IR Emitter LTE-2871 데이터시트 - T-1 3/4 패키지 - 순방향 전압 1.6V - 피크 파장 940nm

1. 제품 개요

본 문서는 고성능 적외선(IR) 발광 소자에 대한 완전한 기술 사양을 제공합니다. 이 장치는 협각 시야각 내에서 높은 복사 강도를 제공하도록 설계되어, 지향성 적외선 조명이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 핵심 장점은 비용 효율적인 설계와 고강도 출력을 위한 특화된 성능 특성이 결합된 것입니다. 주요 타겟 시장은 신뢰할 수 있고 집중된 적외선 광이 필수적인 산업 자동화, 센싱 시스템, 근접 감지 및 광통신 링크를 포함합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

모든 정격은 주변 온도(T_A) 25°C에서 지정됩니다. 이 한계를 초과하면 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있습니다.

• 전력 소산:90 mW
• 피크 순방향 전류:1 A (펄스 조건: 300 pps, 10 μs 펄스 폭)
• 연속 순방향 전류(I_F):60 mA
• 역방향 전압(V_R):5 V
• 동작 온도 범위:-40°C ~ +85°C
• 보관 온도 범위:-55°C ~ +100°C
• 리드 납땜 온도:260°C, 5초 (패키지 본체에서 1.6mm 거리 측정)

2.2 전기 및 광학 특성

주요 성능 파라미터는 T_A=25°C, 표준 테스트 전류 I_F= 20 mA에서 측정되며, 별도로 명시되지 않는 한 이 조건을 따릅니다.

• 순방향 전압(V_F):전형값 1.6 V, 최대값 1.6 V (I_F=20mA). 이 파라미터는 발광기가 동작할 때 걸리는 전압 강하를 정의합니다.
• 역방향 전류(I_R):최대 100 μA (V_R=5V). 이는 장치가 역방향 바이어스되었을 때의 누설 전류를 나타냅니다.
• 피크 발광 파장(λ_피크):940 nm. 이는 발광기가 최대 광 출력을 방사하는 파장으로, 근적외선 스펙트럼에 위치합니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ):50 nm. 이는 방출된 빛의 대역폭을 지정하며, 스펙트럼 분포 곡선의 반치폭(FWHM)으로 측정됩니다.
• 시야각(2θ_1/2):16도. 이 협각 빔 각도는 장치의 집중된 출력을 확인시켜 주며, 복사 강도가 피크 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도로 정의됩니다.

3. 빈닝 시스템 설명

이 소자는 복사 출력에 따라 성능 빈으로 분류됩니다. 이를 통해 필요한 강도 수준에 따라 선택할 수 있습니다. 주요 빈닝 파라미터는 개구 복사 조도(E_e, 단위: mW/cm²)와 복사 강도(I_E, 단위: mW/sr)이며, 둘 다 I_F=20mA에서 측정됩니다.

• 빈 A: E_e: 0.44 - 0.96 mW/cm²; I_E: 3.31 - 7.22 mW/sr.
• 빈 B: E_e: 0.64 - 1.20 mW/cm²; I_E: 4.81 - 9.02 mW/sr.
• 빈 C: E_e: 0.80 - 1.68 mW/cm²; I_E: 6.02 - 12.63 mW/sr.
• 빈 D: E_e: 1.12 mW/cm² (최소); I_E: 8.42 mW/sr (최소). 이는 가장 높은 출력 빈을 나타냅니다.

설계자는 검출기 시스템의 응용 분야 감도 요구사항을 충족시키기 위해 필요한 광 출력을 보장하도록 필요한 빈 코드를 지정해야 합니다.

4. 성능 곡선 분석

이 데이터시트에는 다양한 조건에서의 장치 동작을 나타내는 여러 그래픽 표현이 포함되어 있습니다.

