3.0mm 적외선 LED IR204C-A 데이터시트 - 3mm T-1 패키지 - 940nm 피크 파장 - 100mA 순방향 전류 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

IR204C-A는 표준 3mm (T-1) 투명 플라스틱 패키지에 장착된 고강도 적외선 발광 다이오드입니다. 주요 기능은 940nm 피크 파장에서 적외선을 방출하는 것으로, 일반적인 실리콘 포토트랜지스터, 포토다이오드 및 적외선 수신 모듈과 스펙트럼적으로 매칭됩니다. 이 소자는 신뢰할 수 있고 효율적인 적외선 전송이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다.

1.1 핵심 장점

• 높은 방사 강도:강력한 광학 출력을 제공하여 중장거리 응용 분야에 적합합니다.
• 높은 신뢰성:안정적이고 장기적인 성능을 위해 설계되었습니다.
• 낮은 순방향 전압:20mA에서 일반적으로 1.5V로, 에너지 효율적인 동작에 기여합니다.
• 환경 규정 준수:본 제품은 무연(Pb-free)이며, EU REACH를 준수하고, 할로겐 프리 기준(Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)을 충족합니다.
• 표준 패키지:2.54mm 리드 간격을 가진 친숙한 T-1 (3mm) 폼 팩터는 기존 설계 및 프로토타이핑 보드에 쉽게 통합되도록 보장합니다.

1.2 목표 응용 분야

• 고출력 요구사항이 있는 적외선 리모컨 유닛.
• 자유 공간 광학 데이터 전송 시스템.
• 연기 감지 센서.
• 일반 적외선 감지 및 차단 시스템.
• 산업 자동화 및 물체 감지.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 주요 전기적 및 광학적 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다. 이러한 한계와 전형값을 이해하는 것은 견고한 회로 설계에 매우 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이는 어떠한 조건에서도, 순간적으로라도 초과해서는 안 되는 스트레스 한계입니다. 이 정격을 초과하여 동작하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 연속 순방향 전류 (I_F):100 mA. 소비 전력 및 온도 한계가 준수되는 한, LED는 이 전류 수준에서 연속적으로 동작할 수 있습니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):1.0 A. 이 높은 전류는 펄스 조건(펄스 폭 ≤ 100μs, 듀티 사이클 ≤ 1%)에서만 허용됩니다. 이는 장거리 리모컨과 같은 버스트 모드 응용 분야에서 매우 높은 순간 방사 출력을 달성하는 데 유용합니다.
• 역방향 전압 (V_R):5 V. LED는 제한된 역방향 전압 내성을 가집니다. 이 한계를 초과하는 역방향 바이어싱(인덕티브 부하나 부적절한 전원 시퀀싱으로 인해 발생할 수 있음)을 방지하기 위해 회로 설계에 주의해야 합니다.
• 소비 전력 (P_d):자유 공기 온도 25°C 이하에서 150 mW. 이 정격은 주변 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 실제 동작 전류는 안전 한계 내에 머물도록 접합 온도를 기반으로 감액되어야 합니다.
• 납땜 온도 (T_sol):최대 5초 동안 260°C. 이는 리플로우 납땜 프로파일 제약 조건을 정의합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 정상 동작 조건(Ta=25°C)에서 소자의 성능을 정의합니다.

• 방사 강도 (I_e):이는 단위 입체각당 광학 출력 전력(mW/sr)의 주요 측정값입니다.
  • I_F= 20mA (DC)에서: 전형값은 7.8 mW/sr, 최소값은 4.0 mW/sr입니다.
  • I_F= 100mA (Pulsed)에서: 전형 방사 강도가 크게 상승합니다.
  • I_F= 1A (Pulsed)에서: 전형 출력 390 mW/sr을 제공할 수 있어, 고출력 펄스 동작 능력을 보여줍니다.
• 피크 파장 (λ_p):940 nm (전형). 이 파장은 실리콘 기반 광검출기의 최대 감도와 잘 일치하면서도 인간의 눈에는 거의 보이지 않고 대기 투과율이 좋기 때문에 이상적입니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):약 45 nm (전형). 이는 최대 강도의 절반(FWHM)에서 방출되는 빛의 스펙트럼 폭을 정의합니다.
• 순방향 전압 (V_F):
  • 20mA에서: 전형 1.5V, 최소 1.2V, 직렬 저항값 계산에 중요합니다.
  • 100mA (펄스)에서: 전형 1.4V, 최대 1.8V. V_F는 다이오드 저항으로 인해 전류와 함께 증가합니다.
  • 1A (펄스)에서: 전형 2.6V, 최대 4.0V, 고전류 펄스 조건에서 상당한 증가를 보여줍니다.
• 시야각 (2θ_1/2):40도 (전형). 이는 방사 강도가 축상 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 40° 각도는 빔 집중과 커버리지 사이의 좋은 균형을 제공합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

데이터시트에는 방사 강도에 대한 빈닝 테이블이 포함되어 있으며, 이는 측정된 성능에 따라 LED를 분류하는 일반적인 관행입니다.

