적외선 발광기 및 검출기 데이터시트 - 투명 패키지 - 순방향 전압 1.6V - 방사 강도 최대 7.669 mW/sr - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 투명 플라스틱 패키지에 장착된 소형, 저비용 적외선(IR) 발광기 및 검출기 부품의 사양을 상세히 설명합니다. 이 장치는 엔드-루킹(end-looking) 응용 분야를 위해 설계되었으며, 이는 능동 감지/발광 영역이 패키지 끝단에 위치함을 의미합니다. 특정 방사 강도 및 개구 방사 조사 범위에 따라 선별 및 빈닝되어, 정밀한 광학 출력 또는 감도가 필요한 응용 분야에 일관된 성능을 보장합니다. 투명 패키지는 반도체 다이에 대한 물리적 보호를 제공하면서도 적외선의 효율적인 투과를 가능하게 합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

본 장치는 다음 절대 한계 내에서 신뢰성 있는 동작을 위해 정격화되었으며, 이를 초과할 경우 영구적인 손상이 발생할 수 있습니다. 소비 전력은 90 mW로 규정됩니다. 펄스 동작의 경우, 초당 300 펄스, 펄스 폭 10 마이크로초 조건에서 1 암페어의 피크 순방향 전류를 처리할 수 있습니다. 최대 연속 순방향 전류는 60 mA입니다. 부품은 최대 5 볼트의 역방향 전압을 견딜 수 있습니다. 동작 온도 범위는 -40°C에서 +85°C이며, 저장 온도 범위는 -55°C에서 +100°C까지입니다. 조립 시, 리드는 패키지 본체로부터 1.6mm 떨어진 지점에서 측정하여 260°C의 온도에서 최대 5초 동안 납땜할 수 있습니다.

2.2 전기 및 광학 특성

모든 전기 및 광학 파라미터는 주변 온도(T_A) 25°C에서 규정됩니다. 주요 파라미터는 표준 시험 조건에서 장치의 성능을 정의합니다.

• 개구 방사 조사(E_e):이 파라미터는 mW/cm² 단위로 측정되며, 검출기의 능동 영역에 입사하는 광학 파워 밀도를 나타냅니다. 순방향 전류(I_F) 20mA로 시험됩니다. 값은 빈닝되어, 최소 0.096 mW/cm² (빈 A1)부터 일반 최대 1.020 mW/cm² (빈 C)까지의 범위를 가집니다.
• 방사 강도(I_E):mW/sr(밀리와트 매 스테라디안) 단위로 측정되며, IR 발광기에 대한 단위 입체각당 방출 광학 파워를 정의합니다. 또한 I_F=20mA에서 시험되며, 0.722 mW/sr (빈 A1)부터 7.669 mW/sr (빈 C)까지의 범위를 가집니다.
• 피크 방출 파장(λ_피크):적외선 발광기의 출력은 공칭 파장 940 나노미터를 중심으로 합니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ):강도가 피크 값의 절반 이상인 스펙트럼 대역폭은 일반적으로 50 nm로, 상대적으로 협대역 IR 소스를 나타냅니다.
• 순방향 전압(V_F):20mA를 흘릴 때 장치 양단의 전압 강하는 일반적으로 1.6 볼트이며, 최대값은 1.6V입니다.
• 역방향 전류(I_R):5V의 역방향 바이어스가 인가될 때, 누설 전류는 최대 100 µA입니다.
• 시야각(2θ_1/2):방사 강도가 0도(축상)에서의 값의 절반으로 떨어지는 각도 확산은 60도입니다. 이는 빔 패턴 또는 시야를 정의합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

본 부품은 주로 광학 출력 특성을 기반으로 한 빈닝 시스템을 활용합니다. 이는 특정 빈 내의 장치들이 밀접하게 일치하는 성능을 가지도록 보장하며, 어레이 또는 페어링된 발광기-검출기 시스템과 같이 일관성이 필요한 응용 분야에 중요합니다.