4.1 스펙트럼 분포

스펙트럼 출력 곡선(그림 1)은 정의된 50nm 반폭으로 940nm 피크 파장을 중심으로 날카롭게 집중되어 있습니다. 이 특성은 이 영역에서 최대 감도를 갖는 실리콘 광검출기와의 매칭 및 주변광을 차단하는 광학 필터와의 호환성을 보장하는 데 중요합니다.

4.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

I-V 특성 곡선(그림 3)은 반도체 다이오드의 전형적인 지수 관계를 보여줍니다. 20mA에서 지정된 순방향 전압 1.6V(최대)는 전류 제한 구동 회로 설계에 필요한 데이터를 제공합니다. 이 곡선은 다양한 동작 전류에서 전력 소산(V_F* I_F)을 계산하는 데 도움이 됩니다.

4.3 상대 복사 강도 대 순방향 전류

이 곡선(그림 5)은 광 출력이 구동 전류에 따라 어떻게 비례하는지 설명합니다. 이는 상당한 범위에서 일반적으로 선형이지만, 매우 높은 전류에서는 포화 또는 효율 저하가 나타날 수 있습니다. 이 데이터는 절대 최대 정격을 초과하지 않으면서 원하는 광 출력을 달성하기 위한 동작점을 결정하는 데 필수적입니다.

4.4 온도 의존성

두 개의 곡선이 열 성능을 상세히 설명합니다. 그림 2는 주변 온도가 25°C 이상으로 증가함에 따라 최대 허용 순방향 전류가 어떻게 감소하는지 보여주며, 이는 신뢰성에 대한 중요한 고려사항입니다. 그림 4는 주변 온도의 함수로서 상대 복사 강도를 나타내며, 온도 상승에 따른 출력 효율의 전형적인 감소를 보여줍니다. 이는 정밀 센싱 응용 분야에서 보상되어야 합니다.

4.5 방사 패턴

극좌표 방사 다이어그램(그림 6)은 16도의 협각 시야각을 시각적으로 확인시켜 줍니다. 이 패턴은 방출된 적외선의 공간 분포를 보여주며, 광학 정렬 설계 및 조명 스팟 크기가 응용 분야의 요구사항을 충족하는지 확인하는 데 중요합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 유형 및 치수

이 장치는 개조된 T-1 3/4 (5mm) 스루홀 패키지를 사용합니다. 도면의 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 밀리미터 단위입니다(괄호 안은 인치).
• 특정 특징이 다른 공차를 요구하지 않는 한, 표준 공차는 ±0.25mm (±0.010")입니다.
• 패키지 플랜지 아래 수지의 최대 돌출은 1.0mm (0.039")입니다.
• 리드 간격은 리드가 패키지 본체를 빠져나가는 지점에서 측정되며, 이는 PCB 풋프린트 설계에 중요합니다.

이 패키지는 표준 웨이브 납땜 또는 핸드 납땜 공정을 위해 설계되었습니다.

5.2 극성 식별

스루홀 패키지의 경우, 극성은 일반적으로 패키지 림의 평평한 부분이나 길이가 다른 리드(더 긴 리드가 일반적으로 애노드)로 표시됩니다. 정확한 표시 방식은 데이터시트의 치수 도면을 참조해야 합니다. 5V 한계를 초과하는 역방향 바이어스 적용을 방지하려면 올바른 극성이 필수적입니다.

6. 납땜 및 조집 지침

반도체 다이와 에폭시 렌즈에 대한 열 손상을 방지하려면 납땜 프로파일을 엄격히 준수해야 합니다.

• 납땜 온도:리드는 최대 5초 동안 260°C의 온도를 견딜 수 있습니다. 이 측정은 패키지 본체에서 1.6mm (0.063") 떨어진 곳에서 이루어집니다.
• 공정 권장사항:웨이브 납땜의 경우, 예열, 유지 및 냉각 단계가 있는 표준 프로파일이 적용 가능합니다. 리드-본체 접합부에서 260°C/5초 한계를 초과해서는 안 됩니다.
• 세척:세척이 필요한 경우, 패키지 에폭시 재료와 호환되는 용매를 사용하여 렌즈의 흐림이나 균열을 피해야 합니다.
• 보관 조건:장치는 지정된 보관 범위(-55°C ~ +100°C) 내의 온도와 낮은 습도 환경에서 원래의 방습 백에 보관되어 리드 산화를 방지해야 합니다.

