LTL-E7939Q3K 적외선 LED 데이터시트 - 스루홀 패키지 - 850nm 파장 - 20mW/sr 방사강도 - 1.6V 순방향 전압 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTL-E7939Q3K는 인쇄회로기판(PCB) 또는 패널에 스루홀 방식으로 장착하도록 설계된 고성능 적외선 발광 다이오드(LED)입니다. 근적외선 스펙트럼에서 신뢰할 수 있는 고속 광 신호 전송 또는 조명이 필요한 응용 분야에 최적화되어 있습니다. 본 장치는 AlGaAs(알루미늄 갈륨 비소) 반도체 재료를 사용하며, 적외선 통신, 센싱 및 야간 투시 조명 시스템에 일반적으로 사용되는 850 나노미터 파장에서 방출되도록 최적화되었습니다.

핵심 장점으로는 높은 방사강도, 낮은 전류 요구사항으로 인한 집적회로와의 호환성, 다양한 조립 공정에 적합한 견고한 스루홀 패키지의 조합이 있습니다. 본 제품은 RoHS 지침을 준수하여 납(Pb)과 같은 유해 물질을 사용하지 않고 제조되었음을 나타냅니다. 주요 타겟 시장은 신뢰할 수 있는 적외선 광원이 중요한 산업 자동화, 보안 시스템(예: CCTV 야간 투시), 광학 엔코더, 리모컨 및 근접 센서를 포함합니다.

2. 기술 파라미터 심층 해석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않으며, 신뢰성 있는 설계에서는 피해야 합니다.

• 전력 소산 (Pd):최대 120 mW. 이는 패키지가 최대 접합 온도를 초과하지 않고 열로 방산할 수 있는 총 전력(Vf * If)입니다. 이 한계를 초과하면 열 폭주 및 고장의 위험이 있습니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):펄스 조건(초당 300 펄스, 10 μs 펄스 폭)에서 1 A. 이 정격은 DC 정격보다 훨씬 높아, 데이터 전송에 유용한 짧은 고강도 펄스를 허용합니다.
• DC 순방향 전류 (I_F):연속 60 mA. 이는 신뢰할 수 있는 장기 운전을 위한 최대 정상 상태 전류입니다.
• 역방향 전압 (V_R):5 V. 이보다 큰 역방향 바이어스 전압을 가하면 LED의 PN 접합의 항복 및 파괴적 고장이 발생할 수 있습니다.
• 동작 및 보관 온도:각각 -30°C ~ +85°C 및 -40°C ~ +100°C. 이는 동작 및 비동작 상태 보관을 위한 환경적 한계를 정의합니다.
• 리드 솔더링 온도:LED 본체에서 2.0mm 떨어진 지점에서 측정 시 5초 동안 260°C. 이는 에폭시 렌즈 및 내부 다이 본드에 대한 열 손상을 방지하기 위한 핸드 솔더링 공정을 안내합니다.

2.2 전기적 / 광학적 특성

이는 표준 시험 조건(Ta=25°C)에서 측정된 전형적이고 보장된 성능 파라미터입니다.

• 방사강도 (I_e):I_F= 20mA에서 최소 20.0 mW/sr. 방사강도는 단위 입체각(스테라디안)당 방출되는 광 파워를 측정합니다. 이는 IR 시스템에서 유효 범위 및 신호 강도를 결정하는 핵심 파라미터입니다. 데이터시트는 보장 값에 ±15%의 허용 오차를 적용해야 한다고 명시합니다.
• 시야각 (2θ_1/2):전형적 30도. 이는 방사강도가 피크(축상) 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 30° 각도는 중간 정도로 집속된 빔을 나타내며, 지향성 응용에 적합합니다.
• 피크 파장 (λ_P):전형적 850 nm. 이는 LED가 가장 많은 광 파워를 방출하는 파장입니다. 850nm는 근적외선 범위에 속하며, 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 포토다이오드와 많은 카메라 센서에서 감지할 수 있습니다.
• 스펙트럼 선 반치폭 (Δλ):전형적 40 nm. 이는 방출 강도가 피크 강도의 최소 절반 이상인 파장 대역폭을 지정합니다. 40nm 폭은 IR LED에 일반적입니다.
• 순방향 전압 (V_F):I_F= 20mA에서 전형적 1.3V, 최대 1.6V. 이는 LED가 전류를 흘릴 때 LED 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 전류 제한 회로 설계에 매우 중요합니다.
• 역방향 전류 (I_R):V_R= 5V에서 최대 10 μA. 이는 LED가 안전 한계 내에서 역방향 바이어스되었을 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

