적외선 발광 및 수신 소자 LTE-S9511-E 데이터시트 - 940nm 파장 - 20mA 순방향 전류 - 1.5V 순방향 전압 - 100mW 소비 전력

1. 제품 개요

LTE-S9511-E는 신뢰할 수 있는 적외선 발광 및 수신이 필요한 광범위한 응용 분야를 위해 설계된 개별 적외선 소자입니다. 이는 적외선 솔루션에서 고출력, 고속 및 넓은 시야각에 대한 요구를 충족시키는 포괄적인 제품 라인의 일부입니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 소자는 현대 제조 및 환경 표준을 충족하도록 설계되었습니다. RoHS를 준수하는 친환경 제품으로, 고속 자동 장착 장비와의 호환성을 위해 13인치 직경 릴에 8mm 테이프로 공급됩니다. 그 설계는 적외선 리플로우 솔더링 공정을 지원하여 대량 PCB 조립에 적합합니다. 주요 목표 응용 분야는 리모컨 시스템, IR 무선 데이터 전송 모듈, 보안 경보 및 적외선 감지 또는 신호 전달이 필요한 다양한 기타 소비자 및 산업용 전자 제품을 포함합니다.

2. 기술 파라미터: 심층적 객관적 해석

다음 파라미터는 표준 조건(TA=25°C)에서 장치의 동작 한계 및 성능 특성을 정의합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 지정합니다. 이는 연속 동작을 위한 것이 아닙니다.

• 소비 전력 (Pd):100 mW. 이는 장치가 열로 방산할 수 있는 최대 전력량입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):1 A. 이는 특정 조건(300 pps, 10μs 펄스 폭)에서 허용되는 최대 펄스 전류입니다.
• DC 순방향 전류 (I_F):50 mA. 신뢰할 수 있는 동작을 위한 최대 연속 순방향 전류입니다.
• 역방향 전압 (V_R):5 V. 이 장치는 역방향 바이어스 동작을 위해 설계되지 않았습니다; 이 전압을 초과하면 항복이 발생할 수 있습니다.
• 동작 온도 범위 (T_opr):-40°C ~ +85°C. 정상적인 장치 기능을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위 (T_stg):-55°C ~ +100°C.
• 적외선 솔더링 조건:최대 10초 동안 260°C를 견딥니다. 이는 리플로우 프로파일 허용 오차를 정의합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이는 정의된 테스트 조건에서 측정된 일반적인 성능 파라미터입니다.

• 복사 강도 (I_E):4.0 (최소), 6.0 (일반) mW/sr. I_F= 20mA에서 측정됨. 이는 단위 입체각당 광 출력을 나타냅니다.
• 피크 발광 파장 (λ_Peak):940 nm (일반). 방출된 적외선 복사가 가장 강한 파장입니다.
• 스펙트럼 선 반폭 (Δλ):50 nm (일반). 피크 강도의 절반에서 측정된 방출 스펙트럼의 대역폭입니다.
• 순방향 전압 (V_F):1.2 (일반), 1.5 (최대) V. I_F= 20mA에서 측정됨. 전도 시 장치 양단의 전압 강하입니다.
• 역방향 전류 (I_R):10 μA (최대). V_R= 5V에서 측정됨. 역방향 바이어스 하의 작은 누설 전류입니다.
• 시야각 (2θ_1/2):20 (최소), 25 (일반) 도. 복사 강도가 축상 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

이 장치는 복사 강도를 기준으로 다른 성능 등급 또는 "빈"으로 제공됩니다. 이를 통해 설계자는 응용 분야의 감도 또는 출력 전력 요구 사항을 정확히 일치시키는 소자를 선택할 수 있습니다.

빈 코드 목록은 테스트 전류 20mA에서 각 등급의 최소 및 최대 복사 강도를 지정합니다:

• 빈 K:4 ~ 6 mW/sr
• 빈 L:5 ~ 7.5 mW/sr
• 빈 M:6 ~ 9 mW/sr
• 빈 N:7 ~ 10.5 mW/sr

더 높은 빈 코드(예: K 대비 N)를 선택하면 일반적으로 더 높은 최소 광 출력이 보장되며, 이는 시스템에서 더 긴 거리 또는 더 나은 신호 대 잡음비를 달성하는 데 중요할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 장치 동작을 설명하는 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이는 상세한 회로 설계 및 성능 트레이드오프 이해에 필수적입니다.

