IR Emitter and Detector LTE-C216-P-W 데이터시트 - 1206 패키지 (3.2x1.6x1.1mm) - 피크 파장 850nm - 순방향 전압 1.4V - 소비 전력 100mW - English Technical Document

1. 제품 개요

본 문서는 단일 적외선(IR) 발광기 및 검출기 부품에 대한 사양을 상세히 설명합니다. 이 장치는 신뢰할 수 있는 적외선 신호 송수신이 필요한 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 단일의 소형 표면 실장 패키지 내에 적외선 발광 다이오드(IRED)와 감지 소자를 결합하였습니다. 핵심 기술은 Gallium Arsenide (GaAs) 및 Aluminum Gallium Arsenide (AlGaAs) 소재를 기반으로 하며, 피크 파장 850 나노미터에서 동작하도록 최적화되었습니다. 이 파장은 성능과 부품 구입 용이성 사이의 좋은 균형으로 인해 소비자 가전 및 데이터 전송에 일반적으로 사용됩니다.

주요 설계 목표는 높은 방사 강도, 우수한 속도 특성 및 정렬과 신호 포착을 용이하게 하는 넓은 시야각을 특징으로 하는 솔루션을 제공하는 것입니다. 이 부품은 표준 1206 풋프린트로 패키징되어 자동 픽 앤 플레이스 조립 라인 및 표준 적외선 리플로우 솔더링 공정과 호환됩니다. RoHS 준수 및 그린 제품으로 분류됩니다.

1.1 주요 특징 및 응용 분야

본 장치는 현대 전자 제조에 적합하도록 설계된 몇 가지 주요 특징을 포함하고 있습니다:

• RoHS 및 그린 제품 기준 준수.
• 자동화 조립을 위해 7인치 직경 릴에 8mm 캐리어 테이프로 포장됨.
• 자동 부착 장비와 호환 가능.
• 표준 적외선 리플로우 솔더링 프로파일을 견디도록 설계됨.
• EIA 표준 패키지 치수 준수.
• 최대 파장(λp) 850nm에서 방출합니다.
• 일반적인 1206 표면 실장 장치(SMD) 패키지 타입을 사용합니다.

이 부품의 대표적인 적용 분야는 다음을 포함하되 이에 국한되지 않습니다:

• 리모컨 장치(예: TV, 오디오 시스템)용 적외선 발광소자.
• 근접 감지, 물체 감지 또는 데이터 수신용 PCB 장착 적외선 센서.
• 단거리 통신용 적외선 무선 데이터 전송 링크.
• IR 빔을 활용한 보안 경보 시스템.

2. 기술 사양 상세 분석

본 섹션에서는 장치의 전기적, 광학적 및 열적 특성에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 파라미터는 주변 온도(TA) 25°C에서 지정됩니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서 또는 이 조건에서의 동작은 보장되지 않으며, 신뢰할 수 있는 설계에서는 피해야 합니다.

• Power Dissipation (Pd): 100 mW. 이는 패키지가 열로 소산할 수 있는 최대 총 전력입니다.
• 피크 순방향 전류 (IFP): 800 mA. 이는 초당 300펄스, 펄스 폭 10마이크로초 조건에서 규정된 최대 허용 펄스 전류입니다.
• DC 순방향 전류 (IF): 60 mA. 이는 정상 상태 동작 시 최대 연속 순방향 전류입니다.
• 역방향 전압 (VR): 5 V. IRED 양단에 역방향으로 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 범위: -40°C ~ +85°C. 장치가 설계된 기능을 수행하도록 의도된 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위: -55°C ~ +100°C. 비동작 상태에서 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 적외선 리플로우 솔더링 조건: 최대 260°C, 10초. 이는 무연 솔더링 공정의 최고 리플로우 온도 한계를 정의합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이는 정상 동작 조건에서의 일반적인 성능 파라미터입니다. 설계자는 회로 계산에 적절하게 일반(Typ.) 또는 최대(Max.) 값을 사용해야 합니다.

