적외선 MIDLED HIR89-01C/1R 데이터시트 - 3.0x2.8x1.9mm - 1.55V - 850nm - 100mW - 영어 기술 문서

1. 제품 개요

HIR89-01C/1R는 MIDLED 패키지를 사용한 초소형 표면 실장 적외선(IR) 발광 다이오드입니다. 주요 기능은 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터와의 호환성을 위해 스펙트럼 최적화된 피크 파장 850나노미터(nm)의 적외선을 방출하는 것으로, 다양한 비가시광선 감지 및 통신 시스템의 기본 구성 요소입니다.

본 장치는 GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소) 칩 재료로 제작되었으며, 투명 렌즈 패키지에 수납되어 있습니다. 주요 설계상의 장점으로는 에너지 효율성에 기여하는 낮은 순방향 전압과 지향성 적외선 방출을 가능하게 하는 비교적 좁은 30도의 시야각이 있습니다. 이 제품은 현대적인 환경 및 안전 표준을 준수하며, 무연(Pb-free)이고 EU REACH 규정을 준수하며, 할로겐 프리로 분류됩니다.

1.1 핵심 특징 및 규정 준수

• 전기 효율: 낮은 순방향 전압 특성.
• 광학 성능: 지향성 발광을 위한 30° 전형적 시야각.
• 환경 규정 준수: 무연(Pb-free) 구조.
• RoHS 준수: 본 제품은 유해물질 사용 제한 지침(RoHS)을 준수합니다.
• REACH 준수: EU의 화학물질 등록·평가·허가·제한 규정(REACH) 요건을 충족합니다.
• 할로겐 프리: Contains very low levels of bromine (Br) and chlorine (Cl), specifically Br <900 ppm, Cl <900 ppm, and Br+Cl < 1500 ppm.

2. 기술 사양 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

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

• 연속 순방향 전류 (I_F): 65 mA
• 피크 순방향 전류 (I_FP): 200 mA (펄스 폭 ≤500μs, 듀티 사이클 ≤5%)
• 역전압 (V_R): 5 V
• 동작 온도 (T_opr): -40°C ~ +100°C
• 보관 온도 (T_stg): -40°C ~ +100°C
• 솔더링 온도 (T_sol): 260°C (≤5초 동안)
• 전력 소모 (P_d): 100 mW (주변 온도 25°C 이하에서)

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 표준 주변 온도 25°C에서 측정되며, 일반적인 작동 조건에서의 장치 성능을 정의합니다.

• Radiant Intensity (I_e): 40~125 mW/sr (I_F=70mA, 20ms 펄스에서 측정). 장치는 등급(C: 40-80 mW/sr, D: 63-125 mW/sr)으로 분류됩니다.
• Peak Wavelength (λ_p): 850 nm (typical, at I_F=100mA).
• Spectral Bandwidth (Δλ): 30 nm (typical, at I_F=100mA).
• 순방향 전압 (V_F):
  • 1.40V ~ 1.70V (I_F=20mA 조건)
  • 1.55V ~ 1.90V (I_F=70mA, 20ms 펄스 조건)
• 역전류 (I_R): 최대 10 μA (V_R=5V).
• 시야각 (2θ_1/2): 30° (일반적인 경우, I_F=20mA).

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 회로 설계 및 열 관리에 필수적인 여러 특성 곡선을 제공합니다.

3.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 그래프는 주변 온도가 상승함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다. 정격 전류는 25°C에서 65mA로 시작하여 선형적으로 감소하며, 온도가 최대 동작 한계인 100°C에 가까워질수록 더 낮은 값으로 떨어집니다. 설계자는 이 곡선을 사용하여 고온 환경에서 LED가 과구동되지 않도록 해야 합니다.

3.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

I-V 곡선은 다이오드의 전형적인 지수적 관계를 보여줍니다. 이는 적절한 전류 제한 저항을 선택하는 데 매우 중요합니다. 일반적인 V_F 를 약간 초과하는 전압 증가는 전류의 크고 파괴적일 수 있는 급격한 증가로 이어질 수 있으며, 이는 직렬 저항의 필요성을 강조합니다.