• 방사 강도 / 개구 방사 조사 빈닝:장치는 A1, A, B, C, D로 레이블된 빈으로 분류됩니다. 각 빈은 방사 강도(I_E)와 개구 방사 조사(E_e) 모두에 대한 특정 최소 및 일반/최대 값 범위에 해당합니다. 예를 들어, 빈 C에 속한 장치는 20mA로 구동될 때 I_E가 3.910에서 7.669 mW/sr 사이이고, E_e가 0.520에서 1.020 mW/cm² 사이일 것입니다. 이를 통해 설계자는 응용 분야에 필요한 정밀한 광학 파워 수준을 가진 부품을 선택하여 신호 강도와 시스템 성능을 최적화할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 조건에서 장치의 동작을 설명하는 여러 그래프가 포함되어 있습니다.

• 그림 1 - 스펙트럼 분포:이 곡선은 파장의 함수로서 상대 방사 강도를 보여줍니다. 940nm에서의 피크 방출과 대략 50nm의 반폭을 확인하여, IR 출력의 스펙트럼 순도를 파악할 수 있습니다.
• 그림 2 - 순방향 전류 대 주변 온도:이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류의 디레이팅을 나타냅니다. 열 관리 및 장치가 안전 동작 영역(SOA) 내에서 작동하도록 보장하는 데 필수적입니다.
• 그림 3 - 순방향 전류 대 순방향 전압:이것은 전류-전압(I-V) 특성 곡선입니다. 인가된 순방향 전압과 결과 전류 사이의 관계를 보여주며, 장치의 일반적인 턴-온 전압과 동적 저항을 강조합니다.
• 그림 4 - 상대 방사 강도 대 주변 온도:이 곡선은 광학 출력 파워(20mA 및 25°C에서의 값에 상대적)가 온도에 따라 어떻게 변화하는지 설명합니다. 일반적으로 LED 출력은 온도가 상승함에 따라 감소하며, 이 그래프는 그 관계를 정량화합니다.
• 그림 5 - 상대 방사 강도 대 순방향 전류:이는 구동 전류의 함수로서 광학 출력 파워를 보여줍니다. 일반적으로 초선형 관계이지만, 이 곡선은 설계자가 다른 전류 수준에서의 효율성과 포화점을 이해하는 데 도움을 줍니다.
• 그림 6 - 방사 다이어그램:이 극좌표 플롯은 시야각 또는 방사 패턴을 시각적으로 나타냅니다. 동심원은 상대 강도(중심에서 0, 외곽에서 1.0)를 나타내며, 각도선은 분포를 보여줍니다. 2θ_1/2= 60° 사양은 곡선이 0.5 상대 강도 원과 교차하는 지점으로 확인됩니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 패키지 치수

장치는 소형 플라스틱 엔드-루킹 패키지를 사용합니다. 주요 치수 참고사항은 다음과 같습니다: 모든 치수는 밀리미터 단위(괄호 안은 인치)입니다; 달리 명시되지 않는 한 표준 공차는 ±0.25mm입니다; 플랜지 아래 수지의 최대 돌출은 1.5mm입니다; 리드 간격은 리드가 패키지 본체를 빠져나오는 지점에서 측정됩니다. 정확한 치수 도면은 데이터시트에 참조되어 있으며, PCB 풋프린트 설계에 중요한 전체 길이, 본체 직경, 리드 직경 및 간격을 정의합니다.

5.2 극성 식별

방사형 리드 패키지의 IR 발광기/검출기의 경우, 극성은 일반적으로 패키지 본체의 편평한 면 또는 한 리드가 다른 리드보다 짧은 것과 같은 장치의 물리적 특징으로 표시됩니다. 구체적인 식별 방법은 상세 패키지 도면과 함께 교차 참조해야 합니다. 올바른 극성 연결은 정상 작동에 필수적입니다.

6. 납땜 및 조립 지침

본 부품은 표준 납땜 공정에 적합합니다. 지정된 중요한 파라미터는 리드 납땜 온도입니다: 최대 5초 동안 260°C이며, 측정점은 패키지 본체로부터 1.6mm(0.063")로 정의됩니다. 이 지침은 웨이브 솔더링 또는 핸드 솔더링 시 내부 반도체 다이 또는 플라스틱 패키지에 대한 열 손상을 방지하는 데 중요합니다. 리플로우 솔더링의 경우, 유사한 열 한계를 가진 스루홀 부품에 대한 표준 프로파일을 사용해야 합니다. 부품은 수분 흡수(리플로우 중 "팝콘 현상"을 유발할 수 있음)를 방지하기 위해 지정된 -55°C ~ +100°C 온도 범위 내의 건조 환경에 보관해야 합니다.

