적외선 LED 부품 데이터시트 - 피크 파장 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 적외선 발광 다이오드 부품에 대한 기술 사양을 제공합니다. 이 소자의 주요 응용 분야는 리모컨, 근접 센서, 야간 투시 조명과 같이 비가시광선 광원이 필요한 시스템입니다. 이 부품의 핵심 장점은 실리콘 기반 광검출기와의 호환성을 위해 최적화된 특정 피크 파장에 있으며, 인간의 눈에 잘 보이지 않습니다. 목표 시장은 신뢰할 수 있는 적외선 신호 전송 또는 감지가 필요한 소비자 가전, 산업 자동화, 보안 시스템 및 자동차 응용 분야를 포함합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

제공된 데이터는 이 IR LED의 핵심 광도 파라미터를 지정합니다.

2.1 광도 특성

정의된 가장 중요한 파라미터는 피크 파장(λp)입니다.

• 피크 파장(λp):940 나노미터(nm). 이 값은 LED가 최대 광 출력을 방출하는 전자기 스펙트럼 상의 특정 지점을 나타냅니다. 940nm 파장은 근적외선 범위에 확실히 포함됩니다. 이 파장은 일반적인 실리콘 포토다이오드와 포토트랜지스터의 최대 감도와 잘 일치하여 효율적인 신호 전송 및 수신을 보장하므로 특히 유리합니다. 또한 940nm 빛은 850nm와 같은 더 짧은 IR 파장에 비해 희미한 붉은 빛으로 덜 보이므로 은밀한 응용 분야에 더 적합합니다.

IR LED의 다른 일반적인 광도 파라미터(예: 복사 강도(밀리와트/스테라디안, mW/sr), 시야각(도), 특정 전류에서의 순방향 전압)는 발췌문에 명시적으로 제공되지는 않았지만 완전한 회로 설계에 필수적입니다.

2.2 전기적 파라미터

제공된 텍스트에 구체적인 값이 나열되어 있지 않지만, IR LED의 전기적 동작은 설계자가 고려해야 할 몇 가지 핵심 파라미터로 정의됩니다.

• 순방향 전압(Vf):LED가 전류를 흘릴 때 LED 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 일반적인 GaAs 기반 IR LED의 경우, 정격 순방향 전류에서 보통 1.2V에서 1.6V 사이의 범위를 가집니다.
• 순방향 전류(If):권장되는 연속 동작 전류입니다. 최대 정격 순방향 전류를 초과하면 급격한 성능 저하나 파괴적 고장을 초래할 수 있습니다.
• 역방향 전압(Vr):LED가 비전도 방향으로 바이어스될 때 견딜 수 있는 최대 전압입니다. IR LED는 일반적으로 매우 낮은 역방향 전압 정격(종종 약 5V)을 가지며, 역방향 전압 스파이크로 인한 손상에 취약합니다.
• 전력 소산:열과 빛으로 변환되는 총 전기적 전력(Vf * If)입니다. 과열을 방지하기 위해 적절한 열 관리가 필요합니다.

2.3 열적 특성

열 관리는 LED의 수명과 안정적인 성능에 매우 중요합니다.

• 접합 온도(Tj):반도체 칩의 활성 영역 온도입니다. 허용 가능한 최대 Tj는 중요한 제한 사항입니다.
• 열 저항(Rθj-a):이 파라미터는 와트당 섭씨도(°C/W)로 측정되며, 열이 LED 접합부에서 주변 공기로 얼마나 효과적으로 전달되는지를 나타냅니다. 값이 낮을수록 더 나은 방열 능력을 의미합니다. 패키징 설계는 이 값에 큰 영향을 미칩니다.
• 디레이팅 곡선:주변 온도나 접합 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 순방향 전류가 어떻게 감소하는지를 보여주는 그래프입니다. 신뢰성을 위해 이러한 한도 내에서 동작하는 것이 필수적입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

대량 LED 제조는 핵심 파라미터에서 변동을 발생시킵니다. 빈닝은 측정된 성능을 기반으로 부품을 그룹(빈)으로 분류하여 최종 사용자에게 일관성을 보장하는 과정입니다.