4.1 스펙트럼 분포

곡선(그림 1)은 상대 복사 강도 대 파장을 보여줍니다. 이는 940nm에서의 피크 발광과 약 50nm의 스펙트럼 반폭을 확인시켜 주며, 이는 GaAs 기반 적외선 발광기에 일반적입니다. 이 넓은 스펙트럼은 근적외선 영역에서 넓은 감도를 가진 실리콘 광검출기와 함께 사용하기에 적합합니다.

4.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

이 곡선(그림 3)은 전류와 전압 사이의 비선형 관계를 묘사합니다. 순방향 전압이 전류와 함께 증가하며, 약 1.0V에서 시작하여 100mA에서 1.5V에 접근함을 보여줍니다. 이 곡선은 전류 제한 회로 설계에 매우 중요합니다.

4.3 온도 특성

여러 곡선이 장치의 주변 온도(T_a)에 대한 의존성을 보여줍니다.

- 순방향 전류 대 주변 온도 (그림 2):주변 온도가 증가함에 따라 소비 전력 한계를 초과하지 않도록 최대 허용 순방향 전류가 어떻게 감소하는지 보여줄 가능성이 높습니다.

- 상대 복사 강도 대 주변 온도 (그림 4):광 출력 전력이 온도가 상승함에 따라 감소함을 보여줍니다. 이 음의 온도 계수는 다양한 열 환경에서 작동하는 응용 분야에 대한 핵심 고려 사항이며, 일관된 성능을 유지하기 위해 구동 또는 수신 회로에서 온도 보상이 필요할 수 있습니다.

4.4 상대 복사 강도 대 순방향 전류

이 곡선(그림 5)은 복사 강도가 일반적으로 순방향 전류에 비례하지만, 매우 높은 전류에서는 가열 및 효율 저하로 인해 관계가 준선형이 될 수 있음을 보여줍니다. 이는 원하는 출력 수준에 대한 최적의 동작 전류를 결정하는 데 도움이 됩니다.

4.5 복사 다이어그램

극좌표 다이어그램(그림 6)은 시야각을 시각적으로 나타냅니다. 강도는 0°(축상)에서 가장 높으며 대칭적으로 감소하여 약 ±12.5°(25° 시야각의 경우)에서 절반으로 떨어집니다. 이 패턴은 발광기를 검출기와 정렬하거나 빔을 형성하기 위한 광학 설계에 중요합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 외형 치수

이 장치는 EIA 표준 패키지를 준수합니다. 주요 치수는 본체 크기, 리드 간격 및 전체 높이를 포함합니다. 모든 치수는 별도로 명시되지 않는 한 일반적으로 ±0.1mm의 허용 오차로 밀리미터 단위로 제공됩니다. 패키지는 측면 보기 구성의 투명 플라스틱 렌즈를 특징으로 하며, 이는 방출된 빛을 PCB 평면에 수직으로 방향을 잡습니다.

5.2 권장 솔더링 패드 치수

다이어그램은 리플로우 공정 중 및 이후에 적절한 솔더 접합 형성 및 기계적 안정성을 보장하기 위해 권장되는 PCB 랜드 패턴 치수를 제공합니다. 이러한 지침을 준수하는 것은 제조 수율 및 장기 신뢰성에 중요합니다.

5.3 극성 식별

캐소드는 일반적으로 패키지의 평평한 면, 노치 또는 더 짧은 리드로 표시됩니다. 최대 정격을 초과하는 역방향 전압을 가하면 장치가 즉시 손상될 수 있으므로 조립 중 올바른 극성을 관찰해야 합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

6.1 리플로우 솔더링 파라미터

이 장치는 적외선 리플로우 공정과 호환됩니다. 권장 조건은 다음과 같습니다:

- 예열:150–200°C, 최대 120초.

- 피크 온도:최대 260°C.

- 액상선 이상 시간:최대 10초 (최대 두 번의 리플로우 사이클).