7. 응용 권장사항

7.1 일반적인 응용 시나리오

이 IR 발광기/검출기 쌍은 근접 감지, 물체 감지 및 데이터 전송 응용 분야에 광범위하게 적합합니다. 일반적인 용도는 다음과 같습니다:

• 물체/근접 감지:자판기, 프린터 또는 산업 장비에서 물체의 유무를 감지합니다.
• 슬롯 센서:프린터의 용지 또는 검표기의 티켓 감지용입니다.
• 간단한 데이터 링크:리모컨 또는 격리된 통신 채널을 위한 저속, 단거리 적외선 데이터 전송입니다.
• 인코더:발광기와 검출기 사이를 차단 블레이드가 통과하는 위치 피드백용 로터리 또는 리니어 인코더입니다.

7.2 설계 고려사항

이 부품으로 설계할 때, 여러 요소를 고려해야 합니다:

• 전류 제한:발광기의 경우, 순방향 전류를 원하는 수준(≤60mA 연속, ≤1A 펄스)으로 제한하기 위해 직렬 저항이 필수적입니다. 값은 공급 전압(V_CC), 원하는 I_F, 그리고 일반적인 V_F(예: R = (V_CC- V_F) / I_F)를 사용하여 계산됩니다.
• 검출기 바이어싱 및 증폭:포토검출기는 일반적으로 역방향 바이어스(최대 5V)가 필요하며, 그 출력 전류는 매우 작습니다(E_e와 관련됨). 이 작은 광전류를 사용 가능한 전압 신호로 변환하기 위해 트랜스임피던스 증폭기(TIA)가 종종 필요합니다.
• 광학 정렬:페어링된 발광기-검출기 응용 분야의 경우, 신호 강도를 극대화하기 위해 정밀한 기계적 정렬이 중요합니다. 60도의 시야각은 어느 정도의 공차를 제공합니다.
• 주변광 제거:장치가 940nm 빛에 민감하기 때문에, 햇빛이나 다른 IR 소스의 영향을 받을 수 있습니다. 변조된 IR 신호와 동기 검출(예: 리모컨에서 흔히 사용되는 38kHz 반송파)을 사용하면 노이즈 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 열 관리:고온 환경에서는 최대 소비 전력을 초과하지 않도록 디레이팅 곡선(그림 2)을 참조해야 합니다.

8. 기술 비교 및 차별화

다른 IR 부품과 비교하여, 이 장치의 주요 차별점은투명 플라스틱 패키지와정밀한 광학 빈닝입니다. 많은 IR LED와 포토다이오드는 가시광을 여과하는 착색(예: 파란색, 검정색) 패키지를 사용하지만, 원하는 IR 파장도 약간 감쇠시킬 수 있습니다. 투명 패키지는 940nm에서 잠재적으로 더 높은 투과 효율을 제공합니다. 방사 강도와 조사에 대한 엄격한 빈닝은 예측 가능하고 일관된 시스템 성능을 가능하게 하며, 이는 단위별 성능 편차가 큰 비빈닝 또는 느슨한 빈닝 부품에 비해 장점입니다. 소형 크기와 저비용은 대량 생산되는 소비자 및 상업용 응용 분야에 적합하게 만듭니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 개구 방사 조사(E_e)와 방사 강도(I_E)의 차이는 무엇인가요?

A: E_e는 표면(검출기의 능동 영역)에 입사하는 파워 밀도(mW/cm²)의 척도입니다. I_E는 발광기의 단위 입체각당 파워 출력(mW/sr)의 척도입니다. 이들은 관련이 있지만 각각 검출기 측과 발광기 측의 성능을 설명합니다.

Q: 발광기를 5V 공급 전원에 직접 구동할 수 있나요?

A: 아닙니다. 일반적인 V_F가 1.6V이므로, 5V를 직접 연결하면 과도한 전류가 발생하여 LED를 파괴할 가능성이 높습니다. 전류 제한 저항을 사용해야 합니다.

Q: 응용 분야에 맞는 올바른 빈을 어떻게 선택하나요?