3.1 파장 빈닝

이 940nm IR LED의 경우, 부품은 실제 피크 파장을 기준으로 테스트되고 빈으로 분류됩니다. 예를 들어, 빈은 935-940nm, 940-945nm 등으로 정의될 수 있습니다. 이를 통해 설계자는 응용 분야에서 정확한 스펙트럼 정합이 필요한 경우 더 엄격한 파장 허용 오차를 가진 LED를 선택할 수 있습니다.

3.2 복사 강도 / 광 출력 빈닝

LED는 또한 복사 출력에 따라 빈닝됩니다. 이는 균일한 밝기나 특정 신호 강도가 필요한 응용 분야에 중요합니다. 빈은 표준화된 테스트 전류에서 최소 및 최대 복사 강도 값(예: 20-25 mW/sr, 25-30 mW/sr)으로 정의됩니다.

3.3 순방향 전압 빈닝

전류 제한 회로 설계를 단순화하고 병렬 배열에서 일관된 동작을 보장하기 위해 LED는 순방향 전압(Vf)으로 빈닝됩니다. 일반적인 빈은 Vf가 1.2V-1.3V, 1.3V-1.4V 사이인 LED를 그룹화할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

그래픽 데이터는 다양한 동작 조건에서 소자 동작을 이해하는 데 필수적입니다.

4.1 전류-전압 (I-V) 특성 곡선

이 곡선은 순방향 전류(If)를 순방향 전압(Vf)에 대해 그립니다. 다이오드의 전형적인 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선은 동작점을 결정하고 적절한 전류 제한 저항 또는 구동 회로를 설계하는 데 사용됩니다. 전류가 급격히 증가하기 시작하는 "무릎" 전압이 주요 특징입니다.

4.2 온도 의존성

여러 곡선이 온도 영향을 설명합니다.

• 순방향 전압 대 온도:일반적으로 접합 온도가 증가함에 따라 Vf가 선형적으로 감소함을 보여줍니다(IR LED의 경우 약 -2mV/°C). 이는 정전류 구동기에 중요합니다.
• 복사 강도 대 온도:온도가 상승함에 따라 광 출력이 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 이 디레이팅은 높은 주변 온도에서 동작하는 응용 분야에 중요합니다.
• 상대 스펙트럼 분포 대 온도:온도가 증가함에 따라 피크 파장이 약간 이동할 수 있음을 보여줍니다(일반적으로 더 긴 파장으로).

4.3 스펙트럼 분포

이 그래프는 상대 복사 전력을 파장에 대해 그립니다. 940nm에서의 피크와 스펙트럼 대역폭(일반적으로 반치폭, IR LED의 경우 종종 약 40-50nm)을 보여줍니다. 대역폭이 좁을수록 더 단색광에 가깝습니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

제공된 발췌문에는 특정 패키징 세부 사항이 포함되어 있습니다.

5.1 패키징 계층 구조

부품은 다중 계층 패키징 시스템으로 보호됩니다:

• 정전기 방전 보호 백:개별 LED 부품 또는 릴의 기본 용기입니다. 이 백은 취급 및 보관 중 정전기 방전으로 인한 손상을 방지하기 위해 정전기 방산 재질로 만들어집니다.
• 내부 카톤:여러 개의 ESD 백이나 릴을 담는 작은 상자나 트레이로, 물리적 구조와 추가 보호 기능을 제공합니다.
• 외부 카톤:여러 내부 카톤을 담는 주요 운송 용기입니다. 운송 및 보관 중 견고함을 위해 설계되었습니다.