데이터시트는 방사강도(I_e)에 대한 분류 또는 빈닝 시스템 사용을 나타냅니다. 주석은 다음과 같이 명시합니다: "Ie 분류 코드는 각 포장 봉지에 표시됩니다." 이는 제조된 LED가 측정된 방사강도를 기반으로 시험 및 분류(빈닝)됨을 의미합니다. 부품 번호 LTL-E7939Q3K는 최소 방사강도(부품 번호 분해표에 표시된 대로 18~21.5 mW/sr Min)를 지정하지만, 출하 내 개별 유닛은 특정 하위 범위(빈)에 속할 수 있습니다. 설계자는 특정 LED의 실제 강도가 보장된 최소값과 빈 범위 내에서 변동할 수 있음을 인지해야 합니다. 데이터시트는 파장(λ_P) 또는 순방향 전압(V_F)에 대한 명시적인 빈을 자세히 설명하지 않으며, 전형적 및 최대/최소값만 나열합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 여러 전형적 특성 곡선을 참조하며, 이는 다양한 조건에서의 장치 동작에 대한 깊은 통찰력을 제공합니다.

• 스펙트럼 곡선:정의된 40nm 반치폭을 가진 850nm 피크를 중심으로 파장의 함수로서 상대 방사 파워를 설명합니다.
• 순방향 전압 대 순방향 전류 (I-V 곡선):전압과 전류 사이의 비선형 관계를 보여줍니다. 곡선은 문턱 전압(AlGaAs의 경우 약 1.1-1.2V)을 가지며, 그 이후에는 전압의 작은 증가에 따라 전류가 급격히 증가하여 전류 제어(전압 제어가 아님)가 필수적인 이유를 강조합니다.
• 상대 방사 파워 대 순방향 DC 전류:광 출력 파워가 구동 전류에 따라 어떻게 증가하는지 보여주며, 일반적으로 매우 높은 전류에서 열 효과로 인해 효율이 떨어지기 전까지 동작 범위 내에서 거의 선형 관계를 가집니다.
• 상대 방사 파워 대 피크 전류 (펄스):DC 곡선과 유사하지만 펄스 동작을 위한 것으로, 최대 1A까지의 전류에서 달성 가능한 피크 출력을 보여줍니다.
• 상대 방사 파워 대 온도:접합 온도가 상승함에 따라 광 출력이 감소하는 것을 보여주는 중요한 곡선입니다. 이 열 디레이팅 팩터는 주변 온도가 높거나 열 관리가 불량한 설계에서 반드시 고려되어야 합니다.
• 지향성 패턴:방출된 빛의 각도 분포를 보여주는 극좌표도로, 30° 시야각을 시각적으로 정의합니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 패키지 치수

LED는 표준 스루홀, T-1 3/4 (5mm) 원형 패키지에 장착되어 있습니다. 도면의 주요 치수는 다음과 같습니다:

• 렌즈 직경: 약 5.0mm.
• 패키지 높이: 리드 하단에서 렌즈 상단까지 약 8.7mm.
• 리드 직경: 공칭 0.56mm.
• 리드 간격: 표준 2.54mm (0.1"), 패키지 본체에서 리드가 나오는 지점에서 측정.
• 플랜지/베이스: 플랜지는 패널 장착을 돕고 삽입 시 기계적 정지점을 제공합니다. 플랜지 아래의 돌출된 수지는 최대 1.0mm입니다.

5.2 극성 식별

캐소드는 치수 도면에 표시되어 있습니다. 표준 LED의 경우, 캐소드는 일반적으로 더 짧은 리드 및/또는 패키지 플랜지의 평평한 부분에 인접한 리드입니다. 정확한 식별 표시는 제공된 도면을 참조해야 합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

손상을 방지하기 위해 적절한 취급이 중요합니다.