A: 필요한 신호 강도를 기준으로 선택하세요. 장거리 또는 낮은 반사율 감지의 경우, 더 높은 빈(C, D)이 더 많은 광학 파워를 제공합니다. 단거리 또는 고감도 검출기 회로의 경우, 더 낮은 빈이 충분하고 비용 효율적일 수 있습니다. 시스템 내 여러 유닛 간의 일관성도 빈 선택을 결정할 수 있습니다.

Q: 검출기에 대한 시야각 사양은 무엇을 의미하나요?

A: 검출기의 경우, 60도 시야각(2θ_1/2)은 시야를 정의합니다. 축으로부터 이 ±30도 원뿔 내에 입사하는 빛은 합리적인 감도로 검출됩니다. 이 각도 밖의 빛은 대부분 무시되며, 이는 원치 않는 방향에서의 잡광을 제거하는 데 도움이 될 수 있습니다.

10. 실용 응용 예시

설계 사례: 프린터의 용지 부족 센서

이 응용 분야에서 IR 발광기와 검출기는 용지 경로의 반대편에 장착됩니다. 용지가 있으면, IR 빔을 발광기에서 검출기로 반사합니다. 용지 트레이가 비어 있으면, 빔은 방해받지 않고 진행하며 검출기로 반사되지 않습니다(또는 다른 반사 표면에 닿음). 검출기 회로는 수신된 신호 레벨을 모니터링합니다. 주요 설계 단계는 용지 반사율의 변동에도 불구하고 용지에서 반사된 신호가 "용지 없음" 상태와 확실히 구별될 수 있을 만큼 충분히 강하도록 적절한 빈(예: 빈 B)을 선택하는 것입니다. 발광기의 구동 전류는 저항을 통해 20mA로 설정되어 기준 광학 출력을 제공합니다. 검출기의 출력은 "용지 있음"과 "용지 없음" 전압 레벨 사이에 설정된 임계값을 가진 비교기에 입력됩니다. 60도 시야각은 프린터 조립 중 약간의 오정렬에도 센서가 작동하도록 보장하는 데 도움이 됩니다.

11. 동작 원리 소개

이 장치는 두 가지 주요 반도체 구성 요소로 구성됩니다: 적외선 발광 다이오드(IR LED)와 포토다이오드입니다.IR LED는 전계발광 원리로 작동합니다. 순방향 바이어스가 인가되면, 전자와 정공이 반도체의 능동 영역에서 재결합하여 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 재료 구성(일반적으로 갈륨 비소, GaAs 기반)은 이 광자 에너지가 적외선 스펙트럼, 특히 약 940nm의 파장에 해당하도록 설계되었습니다.포토다이오드는 역방향으로 작동합니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 입사 광자는 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이들 전하 캐리어는 역방향 바이어스된 접합의 내부 전기장에 의해 분리되어, 입사광의 강도에 비례하는 광전류를 생성합니다. 투명 플라스틱 패키지는 렌즈 및 창 역할을 하여 섬세한 반도체 칩을 보호하면서 940nm 적외선 복사의 효율적인 통과를 허용합니다.

12. 기술 동향 및 발전

감지를 위한 광전자 분야에서, 이와 같은 부품과 관련된 몇 가지 동향이 있습니다.소형화를 향한 지속적인 추진이 있으며, 자동화 조립을 위해 스루홀 타입보다 표면 실장 장치(SMD) 패키지가 더 보편화되고 있습니다.더 높은 통합은 또 다른 동향으로, 발광기, 검출기 및 신호 조정 회로(증폭기, 비교기)가 단일 모듈로 결합되어 최종 사용자 설계를 단순화합니다.향상된 신호 대 잡음비와 주변광 제거에 대한 수요는 특정 파장대 사용 및 패키지에 통합된 고급 광학 필터링의 사용을 촉진하고 있습니다. 더 나아가, 사물인터넷(IoT) 및 웨어러블 장치 응용 분야는 적절한 감지 범위와 신뢰성을 유지하면서더 낮은 전력 소비를 가진 부품에 대한 필요성을 주도하고 있습니다. 이 특정 부품은 성숙하고 비용 효율적인 솔루션을 나타내지만, 새로운 설계는 종종 이러한 진화하는 요구사항을 통합합니다.