3.1 방사 강도 빈닝

조건 I_F= 20mA에서, LED는 측정된 방사 강도에 따라 빈(K, L, M, N)으로 분류됩니다.

• 빈 K:4.0 - 6.4 mW/sr
• 빈 L:5.6 - 8.9 mW/sr
• 빈 M:7.8 - 12.5 mW/sr
• 빈 N:11.0 - 17.6 mW/sr

설계 시사점:일관된 광학 신호 강도가 필요한 응용 분야(예: 정의된 범위를 가진 리모컨)의 경우, 더 좁은 빈(단일 빈과 같은) 또는 더 높은 최소 빈을 지정하면 생산 유닛 전체에서 더 균일한 성능을 보장할 수 있습니다. 빈 코드는 일반적으로 주문 정보나 제품 라벨에 표시됩니다.

4. 성능 곡선 분석

전형 특성 곡선은 다양한 조건에서 소자의 거동에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.

4.1 순방향 전류 대 순방향 전압 (그림 4)

이 IV 곡선은 지수 관계를 보여줍니다. 곡선은 온도에 따라 이동합니다. 주어진 전류에 대해 순방향 전압은 일반적으로 접합 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

4.2 상대 강도 대 주변 온도 (그림 7)

이 그래프는 열 관리에 매우 중요합니다. LED의 방사 출력은 접합 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 이 곡선은 이 감액을 정량화하여, 설계자에게 더 높은 주변 온도나 불충분한 방열판이 더 낮은 광학 출력을 초래할 것임을 알려줍니다. 이는 전체 -40°C ~ +85°C 범위에서 동작하도록 설계된 시스템에서 고려되어야 합니다.

4.3 스펙트럼 분포 및 피크 파장 대 온도 (그림 2 & 그림 3)

그림 2는 940nm를 중심으로 한 전형 방출 스펙트럼을 보여줍니다. 그림 3은 피크 파장이 온도에 따라 어떻게 이동하는지 설명합니다. 적외선 LED는 일반적으로 파장에 대해 양의 온도 계수를 나타냅니다(즉, λ_p는 온도와 함께 증가합니다). 이 이동은 검출기가 좁은 스펙트럼 응답을 가지는 응용 분야에서 중요합니다.

4.4 각도 방사 패턴 (그림 6)

이 극좌표 플롯은 중심축으로부터의 각도 변위의 함수로서 상대 방사 강도를 묘사합니다. 40° 시야각이 여기서 확인됩니다. 이 패키지 유형의 경우 패턴은 일반적으로 람베르시안 또는 근접 람베르시안으로, 강도가 시야각의 코사인에 대략 비례함을 의미합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

소자는 표준 T-1 (직경 3mm) 원형 패키지를 사용합니다. 데이터시트의 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 밀리미터(mm) 단위입니다.
• 별도로 명시되지 않는 한 표준 공차는 ±0.25mm입니다.
• 리드 간격은 2.54mm (0.1 인치)로, 표준 천공 보드 및 많은 소켓과 호환됩니다.

상세한 치수 도면이 일반적으로 포함되어 있으며, 본체 직경, 렌즈 모양, 리드 길이 및 직경, 착석면을 보여줍니다.

5.2 극성 식별

표준 T-1 LED의 경우, 캐소드는 일반적으로 플라스틱 렌즈 림의 평평한 부분 및/또는 더 짧은 리드로 식별됩니다. 이 부품의 특정 마킹에 대해서는 데이터시트를 참조해야 합니다.

6. 납땜 및 조립 지침

• 리플로우 납땜:최대 납땜 온도는 260°C이며, 이 온도 이상에서의 시간은 5초를 초과해서는 안 됩니다. 표준 무연 리플로우 프로파일이 적용 가능합니다.
• 핸드 납땜:핸드 납땜이 필요한 경우, 온도 조절 납땜 인두를 사용해야 하며, 리드당 납땜 시간은 플라스틱 패키지와 반도체 다이에 대한 열 손상을 방지하기 위해 최소화(일반적으로 350°C에서 < 3초)해야 합니다.
• 보관 조건:보관 온도 범위는 -40°C ~ +85°C입니다. 부품은 사용 전까지 원래의 습기 차단 백에 보관하여 습기 흡수를 방지해야 하며, 이는 리플로우 중 "팝콘 현상"을 유발할 수 있습니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 포장 사양

• 표준 포장: 백당 200~1000개.
• 5백이 1박스에 포장됩니다.
• 10박스가 1카톤에 포장됩니다.