• 리드 성형:실온에서 솔더링 전에 수행해야 합니다. 굽힘은 LED 렌즈 베이스에서 최소 3mm 떨어진 지점에서 이루어져야 합니다. 리드프레임 베이스를 지렛대로 사용해서는 안 됩니다.
• PCB 조립:리드에 기계적 스트레스를 피하기 위해 최소한의 클린치 힘을 사용하십시오.
• 솔더링:
  • 렌즈 베이스에서 솔더 지점까지 최소 2mm의 간격을 유지하십시오.
  • 렌즈를 솔더에 담그지 마십시오.
  • LED가 뜨거운 상태에서 솔더링 중에 리드에 스트레스를 가하지 마십시오.
  • 핸드 솔더링:인두 온도 ≤ 350°C, 시간 ≤ 3초 (한 번만).
  • 웨이브 솔더링:예열 ≤ 100°C, ≤ 60초, 솔더 웨이브 ≤ 260°C, 접촉 시간 ≤ 5초.
  • IR 리플로우 솔더링은 이 스루홀 패키지에 적합하지 않습니다.
• 세척:필요한 경우 이소프로필 알코올과 같은 알코올 기반 용제를 사용하십시오.
• 보관:원래 포장에서 꺼낸 경우, 3개월 이내에 사용하십시오. 장기 보관을 위해서는 건조제가 들어 있는 밀폐 용기 또는 질소 환경을 사용하십시오. 보관 온도는 30°C, 상대 습도 70%를 초과해서는 안 됩니다.

7. 포장 및 주문 정보

• 단위 포장:정전기 방지 포장 봉지당 1000개.
• 내부 카톤:포장 봉지 6개 (총 6,000개).
• 외부 카톤:내부 카톤 8개 (총 48,000개).
• 부품 번호:LTL-E7939Q3K. 분해는 다음과 같음을 시사합니다: LTL (램프), E79 (시리즈/코드), 39 (시야각 또는 강도 빈과 관련 있을 수 있음), Q3K (특정 변형 코드). 렌즈 색상은 "Water Clear" (투명)입니다.

8. 응용 제안

8.1 전형적 응용 시나리오

• 적외선 조명:저조도 또는 야간 보안 응용 분야의 CCTV 카메라용.
• 광학 스위칭 및 인코딩:위치 감지, 모터 속도 제어 및 로터리 엔코더를 위한 슬롯형 또는 반사형 광학 센서에서.
• 데이터 전송:적외선 데이터 연합(IrDA) 호환 장치 또는 단순 단거리 직렬 데이터 링크에서 고속 능력을 활용합니다.
• 근접 및 물체 감지:포토디텍터와 함께 사용하여 물체의 유무를 감지합니다.

8.2 설계 고려사항

• 구동 회로:LED는 전류 구동 장치입니다. 특히 여러 LED를 병렬로 연결할 때 균일한 밝기를 보장하기 위해 각 LED마다 직렬로 전류 제한 저항을 배치해야 합니다 (회로 모델 A). 단일 저항으로 전압 소스에서 여러 LED를 직접 병렬 구동하는 것(회로 모델 B)은 개별 LED의 순방향 전압(Vf) 변동으로 인해 불균일한 전류 분배 및 밝기를 초래하므로 권장되지 않습니다.
• 열 관리:스루홀 패키지는 리드를 통해 열을 방산하지만, 접합 온도가 한계를 초과하여 출력 및 수명을 감소시키는 것을 방지하기 위해 PCB 레이아웃 및 주변 조건에 주의를 기울여야 합니다.
• ESD 보호:LED는 정전기 방전에 취약합니다. 취급 절차에는 접지된 손목 스트랩, 정전기 방지 매트 및 이오나이저 사용이 포함되어야 합니다. ESD 손상은 높은 역방향 누설, 낮은 순방향 전압 또는 낮은 전류에서 발광 실패로 나타날 수 있습니다.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 가시광선 LED 또는 저출력 IR LED와 비교하여, LTL-E7939Q3K는높은 방사강도 (20 mW/sr 최소)와중간 정도로 집속된 시야각 (30°)의 균형 잡힌 조합을 제공합니다. 이는 광각 저출력 장치보다 더 긴 거리 또는 더 높은 신호 강도 응용에 더 적합하게 만듭니다. AlGaAs 구조는 850nm 방출에 전형적이며 우수한 효율을 제공합니다. 동급에서의 주요 차별화 요소는 고속 동작에 대한 명시적인 사양으로, 단순 조명 이상의 펄스 응용에 적합한 후보가 됩니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 LED를 3.3V 또는 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?

