적외선 LED 0402 SMD 데이터시트 - 크기 1.0x0.5x0.5mm - 순방향 전압 1.5V - 피크 파장 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 고신뢰성 초소형 표면 실장 적외선 발광 다이오드의 사양을 상세히 설명합니다. 이 소자는 컴팩트한 0402 패키지에 수지로 성형되어 있으며, 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터와 스펙트럼 매칭이 되어 있어 센싱 애플리케이션에 이상적입니다.

1.1 핵심 장점

• 고신뢰성:까다로운 애플리케이션에서도 일관된 성능을 발휘하도록 설계되었습니다.
• 초소형 크기:양단형 0402 패키지는 고밀도 PCB 장착을 가능하게 합니다.
• 공정 호환성:적외선 리플로우 솔더링 및 기상 리플로우 솔더링 공정 모두에 적합합니다.
• 환경 규정 준수:본 제품은 무연(Pb-free)이며, RoHS 규정을 준수하고, EU REACH 규정을 준수하며, 할로겐 프리 기준(Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm)을 충족합니다.

1.2 주요 적용 분야

• PCB 장착형 적외선 센서
• 고출력이 필요한 적외선 리모컨 유닛
• 광학 스캐너
• 다양한 적외선 응용 시스템

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

파라미터	기호	정격	단위	비고
연속 순방향 전류	IF	50	mA
역방향 전압	VR	5	V
동작 온도	Topr	-40 ~ +100	°C
보관 온도	Tstg	-40 ~ +100	°C
솔더링 온도	Tsol	260	°C	솔더링 시간 ≤ 5초.
소비 전력 (Ta=25°C)	Pd	100	mW

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이는 표준 테스트 조건(별도 명시 없는 한 IF=20mA)에서 측정된 일반적인 성능 파라미터입니다.

파라미터	기호	Min.	Typ.	Max.	단위	조건
복사 강도	Ie	0.5	2.35	--	mW/sr	IF=20mA
피크 파장	λp	--	940	--	nm	IF=20mA
스펙트럼 대역폭 (FWHM)	Δλ	--	45	--	nm	IF=20mA
순방향 전압	VF	--	1.5	1.9	V	IF=20mA
역방향 전류	IR	--	--	10	μA	VR=5V
시야각 (반각)	2θ1/2	--	120	--	deg	IF=20mA

3. 성능 곡선 분석

본 데이터시트는 설계 엔지니어에게 필수적인 여러 특성 곡선을 제공합니다.

3.1 순방향 전류 대 순방향 전압 (IV 곡선)

이 곡선은 순방향 전류(IF)와 순방향 전압(VF) 사이의 지수적 관계를 보여줍니다. 20mA의 일반적인 동작점에서 순방향 전압은 약 1.5V입니다. 설계자는 최대 순방향 전류를 초과하지 않도록 직렬 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 전압의 약간의 증가만으로도 전류가 크게, 파괴적으로 증가할 수 있기 때문입니다.

3.2 순방향 전류 대 주변 온도

이 디레이팅 곡선은 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류가 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 이 소자는 약 25°C까지 정격 전류 전체를 처리할 수 있습니다. 이를 초과하면 최대 접합 온도(100°C 동작 한계에서 유추됨)에서 최대 전류가 선형적으로 0으로 감소해야 합니다. 이는 고온 환경에서 장기적인 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다.

3.3 스펙트럼 분포

스펙트럼 출력 그래프는 940nm에서 피크 방출 파장과 일반적인 스펙트럼 대역폭(FWHM) 45nm를 확인시켜 줍니다. 이 파장은 이 영역에서 높은 감도를 가지는 실리콘 기반 광검출기에 거의 최적에 가까워, 센싱 애플리케이션에서 신호 대 잡음비를 극대화합니다.

3.4 상대 복사 강도 대 순방향 전류

이 곡선은 일반적인 동작 범위(약 40-50mA까지)에서 복사 출력이 순방향 전류와 거의 선형적 관계를 가짐을 보여줍니다. 이 예측 가능한 관계는 광학 시스템 설계를 단순화합니다.

3.5 상대 복사 강도 대 각도 변위

극좌표 플롯은 넓은 120도 반각으로 특징지어지는 방출 패턴을 묘사합니다. 이는 넓고 확산된 적외선 빔을 제공하여, 광범위한 영역 커버리지가 필요하거나 정렬이 중요하지 않은 근접 센싱 애플리케이션에 이상적입니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수 (0402)

본 소자는 표준 0402(인치) / 1005(미터법) 풋프린트를 따릅니다. 주요 치수는 본체 길이 약 1.0mm, 너비 0.5mm, 높이 0.5mm를 포함합니다. 단자 치수 및 간격은 PCB 랜드 패턴 설계를 위해 제공됩니다. 별도 명시되지 않는 한 모든 치수 공차는 일반적으로 ±0.1mm입니다.

