내부 렌즈 장착 1206 패키지 칩 LED HIR25-21C/L289/2T 데이터시트 - 사이즈 3.2x1.6x1.1mm - 전압 1.4V - 전력 130mW - 적외선 850nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

HIR25-21C/L289/2T는 소형 1206 표면 실장 소자(SMD) 패키지에 장착된 고성능 적외선(IR) 발광 다이오드입니다. 이 부품은 실리콘 기반 광검출기에 맞춘 신뢰할 수 있는 적외선 방출이 필요한 응용 분야를 위해 특별히 설계되었습니다. 그 핵심 기능은 850 나노미터(nm)의 피크 파장에서 전기 에너지를 적외선으로 변환하는 것입니다.

이 소자는 적외선 스펙트럼에서 효율성이 높은 것으로 알려진 GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소) 칩 재료로 구성됩니다. 패키지는 투명 플라스틱으로 성형되었으며 구형 내부 렌즈를 포함하고 있습니다. 이 렌즈 설계는 광 출력 패턴을 제어하는 데 중요하며, 일반적으로 60도의 시야각(2θ1/2)을 만들어냅니다. "워터 클리어" 외관은 렌즈 재료가 가시광선을 걸러내지 않아 의도된 적외선 방사의 최대 투과를 허용함을 나타냅니다.

이 LED의 주요 장점은 실리콘 광다이오드 및 광트랜지스터와의 스펙트럼 정합입니다. 실리콘 검출기는 근적외선 영역에서 최고의 감도를 가지며, 이 LED의 850nm 출력은 이 특성과 잘 일치하여 센싱 응용 분야에서 최적의 신호 강도와 시스템 효율성을 보장합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

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

• 연속 순방향 전류 (I_F): 65 mA. 이는 LED 애노드에 지속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역방향 전압 (V_R): 5 V. 이보다 높은 역방향 전압을 인가하면 LED의 PN 접합이 항복될 수 있습니다.
• 소비 전력 (P_d): 주변 온도 25°C 이하에서 130 mW. 이는 패키지가 열로 방산할 수 있는 최대 전력입니다. 이 한계를 초과하면 과열 위험이 있습니다.
• 동작 및 보관 온도: -25°C ~ +85°C (동작), -40°C ~ +85°C (보관).
• 납땜 온도 (T_sol): 최대 5초 동안 260°C. 이는 무연(Pb-free) 리플로우 납땜 공정에 중요합니다.

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이 파라미터는 표준 테스트 조건(순방향 전류 20mA, 25°C)에서 측정되며 소자의 성능을 정의합니다.

• 방사 강도 (I_e): 4.0 mW/sr (최소), 5.0 mW/sr (일반). 이는 단위 입체각(스테라디안)당 방출되는 광전력을 측정합니다. 이는 LED의 주 방향에서의 밝기를 직접적으로 나타내는 지표입니다.
• 피크 파장 (λ_p): 850 nm (일반). 광 출력 전력이 가장 큰 파장입니다. 이는 근적외선(NIR) 스펙트럼에 속하며 인간의 눈에는 보이지 않습니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ): 30 nm (일반). 방출되는 파장의 범위로, 일반적으로 피크 전력의 절반(반치폭 - FWHM)에서 측정됩니다. 30nm 대역폭은 IR LED의 표준입니다.
• 순방향 전압 (V_F): 20mA에서 1.4 V (일반), 1.7 V (최대). LED가 동작할 때 걸리는 전압 강하입니다. 이 낮은 전압은 GaAlAs IR 다이오드의 특징이며, 직렬 저항 값과 전력 소비를 계산하는 데 중요합니다.
• 역방향 전류 (I_R): V_R=5V에서 10 μA (최대). 다이오드가 역방향 바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 시야각 (2θ_1/2): 60° (일반). 방사 강도가 최대값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 구형 렌즈가 이 중간 정도의 넓은 빔을 만듭니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 설계 엔지니어에게 필수적인 여러 특성 곡선을 제공합니다.

3.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다. 온도가 상승하면 LED의 열 방산 능력이 감소하므로, 130mW 소비 전력 한계 내에 머물기 위해 최대 전류를 줄여야 합니다. 설계자는 고온 동작을 위해 이 곡선을 참조해야 합니다.

3.2 스펙트럼 분포

이 플롯은 850nm 피크를 중심으로 30nm FWHM 대역폭을 가진 파장의 함수로서 광 출력을 시각화합니다. 이는 일반적으로 800-900nm 근처에서 높은 응답성을 가지는 실리콘 검출기와의 스펙트럼 정합을 확인시켜 줍니다.

3.3 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

이 기본 곡선은 다이오드의 전류와 전압 사이의 지수 관계를 보여줍니다. "무릎" 전압은 약 1.2-1.3V입니다. 이 곡선은 구동 회로, 특히 전류 제한 저항 계산을 설계하는 데 필수적입니다: R = (V_supply- V_F) / I_F.

3.4 방사 강도 대 순방향 전류

이 그래프는 동작 범위 내에서 구동 전류와 광 출력 전력(방사 강도) 사이의 선형 관계를 보여줍니다. 전류를 증가시키면 소자의 열적 한계까지 비례적으로 광 출력이 증가함을 보여줍니다.

