적외선 발광 및 수신 소자 LTE-S9711-J 데이터시트 - 사이드 뷰 패키지 - 피크 파장 940nm - 순방향 전압 1.2V - 방사 강도 3.0mW/sr - 기술 문서

1. 제품 개요

LTE-S9711-J는 신뢰할 수 있는 적외선 발광 및 수신이 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 개별 적외선 소자입니다. 이는 광전자 소자의 광범위한 제품 라인에 속합니다. 이 소자의 주요 기능은 피크 파장 940 나노미터에서 적외선을 발광하거나 수신하는 것입니다. 사이드 뷰 렌즈 설계로 넓은 시야각을 제공하여 광축이 장착 표면과 평행한 애플리케이션에 적합합니다. 이 소자는 투명 플라스틱으로 제작되었으며 현대 자동화 조립 공정과 호환되도록 설계되었습니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

LTE-S9711-J는 설계자에게 몇 가지 주요 장점을 제공합니다. RoHS 및 친환경 제품 표준을 충족하여 환경 규정을 준수합니다. 패키지는 13인치 직경 릴에 8mm 테이프로 공급되어 고속 자동 실장 장비와 완벽하게 호환됩니다. 이 호환성은 대량 생산을 위한 제조 공정을 크게 간소화합니다. 또한, 이 소자는 적외선 리플로우 솔더링 공정에 적합하도록 등급이 매겨져 있어 표준 표면 실장 기술(SMT) 조립 라인과 일치합니다. 주요 목표 시장에는 리모컨 기능을 위한 소비자 가전, IR 무선 데이터 전송을 위한 산업용 애플리케이션, 경보 및 감지 기능을 위한 보안 시스템이 포함됩니다. 사이드 뷰 패키지는 상단 발광 소자가 맞지 않는 공간 제약이 있는 설계에서 특히 유리합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션은 LTE-S9711-J의 절대 최대 정격 및 전기/광학 특성표에 정의된 전기적, 광학적, 열적 특성에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 동작 조건이 아닙니다. LTE-S9711-J의 경우, 주변 온도(TA) 25°C에서 최대 소비 전력은 100mW입니다. 이 정격은 애플리케이션 회로의 열 설계를 결정합니다. 소자는 1 암페어의 높은 피크 순방향 전류를 처리할 수 있지만, 특정 펄스 조건(펄스 폭 10 마이크로초, 펄스 반복률 초당 300 펄스)에서만 가능합니다. 연속 DC 순방향 전류 정격은 보수적인 50mA입니다. 역방향 전압 정격은 5볼트로, 소자가 역방향 바이어스에 대한 내성이 매우 낮으며 그러한 동작을 위해 설계되지 않았음을 나타냅니다. 동작 온도 범위는 -40°C에서 +85°C이며, 저장 범위는 -55°C에서 +100°C로, 상업용 전자 소자의 표준입니다. 이 소자는 최대 10초 동안 260°C의 피크 온도로 적외선 리플로우 솔더링을 견딜 수 있습니다.

2.2 전기 및 광학 특성

The typical operating parameters are specified at TA=25°C. The key optical parameter is the Radiant Intensity (I_E)이며, 순방향 전류(I_F) 20mA로 구동될 때 최소값이 3.0 mW/sr입니다. 이 파라미터는 나중에 상세히 설명하는 바와 같이 빈으로 분류됩니다. 피크 발광 파장(λ_Peak)은 일반적으로 940nm로, 근적외선 스펙트럼에 속하며 인간의 눈에는 보이지 않습니다. 스펙트럼 대역폭(Δλ) 또는 반치폭은 일반적으로 50nm로, 피크 주변의 발광 파장의 확산을 설명합니다. 전기적으로, 순방향 전압(V_F)은 I_F=20mA에서 일반적으로 1.2V, 최대 1.5V입니다. 역방향 전류(I_R)는 매우 낮으며, 역방향 전압(V_R) 5V에서 최대 10μA입니다. 시야각(2θ_1/2)은 일반적으로 45도이며, 여기서 θ_1/2는 방사 강도가 축상 값의 절반으로 떨어지는 각도입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

LTE-S9711-J는 생산 배치 내 일관성을 보장하고 다양한 성능 수준에 대한 옵션을 제공하기 위해 방사 강도에 대한 빈닝 시스템을 사용합니다. 빈 코드는 부품 번호(예: LTE-S9711-J의 "J")에 표시됩니다. 사용 가능한 빈은 다음과 같습니다:

• 빈 J:I_F=20mA에서 방사 강도 3.0 mW/sr (최소) ~ 4.5 mW/sr (최대).
• 빈 K:I_F=20mA에서 방사 강도 4.0 mW/sr (최소) ~ 6.0 mW/sr (최대).
• 빈 L:I_F=20mA에서 방사 강도 최소 5.0 mW/sr (제공된 데이터에 상한 미지정).

이 시스템을 통해 설계자는 특정 광 출력 요구 사항을 충족하면서 성능과 비용을 균형 있게 조절할 수 있는 소자를 선택할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 비표준 조건에서 소자 동작을 이해하는 데 중요한 여러 일반적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다.

4.1 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 곡선(그림 1)은 파장의 함수로서 상대 방사 강도를 보여줍니다. 이는 940nm에서의 피크와 약 50nm의 스펙트럼 반치폭을 확인시켜 줍니다. 이 곡선은 특정 파장에 민감한 애플리케이션이나 검출기의 스펙트럼 응답과 매칭할 때 중요합니다.

4.2 순방향 전류 대 순방향 전압 및 주변 온도

그림 2와 그림 3은 다른 주변 온도에서 순방향 전류(I_F)와 순방향 전압(V_F) 사이의 관계를 보여줍니다. 이 곡선들은 V_F가 음의 온도 계수를 가짐을 보여줍니다; 주어진 전류에 대해 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이는 반도체 다이오드의 일반적인 동작입니다. 이를 이해하는 것은 특히 넓은 온도 범위에서 안정적인 구동 회로를 설계하는 데 중요합니다.

4.3 상대 방사 강도 대 순방향 전류 및 온도

그림 4와 그림 5는 광 출력 전력(I_F=20mA에서의 값에 상대적)이 순방향 전류와 주변 온도에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. 출력은 전류와 함께 증가하지만 더 높은 전류에서 열 효과로 인해 비선형 관계를 나타낼 수 있습니다. 그림 4는 특히 주변 온도가 상승함에 따라 출력 전력이 감소함을 보여주며, 이는 고온 애플리케이션에서 중요한 디레이팅 요소입니다.

4.4 방사 다이어그램

방사 다이어그램(그림 6)은 발광된 적외선의 공간적 분포를 묘사하는 극좌표 그래프입니다. 일반적인 45도 시야각(2θ_1/2)이 여기서 시각적으로 확인됩니다. 이 다이어그램은 광학 설계에 필수적이며, 발광기를 검출기와 정렬하거나 IR 신호의 커버리지 영역을 이해하는 데 도움이 됩니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 외형 치수 및 극성

이 소자는 표준 사이드 뷰, 표면 실장 패키지를 특징으로 합니다. 외형 도면은 본체 크기, 리드 간격, 렌즈 위치를 포함한 모든 중요한 치수를 제공합니다. 캐소드는 일반적으로 패키지 본체의 노치나 평평한 부분과 같은 시각적 마커로 식별되며, 도면 노트에 표시된 바와 같습니다. 패키지 높이, 너비, 깊이는 최종 조립에서 적절한 간격을 보장하기 위해 지정됩니다.

5.2 권장 솔더링 패드 레이아웃

신뢰할 수 있는 솔더 접합과 리플로우 중 적절한 기계적 정렬을 보장하기 위해 제안된 랜드 패턴(솔더링 패드 치수)이 제공됩니다. 이러한 권장 사항을 준수하면 툼스토닝(소자가 세워짐)을 방지하고 인쇄 회로 기판(PCB)에 대한 양호한 열 및 전기적 연결을 보장하는 데 도움이 됩니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

적절한 처리는 표면 실장 소자의 신뢰성에 매우 중요합니다.

6.1 습기 민감도 및 저장

LTE-S9711-J는 습기 민감도 레벨 3(MSL 3)으로 등급이 매겨져 있습니다. 이는 패키지된 소자가 솔더링 전에 최대 168시간(1주일) 동안 공장 환경(≤30°C/60% RH)에 노출될 수 있으며, 리플로우 중 습기 유발 손상(팝콘 현상)의 위험이 없음을 의미합니다. 원래의 방습 백이 열린 경우, 이 1주일 이내에 IR 리플로우 공정을 완료하는 것이 좋습니다. 원래 포장 외부에서 더 오래 저장하려면 소자를 건조 캐비닛이나 건제가 들어 있는 밀봉 용기에 보관해야 합니다. 노출 시간이 1주일을 초과하는 경우, 흡수된 수분을 제거하기 위해 조립 전에 베이킹 절차(약 60°C에서 최소 20시간)가 필요합니다.

6.2 리플로우 솔더링 프로파일

이 소자는 적외선 리플로우 솔더링과 호환됩니다. 권장 프로파일은 JEDEC 표준을 따릅니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다: 150°C에서 200°C까지의 예열 구역 최대 120초, 최대 10초 동안 최대 본체 온도 260°C를 초과하지 않음. 이 소자는 이러한 조건에서 최대 두 번의 리플로우 사이클을 견딜 수 있습니다. 인두로 수동 솔더링하는 경우, 팁 온도는 300°C를 초과하지 않아야 하며, 접촉 시간은 솔더 접합당 3초로 제한해야 합니다. 솔더 페이스트 제조업체의 사양을 이 지침과 함께 따르는 것이 중요합니다.

6.3 세척

솔더링 후 세척이 필요한 경우, 이소프로필 알코올과 같은 알코올 기반 용매만 사용해야 합니다. 강력하거나 공격적인 화학 세척제는 플라스틱 패키지나 렌즈를 손상시킬 수 있습니다.

7. 포장 및 주문 정보

LTE-S9711-J의 표준 포장은 8mm 너비의 엠보싱 캐리어 테이프에 있습니다. 테이프는 13인치(330mm) 직경 릴에 감겨 있습니다. 각 릴에는 약 9,000개의 소자가 들어 있습니다. 포장 사양은 ANSI/EIA 481-1-A-1994를 준수합니다. 테이프에는 소자를 보호하기 위한 커버 실이 있으며, 릴당 연속으로 두 개의 누락된 소자(빈 포켓)로 제한됩니다. 원하는 방사 강도 성능을 받으려면 주문 시 빈 코드(예: LTE-S9711-J, LTE-S9711-K)를 포함한 부품 번호를 지정해야 합니다.

8. 애플리케이션 노트 및 설계 고려 사항

8.1 일반적인 애플리케이션 회로

적외선 발광기로서 LTE-S9711-J는 전류 구동 소자입니다. 원하는 순방향 전류(I_F)를 설정하고, 특히 배터리나 레귤레이터와 같은 전압원에서 전원을 공급받을 때 LED를 과도한 전류로부터 보호하기 위해 직렬 전류 제한 저항이 필수적입니다. 저항 값은 옴의 법칙을 사용하여 계산됩니다: R = (V_supply- V_F) / I_F. 20mA에서 일반적인 V_F 1.2V를 사용하면, 5V 공급 전압은 약 (5V - 1.2V) / 0.02A = 190 옴의 저항이 필요합니다. 표준 200 옴 저항이 적합할 것입니다. 펄스 동작(예: 리모컨 코드)의 경우, 구동 회로는 피크 전류가 1A 정격을 초과하지 않고 10μs 펄스 폭과 300pps 듀티 사이클 제한을 준수하도록 해야 합니다.

8.2 신뢰할 수 있는 동작을 위한 설계 고려 사항

열 관리:패키지가 작지만 100mW의 소비 전력 한계를 준수해야 합니다. 최대 DC 전류 50mA와 일반적인 V_F 1.2V에서 소비 전력은 60mW로 한계 내에 있습니다. 그러나 높은 주변 온도나 밀폐된 공간에서는 유효 전력 정격이 감소합니다. 충분한 PCB 구리 면적(열 릴리프 패드)은 열을 발산하는 데 도움이 될 수 있습니다.
광학 정렬:사이드 뷰 렌즈는 IR 빔이 수신기, 반사기 또는 목표 영역으로 올바르게 향하도록 하기 위해 신중한 PCB 레이아웃이 필요합니다. 방사 다이어그램을 참조해야 합니다.
전기적 노이즈:감지 애플리케이션에서 유사한 소자의 검출기 측은 주변광 노이즈에 취약할 수 있습니다. 변조된 IR 신호와 해당하는 복조 수신기 회로를 사용하는 것은 신호 대 잡음비와 주변광 간섭에 대한 내성을 향상시키는 일반적인 기술입니다.

9. 기술 비교 및 차별화

LTE-S9711-J는 주로 사이드 뷰 패키지를 통해 차별화되며, 이는 탑 뷰 IR LED보다 덜 일반적입니다. 이는 PCB가 수직으로 장착되거나 IR 경로가 보드 표면과 평행한 애플리케이션에 독특하게 적합하게 만듭니다. 940nm 파장은 소비자 리모컨의 표준으로, 실리콘 광검출기 감도와 낮은 가시광 발광 사이의 좋은 균형을 제공합니다. 감시에 때때로 사용되는 850nm 발광기와 비교할 때 940nm는 완전히 보이지 않습니다. 성능 빈(J, K, L)의 가용성은 광 출력 선택에 유연성을 제공하며, 이는 단일 고정 출력 사양을 가진 소자에 비해 장점이 될 수 있습니다.