• 방사 강도 (IE): 순방향 전류(IF) 20mA에서 3.0 mW/sr (전형적). 이는 축을 따라 단위 입체각당 방출되는 광 출력을 측정한 값입니다.
• 최대 발광 파장 (λPeak): 850 nm (전형적). 광 출력이 최대가 되는 파장입니다.
• 스펙트럼 선 반치폭 (Δλ): 50 nm (전형적). 방출 출력이 최대 출력의 절반 이상인 파장 범위로, 스펙트럼 순도를 나타냅니다.
• 순방향 전압 (VF): IF=20mA에서 1.4 V (전형적), 1.8 V (최대). IRED가 도통할 때 양단에 걸리는 전압 강하입니다.
• 역전류 (IR): 역전압(VR) 5V에서 10 μA (최대). 소자가 역바이어스 상태일 때의 작은 누설 전류.
• 상승/하강 시간 (Tr/Tf): 20 nS (전형적). 광 출력이 최종 값의 10%에서 90%로 상승(또는 90%에서 10%로 하강)하는 데 걸리는 시간으로, 스위칭 속도를 나타냅니다.
• 시야각 (2θ1/2): 100도 (전형적). 복사 강도가 축상(on-axis) 강도의 절반이 되는 전체 각도. 더 넓은 각도는 발광기와 검출기 간의 정렬을 덜 까다롭게 만듭니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 소자 동작을 이해하는 데 필수적인 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이러한 그래프를 통해 설계자는 단일 포인트 사양을 넘어 성능을 추정할 수 있습니다.

3.1 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 곡선은 파장의 함수로서 상대적 복사 강도를 보여줍니다. 이 소자의 경우, 곡선은 정의된 50nm 반치폭을 가지고 850nm를 중심으로 합니다. 이 정보는 검출기 측에서 주변광 노이즈를 제거하기 위한 호환 가능한 광학 필터를 선택하는 데 매우 중요합니다.

3.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

이 곡선은 IRED를 통과하는 전류와 양단 전압 사이의 비선형 관계를 보여줍니다. 이는 일반적인 턴-온 전압과 VF가 IF에 따라 어떻게 증가하는지를 나타냅니다. 설계자는 전압원으로 구동할 때 전류 제한을 위한 필요한 직렬 저항 값을 계산하기 위해 이를 사용합니다.

3.3 순방향 전류 대 주변 온도

이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 최대 허용 DC 순방향 전류가 어떻게 감소하는지를 보여줍니다. 신뢰성을 보장하기 위해서는, 접합 온도와 전력 소산을 안전 한계 내로 유지하기 위해 더 높은 온도에서 동작 전류를 감소시켜야 합니다.

3.4 상대 복사 강도 대 주변 온도

이 곡선은 광 출력이 온도에 어떻게 의존하는지 보여줍니다. 일반적으로 접합 온도가 상승하면 복사 강도는 감소합니다. 넓은 온도 범위에서 안정적인 광 출력이 필요한 응용 분야에서는 이 특성을 반드시 고려해야 합니다.

3.5 상대 복사 강도 대 순방향 전류

이는 구동 전류의 함수로서 광 출력을 보여주는 핵심 곡선입니다. 상당한 범위에서 일반적으로 선형이지만, 매우 높은 전류에서는 포화될 수 있습니다. 설계자는 이를 사용하여 특정 신호 강도를 달성하는 데 필요한 구동 전류를 결정합니다.

3.6 방사 패턴 다이어그램

방출된 빛의 공간적 분포를 묘사한 극좌표 그래프입니다. 이 다이어그램은 100도의 넓은 시야각을 확인시켜 주며, 중심축에서 벗어난 각도에서 강도가 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 이 패턴은 시스템에서 광학 경로와 정렬을 설계하는 데 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 외형 및 패키지 치수

본 장치는 표준 1206 SMD 패키지를 사용합니다. 주요 치수는 본체 길이 약 3.2mm, 너비 1.6mm, 높이 1.1mm를 포함합니다. 데이터시트에는 공차가 일반적으로 ±0.1mm인 상세한 치수 도면이 제공됩니다. 캐소드는 일반적으로 표시 또는 특정 패드 형상으로 표시됩니다.

4.2 권장 솔더링 패드 레이아웃

PCB 설계를 위한 권장 랜드 패턴(풋프린트)이 제공됩니다. 여기에는 리플로우 중 신뢰할 수 있는 솔더 접합을 보장하고 툼스토닝 또는 솔더 브리징 위험을 최소화하기 위한 패드 치수, 간격 및 형상이 포함됩니다. 이러한 권장 사항을 준수하는 것은 제조 수율에 중요합니다.

4.3 테이프 및 릴 패키징 사양

부품은 7인치(178mm) 직경 릴에 감긴 엠보싱 캐리어 테이프로 공급됩니다. 주요 테이프 치수에는 포켓 피치, 포켓 크기 및 테이프 폭이 포함됩니다. 각 릴에는 3000개의 부품이 들어 있습니다. 이 포장은 ANSI/EIA 481-1-A-1994 표준을 준수하여 표준 자동 공급기와의 호환성을 보장합니다.