4.2 극성 식별

패키지는 양단형입니다. 극성은 일반적으로 캐소드(-) 측의 표시 또는 투명 렌즈를 통해 보이는 내부 칩 구조로 표시됩니다. 정확한 표시 방식은 데이터시트 도면을 참조해야 합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 보관 및 습도 민감도

본 소자는 습도에 민감합니다. 리플로우 중 팝콘 현상이나 박리 현상을 방지하기 위해 다음 주의사항을 준수해야 합니다:

• 원래의 방습 백에 ≤30°C / ≤90% RH 조건으로 보관하십시오.
• 출하 후 1년 이내에 사용하십시오.
• 백 개봉 후에는 ≤30°C / ≤60% RH 조건으로 보관하고 168시간(7일) 이내에 사용하십시오.
• 보관 시간을 초과하거나 건조제가 습기를 나타내는 경우, 사용 전 60±5°C에서 최소 24시간 동안 베이킹하십시오.

5.2 리플로우 솔더링 프로파일

권장 무연 리플로우 온도 프로파일이 제공됩니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• 예열 및 소킹 영역.
최대 온도 상승률.
• 최대 본체 온도는 260°C를 초과하지 않아야 함.
• 액상선 온도(예: 217°C) 이상 유지 시간.
• 냉각률.

리플로우 솔더링은 2회를 초과하여 수행해서는 안 됩니다.

5.3 핸드 솔더링 및 리워크

핸드 솔더링이 필요한 경우:

• 팁 온도 <350°C의 솔더링 아이언을 사용하십시오.
• 아이언 출력을 25W 이하로 제한하십시오.
• 단자당 접촉 시간은 ≤3초이어야 합니다.
• 각 단자를 솔더링하는 사이에 최소 2초 간격을 두십시오.

리워크는 강력히 권장하지 않습니다. 불가피한 경우, 패키지에 기계적 스트레스를 피하기 위해 양쪽 단자를 동시에 가열할 수 있는 듀얼 헤드 솔더링 아이언을 사용해야 합니다. 리워크가 소자 특성에 미치는 영향은 사전에 확인해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 테이프 및 릴 사양

본 소자는 엠보싱된 캐리어 테이프에 실장되어 릴에 감겨 공급됩니다. 표준 릴은 3000개를 포함합니다. 자동 피크 앤 플레이스 머신 설정을 위한 상세한 캐리어 테이프 치수(포켓 크기, 피치, 테이프 너비) 및 릴 사양이 제공됩니다.

6.2 포장 절차

릴은 건조제와 습도 표시 카드와 함께 밀봉된 알루미늄 방습 백에 포장되어 건조 보관 조건을 유지합니다.

6.3 라벨 정보

포장 라벨에는 추적성 및 검증을 위한 중요한 정보가 포함됩니다:

• CPN (고객 부품 번호)
• P/N (제조사 부품 번호: IR16-213C/L510/TR8)
• QTY (수량)
• CAT (빈닝/등급 코드)
• HUE (피크 파장)
• LOT No. (제조 로트 번호)
• 원산지

7. 애플리케이션 설계 고려사항

7.1 구동 회로 설계

가장 중요한 설계 측면은 전류 제한입니다. LED는 전류 구동 소자입니다. 직렬 저항(R_s)은 공급 전압(V_cc), 원하는 순방향 전류(I_F), 그리고 LED의 순방향 전압(V_F)을 기반으로 계산해야 합니다: R_s= (V_cc- V_F) / I_F. 5V 공급 전압과 20mA 목표 전류의 경우: R_s≈ (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. 표준 180Ω 저항이 적합할 것입니다. 최악의 경우 V_F(최소)에서 실제 전류가 최대 정격을 초과하지 않는지 항상 확인하십시오.

7.2 열 관리

0402 패키지는 열 질량이 제한적이지만, 특히 고전류 또는 고주변 온도 애플리케이션에서는 소비 전력에 주의를 기울여야 합니다. PCB가 솔더 패드 주변에 히트싱크 역할을 할 충분한 구리 면적을 제공하는지 확인하고, 온도에 따른 전류 디레이팅 지침을 따르십시오.

7.3 광학 설계

넓은 120도 시야각은 이 LED가 광범위한 조명이 필요한 애플리케이션에 적합하게 만듭니다. 더 긴 거리 또는 더 집중된 빔을 위해서는 2차 광학 요소(렌즈)가 필요할 수 있습니다. 투명 수지 렌즈는 방출된 적외선 빛의 흡수를 최소화합니다.