7. 응용 권장사항

7.1 대표적인 응용 시나리오

높은 강도와 협각 빔의 조합으로 인해 이 발광기는 다음과 같은 분야에 이상적입니다:

• 근접 및 존재 감지:자동 수도꼭지, 비누 디스펜서, 핸드 드라이어 및 점유 감지에 사용됩니다.
• 산업용 광학 센서:제조 라인에서의 물체 계수, 에지 감지 및 위치 감지.
• 광학 배리어 및 인터럽터:보안 시스템 또는 기계 안전 커튼에서 물체 감지를 위한 집중된 빔을 생성합니다.
• 단거리 데이터 링크:지향성 빛이 간섭과 전력 소비를 줄이는 적외선 데이터 전송(IrDA).
• 야간 투시 조명:IR 감지 센서가 장착된 CCTV 카메라용 무광원.

7.2 설계 고려사항

• 구동 회로:I_F를 설정하기 위해 LED와 직렬로 연결된 정전류원 또는 전류 제한 저항이 필수적입니다. 안전한 설계를 위해 최대 V_공급를 사용하여 R = (V_F) / I_F 공식으로 저항 값을 계산하십시오._F를 사용합니다.
• 열 관리:전력 소산은 낮지만, 높은 주변 온도 또는 최대 연속 전류 근처에서 동작할 때는 감액 곡선에 주의해야 합니다. PCB에 적절한 환기를 보장하십시오.
• 광학 정렬:협각 빔은 페어링된 광검출기 또는 타겟 영역과의 정밀한 기계적 정렬을 필요로 합니다. 광학 설계에는 방사 패턴 다이어그램을 사용하십시오.
• 전기적 보호:최대 역방향 전압이 5V에 불과하므로, 역방향 전압 연결 및 공급 라인의 전압 서지에 대한 보호를 포함시켜야 합니다.
• 빈 선택:수신기의 감도와 응용 분야에 필요한 신호 대 잡음비를 기반으로 적절한 출력 빈(A~D)을 선택하십시오. 더 높은 빈은 더 많은 광 출력을 제공하지만 비용에 영향을 미칠 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 비집중 IR 발광기와 비교하여, 이 장치는 다음과 같은 뚜렷한 장점을 제공합니다:

• 협각 빔에서 더 높은 복사 강도:표준 발광기는 종종 30° 이상의 시야각을 가져 빛을 더 넓은 영역에 분산시킵니다. 이 소자는 출력을 16° 빔에 집중시켜 온축에서 더 높은 강도를 제공하며, 이는 더 긴 감지 거리 또는 동일한 수신 신호에 대해 더 낮은 구동 전류 요구사항으로 이어집니다.
• 센싱에 최적화:협각 빔은 다중 센서 어레이에서 광학 크로스토크 가능성을 줄이고 의도하지 않은 표면의 반사를 최소화하여 시스템 정확도와 신뢰성을 향상시킵니다.
• 비용 효율적인 성능:이 장치는 종종 더 비싼 렌즈 패키지와 관련된 집중 빔 특성을 제공하지만, 표준 저비용 T-1 3/4 형식으로 제공됩니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q1: 개구 복사 조도(E_e)와 복사 강도(I_E)의 차이점은 무엇입니까?

A1: 복사 강도(I_E, 단위: mW/sr)는 단위 입체각당 방출되는 광 출력의 척도로, 빔의 "집중도"를 설명합니다. 개구 복사 조도(E_e, 단위: mW/cm²)는 특정 거리에서 (검출기와 같은) 표면에 입사하는 전력 밀도로, 강도와 거리 모두에 의존합니다. I_E는 발광기의 고유 특성입니다; E_e는 시스템 기하학에 의존합니다.