이러한 파라미터는 JEDEC 표준 및 일반적인 무연 솔더 페이스트 사양과 일치합니다. 프로파일은 특정 PCB 설계, 구성 요소 및 사용된 오븐에 대해 특성화되어야 합니다.

6.2 보관 조건

이 장치는 습기 민감도 등급(MSL) 3을 가집니다.

- 밀봉 패키지:≤30°C 및 ≤90% RH에서 보관하십시오. 백 밀봉 날짜로부터 1년 이내에 사용하십시오.

- 개봉 패키지:방습 백에서 꺼낸 구성 요소의 경우, 보관 환경은 30°C/60% RH를 초과해서는 안 됩니다. 1주일(168시간) 이내에 IR 리플로우를 완료하는 것이 좋습니다. 원래 포장 외부에서 더 오래 보관할 경우, 건조제가 들어 있는 밀폐 용기를 사용하십시오. 1주일 이상 보관된 구성 요소는 솔더링 전 약 60°C에서 최소 20시간 동안 베이킹하여 흡수된 수분을 제거하고 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지해야 합니다.

6.3 세척

솔더링 후 세척이 필요한 경우, 이소프로필 알코올과 같은 알코올 기반 용매를 사용하십시오. 강력하거나 공격적인 화학 물질은 피해야 합니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 테이프 및 릴 사양

이 장치는 13인치(330mm) 직경 릴에 8mm 캐리어 테이프로 공급됩니다. 각 릴에는 약 9000개가 들어 있습니다. 포장은 ANSI/EIA 481-1-A-1994 사양을 준수합니다. 테이프에는 상단 커버 실이 있으며, 최대 두 개의 연속된 빈 구성 요소 포켓이 허용됩니다.

8. 응용 제안

8.1 일반적인 응용 시나리오

• 리모컨:TV, 오디오 시스템 및 기타 소비자 가전용.
• IR 데이터 전송:센서 또는 제어 신호용 단거리, 단방향 무선 통신.
• 보안 시스템:침입 감지 빔 또는 근접 센서의 일부로.
• 물체 감지:계수, 위치 감지 또는 에지 감지를 위한 PCB 장착 센서.

8.2 설계 고려 사항 및 구동 방법

LED는 전류 구동 장치입니다. 일관된 강도와 수명을 보장하려면 전류원 또는 직렬 전류 제한 저항이 있는 전압원으로 구동해야 합니다. 저항 값(R_s)은 옴의 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. 여기서 V_F는 원하는 동작 전류 I_F에서 데이터시트의 순방향 전압입니다. 여러 LED를 병렬로 구동할 때는 각 LED에 대해 별도의 전류 제한 저항을 사용하여 V_F characteristics.

의 미세한 변동으로 인한 전류 편중을 방지하는 것이 강력히 권장됩니다.

9. 기술 비교 및 차별화

940nm 파장을 가진 LTE-S9511-E는 가시광선 LED 또는 다른 IR 파장에 비해 주요 장점을 제공합니다: 인간의 눈에는 거의 보이지 않아 은밀한 작동에 이상적입니다. 850nm 발광기와 비교하여 940nm는 일반적으로 태양 복사 배경 잡음이 낮아 주변광 조건에서 신호 대 잡음비를 개선할 수 있습니다. 측면 보기 렌즈 패키지는 IR 빔이 PCB 표면과 평행하게 이동해야 하는 응용 분야, 즉 슬롯형 센서 또는 에지 라이트 패널에서 일반적인 요구 사항을 위해 특별히 설계되었습니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 LED를 3.3V 또는 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있습니까?_FA: 아니요. 전류를 제한하기 위해 직렬 저항을 사용해야 합니다. 예를 들어, 5V 공급 및 목표 I_F= 20mA(V_s~1.2V)의 경우, R

= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω입니다. 200Ω 저항이 적합한 표준 값이 될 것입니다.

Q: "복사 강도"와 "시야각"의 차이는 무엇입니까?

A: 복사 강도(mW/sr)는 주어진 방향(스테라디안당)에 얼마나 많은 광 전력이 집중되는지 측정합니다. 시야각은 빔이 얼마나 넓은지를 정의합니다. 높은 복사 강도를 가졌지만 매우 좁은 시야각을 가진 장치는 강력하지만 좁은 빔을 투사합니다. 이 장치는 중간 정도의 25° 시야각을 가지고 있어 빔 집중과 커버리지 사이에 좋은 균형을 제공합니다.