10. 자주 묻는 질문(FAQ)

Q: 이 소자가 발광기와 검출기로서의 차이점은 무엇입니까?
A: LTE-S9711-J 부품 번호는 적외선 발광기(IR LED)가 될 수 있는 소자를 나타냅니다. 검출을 위한 포토다이오드나 포토트랜지스터는 다른 부품 번호를 가질 것이지만, 유사한 패키지를 공유할 수 있습니다. 제공된 데이터시트는 발광기 특성에 초점을 맞추고 있습니다.
Q: 마이크로컨트롤러 핀에서 이 LED를 직접 구동할 수 있습니까?
A: 대부분의 마이크로컨트롤러 GPIO 핀은 제한된 전류 공급/싱크 능력(종종 20-40mA)을 가지고 있습니다. 20mA에서는 가능할 수 있지만, 일반적으로 더 안전하며 마이크로컨트롤러에 의해 구동되는 스위치로 트랜지스터(예: NPN 또는 MOSFET)를 사용하여 LED 전류를 제어하는 것이 권장됩니다, 특히 펄스 또는 더 높은 전류 동작의 경우.
Q: 시야각이 왜 중요합니까?
A: 시야각은 IR 빔의 공간적 커버리지를 결정합니다. 넓은 각도(45°와 같은)는 정렬이 중요하지 않은 근접 센서나 단거리 데이터 링크와 같이 넓은 커버리지가 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 좁은 각도는 더 먼 거리나 지향성 통신을 위해 더 집중된 강도를 제공할 것입니다.
Q: 올바른 빈 코드를 어떻게 선택합니까?
A: 애플리케이션에 필요한 최소 방사 강도를 기준으로 빈을 선택하십시오. 빈 J(3.0-4.5 mW/sr)는 기본 수준입니다. 설계가 더 먼 거리나 더 높은 손실을 극복하기 위해 더 많은 광 출력이 필요한 경우, 빈 K 또는 빈 L을 선택하십시오. 전력 소비와 잠재적 비용과의 절충을 고려하십시오.

11. 실용적인 애플리케이션 예시

시나리오: 간단한 물체 감지 센서 설계.
일반적인 설계는 IR 발광기와 별도의 포토트랜지스터 검출기를 나란히 배치합니다. 물체가 가까이 오면 발광된 IR 빛을 검출기로 반사합니다. LTE-S9711-J를 발광기로 사용하는 이 설정의 경우:
1. 사이드 뷰 패키지를 사용하면 발광기와 검출기가 모두 PCB에 평평하게 장착되어 보드와 평행한 같은 방향을 향할 수 있습니다.
2. 발광기는 전력을 절약하고 동기 감지를 가능하게 하기 위해 전류 제한 저항을 통해 펄스 전류(예: 1kHz에서 20mA 펄스)로 구동됩니다.
3. 940nm 파장은 보이지 않으며 대부분의 포토트랜지스터가 이에 민감하기 때문에 이상적입니다.
4. 발광기의 일반적인 45° 시야각은 합리적인 감지 영역을 제공합니다. 발광기와 검출기 사이의 간격과 잠재적인 배플은 감지 범위를 설정하고 직접적인 크로스토크를 피하도록 조정됩니다.
5. 수신기 회로는 포토트랜지스터의 신호를 증폭하고 필터링하여 물체에 의해 반사된 변조된 1kHz 성분을 찾습니다. 이 변조는 일정한 주변광(햇빛이나 실내 조명과 같은)을 제거하는 데 도움이 됩니다.

12. 동작 원리

LTE-S9711-J는 적외선 발광기로 기능할 때 발광 다이오드(LED)입니다. 그 핵심은 갈륨 비소(GaAs)와 같은 재료로 만들어진 반도체 칩입니다. 순방향 전압이 인가되면 전자와 정공이 반도체의 활성 영역에서 재결합하여 광자(빛 입자) 형태로 에너지를 방출합니다. 특정 재료 구성(예: GaAs)은 밴드갭 에너지를 결정하며, 이는 직접적으로 발광되는 빛의 파장을 정의합니다—이 경우 약 940nm로 적외선 스펙트럼에 있습니다. 사이드 뷰 렌즈는 이 파장에 투명한 투명 에폭시로 만들어졌으며 발광된 빛의 방사 패턴을 형성하도록 성형되었습니다.

13. 기술 동향

개별 적외선 소자 분야는 계속 발전하고 있습니다. 동향에는 동일한 패키지 크기에서 더 높은 방사 강도와 효율을 가진 소자 개발이 포함되어 더 먼 거리나 더 낮은 전력 소비를 가능하게 합니다. 또한 IrDA나 광학 감지와 같은 애플리케이션에서 더 빠른 데이터 전송을 위한 고속 변조 능력 향상에 대한 추진이 있습니다. 통합은 또 다른 동향으로, 단일 패키지에 결합된 발광기-검출기 쌍이 단순화된 센서 설계를 위해 더 일반화되고 있습니다. 더 나아가, 패키징 재료와 공정의 발전은 열 성능을 개선하여 더 높은 구동 전류와 신뢰성을 허용하는 것을 목표로 합니다. 소형화에 대한 수요는 지속되며, 광학 성능을 유지하거나 개선하면서 더 작은 패키지 풋프린트 개발을 주도하고 있습니다.