5. 조립, 취급 및 응용 가이드라인

5.1 솔더링 및 리플로우 공정

본 디바이스는 적외선 리플로우 솔더링 공정과 호환됩니다. 무연 조립을 위한 JEDEC 표준을 준수하는 상세한 리플로우 온도 프로파일이 제안됩니다. 주요 매개변수는 다음과 같습니다:

• Pre-heat: 150-200°C, 최대 120초.
• 최고 온도: 최대 260°C.
• 액상선 이상 시간: 부품은 260°C 이상의 온도에 10초 이상 노출되어서는 안 되며, 리플로우는 두 번 이상 수행되어서는 안 됩니다.

인두를 이용한 수동 납땜의 경우, 권장 최대 팁 온도는 300°C이며, 접합점당 3초를 초과하지 않아야 합니다. 최적의 프로파일은 특정 PCB 설계, 솔더 페이스트 및 오븐에 따라 달라지므로 공정 특성화가 필요하다는 점이 강조됩니다.

5.2 보관 및 습기 민감도

본 부품은 습기에 민감합니다. 건제제가 들어 있는 원래의 밀봉 방습 백 내에서는 상대 습도(RH) 90% 이하, 온도 30°C 이하에서 보관해야 하며, 1년 이내에 사용해야 합니다. 백을 개봉한 후에는 보관 환경이 30°C / 60% RH를 초과해서는 안 됩니다. 원래 포장에서 꺼낸 부품은 일주일 이내에 리플로우해야 합니다. 원래 백 외부에서 더 오래 보관할 경우, 건제제가 들어 있는 밀봉 용기나 질소 데시케이터에 보관해야 합니다. 포장 없이 일주일 이상 보관된 부품은 납땜 전에 흡수된 수분을 제거하고 리플로우 중 "팝코닝" 현상을 방지하기 위해 베이킹(예: 60°C에서 20시간)이 필요합니다.

5.3 세정

납땜 후 세정이 필요한 경우, 이소프로필 알코올(IPA)과 같은 알코올 계 용제만 사용해야 합니다. 패키지의 에폭시 렌즈를 손상시킬 수 있으므로, 강력하거나 부식성 화학 세정제는 피해야 합니다.

5.4 구동 방법 및 회로 설계

중요한 설계 참고사항은 LED가 전류 구동 장치라는 점입니다. IR emitter를 구동할 때, 전압원을 사용하는 경우 직렬 전류 제한 저항이 필수적입니다. 이 저항은 옴의 법칙(R = (Vcc - VF) / IF)으로 계산하여 원하는 동작 전류(IF) 값을 설정합니다. 또한, 여러 emitter를 병렬로 연결할 때는 순방향 전압(VF)이 제품마다 약간씩 다를 수 있으므로, 발광 강도의 균일성을 보장하기 위해 각 장치마다 별도의 전류 제한 저항을 사용해야 합니다.

5.5 적용 시 주의사항 및 용도

본 부품은 일반 목적의 전자 장비용으로 제작되었습니다. 고장 시 생명이나 건강을 위협할 수 있는 탁월한 신뢰성이 요구되는 적용 분야(예: 항공, 의료, 운송 안전 시스템)의 경우, 이 데이터시트에 제공된 표준 상업용 등급 사양의 범위를 벗어나므로, 별도의 협의 및 자격 심사가 필요합니다.

6. 기술적 비교 및 설계 고려사항

단순한 개별 IRED나 포토디텍터에 비해, 단일 패키지에 통합된 이 방사기-검출기 쌍은 일치하는 광학적 특성과 근접한 물리적 배치를 보장함으로써 설계를 단순화하며, 이는 반사 센싱에 유리할 수 있습니다. 850nm 파장은 940nm보다 인간의 눈에 덜 띄어, 희미한 붉은 빛이 허용되거나 상태 표시등으로 사용되는 응용 분야에 적합합니다. 100도의 시야각은 특히 넓어, 더 좁은 빔 장치에 비해 정렬 정밀도 요구 사항을 줄여줍니다.

설계자는 구동 전류, 방사 강도, 그리고 소자 수명/발열 간의 트레이드오프를 신중히 고려해야 합니다. 전류나 온도에 대한 절대 최대 정격(Absolute Maximum Ratings)에서 또는 그 근처에서 동작하면 노화를 가속화하고 장기적 신뢰성을 저하시킵니다. 특히 높은 듀티 사이클이나 상승된 주변 온도에서 동작할 경우, 충분한 PCB 방열 레이아웃을 권장합니다.