3.3 Radiant Intensity vs. Forward Current

이 곡선은 광학 출력(복사 강도)이 순방향 전류에 따라 증가하지만, 그 관계가 완벽하게 선형적이지 않으며 특히 높은 전류에서 더욱 그렇다는 것을 보여줍니다. 이는 설계자가 밝기와 효율, 그리고 장치의 수명을 균형 있게 고려한 동작점을 선택하는 데 도움을 줍니다.

3.4 Spectral Distribution

스펙트럼 플롯은 방출이 850nm를 중심으로 하며 전형적인 반치폭(FWHM)이 30nm임을 확인시켜 줍니다. 이 좁은 대역폭은 실리콘 기반 검출기의 최대 감도 피크와의 우수한 정합을 보장합니다.

3.5 상대 복사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 플롯은 30° 시야각을 시각적으로 정의하며, 중심축에서 ±15° 떨어진 지점에서 강도가 최대값의 절반으로 떨어지는 방식을 보여줍니다. 이 정보는 광학 시스템 설계에 필수적이며, 빔 확산 및 정렬 요구 사항을 결정하는 데 중요합니다.

4. Mechanical and Package Information

4.1 Package Dimensions

HIR89-01C/1R는 소형 MIDLED 표면 실장 패키지를 사용합니다. 주요 치수(밀리미터 단위)는 다음과 같습니다:

• 전체 길이: 3.0 mm
• 전체 너비: 2.8 mm
• 전체 높이: 1.9 mm
• 리드 간격: 2.0 mm

미지정 치수에 대한 공차는 ±0.1mm입니다. PCB 풋프린트 설계를 위한 상세 치수 도면은 데이터시트에 제공됩니다.

4.2 극성 식별

캐소드는 패키지 상에 표시되어 있습니다. 데이터시트에는 캐소드 마커를 보여주는 도해가 포함되어 있으며, 이는 조립 시 역바이어스 연결을 방지하기 위한 올바른 방향 설정에 필수적입니다.

4.3 캐리어 테이프 치수

본 장치는 자동 픽앤플레이스 조립을 위해 엠보싱 처리된 캐리어 테이프에 공급됩니다. 테이프 치수는 표준 SMT 장비와 호환되도록 규정되어 있습니다. 각 릴에는 2000개가 들어 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

5.1 리플로우 납땜 프로파일

권장 무연 리플로우 납땜 온도 프로파일이 제공됩니다. 주요 매개변수는 다음과 같습니다:

• 예열 및 소킹 구간.
• 최고 온도 260°C를 초과하지 않음.
• 액상선 이상 유지 시간 (일반적으로 217°C).
• 냉각 속도.

리플로우 솔더링은 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.

5.2 핸드 솔더링

손으로 납땜이 필요한 경우, 각별한 주의가 요구됩니다:

• Use a soldering iron with a tip temperature < 350°C.
• 단자당 납땜 시간을 3초 이하로 제한하십시오.
• 25W 이하의 전력 등급을 가진 인두를 사용하십시오.
• 열 충격을 방지하기 위해 각 단자 사이의 납땜 간격을 최소 2초 이상 유지하십시오.

5.3 Rework and Repair

납땜 후 수리는 가급적 피해야 합니다. 불가피한 경우, 양단을 동시에 가열하여 LED 패키지에 가해지는 응력을 최소화하기 위해 더블 헤드 솔더링 아이언을 사용해야 합니다. 모든 재작업 후에는 장치 특성에 미치는 영향을 반드시 확인해야 합니다.

6. 보관 및 취급 주의사항

6.1 수분 민감도

LED는 수분에 민감합니다. 주의사항은 다음과 같습니다:

• 사용 준비가 될 때까지 Moisture-Proof Barrier Bag을 개봉하지 마십시오.
• 개봉하지 않은 봉지는 30°C 이하, 상대 습도 90% 이하에서 보관하십시오.
• 출하 후 1년 이내에 사용하십시오.
• 개봉 후에는 30°C 이하, 상대 습도 70% 이하에서 보관하십시오.
• 백 개봉 후 168시간(7일) 이내에 솔더링을 완료하십시오.
• 보관 시간을 초과하거나 건제제가 습기 침투를 나타낼 경우, 사용 전 부품을 60 ±5°C에서 24시간 동안 베이킹하십시오.