5.2 포장 수량

문서는 "포장 수량"을 핵심 파라미터로 명시적으로 나열합니다. 이는 하나의 표준 운송 단위(예: 릴당, 튜브당, 내부 카톤 내 백당)에 포함된 개별 LED 부품의 수를 의미합니다. 표면 실장 소자의 경우 일반적인 수량은 릴당 1000, 2000 또는 5000개입니다.

5.3 물리적 치수 및 극성

정확한 치수가 제공되지는 않았지만, 일반적인 IR LED 패키지(3mm 또는 5mm 스루홀 LED, 또는 0805, 1206과 같은 표면 실장 패키지)에는 상세한 기계 도면이 있습니다. 이 도면은 본체 길이, 너비, 높이, 리드 간격(피치) 및 리드 치수를 지정합니다. 무엇보다도, 일반적으로 렌즈의 평평한 모서리, 더 짧은 리드, 패키지의 점 또는 풋프린트의 특정 패드 표시를 통해 캐소드(음극 측)를 나타내는 극성 식별을 포함합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

적절한 조립은 신뢰성에 매우 중요합니다.

6.1 리플로우 솔더링 프로파일

표면 실장 IR LED의 경우, 권장 리플로우 프로파일을 따라야 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 예열/상승 속도:일반적으로 열 충격을 피하기 위해 초당 1-3°C입니다.
• 소킹 영역:솔더 액상선 온도 아래에서 플럭스를 활성화하고 보드 온도를 균일하게 하는 기간입니다.
• 리플로우(액상선) 영역:솔더를 녹일 만큼 충분히 높아야 하지만(예: SAC305의 경우 240-250°C) LED를 손상시키지 않을 만큼 충분히 낮고 짧아야 하는 피크 온도입니다(최대 패키지 본체 온도는 종종 10초 동안 260°C).
• 냉각 속도:솔더 접합을 적절하게 응고시키기 위한 제어된 냉각입니다.

6.2 주요 주의사항

• ESD 보호:접지된 손목 스트랩과 도전성 매트를 사용하여 항상 ESD 안전 환경에서 부품을 취급하십시오.
• 습기 민감도 등급(MSL):해당되는 경우, 패키지에는 MSL 등급(예: MSL 3)이 있습니다. 플로어 라이프를 초과한 부품은 리플로우 전에 "팝콘" 현상 손상을 방지하기 위해 베이킹해야 합니다.
• 세척:LED 렌즈나 에폭시를 손상시키지 않는 호환 가능한 세척 용제만 사용하십시오.
• 기계적 응력:배치 또는 테스트 중 LED 렌즈에 직접적인 압력을 가하지 마십시오.

6.3 보관 조건

부품은 제어된 환경에서 원래의 개봉되지 않은 ESD 백에 보관해야 합니다. 권장 조건은 일반적으로 온도 5°C에서 30°C 사이, 상대 습도 60% 미만입니다. 직사광선, 부식성 가스 또는 과도한 먼지에 노출되지 않도록 하십시오.

7. 패키징 및 주문 정보

문서의 수명 주기 데이터는 "개정: 5" 및 "만료 기간: 영구"를 나타내며, 이는 2013-05-27에 발행된 안정적이고 폐기 관리되지 않는 문서임을 시사합니다. 패키징 사양은 5.1절에 명확히 정의되어 있습니다. 주문 코드 또는 모델 번호는 일반적으로 패키지 유형, 파장 빈, 강도 빈 및 포장 수량과 같은 핵심 속성을 인코딩하는 명명 규칙을 따릅니다(예: "IR940-SMD1206-B2-2K"는 1206 패키지의 940nm IR LED, 강도 빈 B2, 2000개 릴 공급을 나타낼 수 있음).

8. 응용 제안

8.1 대표적인 응용 시나리오

• 적외선 리모컨:TV, 오디오 시스템 및 셋톱박스용. 940nm 파장은 업계 표준입니다.
• 근접 및 존재 감지 센서:통화 중 터치스크린을 비활성화하는 스마트폰, 자동 수도꼭지 및 보안 조명 스위치에 사용됩니다.
• 물체 계수 및 감지:자판기, 산업 조립 라인 및 인쇄 장비에서 사용됩니다.
• 야간 투시 조명:저조도 조건에서 감시를 위해 IR 감지 카메라와 함께 사용됩니다.
• 광학 데이터 전송:단거리, 저속 직렬 통신(IrDA) 또는 산업용 데이터 링크용.