7.2 라벨 정보

제품 라벨에는 주요 추적성 및 사양 데이터가 포함됩니다:

• CPN (고객 부품 번호)
• P/N (제조사 부품 번호: IR204C-A)
• QTY (포장 수량)
• 등급/빈 코드 (예: 방사 강도용)
• HUE (피크 파장 정보)
• LOT No. (추적 가능한 로트 번호)

8. 응용 설계 권장사항

8.1 구동 회로 설계

LED는 전류 제한 요소, 일반적으로 전압원과 직렬로 연결된 저항으로 구동되어야 합니다. 저항값 (R_s)은 다음과 같이 계산됩니다: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. 선택한 동작 전류에 대해 데이터시트의 최대 V_F를 사용하여 전류가 원하는 값을 초과하지 않도록 합니다. 예를 들어, 5V 공급 전압과 목표 I_F= 20mA, 최대 V_F= 1.5V를 사용하는 경우: R_s= (5 - 1.5) / 0.02 = 175 Ω. 표준 180 Ω 저항이 적합할 것입니다. 고전류 펄스 동작의 경우, 트랜지스터 스위치(BJT 또는 MOSFET)가 필요합니다.

8.2 열 고려사항

T-1 패키지는 제한된 열 방산 능력을 가지고 있지만, 최대 100mA의 연속 전류에서 적절한 공기 흐름을 보장하거나 소비 전력(P_d= V_F* I_F)을 고려하는 것이 중요합니다. 높은 주변 온도에서 최대 전류 근처에서 연속 동작하는 경우, 접합 온도가 상승하여 출력을 감소시키고 수명에 영향을 줄 수 있습니다.

8.3 광학 설계

투명 렌즈는 외부 렌즈나 반사경과 함께 사용하여 장거리 전송과 같은 특정 응용 분야를 위해 빔을 평행하게 하거나 형성하는 데 적합합니다. 940nm 파장은 렌즈 및 창에 사용되는 많은 일반 플라스틱에 의해 잘 투과됩니다.

9. 기술 비교 및 차별화

IR204C-A는 다음과 같은 주요 차별점으로 자리매김합니다:

• 높은 펄스 출력 능력:1A 피크 전류 정격은 매우 높은 순간 광학 출력을 가능하게 하며, 더 낮은 펄스 전류만 정격된 LED에 비해 장점입니다.
• 성능을 갖춘 표준화된 패키지:많은 기본 적외선 LED에 비해 일반적이고 사용하기 쉬운 T-1 패키지에서 더 높은 방사 강도를 제공합니다.
• 환경 규정 준수:현대 환경 규정(RoHS, REACH, Halogen-Free)의 완전한 준수는 글로벌 시장을 겨냥한 제품에 상당한 이점입니다.
• 스펙트럼 매칭:일반 검출기와 스펙트럼적으로 매칭된다는 명시적 언급은 완전한 광학 시스템을 구축하는 설계자들의 선택 과정을 단순화합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

1. Q: 이 LED를 3.3V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?
   A: 아니요. 마이크로컨트롤러 핀은 20mA를 안전하게 연속적으로 공급할 수 없으며, 전류 제한 기능이 없습니다. 직렬 저항과 트랜지스터 스위치를 사용해야 합니다. LED의 V_F(1.5V)는 3.3V보다 낮으므로 전압 측면에서는 호환되지만, 전류는 외부에서 제어되어야 합니다.
2. Q: 방사 강도(mW/sr)와 방사 전력(mW)의 차이는 무엇인가요?
   A: 방사 강도는 각도 밀도입니다—단위 입체각당 전력. 방사 전력(또는 플럭스)은 모든 방향으로 방출되는 총 전력입니다. 총 전력을 찾으려면 전체 방출 패턴에 대해 강도를 적분해야 합니다. 데이터시트는 강도를 제공하며, 이는 주어진 방향에서 거리에 따른 조도 계산에 더 유용합니다.
3. Q: 피크 파장이 850nm보다 940nm를 선호하는 이유는 무엇인가요?
   A: 940nm는 850nm보다 인간의 눈에 덜 보입니다(더 어두운 붉은 빛), 따라서 소비자 기기에서 덜 방해가 됩니다. 둘 다 실리콘에 의해 잘 검출되지만, 940nm는 850nm 영역에서 강한 방출을 가지는 햇빛 및 백열등과 같은 일부 광원으로부터의 주변광 간섭이 약간 더 낮을 수 있습니다.
4. Q: 올바른 빈을 어떻게 선택하나요?
   A: 응용 분야가 수신기에서 최소 요구 신호 강도를 가진다면, 모든 부품이 이를 충족하도록 빈의 최소값을 사용하십시오. 예를 들어, 최소 6 mW/sr이 필요하다면, 빈 L 이상을 지정하십시오. 일부 변동이 허용되는 비용 민감한 응용 분야의 경우, 더 넓은 빈이나 기본 제공 사항으로 충분할 수 있습니다.