Q: 습기 민감도 등급(MSL 3)이 왜 중요합니까?

A: 플라스틱 패키지는 공기 중의 수분을 흡수할 수 있습니다. 고온 리플로우 솔더링 공정 중에 갇힌 이 수분이 빠르게 증발하여 내부 박리, 균열 또는 "팝콘 현상"을 일으켜 장치를 파괴할 수 있습니다. 이 고장 모드를 방지하기 위해 규정된 보관, 취급 및 베이킹 절차를 따르는 것이 필수적입니다.

11. 실용적인 설계 및 사용 사례

사례: 간단한 IR 물체 감지 센서 설계.

1. 일반적인 설계는 LTE-S9511-E를 발광기 및 검출기(반사 감지 모드)로 모두 사용하거나 별도의 포토트랜지스터를 사용합니다. 발광기는 특정 주파수(예: 38kHz)에서 펄스됩니다. 검출기 회로에는 이 주파수에 맞춰진 필터가 포함됩니다. 물체가 IR 빔을 검출기로 반사하면 회로가 신호를 등록합니다. 주요 설계 단계:구동 회로:

2. 마이크로컨트롤러에 의해 스위칭되는 트랜지스터(예: NPN 또는 N채널 MOSFET)를 사용하여 원하는 전류(예: 50mA 펄스) 및 주파수로 LED를 펄스합니다. 계산된 직렬 저항을 포함하십시오.수신 회로:

3. 포토트랜지스터의 출력은 변조 주파수(38kHz)에 중심을 둔 증폭기 및 대역 통과 필터로 공급됩니다. 이는 주변광(DC 및 저주파) 및 기타 IR 잡음을 제거합니다.정렬:

4. 복사 다이어그램을 사용하여 발광기와 검출기를 정렬하십시오. 반사 감지의 경우, 종종 나란히 일정 각도로 배치되어 시야가 원하는 감지 거리에서 교차하도록 합니다.PCB 레이아웃:

권장 패드 레이아웃에 따라 구성 요소를 배치하십시오. 투명 플라스틱 렌즈가 솔더 마스크 또는 기타 구성 요소에 의해 가려지지 않도록 하십시오.

12. 원리 소개

LTE-S9511-E는 적외선 발광기로서 반도체 다이오드입니다. 순방향 바이어스가 가해지면 활성 영역(GaAs 또는 AlGaAs와 같은 재료로 구성)에서 전자와 정공이 재결합하여 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 특정 재료 구성은 이러한 광자의 파장을 결정합니다; 이 경우 940nm 근처에 중심을 두며, 이는 근적외선 스펙트럼에 있습니다. 측면 보기 렌즈는 투명 에폭시로 성형되어 반도체 칩에서 빛을 효율적으로 추출하고 측면으로 방향을 잡습니다. 이 장치는 또한 검출기로 기능할 수 있는데, 이는 반도체 PN 접합이 충분한 에너지(재료의 차단 파장보다 짧은 파장의 광자)의 빛에 노출될 때 작은 광전류를 생성할 수 있기 때문입니다. 그러나 그 주 최적화 기능은 발광입니다.

13. 개발 동향

- 개별 적외선 소자 분야는 계속 발전하고 있습니다. 동향은 다음과 같습니다:더 높은 효율:

- 단위 전기 입력당 더 많은 광 전력을 추출하여 열 발생 및 전력 소비를 줄이기 위한 새로운 반도체 재료 및 구조(예: 다중 양자 우물) 개발.증가된 속도:

- 데이터 전송 응용 분야의 경우, 더 빠른 상승/하강 시간을 가진 구성 요소는 더 높은 데이터 전송률을 가능하게 합니다.통합:

- 발광기, 검출기 및 제어 논리(변조/복조와 같은)를 단일 패키지 또는 모듈로 결합하여 설계를 단순화하고 성능을 향상시킵니다.소형화:

- 성능 사양을 유지하거나 개선하면서 점점 더 작아지는 소비자 가전의 요구에 맞추기 위한 패키지 크기의 지속적인 축소.향상된 신뢰성: