IR26-91C/L510/2D 적외선 LED 데이터시트 - 3.0x1.0mm SMD 패키지 - 940nm 파장 - 1.6V 순방향 전압 - 기술 문서

1. 제품 개요

IR26-91C/L510/2D는 초소형 표면 실장(SMD) 적외선 발광 다이오드입니다. 이 부품은 구형의 탑 뷰 렌즈가 있는 투명 플라스틱으로 성형된 컴팩트한 3.0mm x 1.0mm 패키지에 장착되어 있습니다. 이 부품의 주요 기능은 피크 파장이 940 나노미터(nm)인 적외선을 방출하는 것으로, 이는 일반적인 실리콘 포토다이오드와 포토트랜지스터의 감도와 스펙트럼적으로 일치합니다. 이로 인해 정밀한 광학 커플링이 요구되는 적외선 감지 및 통신 시스템에 이상적인 광원이 됩니다.

1.1 핵심 특징 및 장점

이 장치는 여러 가지 주요 기술 및 규정 준수 장점을 제공합니다. 주요 광학 특징은 실리콘 기반 검출기와의 최적 성능을 위해 선택된 940nm 피크 파장으로, 우수한 대기 투과율을 제공합니다. 전기적으로는 20mA에서 1.3V의 낮은 전형적인 순방향 전압을 자랑하여 에너지 효율적인 동작에 기여합니다. 이 부품은 무연(Pb-free)으로 제조되었으며, 유럽 연합의 유해 물질 제한(RoHS) 지침과 화학 물질의 등록, 평가, 승인 및 제한(REACH) 규정을 준수합니다. 또한 할로겐 프리로 분류되며, 브롬(Br)과 염소(Cl) 함량이 각각 900ppm 미만이고 그 합계가 1500ppm 미만입니다.

1.2 목표 응용 분야

이 적외선 LED는 다양한 적외선 응용 시스템에서 사용하도록 설계되었습니다. 일반적인 응용 분야로는 근접 센서, 물체 감지, 비접촉 스위치, 광학 인코더, 단거리 데이터 전송 링크 등이 있습니다. 소형 폼 팩터와 SMD 설계는 소비자 가전, 산업 자동화 및 자동차 내부 감지 모듈의 자동화 조립 공정에 적합합니다.

2. 기술 파라미터 분석

이 섹션에서는 데이터시트에 명시된 주요 전기적, 광학적 및 열적 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다. 이 등급을 이해하는 것은 신뢰할 수 있는 회로 설계와 장치의 장기 성능 보장에 매우 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이 등급은 연속 동작을 위한 것이 아닙니다. 연속 순방향 전류(I_F)는 65 mA로 정격되어 있습니다. 상당히 높은 피크 순방향 전류(I_FP) 700 mA는 허용되지만, 엄격한 펄스 조건(펄스 폭 ≤ 70 마이크로초(μs), 듀티 사이클 ≤ 0.7%)에서만 가능합니다. 최대 역전압(V_R)은 5V로, LED가 역바이어스에 대한 내성이 매우 낮음을 나타냅니다. 이 장치는 주변 온도(T_opr) -40°C ~ +85°C에서 동작하고, 저장 온도(T_stg) -40°C ~ +100°C에서 보관할 수 있습니다. 리플로우 중 최대 납땜 온도(T_sol)는 5초를 초과하지 않는 기간 동안 260°C입니다. 자유 공기 온도 25°C 이하에서의 최대 전력 소산(P_d)은 100 mW입니다. 또한 정전기 방전(ESD) 보호 기능을 갖추고 있으며, 휴먼 바디 모델(HBM) 정격은 최소 2000V, 머신 모델(MM) 정격은 최소 200V입니다.

2.2 전기-광학 특성

전기-광학 특성 표는 지정된 테스트 조건(Ta=25°C)에서의 전형적 및 최대/최소 값을 제공합니다. 입체각당 광 출력을 측정하는 방사 강도(I_e)는 순방향 전류 20mA에서 전형적으로 8.0 밀리와트/스테라디안(mW/sr)입니다. 피크 파장(λ_p)은 940nm에 중심을 두고 있습니다. 피크 강도의 절반에서 방출되는 파장 범위를 나타내는 스펙트럼 대역폭(Δλ)은 전형적으로 45nm입니다. 순방향 전압(V_F)은 20mA에서 전형적으로 1.3V에서 최대 1.6V까지의 범위를 가집니다. 역전류(I_R)는 5V 역바이어스가 인가될 때 최대 10 마이크로암페어(μA)의 값을 가집니다. 강도가 피크 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도로 정의되는 시야각은 비대칭적입니다: X축에서 약 130도, Y축에서 약 20도입니다. 이는 매우 타원형의 방사 패턴을 생성하며, 빔 형성 및 센서 정렬을 위한 중요한 설계 고려 사항입니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 조건에서 장치의 동작을 설명하는 여러 그래프가 포함되어 있습니다. 이러한 곡선은 비선형 관계를 이해하고 다양한 작동 환경을 위한 설계에 필수적입니다.