11. 실용적 설계 및 사용 예시

11.1 장거리 적외선 리모컨

시나리오:중간 정도 조명이 있는 거실에서 15미터 거리에서도 안정적으로 작동해야 하는 리모컨 설계.
구현:LED를 펄스 모드로 사용합니다. 인코더 IC로 제어되는 MOSFET 스위치를 사용하여 짧은(예: 50μs), 고전류 펄스(예: 500mA)로 구동합니다. 이는 평균 전력을 낮게 유지하면서 장거리 전송을 위한 높은 피크 방사 강도(1A 펄스 데이터 참조)를 제공합니다. 빔을 더 평행하게 만들기 위해 간단한 플라스틱 렌즈를 추가할 수 있습니다. 940nm 파장은 가시광 발광을 최소화합니다.

11.2 근접 또는 물체 감지 센서

시나리오:10-50 cm 범위를 가진 비접촉 물체 감지 시스템 구축.
구현:IR204C-A를 매칭된 포토트랜지스터와 쌍으로 사용합니다. 안정적인 광 출력을 위해 정전류원을 사용하여 중간 정도의 연속 전류(예: 50mA)로 LED를 구동합니다. 특정 주파수(예: 38kHz)에서 LED 전류를 변조하고 포토트랜지스터 측에서 조정된 수신기를 사용합니다. 이 변조 기술은 시스템이 주변광 변동(햇빛이나 실내 조명과 같은)에 대해 매우 강하게 만들어 신호 대 잡음비와 신뢰성을 크게 향상시킵니다.

12. 동작 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 바이어스가 가해지면, n-영역의 전자가 활성 영역에서 p-영역의 정공과 재결합합니다. IR204C-A와 같은 적외선 LED의 경우, 반도체 재료(표시된 바와 같이 일반적으로 갈륨 알루미늄 비소 - GaAlAs)의 에너지 밴드갭은 이 재결합 과정 중에 방출되는 에너지가 적외선 스펙트럼(약 940nm 파장)의 광자에 해당하도록 합니다. 투명 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 방출된 빛을 특징적인 시야각으로 형성합니다. 방출된 빛의 강도는 소자의 물리적 한계까지 다이오드를 통해 흐르는 순방향 전류에 직접 비례합니다.

13. 기술 동향

적외선 LED 기술은 가시광 LED 기술과 함께 계속 발전하고 있습니다. IR204C-A와 같은 소자에 영향을 미치는 주요 동향은 다음과 같습니다:

• 효율 증가:진행 중인 재료 과학 연구는 IR LED의 벽면 효율(광 출력 / 전기 입력)을 향상시켜 더 낮은 구동 전류에서 더 높은 출력 또는 감소된 열 발생을 가능하게 하는 것을 목표로 합니다.
• 더 높은 전력 밀도:칩 스케일 패키지의 개발 및 개선된 열 관리 재료는 IR LED가 더 작은 폼 팩터에서 더 높은 연속 및 펄스 전류를 처리할 수 있도록 합니다.
• 통합:IR 발광체를 드라이버 IC, 광검출기, 심지어 마이크로컨트롤러와 단일 모듈로 통합하는 추세가 있습니다(예: 근접 센서, 제스처 인식).
• 파장 정밀도 및 안정성:에피택셜 성장 기술의 발전은 피크 파장과 스펙트럼 폭에 대한 더 엄격한 제어를 가능하게 하며, 이는 가스 감지나 파장 분할 다중화를 사용하는 광통신과 같은 응용 분야에 중요합니다.
• 확장되는 응용 분야:자동차/로봇공학용 LiDAR, 얼굴 인식, 건강 모니터링(예: 맥박 산소 측정)과 같은 분야의 성장은 다양한 파장과 전력 수준에서 고성능, 신뢰할 수 있는 IR 발광체에 대한 수요를 촉진합니다.

IR204C-A는 균형 잡힌 사양과 표준 패키지로, 이 진화하는 기술 환경 내에서 성숙하고 신뢰할 수 있는 솔루션을 대표합니다.