6.2 전류 보호

Critical: 외부 전류 제한 저항은 필수입니다. LED의 지수적 I-V 특성은 작은 전압 증가가 큰 전류 급증을 일으켜 즉시 소손될 수 있음을 의미합니다. 저항 값은 공급 전압과 원하는 순방향 전류를 바탕으로 V_F 범위.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 포장 절차

LED는 건조제가 들어 있는 알루미늄 방습 백에 포장되어 있습니다. 백에는 중요 정보가 표기되어 있습니다.

7.2 라벨 규격

라벨에는 다음 항목들이 포함됩니다:

• CPN (고객사 부품 번호)
• P/N (제조사 부품 번호: HIR89-01C/1R)
• QTY (수량)
• CAT (등급, 예: 복사 강도의 C 또는 D)
• HUE (피크 파장)
• LOT No. (추적 가능 로트 번호)
• 생산 원산지
• Moisture Sensitivity Level (MSL)

7.3 Device Selection Guide

HIR89-01C/1R는 이 시리즈의 유일한 파트 넘버로, GaAlAs 칩과 water-clear 렌즈를 특징으로 합니다.

8. 애플리케이션 제안 및 설계 고려사항

8.1 대표적인 애플리케이션

• Infrared Sensing Systems: 근접 센서, 물체 감지, 비접촉식 스위치.
• 광학 엔코더: 모터의 위치 및 속도 감지.
• 데이터 전송: 단거리 적외선 데이터 링크 (예: 리모컨, IrDA).
• 머신 비전: IR 필터가 장착된 카메라용 조명.
• 보안 시스템: 야간 투시 카메라용 능동형 조명.

8.2 회로 설계 노트

1. 전류 제한: 항상 직렬 저항을 사용하십시오. R = (V_supply - V_F) / I_F. 모든 조건에서 안전한 전류를 보장하려면 데이터시트의 최대 V_F 를 사용하십시오.
2. 구동 회로: 펄스 동작(예: 센싱, 통신) 시, 펄스 폭과 듀티 사이클이 I_FP 등급 내에 유지되어 과열을 방지하십시오.
3. 열 관리: Derating 곡선을 고려하십시오. 주변 온도가 높거나 다른 발열 부품이 장착된 보드에 실장할 경우, 동작 전류를 그에 따라 감소시키십시오.
4. PCB 레이아웃: 도면의 권장 랜드 패턴을 따르십시오. 열적 또는 광학적 간섭을 피하기 위해 다른 구성 요소와 충분한 간격을 확보하십시오.

9. 기술 비교 및 포지셔닝

HIR89-01C/1R는 소형 SMD 패키지의 범용적이고 신뢰할 수 있는 적외선 발광소자로 자리매김합니다. 850nm 파장은 실리콘 검출기와의 호환성을 위한 산업 표준입니다. 기존의 스루홀 IR LED와 비교하여, SMD 형식은 더 작고 자동화된 PCB 조립을 가능하게 합니다. 30°의 시야각은 많은 응용 분야에서 빔 집중도와 정렬 허용 오차 사이의 좋은 균형을 제공합니다. 상세한 빈닝(C 및 D 등급) 정보를 제공함으로써 설계자는 필요한 출력 전력에 따라 소자를 선택할 수 있으며, 이는 일관된 감지 거리나 신호 강도를 달성하는 데 중요할 수 있습니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술적 매개변수 기준)

10.1 전류 제한 저항이 절대적으로 필요한 이유는 무엇입니까?

LED의 다이오드 특성은 순방향 전압을 초과하면 동적 저항이 매우 낮아집니다. 저항이 없을 경우, 전류는 전원 공급 장치의 내부 저항과 배선에 의해서만 제한되며, 이는 일반적으로 매우 낮아 치명적인 과전류를 초래합니다. 저항은 동작 전류를 설정하는 선형적이고 예측 가능하며 안전한 방법을 제공합니다.

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

아니요. 마이크로컨트롤러 GPIO 핀은 이 LED의 연속 정격 전류와 같거나 그 이하인 전류 공급/싱크 한계(보통 20-40mA)를 가집니다. 더 중요한 것은, 필요한 전류 제한을 제공할 수 없다는 점입니다. 반드시 GPIO를 사용하여 트랜지스터나 MOSFET을 제어한 후, 메인 전원 레일에 연결된 적절한 전류 제한 저항을 통해 LED를 구동해야 합니다.