Q2: 3.3V 공급 전압으로 이 발광기를 구동할 수 있습니까?

A2: 일반적으로 가능합니다. 20mA에서 전형적인 V_F가 1.6V이므로, 직렬 저항을 사용하여 나머지 전압(3.3V - 1.6V = 1.7V)을 강하시킬 수 있습니다. 저항 값은 R = 1.7V / 0.02A = 85 옴이 됩니다. 표준 82 또는 100 옴 저항이 적합하며, 실제 전류를 다시 계산해야 합니다.

Q3: 피크 파장이 850nm가 아닌 940nm인 이유는 무엇입니까?

A3: 940nm는 850nm에 비해 인간의 눈에 덜 보입니다(더 희미한 빨간색 또는 보이지 않음), 이는 은밀한 조명에 더 적합합니다. 두 파장 모두 실리콘 광다이오드에 의해 효율적으로 검출되지만, 감도는 850nm에서 약간 더 높습니다. 선택은 가시성 대 최대 검출기 응답의 필요성에 따라 달라집니다.

Q4: 빈닝 코드(A, B, C, D)를 어떻게 해석해야 합니까?

A4: 빈은 공장에서 측정된 광 출력에 따라 분류된 그룹을 나타냅니다. 빈 D는 보장된 최소 출력이 가장 높고, 빈 A는 가장 낮습니다. 수신기 회로가 모든 조건(온도 영향 및 노화 포함)에서 안정적으로 작동하는 데 필요한 최소 광 출력을 기반으로 빈을 선택하십시오.

10. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 프린터용 종이 시트 카운터 설계.

발광기와 포토트랜지스터는 종이 경로의 반대편에 배치됩니다. LTE-2871의 협각 16° 빔이 중요합니다. 이는 빛이 간격을 가로질러 검출기에 직접 집중되도록 보장하여, 프린터 내부 기계 장치로 인한 산란 및 반사를 최소화하여 오작동 카운트를 방지합니다. 렌즈에 약간의 종이 먼지가 쌓이더라도 강한 신호를 제공하기 위해 빈 C 또는 D 발광기가 선택될 것입니다. 구동 회로는 20-40mA의 정전류를 사용하며, 수신 회로는 종이 한 장이 집중된 빔을 차단할 때 신호의 뚜렷한 감지를 감지하도록 설계됩니다. 주변 온도가 50-60°C에 도달할 수 있는 프린터 내부에서 안정적인 동작을 보장하기 위해 온도 감액 곡선을 참조해야 합니다.

11. 동작 원리 소개

적외선 발광기는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 바이어스(애노드에 양의 전압이 인가됨)되면, 전자와 정공이 반도체 재료(일반적으로 알루미늄 갈륨 비소 - AlGaAs 기반)의 활성 영역에서 재결합합니다. 이 재결합 과정은 광자(빛 입자) 형태로 에너지를 방출합니다. 반도체 층의 특정 구성은 방출된 광자의 파장을 결정합니다; 이 장치의 경우 940nm로 설계되어 근적외선 범위에 있습니다. 개조된 패키지는 방출된 빛을 지정된 협각 빔 패턴으로 형성하는 에폭시 렌즈를 포함하여, 지향성 응용 분야를 위해 출력을 평행하게 만듭니다.

12. 기술 동향

적외선 발광기 분야에서 일반적인 동향은 효율 증가(전기 입력 와트당 더 많은 광 출력), 데이터 통신을 위한 더 높은 동작 속도 가능, 자동화 조립을 위한 표면 실장 장치(SMD) 패키지 개발에 초점을 맞추고 있습니다. 또한 특정 센싱 응용 분야(예: 가스 센싱)를 위한 파장 옵션 확장 및 발광기를 드라이버 및 제어 논리와 통합하여 스마트 모듈로 만드는 작업도 진행 중입니다. 반도체 재료의 전계발광 기본 원리는 이 기술의 기초로 남아 있습니다.