A: 아니요. 직렬 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 예를 들어, 5V 공급, Vf=1.3V, 원하는 I_F=20mA인 경우, 저항 값은 R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω이 됩니다. 180Ω 또는 220Ω 저항이 적절할 것입니다. 직접 구동하면 과도한 전류로 인해 LED가 파괴될 가능성이 높습니다.

Q: 왜 펄스 전류 정격(1A)이 DC 정격(60mA)보다 훨씬 높나요?

A: 매우 짧은 펄스 동안에는 반도체 접합에서 발생한 열이 패키지 및 주변 환경으로 퍼질 시간이 없습니다. 따라서 접합 온도가 급격히 상승하지 않아 열 손상을 일으키지 않고 훨씬 더 높은 순간 전류를 허용합니다. 듀티 사이클(300pps * 10μs = 0.3%)은 매우 낮아 평균 전력이 한계 내에 잘 유지됩니다.

Q: 렌즈가 "Water Clear"입니다. 왜 보이지 않는 적외선을 방출하나요?

A: 투명한 에폭시 렌즈는 가시광선 및 적외선 파장 모두에 투명합니다. 빛의 비가시성은 850nm(인간 눈의 감도 범위 밖의 파장)에서 광자를 방출하는 반도체 재료(AlGaAs)의 특성입니다. 투명 렌즈는 은밀한 응용 분야 또는 가시적인 붉은 빛(660nm LED에 일반적)이 바람직하지 않은 경우에 선호되는 경우가 많습니다.

11. 실용적 설계 및 사용 사례

사례: 차단 빔 센서를 사용한 간단한 물체 카운터 설계.

이 IR LED 두 개를 두 개의 매칭 포토트랜지스터와 함께 사용하여 컨베이어 벨트에서 물체를 세기 위한 2채널 차단 빔 센서를 만들 수 있습니다. 각 LED는 트랜지스터 회로 또는 전용 LED 드라이버 IC를 사용하여 20mA로 설정된 정전류원으로 구동되어 공급 전압 변동에 관계없이 안정적인 출력 강도를 보장합니다. LED는 컨베이어의 한쪽에, 포토트랜지스터는 반대쪽에 위치시킵니다. 물체가 빔을 차단하면 포토트랜지스터의 출력 상태가 변경됩니다. LED의 30° 시야각은 두 개의 밀접하게 배치된 채널 간의 크로스토크를 최소화하기에 충분히 평행한 빔을 제공하면서도 일부 정렬 오차 허용도를 제공합니다. 높은 방사강도는 약간의 주변 적외선이 있는 환경에서도 양호한 신호 대 잡음비를 제공하는 강력한 신호가 검출기에 도달하도록 보장합니다.

12. 원리 소개

LED는 반도체 다이오드입니다. P-N 접합에 순방향 전압이 가해지면 N형 물질의 전자가 P형 물질의 정공과 재결합합니다. 이 재결합 과정은 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 방출된 빛의 특정 파장(색상)은 반도체 재료의 에너지 밴드갭에 의해 결정됩니다. LTL-E7939Q3K의 경우, AlGaAs 합금은 약 1.46 전자볼트의 광자 에너지에 해당하는 밴드갭을 가지며, 이는 적외선 영역에서 850 나노미터 근처의 파장을 가진 빛으로 변환됩니다. 에폭시 렌즈는 반도체 다이를 보호하고, 방출 패턴을 형성하며, 칩에서의 광 추출을 향상시키는 역할을 합니다.

13. 개발 동향

적외선 LED 분야는 계속 발전하고 있습니다. 동향에는 입력 전력당 더 많은 빛 출력을 제공하는 더 높은 벽면 효율 장치 개발이 포함되어 전력 소비 및 열 발생을 줄입니다. Li-Fi(라이트 피델리티) 또는 고급 광학 센서와 같은 더 빠른 데이터 통신 응용을 위한 변조 속도 증가를 위한 작업도 진행 중입니다. 패키징 혁신은 더 나은 열 관리를 제공하여 더 작은 폼 팩터에서 더 높은 구동 전류 및 더 큰 광 파워를 가능하게 하는 것을 목표로 합니다. 또한, LED를 드라이버 및 제어 회로와 함께 스마트 모듈로 통합하는 것은 성장하는 추세로, 최종 사용자를 위한 시스템 설계를 단순화합니다. 반도체의 전기발광 기본 원리는 변하지 않지만, 재료 과학 및 패키징 기술은 지속적인 성능 향상을 주도합니다.