3.5 상대 방사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 플롯은 방사 패턴 또는 빔 프로파일을 설명합니다. 이는 60° 시야각을 시각적으로 확인시켜 주며, 중심축(0°)에서 각도가 증가함에 따라 강도가 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 이는 수신기가 LED의 효과적인 빔 내에 있도록 보장하는 광학 시스템 설계에 중요합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 소자 치수

이 부품은 표준 1206 SMD 풋프린트를 따릅니다: 길이 약 3.2mm, 너비 1.6mm, 높이 1.1mm입니다. 데이터시트의 상세 치수 도면은 패드 간격(일반 2.0mm), 부품 높이, 렌즈 곡률 등 모든 중요한 측정치를 ±0.1mm의 공차로 지정합니다(별도 명시되지 않는 한).

4.2 극성 식별

캐소드는 일반적으로 표시되어 있으며, 테이프 및 릴 패키징에서 노치, 녹색 줄무늬 또는 다른 패드 크기/모양으로 표시되는 경우가 많습니다. 데이터시트 도면은 캐소드 측을 나타냅니다. 역방향 바이어스 손상을 방지하기 위해 조립 중 올바른 극성은 필수적입니다.

4.3 패키징 사양

LED는 직경 7인치 릴에 감긴 8mm 너비의 엠보싱 캐리어 테이프에 공급됩니다. 각 릴에는 2000개가 들어 있습니다. 캐리어 테이프 치수(포켓 크기, 피치 등)는 자동 픽 앤 플레이스 머신 프로그래밍을 위해 제공됩니다.

5. 납땜, 조립 및 취급 지침

5.1 중요 주의사항

• 전류 제한은 필수입니다: 외부 직렬 저항을 항상 사용해야 합니다. LED의 낮은 순방향 전압과 급격한 I-V 곡선은 공급 전압의 작은 증가가 파괴적인 큰 전류 증가를 일으킬 수 있음을 의미합니다.
• 수분 민감도: 플라스틱 패키지는 수분에 민감합니다. 소자는 제어된 조건(10-30°C, ≤60% RH)에서 원래의 방습 백에 보관해야 합니다. 개봉 후, 동일한 조건에서 "플로어 라이프"는 168시간(7일)입니다. 이를 초과하면 리플로우 납땜 전에 베이킹(예: 60°C에서 96시간)이 필요하여 "팝콘 현상" 또는 패키지 균열을 방지해야 합니다.

5.2 납땜 공정

• 리플로우 납땜: 무연(Pb-free) 온도 프로파일을 권장하며, 최대 5초 동안 피크 온도 260°C입니다. 리플로우는 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.
• 핸드 납땜: 필요한 경우, 팁 온도 350°C 미만이고 정격 전력 25W 미만의 납땜 인두를 사용하십시오. 단자당 접촉 시간은 3초 미만이어야 하며, 각 단자를 납땜하는 사이에 간격을 두어야 합니다. 열 응력을 최소화하기 위해 수리 작업에는 양쪽 팁 납땜 인두를 사용하는 것이 좋습니다.
• 응력 회피: 가열 중에 LED에 기계적 응력을 가하거나 납땜 후 PCB를 구부리지 마십시오. 이는 내부 연결 또는 패키지를 손상시킬 수 있습니다.

6. 응용 제안 및 설계 고려사항

6.1 일반적인 응용 시나리오

• PCB 장착 적외선 센서: 근접 센서, 물체 감지 및 라인 추종 로봇의 송신기로 사용됩니다.
• 적외선 리모컨 유닛: 고출력 요구 사항이 있는 리모컨에 적합하며, 더 긴 범위 또는 더 강한 신호 투과력을 제공합니다.
• 스캐너: 바코드 스캐너, 문서 스캐너 및 기타 광학 스캐닝 시스템.
• 일반 적외선 시스템: 보안 시스템(카메라용 IR 조명), 데이터 전송(IrDA) 및 산업 자동화.

6.2 설계 고려사항

• 구동 회로: 항상 전류 제한 저항을 포함하십시오. 공급 전압과 원하는 순방향 전류(예: 일반 사양의 경우 20mA)를 기반으로 저항 값과 정격 전력을 계산하십시오. 펄스 동작(리모컨과 같은)의 경우, 듀티 사이클이 낮다면 더 높은 피크 전류가 가능할 수 있지만, 평균 전력은 정격을 초과해서는 안 됩니다.
• 광학 설계: 송신기를 광검출기와 정렬할 때 60° 시야각을 고려하십시오. 더 긴 범위를 위해 외부 렌즈나 반사기를 사용하여 빔을 평행하게 만들 수 있습니다. 더 넓은 커버리지를 위해서는 기본 각도로 충분할 수 있습니다.
• 열 관리: 특히 최대 전류 근처에서 구동하거나 높은 주변 온도에서 동작할 때 열을 방산하기 위해 충분한 PCB 구리 면적 또는 열 비아를 확보하십시오.
• 전기적 노이즈: 민감한 아날로그 센싱 응용 분야에서는 IR 신호를 변조하고 동기 검출을 사용하여 주변광과 전기적 노이즈를 제거하는 것을 고려하십시오.