7. 자주 묻는 질문 (기술적 파라미터 기반)

Q: 이 IRED를 마이크로컨트롤러 GPIO 핀에서 직접 구동할 수 있나요?
A: 아니요. 마이크로컨트롤러 핀은 일반적으로 20-60mA를 안전하게 공급할 수 없습니다. GPIO로 트랜지스터(예: MOSFET 또는 BJT)를 제어하여 전원 공급 장치로부터 더 높은 전류를 스위칭하고, 직렬 저항으로 정확한 전류를 설정해야 합니다.

Q: 피크 파장(λp)과 주 파장(λd)의 차이는 무엇인가요?
A> Peak wavelength is the point of maximum spectral power. Dominant wavelength is derived from color perception on a chromaticity diagram and represents a single wavelength that matches the perceived color. For monochromatic IR devices, they are often very close.

Q: 이 부품의 검출기 측과는 어떻게 인터페이스하나요?
A> The datasheet primarily details the 발광기 characteristics. The 검출기 (photodiode or phototransistor) will have its own set of parameters (dark current, responsivity, etc.) not fully listed here. Typically, the 검출기 output is a small current proportional to received IR light, which is usually converted to a voltage using a transimpedance amplifier or a simple load resistor for digital threshold detection.

Q: 저장 습도 조건이 왜 그렇게 중요한가요?
A> SMD packages can absorb moisture through the plastic molding compound. During the high heat of reflow soldering, this trapped moisture can vaporize rapidly, creating internal pressure that can crack the package or delaminate internal bonds—a failure known as "popcorning." The storage and baking guidelines prevent this.

8. 실제 적용 사례

Design Case: Simple Proximity/Obstruction Sensor
일반적인 용도는 빔 차단 센서입니다. 발광기는 주변 적외선 신호와 구분하기 위해 펄스 전류(예: 38kHz에서 20mA 펄스)로 구동됩니다. 짧은 거리 떨어진 곳에 배치된 검출기는 이 신호를 수신합니다. 물체가 빔을 차단하면 수신 신호가 감소합니다. 검출기의 출력은 반송파 주파수 부재를 감지하여 출력을 트리거하는 복조 수신 IC 또는 필터링 로직이 있는 마이크로컨트롤러에 입력됩니다. 넓은 시야각은 모니터링 경로 양쪽에 발광기와 검출기를 정렬하는 작업을 단순화합니다.

9. 동작 원리

이 장치는 기본적인 광전자 원리에 따라 동작합니다. 발광기 는 적외선 발광 다이오드(IRED)입니다. 순방향 바이어스가 인가되면 반도체의 활성 영역(GaAs/AlGaAs)에서 전자와 정공이 재결합하여 광자 형태로 에너지를 방출합니다. 재료의 밴드갭은 광자 에너지, 즉 이 경우 850nm의 파장을 결정합니다. 검출기 는 일반적으로 실리콘으로 만들어진 포토다이오드 또는 포토트랜지스터입니다. 충분한 에너지(실리콘의 경우 일반적으로 ~1100nm 이하 파장)를 가진 광자가 검출기의 공핍 영역에 충돌하면 전자-정공 쌍이 생성됩니다. 포토다이오드에서는 역방향 바이어스 시 이 현상이 광전류를 생성합니다. 포토트랜지스터에서는 광전류가 베이스 전류 역할을 하여 더 큰 컬렉터 전류가 흐르게 하여 내부 이득을 제공합니다.

10. 기술 동향

개별 적외선 소자 분야의 트렌드는 더 긴 거리를 위한 고출력 장치 개발, 빠른 데이터 전송을 위한 향상된 속도, 그리고 강한 주변광 환경에서 더 높은 신호대 잡음비를 달성하기 위해 검출기 패키지에 통합된 향상된 스펙트럼 필터링을 포함합니다. 또한 보드 공간을 절약하기 위해 1206 패키지를 넘어선 (예: 0805, 0603) 소형화 움직임이 있으나, 이는 종종 광출력이나 시야각을 희생시키는 경우가 있습니다. 자동차 및 산업 응용 분야에서 더 높은 신뢰성과 성능을 위한 추구는 더 넓은 작동 온도 범위와 더 견고한 패키징을 가진 소자의 개발을 지속적으로 촉진하고 있습니다.