3.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 디레이팅 곡선은 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류가 어떻게 감소하는지를 보여줍니다. 25°C에서는 전체 65mA 정격을 사용할 수 있습니다. 온도가 상승하면 최대 접합 온도 및 전력 소산 한계를 초과하지 않도록 전류를 줄여야 하며, 이는 장기적인 신뢰성을 보장합니다.

3.2 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 플롯은 파장의 함수로서 광 출력을 그래픽으로 나타냅니다. 이는 940nm에서의 피크와 약 45nm의 스펙트럼 대역폭(반값 전폭 - FWHM)을 확인시켜 줍니다. 곡선은 가시광선(~700nm 미만)이 거의 방출되지 않음을 보여주며, 이는 IR 시스템에서 은밀한 동작에 바람직합니다.

3.3 방사 강도 대 순방향 전류

이 곡선은 구동 전류와 광 출력 전력 사이의 관계를 보여줍니다. 일반적으로 낮은 전류에서는 선형적이지만, 열 효과로 인해 매우 높은 전류에서는 포화 또는 효율 저하가 나타날 수 있습니다. 설계자는 이를 사용하여 검출기에서 특정 신호 레벨을 달성하는 데 필요한 구동 전류를 결정합니다.

3.4 각도 방사 패턴

X축과 Y축에 대한 별도의 플롯은 광학 중심(0°)으로부터의 각도 변위의 함수로서 상대 방사 강도를 보여줍니다. X축 패턴은 매우 넓고(~130° 반각), Y축 패턴은 훨씬 좁습니다(~20° 반각). 이 타원형 패턴은 LED를 센서와 정렬하거나 렌즈 또는 조리개와 같은 광학 요소를 설계할 때 고려해야 합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수 및 공차

이 장치는 길이 3.0mm, 너비 1.0mm, 지정된 높이의 공칭 패키지 크기를 가집니다. 패드 위치, 렌즈 모양 및 극성 표시기(일반적으로 캐소드 측의 노치 또는 점)를 포함한 상세한 치수 도면이 제공됩니다. 지정되지 않은 모든 치수는 ±0.1mm의 공차를 가집니다. 적절한 기계적 안정성과 리플로우 중 솔더 접합 형성을 보장하기 위해 사이드 뷰 장착을 위한 권장 솔더링 패드 패턴도 설명되어 있습니다.

4.2 캐리어 테이프 및 릴 패키징

자동 픽 앤 플레이스 조립을 위해 LED는 엠보싱된 캐리어 테이프에 감겨 릴로 공급됩니다. 데이터시트는 캐리어 테이프 포켓, 피치 및 릴 사양의 정확한 치수를 제공합니다. 표준 릴에는 2000개가 들어 있습니다. 이 정보는 조립 장비 피더를 올바르게 구성하는 데 매우 중요합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

적절한 취급 및 납땜은 LED 손상을 방지하고 솔더 접합의 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다.

5.1 리플로우 납땜 프로파일

이 부품은 무연(Pb-free) 리플로우 납땜 공정에 적합합니다. 일반적으로 예열, 소킹, 리플로우(피크 온도 ≤ 260°C, ≤ 5초), 냉각 단계를 포함하는 권장 온도 프로파일이 제공됩니다. 플라스틱 패키지 및 내부 와이어 본드에 가해지는 열 응력을 최소화하기 위해 리플로우 사이클 수는 3회를 초과하지 않아야 합니다.

5.2 수동 납땜 및 리워크

수동 납땜이 필요한 경우 각별한 주의가 필요합니다. 납땜 인두 팁 온도는 350°C 이하로 유지해야 하며, 단자당 접촉 시간은 3초 이내로 제한해야 합니다. 저전력 인두(≤25W) 사용을 권장합니다. 리워크의 경우, 양쪽 단자를 동시에 가열하여 솔더 접합에 기계적 응력을 피할 수 있도록 더블 헤드 납땜 인두 사용을 권장합니다. 리워크의 가능성과 영향은 사전에 평가해야 합니다.