7. 기술 비교 및 차별화

표준 가시광선 SMD LED 또는 구형 스루홀 IR LED와 비교하여, HIR25-21C/L289/2T는 몇 가지 장점을 제공합니다:

• 크기 및 장착: 1206 SMD 패키지는 스루홀 부품에 비해 공간과 비용을 절약하는 고밀도 자동 PCB 조립을 가능하게 합니다.
• 광학 성능: 통합된 구형 렌즈는 일관되고 제어된 방사 패턴(60°)을 제공하며, 이는 렌즈가 없거나 평평한 창이 있는 LED보다 더 신뢰할 수 있습니다.
• 스펙트럼 정밀도: 850nm 피크 파장은 실리콘 검출기에 최적화된 표준으로, 검출기 응답성과 주변광 제거 사이의 좋은 균형을 제공합니다(햇빛은 940nm에 비해 850nm에서 적은 IR을 가집니다).
• 규정 준수: 이 제품은 무연이며, RoHS, REACH 및 할로겐 프리 표준(Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)을 준수하여 현대 환경 규정을 충족합니다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

8.1 적외선 LED인데 "워터 클리어" 렌즈의 목적은 무엇인가요?

"워터 클리어" 플라스틱은 가시광선과 근적외선을 포함한 넓은 스펙트럼에서 매우 투명합니다. 그 주요 기능은 반도체 칩을 보호하고 광 출력 패턴을 제어하는 특정 모양(구형 렌즈)으로 성형하는 것입니다. 이는 IR 광을 걸러내지 않으며, 사실상 850nm 파장의 최대 투과를 허용합니다.

8.2 최대 전류 65mA로 이 LED를 지속적으로 구동할 수 있나요?

주변 온도가 충분히 낮고 접합 온도를 안전한 한계 내로 유지하여 130mW 소비 전력을 초과하지 않도록 열 설계가 충분하다는 것을 보장할 수 있는 경우에만 65mA로 구동할 수 있습니다. 더 높은 주변 온도에서는 허용 가능한 최대 전류가 크게 디레이팅됩니다. 장기적으로 신뢰할 수 있는 동작을 위해서는 일반적인 20mA 조건에서 구동하는 것이 권장됩니다.

8.3 애노드와 캐소드를 어떻게 식별하나요?

데이터시트 패키지 도면은 캐소드를 나타냅니다. 실제 테이프 및 릴에서는 포켓의 캐소드 측이 종종 표시되어 있습니다. 부품 자체에서는 노치, 점 또는 녹색 줄무늬와 같은 미묘한 표시를 찾으십시오. 의심스러울 때는 제조업체의 패키징 라벨이나 데이터시트를 참조하십시오.

8.4 수분에 대한 보관 및 취급이 왜 그렇게 엄격한가요?

플라스틱 성형 재료는 공기 중의 수분을 흡수할 수 있습니다. 고온 리플로우 납땜 공정 중에 이 흡수된 수분이 빠르게 증기로 변하여 높은 내부 압력을 생성합니다. 이는 패키지 내부의 박리, 플라스틱 균열 또는 "팝콘 현상"을 일으켜 즉시 고장이나 장기 신뢰성 저하로 이어질 수 있습니다. MSL(수분 민감도 등급) 주의사항은 이를 방지합니다.

9. 동작 원리

이 소자는 발광 다이오드(LED)입니다. 애노드와 캐소드 사이에 밴드갭 전압(약 1.4V)을 초과하는 순방향 전압이 인가되면, 전자와 정공이 GaAlAs 반도체 칩의 활성 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어들이 재결합할 때, 그들은 광자(광 입자) 형태로 에너지를 방출합니다. GaAlAs 재료의 특정 구성은 이 광자의 에너지를 결정하며, 이는 850nm의 적외선 파장에 해당합니다. 그런 다음 구형 렌즈는 이 방출된 빛을 60도 빔으로 형성하고 방향을 조절합니다.

10. 산업 동향

적외선 LED는 몇 가지 주요 동향에 의해 계속 발전하고 있습니다. 더 작은 패키지에서 더 높은 방사 강도와 효율성을 요구하는 수요가 증가하여 더 컴팩트하고 강력한 센서를 가능하게 하고 있습니다. 통합은 또 다른 중요한 동향으로, IR 송신기가 구동기, 광검출기, 심지어 마이크로컨트롤러와 결합되어 단일 모듈 또는 시스템 인 패키지(SiP) 솔루션으로 통합되고 있습니다. 더욱이, 자동차(실내 모니터링, LiDAR), 소비자 가전(얼굴 인식, 제스처 제어) 및 산업 IoT에서의 응용 확장은 개선된 신뢰성, 더 넓은 동작 온도 범위 및 가혹한 환경에 대한 향상된 내성을 가진 소자를 요구하고 있습니다. 엄격한 환경 및 안전 규정 준수는 모든 전자 부품에 대한 기본 요구 사항으로 남아 있습니다.