8.2 설계 고려사항

• 구동 회로:항상 직렬 전류 제한 저항 또는 정전류 구동기를 사용하십시오. LED를 전압원에 직접 연결하지 마십시오.
• 방열판:고전류 동작 또는 높은 주변 온도의 경우, LED의 열 저항을 관리하기 위해 충분한 PCB 구리 면적 또는 외부 방열판을 확보하십시오.
• 광학 설계:LED의 시야각을 고려하십시오. 응용 분야에 따라 빔을 평행화하거나 확산시키기 위해 렌즈나 반사경을 사용하십시오.
• 광검출기 정합:선택한 광검출기(포토다이오드, 포토트랜지스터)가 940nm에서 높은 감도를 가지는지 확인하십시오. 환경이 잡음이 많은 경우 가시광선을 차단하기 위해 IR 필터를 사용하십시오.
• 전기적 노이즈 내성:센서 응용 분야에서는 IR 신호를 변조하고(예: 38kHz 반송파 사용) 조정된 수신기를 사용하여 햇빛이나 형광등으로부터의 주변광 간섭을 제거하십시오.

9. 기술 비교

다른 IR 광원과 비교하여, 이 940nm LED는 특정 장점을 제공합니다.

• 850nm IR LED 대비:940nm 빛은 희미한 붉은 빛으로 훨씬 덜 보이므로 은밀한 감시에 우수합니다. 그러나 실리콘 광검출기는 940nm에서 850nm보다 감도가 약간 낮으며, 대기 흡수도 약간 더 높습니다.
• 백열 IR 램프 대비:LED는 훨씬 더 효율적이며, 더 빠른 응답 시간(고속 변조 가능)을 가지고, 기계적으로 더 견고하며, 훨씬 더 긴 동작 수명(수만 시간)을 가집니다.
• 레이저 다이오드 대비:LED는 더 넓은 스펙트럼 출력과 훨씬 더 큰 방출 영역을 가져 일반 조명 및 감지에 더 쉽게 작업할 수 있는 확산 빔을 생성합니다. 또한 상당히 저렴하며 레이저 다이오드의 복잡한 구동 및 안전 회로가 필요하지 않습니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 940nm 피크 파장의 목적은 무엇입니까?
A1: 940nm 파장은 실리콘 광검출기의 감도와 잘 일치하면서 인간의 눈에는 거의 보이지 않아 은밀한 감지 및 리모컨 응용 분야에 이상적이므로 최적입니다.

Q2: 올바른 전류 제한 저항 값을 어떻게 결정합니까?
A2: 옴의 법칙을 사용하십시오: R = (공급 전압 - Vf) / If. 공급 전압, 데이터시트 또는 빈에서의 LED 순방향 전압(Vf), 원하는 순방향 전류(If)를 알아야 합니다. 항상 저항의 전력 정격(P = (공급 전압 - Vf) * If)이 충분한지 확인하십시오.

Q3: 이 LED를 실외에서 사용할 수 있습니까?
A3: 예, 하지만 주의가 필요합니다. 에폭시 렌즈는 장기간 UV 노출 하에서 열화될 수 있습니다. 더 중요한 것은 밝은 햇빛에 수신기를 포화시킬 수 있는 강한 IR 성분이 포함되어 있다는 점입니다. 신뢰할 수 있는 실외 동작을 위해서는 광학 필터와 변조 신호 사용이 필수적입니다.