8. 기술 비교 및 차별점

다른 적외선 LED와 비교하여, 이 0402 소자는 다음과 같은 핵심 균형을 제공합니다:

• 대형 패키지(예: 5mm) 대비:훨씬 작은 풋프린트와 낮은 프로파일로 소형화를 가능하게 합니다. 일반적으로 총 복사 출력은 낮지만 어레이 또는 고밀도 배치에 더 적합합니다.
• 다른 SMD IR LED(예: 0603) 대비:0402 패키지는 PCB에서 가능한 최고의 부품 밀도를 허용하며, 초소형 리모컨이나 센서와 같은 공간이 제한된 현대 전자제품에서 중요한 장점입니다.
• 비준수 소자 대비:RoHS, REACH 및 할로겐 프리 기준의 완전한 준수는 오늘날 대부분의 상업 및 산업 제품에 필수 요구사항으로, 공급망 및 최종 제품 인증을 단순화합니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

9.1 940nm 파장의 목적은 무엇인가요?

940nm는 근적외선 스펙트럼에 속합니다. 인간의 눈에는 보이지 않지만, 저렴한 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터의 최대 감도와 잘 일치합니다. 또한 가시광선 적색 LED에 비해 주변 가시광선 간섭을 덜 받아 센싱 애플리케이션에서 신호 무결성을 향상시킵니다.

9.2 전류 제한 저항이 절대적으로 필요한 이유는 무엇인가요?

LED의 I-V 특성은 지수적입니다. 무릎 전압을 넘어서면 전압의 미세한 증가가 전류의 매우 큰 증가를 초래합니다. 전류를 제어할 직렬 저항 없이 LED를 전압원(작은 배터리라도)에 직접 연결하면 거의 확실히 최대 전류 정격을 초과하여 순간적인 과열 및 고장을 일으킵니다.

9.3 데이터 전송(IR 리모컨과 같이)에 사용할 수 있나요?

네, 이것은 주요 애플리케이션입니다. 빠른 스위칭 속도(GaAlAs 재료에서 유추됨)와 고전류 펄스 호환성으로 인해 리모컨, IR 데이터 연합(IrDA) 시스템 및 광절연에서 변조된 데이터 전송에 적합합니다.

9.4 "복사 강도" 사양을 어떻게 해석하나요?

2.35 mW/sr(일반값)의 복사 강도(I_e)는 LED가 중심축을 따라 스테라디안(입체각 단위)당 2.35밀리와트의 광학 출력을 방출함을 의미합니다. 이는 적외선 소자가 주 방향에서 얼마나 "밝은지"를 측정한 것입니다. 총 복사 플럭스(mW 단위의 출력)는 강도에 빔의 입체각을 곱하여 추정할 수 있습니다.

10. 설계 및 사용 사례 예시

10.1 간단한 근접 센서

일반적인 애플리케이션은 반사 기반 근접 센서입니다. IR LED는 PCB 상의 포토트랜지스터 옆에 배치됩니다. 마이크로컨트롤러는 펄스 전류(예: 20mA 펄스)로 LED를 구동합니다. 포토트랜지스터는 물체에서 반사된 적외선 빛을 감지합니다. 감지된 신호의 강도는 물체의 거리 및 반사율과 상관관계가 있습니다. 이 LED의 넓은 시야각은 완벽하게 정렬되지 않은 물체를 감지하는 데 좋은 커버리지를 보장합니다.

11. 동작 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 바이어스가 가해지면, n 영역의 전자가 활성 영역(GaAlAs 칩)에서 p 영역의 정공과 재결합합니다. 이 재결합 과정에서 광자(빛) 형태로 에너지가 방출됩니다. 방출된 광자의 특정 파장(이 경우 940nm)은 사용된 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 투명 수지 패키지는 칩을 캡슐화하고 보호하면서 적외선 빛이 최소 손실로 통과하도록 합니다.

12. 산업 동향

광전자 공학의 동향은 모든 전자 공학과 마찬가지로 소형화, 높은 집적화 및 향상된 효율성을 향해 나아가고 있습니다. 0402 패키지는 더 작은 수동 및 능동 소자를 위한 지속적인 추진력을 나타냅니다. 향후 발전은 다음을 포함할 수 있습니다:

• 증가된 전력 밀도:점점 더 작아지는 칩의 발광 효율(전기 입력당 복사 출력) 향상.
• 통합 솔루션:IR 송신기, 드라이버 및 검출기를 단일 모듈 또는 패키지로 결합하여 설계를 단순화하고 성능을 향상시킴.
• 새로운 파장:안전한 눈 시스템이나 다른 센서 최적화와 같은 특정 애플리케이션을 위한 다른 IR 파장(예: 850nm, 1050nm)의 송신기 개발.
• 고급 패키징:고출력 초소형 소자에서 열을 관리하기 위해 더 나은 열전도성을 가진 재료 사용.