5.3 습기 감도 및 보관

SMD 패키지는 습기에 민감합니다. 이 장치는 원래의 방습 백에 건조제와 함께 상대 습도(RH) ≤90%, 온도 ≤30°C에서 보관해야 합니다. 백을 개봉하기 전의 유통 기한은 1년입니다. 개봉 후에는 구성 요소를 RH ≤70%, 온도 ≤30°C에서 보관하고 168시간(7일) 이내에 사용해야 합니다. 이러한 조건을 초과하거나 건조제가 포화 상태를 나타내는 경우, 사용 전에 최소 24시간 동안 60 ±5°C에서 베이킹 처리를 통해 흡수된 수분을 제거하고 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지해야 합니다.

6. 응용 설계 고려 사항

6.1 구동 회로 설계

중요한 설계 참고 사항은 전류 제한의 필요성입니다. LED는 전류원으로 구동하거나, 더 일반적으로는 전압원과 직렬로 연결된 전류 제한 저항으로 구동해야 합니다. 데이터시트는 약간의 전압 변화가 큰 전류 변화를 일으켜 소손으로 이어질 수 있음을 명시적으로 경고합니다. 저항 값(R_limit)은 옴의 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F, 여기서 V_F는 원하는 전류 I_F에서 LED의 순방향 전압입니다. 이 계산에 최대 V_F(1.6V)를 사용하면 모든 조건에서 전류가 목표를 초과하지 않도록 보장합니다.

6.2 광학 설계 및 정렬

매우 타원형의 빔 패턴(130° x 20°)으로 인해 신중한 광학 설계가 필요합니다. 원형 스팟 또는 특정 조명 프로파일이 필요한 응용 분야의 경우, 렌즈 또는 반사경과 같은 2차 광학 장치가 필요할 수 있습니다. LED와 짝을 이루는 광검출기 사이의 정렬도 좁은 Y축을 따라 더욱 중요합니다. 설계자는 강도 감쇠를 이해하기 위해 각도 변위 그래프를 참조해야 합니다.

6.3 열 관리

전력 소산이 상대적으로 낮지만(최대 100mW), 특히 높은 주변 온도 환경이나 높은 전류로 구동할 때 효과적인 열 관리는 여전히 중요합니다. 디레이팅 곡선을 따라야 합니다. LED 패드 아래 및 주변 PCB에 충분한 구리 면적을 확보하면 열을 발산하고 더 낮은 접합 온도를 유지하는 데 도움이 되어 발광 효율과 수명을 보존합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

IR26-91C/L510/2D는 특정 파라미터 조합을 통해 시장에서 차별화됩니다. 940nm 파장은 일반적인 표준으로, 실리콘 검출기 감도와 850nm LED에 비해 낮은 주변광 간섭 사이의 좋은 균형을 제공합니다. 매우 낮은 순방향 전압(전형적으로 1.3V)은 배터리 구동 또는 저전압 논리 회로에서 드라이버에 필요한 전압 여유를 줄여주는 주요 장점입니다. 컴팩트한 3.0x1.0mm 풋프린트는 고밀도 PCB 레이아웃을 가능하게 합니다. RoHS, REACH 및 할로겐 프리 표준 준수는 엄격한 환경 규정을 가진 글로벌 시장에 적합하게 만듭니다. 비대칭 시야각은 응용 분야의 광학 요구 사항에 따라 장점이 될 수도 있고 제약이 될 수도 있습니다.

8. 자주 묻는 질문(FAQ)

8.1 전류 제한 저항이 왜 필수인가요?

LED는 비선형 전류-전압(I-V) 특성을 가진 다이오드입니다. 턴온 전압을 넘어서면 전압의 작은 증가가 전류의 매우 큰 증가를 일으킵니다. 직렬 저항 없이 전압원에서 직접 동작하면 전류가 통제 불가능하게 상승하여 절대 최대 정격을 빠르게 초과하고 장치를 파괴할 수 있습니다. 저항은 공급 전압과 LED 전류 사이에 선형적이고 예측 가능한 관계를 제공합니다.

8.2 3.3V 또는 5V 마이크로컨트롤러 핀으로 이 LED를 구동할 수 있나요?