10.3 C 등급과 D 등급 빈(bin)의 차이는 무엇인가요?

C 등급과 D 등급은 70mA에서 측정된 Radiant Intensity(I_e)의 서로 다른 범위를 지정합니다. C 등급은 더 낮은 출력 범위(40-80 mW/sr)를, D 등급은 더 높은 출력 범위(63-125 mW/sr)를 가집니다. D 등급 장치를 선택하면 더 긴 거리 또는 더 강력한 신호 감지를 위해 더 많은 광 출력을 제공할 수 있지만, 약간 더 높은 비용이 발생할 수 있습니다. 주문된 특정 등급은 패키지 라벨에 표시됩니다.

10.4 수분 민감도와 베이킹 지침은 얼마나 중요한가요?

매우 중요합니다. 플라스틱 패키지에 흡수된 수분은 고온 리플로우 솔더링 공정 중에 기화하여 내부 박리, 균열 또는 "팝콘 현상"을 일으킬 수 있으며, 이는 다이(die)나 와이어 본드(wire bonds)를 손상시킬 수 있습니다. 요구되는 저장 기간을 준수하고 필요한 경우 베이크아웃 절차를 수행하는 것은 높은 조립 수율과 장기적인 신뢰성을 위해 필수적입니다.

11. 설계 및 사용 사례 연구

11.1 간단한 근접 센서 설계

목적: 10cm 이내에서 물체를 감지합니다.
설계: HIR89-01C/1R과 매칭되는 실리콘 포토트랜지스터를 페어링합니다. LED는 전류 제한 저항을 통해 5V 전원으로 구동됩니다. 70mA에서의 전형적인 V_F 가 1.55V일 때, 저항 값은 R = (5V - 1.55V) / 0.07A ≈ 49.3Ω입니다(표준 51Ω 저항 사용). 마이크로컨트롤러를 사용하여 LED를 특정 주파수(예: 38kHz)로 펄싱합니다. 포토트랜지스터의 출력은 동일한 주파수로 튜닝된 복조 수신기 IC에 연결됩니다. 이 설계는 주변광을 차단하며, 변조된 적외선의 반사로 물체의 존재를 감지합니다. 30° 빔은 감지 영역을 정의하는 데 도움이 됩니다.

12. 동작 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합에서의 전계발광 원리로 동작합니다. 순방향 전압이 인가되면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 접합부를 가로질러 주입됩니다. 이들 전하 캐리어는 활성 영역(본 경우 GaAlAs 층)에서 재결합합니다. 재결합 과정에서 방출되는 에너지는 광자(빛) 형태로 방출됩니다. GaAlAs 반도체 재료의 특정 밴드갭 에너지는 방출 광자의 파장을 결정하며, 본 소자의 경우 근적외선 스펙트럼인 850nm를 중심으로 합니다. Water-clear 에폭시 렌즈는 방출된 빛을 지정된 시야각으로 형성합니다.

13. 기술 동향

적외선 LED 기술은 지속적으로 발전하고 있습니다. 트렌드에는 다음이 포함됩니다:

• 더 높은 효율: 단위 전기 입력당 더 많은 광 출력(더 높은 wall-plug efficiency)을 달성하기 위한 새로운 반도체 재료 및 구조(예: 다중 양자 우물)의 개발.
• 증가된 전력 밀도: LiDAR 및 장거리 감지와 같은 응용 분야를 위해 더 작은 패키지에서 더 높은 구동 전류를 처리할 수 있는 장치.
• 다중 파장 및 VCSEL: 특정 애플리케이션 요구사항(예: 더 나은 안전성을 위한 940nm, 장거리 LiDAR용 1350nm/1550nm)에 맞추기 위해 다른 IR 파장대에서 LED 및 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)의 출현.
• 통합 솔루션: IR 발광소자, 구동 회로 및 때로는 검출기를 단일 모듈로 결합하여 설계를 간소화하고 성능을 향상시킴.

HIR89-01C/1R은 다양한 주류 IR 애플리케이션을 위한 성숙되고 비용 효율적이며 신뢰할 수 있는 솔루션을 대표합니다.