Q4: LED에 대해 ESD 보호가 왜 그렇게 중요합니까?
A4: LED의 반도체 접합은 고전압 정전기 방전에 극도로 민감합니다. ESD 사건은 광 출력을 즉시 저하시키거나 누설 전류를 증가시키거나, 눈에 보이는 손상 없이 완전한 고장을 일으킬 수 있습니다.

Q5: "포장 수량"은 무엇을 의미합니까?
A5: 이는 릴, 튜브 또는 정전기 방지 백과 같은 하나의 표준 판매 단위에 공급되는 개별 LED 부품의 수를 지정합니다. 이는 생산 계획 및 재고 관리에 중요합니다.

11. 실용적인 사용 사례

11.1 간단한 근접 센서

940nm IR LED와 포토트랜지스터를 나란히 배치하여 기본적인 반사형 센서를 구축할 수 있습니다. LED는 펄스 전류로 구동됩니다. 물체가 가까이 오면 IR 빛을 포토트랜지스터로 반사시켜 컬렉터 전류를 증가시킵니다. 그런 다음 비교기 회로가 디지털 출력 신호를 트리거할 수 있습니다. 이 설계는 프린터의 용지 감지 및 핸드 드라이어 작동에 사용됩니다.

11.2 CCTV용 장거리 IR 조명기

야간 투시 보안 카메라의 경우, 여러 개의 고출력 940nm LED 어레이가 구성됩니다. LED는 수백 밀리암페어를 구동할 수 있는 정전류 구동기로 구동됩니다. 프레넬 렌즈가 어레이 앞에 배치되어 빛을 평행 광선으로 만들어 유효 조명 범위를 수십 미터까지 확장합니다. 대형 알루미늄 방열판을 통한 열 관리는 이 고출력 설계에 매우 중요합니다.

12. 동작 원리

적외선 발광 다이오드는 반도체 p-n 접합 소자입니다. 순방향 바이어스(p측에 n측에 비해 양의 전압이 인가됨)되면, n 영역의 전자가 접합을 가로질러 p 영역으로 주입되고, p 영역의 정공이 n 영역으로 주입됩니다. 이러한 소수 캐리어는 반대 영역의 다수 캐리어와 재결합합니다. IR LED에 일반적으로 사용되는 갈륨 비소와 같은 직접 밴드갭 반도체에서 이 재결합 사건은 광자 형태로 에너지를 방출합니다. 방출된 광자의 파장은 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 반도체 합금 조성(예: AlGaAs 또는 InGaAs 사용)을 조정함으로써 밴드갭과 방출 파장을 정밀하게 제어할 수 있으며, 여기서 지정된 940nm 출력이 생성됩니다.

13. 기술 동향

IR LED 기술 분야는 계속 발전하고 있습니다. 주요 동향은 다음과 같습니다:

• 출력 및 효율 증가:지속적인 재료 과학 및 패키징 개선으로 더 높은 복사 플럭스와 벽면 효율(전기-광 전력 변환)을 가진 IR LED가 생산되어 동일한 입력 전력으로 더 작은 소자 또는 더 긴 범위를 가능하게 합니다.
• 소형화:더 작은 소비자 가전에 대한 추진력으로 인해 IR LED가 점점 더 작은 표면 실장 패키지(예: 0402, 0201) 및 칩 스케일 패키지로 진입하고 있습니다.
• 통합 솔루션:IR LED, 광검출기, 구동 회로 및 신호 처리(주변광 제거 등)를 단일 모듈 또는 시스템 인 패키지로 결합하는 추세가 있어 최종 사용자의 설계를 단순화합니다.
• 새로운 파장으로의 확장:850nm와 940nm가 지배적이지만, 특수 응용 분야를 위한 다른 IR 파장(예: 안전한 LiDAR용 1050nm 또는 가스 감지를 위한 특정 대역)에 대한 관심이 증가하고 있습니다.
• 향상된 열 관리:더 낮은 열 저항을 가진 새로운 패키지 설계와 더 나은 열 전도성을 가진 재료는 LED 수명을 연장하고 더 높은 구동 전류를 가능하게 합니다.