네, 하지만 항상 직렬 저항이 필요합니다. 예를 들어, V_F=1.5V라고 가정하고 3.3V 공급 전압에서 I_F=20mA로 구동하려면: R = (3.3V - 1.5V) / 0.020A = 90 옴입니다. 표준 91 옴 저항이 적합할 것입니다. 마이크로컨트롤러 핀도 필요한 20mA 전류를 소싱하거나 싱크할 수 있어야 합니다.

8.3 940nm 파장의 목적은 무엇인가요?

940nm 적외선은 인간의 눈에 보이지 않아 은밀한 동작을 가능하게 합니다. 대부분의 포토다이오드와 포토트랜지스터에 사용되는 재료인 실리콘에 강하게 흡수되어 검출 효율이 높습니다. 또한 일반적인 주변광원(850nm에 비해 940nm에서 IR 함량이 적음)으로부터의 간섭이 적고 이미징 센서의 노이즈에 덜 취약합니다.

8.4 애노드와 캐소드를 어떻게 식별하나요?

패키지에는 극성 마커가 포함되어 있습니다. 데이터시트의 패키지 치수 도면을 참조하십시오. 일반적으로 캐소드는 녹색 점, 패키지의 노치 또는 모따기된 모서리로 표시됩니다. 잘못된 극성 연결은 LED가 빛을 방출하지 못하게 하며, 5V를 초과하는 역전압이 인가되면 장치를 손상시킬 수 있습니다.

9. 실용적인 설계 사례 연구

이 LED와 실리콘 포토트랜지스터를 사용하여 간단한 물체 감지 센서를 설계하는 것을 고려해 보십시오. LED는 V_F=1.5V라고 가정할 때 ~20mA로 전류를 제한하는 180 옴 저항을 통해 5V 전원으로 구동됩니다. 포토트랜지스터는 몇 센티미터 떨어진 곳에 동일한 광축에 정렬되어 배치됩니다. 물체가 없을 때 LED의 적외선은 포토트랜지스터에 도달하지 않으며, 그 출력은 낮습니다. 물체가 그 사이를 지나갈 때 일부 적외선을 포토트랜지스터에 반사시켜 출력 전류를 증가시킵니다. 이 신호는 증폭되어 비교기 또는 마이크로컨트롤러 ADC에 입력되어 물체의 존재를 감지할 수 있습니다. LED의 타원형 빔 패턴은 센서의 유효 감지 영역이 수직보다 수평으로 더 넓을 것임을 의미하며, 이는 센서의 시야각을 정의할 때 고려해야 합니다.

10. 동작 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 재료의 전계 발광 원리에 따라 동작합니다. IR26-91C/L510/2D는 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs) 칩을 사용합니다. 다이오드의 밴드갭 전압을 초과하는 순방향 전압이 인가되면, n형 영역의 전자가 p-n 접합을 가로질러 p형 영역으로 주입되고, 정공은 반대 방향으로 주입됩니다. 이러한 전하 캐리어(전자와 정공)는 접합의 활성 영역에서 재결합합니다. 이 재결합 동안 방출되는 에너지는 광자(빛 입자)로 방출됩니다. GaAlAs 반도체의 특정 구성은 밴드갭 에너지를 결정하며, 이는 방출되는 광자의 파장을 직접 결정합니다. 이 경우 적외선 스펙트럼에서 약 940nm에 중심을 둡니다.

11. 산업 동향

적외선 LED 시장은 계속 발전하고 있습니다. 주요 동향으로는 소형 패키지에서 더 높은 방사 강도와 효율을 추구하여 컴팩트 장치에서 더 강력한 감지를 가능하게 하는 것이 있습니다. IR LED를 드라이버 및 센서와 통합하여 완전한 모듈 또는 시스템 인 패키지(SiP)로 만드는 추세가 증가하고 있습니다. 특정 파장에 대한 수요가 다양화되고 있습니다. 940nm는 여전히 표준이지만, 감시용 850nm 및 특정 감지 응용 분야용 1050nm/1300nm와 같은 파장이 주목받고 있습니다. 또한 자동차(예: 실내 모니터링), 소비자(예: 얼굴 인식) 및 산업 IoT 응용 분야에서 더 낮은 전력 소비와 향상된 신뢰성을 위한 추진력이 IR 방출기의 칩 기술, 패키징 및 열 관리 발전을 촉진하고 있습니다.