는 것이 아닌 특정 기능입니다. 더 넓은 각도의 발광기는 특정 지점에서 강도는 낮지만 더 넓은 영역을 커버합니다. 연기 감지기에 대한 UL 인증은 모든 IR LED가 갖고 있지 않은 중요한 자격으로, 규제된 시장에 대한 문을 엽니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q1: 다른 비닝(A, B, C, D1 등)의 목적은 무엇입니까?
A1: 비닝은 측정된 복사 출력(강도)에 따라 LED를 분류합니다. 이를 통해 애플리케이션에 필요한 최소 출력을 안정적으로 충족하는 부품을 선택할 수 있습니다. 더 높은 비닝을 사용하면 더 강한 신호를 보장하지만 약간 더 비쌀 수 있습니다.

Q2: 이 LED를 5V 공급 전원으로 직접 구동할 수 있습니까?
A2: 아닙니다. 일반적인 순방향 전압은 1.2-1.6V입니다. 5V에 직접 연결하면 과도한 전류가 흘러 LED를 파괴할 것입니다. 항상 직렬로 전류 제한 저항기를 사용해야 합니다.

Q3: 왜 더 높은 온도에서 출력이 떨어집니까?
A3: 이는 반도체 광원의 기본 특성입니다. 온도가 증가하면 반도체 재료 내에서 비복사 재결합이 증가하여 광 생성(전계발광) 효율이 감소합니다.

Q4: \"스펙트럼 매칭\"이 무엇을 의미합니까?
A4: 이는 발광기의 피크 방출 파장(940nm)이 지정된 포토트랜지스터 검출기의 피크 스펙트럼 감도 파장과 밀접하게 정렬됨을 의미합니다. 이는 검출기가 \"볼\" 수 있고 전기 신호로 변환할 수 있는 방출된 빛의 양을 최대화합니다.

10. 실용적인 설계 사례 연구

시나리오: 프린터용 용지 부족 센서 설계.일반적인 애플리케이션은 트레이에 용지가 없을 때 감지하는 것입니다. LTE-2872U IR 발광기는 용지 경로의 한쪽에 배치되고, LTR-3208 포토트랜지스터는 정반대편에 배치됩니다. 용지가 있으면 IR 빔을 차단하여 포토트랜지스터 출력이 낮아지고(또는 회로 구성에 따라 높아짐), 용지가 없으면 빔이 검출기에 도달하여 출력 상태를 변경합니다.설계 단계:1) 충분한 신호 마진을 위해 적절한 비닝(예: Bin C)을 선택합니다. 2) 구동 회로 설계: 마이크로컨트롤러 GPIO 핀을 사용합니다. 3.3V 공급 전원과 목표 I_F 20mA를 기준으로 R = (3.3V - 1.4V) / 0.02A = 95Ω을 계산합니다. 표준 100Ω 저항기를 사용합니다. 3) 검출기 회로 설계: 포토트랜지스터를 공통 이미터 구성으로 연결하고 풀업 저항기를 사용하여 디지털 신호를 생성합니다. 4) 발광기와 검출기가 용지 경로를 가로질러 정밀하게 정렬되도록 홀더를 기계적으로 설계하여 협각 16도 빔을 활용하여 정확한 에지 감지를 수행합니다.

11. 동작 원리 소개

LTE-2872U는 적외선 스펙트럼에서 동작하는 발광 다이오드(LED)입니다. 핵심 원리는 반도체 p-n 접합에서의 전계발광입니다. 순방향 전압이 인가되면 n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 접합 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어가 재결합할 때 에너지를 방출합니다. 이 특정 재료 시스템(GaAlAs/GaAs)에서 방출된 에너지는 약 940nm 파장의 광자에 해당하며, 이는 근적외선 영역에 있습니다. 협각 빔은 반도체 다이의 형상과 투명한 플라스틱 돔 패키지의 렌즈 효과를 통해 달성되며, 이는 방출된 빔을 평행하게 만듭니다.

12. 기술 동향 및 맥락

LTE-2872U와 같은 적외선 발광기는 성숙한 III-V족 반도체 기술을 기반으로 합니다. 이 분야의 동향에는 다양한 파장(예: 일부 감시 카메라용 850nm, 눈 안전 애플리케이션용 1050nm)에서 더 높은 출력 전력과 효율성을 가진 발광기 개발이 포함됩니다. 또한 자동화 조립을 위한 표면 실장 장치(SMD) 패키지로의 이동이 있지만, 이 5mm 타입과 같은 스루홀 패키지는 프로토타이핑, 수리 및 더 높은 전력 처리 또는 더 간단한 수동 조립이 필요한 애플리케이션에서 여전히 인기가 있습니다. 매칭된 발광기-검출기 쌍의 원리는 신뢰할 수 있는 광전자 센싱의 기본으로 남아 있습니다. 발광기, 구동기 및 때로는 검출기를 단일 모듈로 통합하는 것은 또 다른 동향으로, 최종 사용자를 위한 시스템 설계를 단순화합니다.