HIR67-21C/L11/TR8 미니 탑 적외선 LED 데이터시트 - 850nm 피크 파장 - 120° 시야각 - 65mA 순방향 전류

1. 제품 개요

HIR67-21C/L11/TR8은 표면 실장 응용을 위해 설계된 고성능 적외선(IR) 발광 다이오드입니다. 렌즈 역할을 하는 투명 플라스틱으로 성형된 소형 플랫탑 SMD 패키지에 장착되어 있습니다. 이 소자는 850nm의 피크 파장에서 빛을 방출하도록 설계되어 일반적인 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터와 스펙트럼적으로 정확히 일치합니다. 이 정렬은 광전자 시스템에서 검출 효율을 극대화하는 데 매우 중요합니다.

핵심 장점으로는 에너지 효율성에 기여하는 낮은 순방향 전압과 표준 적외선 및 증기상 리플로우 솔더링 공정과의 호환성이 포함됩니다. 또한 이 부품은 주요 환경 및 안전 표준을 준수하며, 무연, RoHS 준수, EU REACH 준수, 할로겐 프리로 브롬 및 염소 함량에 대한 특정 기준을 충족합니다.

이 IR LED의 목표 시장은 신뢰할 수 있는 비가시광선 감지가 필요한 다양한 소비자 및 산업용 전자 부문에 걸쳐 있습니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

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

• 연속 순방향 전류 (IF):65 mA. 이는 LED를 통해 연속적으로 흐를 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역방향 전압 (VR):5 V. 이 역방향 바이어스 전압을 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 동작 및 보관 온도 (Topr, Tstg):-40°C ~ +100°C. 이 넓은 범위는 가혹한 환경에서의 신뢰성을 보장합니다.
• 솔더링 온도 (Tsol):최대 5초 동안 260°C, 무연 리플로우 프로파일과 호환됩니다.
• 소비 전력 (Pd):주변 온도 25°C 이하에서 130 mW. 더 높은 온도에서는 전력 감소가 필요합니다.

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이 파라미터들은 일반적인 동작 조건에서 소자의 성능을 정의합니다.

• 복사 강도 (Ie):순방향 전류(IF) 20mA에서 일반적으로 2.0 mW/sr입니다. 100mA에서 펄스 동작(100μs 펄스 폭, ≤1% 듀티 사이클) 시 10 mW/sr에 도달할 수 있습니다.
• 피크 파장 (λp):850 nm (일반값). 이는 방출된 광 파워가 최대가 되는 파장입니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):45 nm (일반값). 이는 피크를 중심으로 방출되는 파장의 범위를 나타냅니다.
• 순방향 전압 (VF):20mA에서 일반적으로 1.45V, 최대 1.65V입니다. 100mA(펄스)에서는 1.80V에서 2.40V 범위입니다.
• 역방향 전류 (IR):역방향 전압 5V에서 최대 10 μA입니다.
• 시야각 (2θ1/2):120도 (일반값). 이는 복사 강도가 최대값의 절반으로 떨어지는 전체 각도로, 매우 넓은 빔 패턴을 나타냅니다.

3. 성능 곡선 분석

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

3.1 소비 전력 대 주변 온도

이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 소비 전력이 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 설계자는 특히 고온 응용에서 LED가 안전 동작 영역 내에서 작동하도록 보장하기 위해 이 곡선을 사용해야 합니다. 감소는 선형적이며, 25°C에서 130mW에서 시작하여 최대 접합 온도에서 0에 도달합니다.

3.2 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 곡선은 상대 강도를 파장에 대해 표시합니다. 이는 850nm에서의 피크 방출과 약 45nm의 스펙트럼 대역폭을 확인시켜 줍니다. 이 정보는 일치하는 광검출기와 광학 필터를 선택하는 데 매우 중요합니다.

3.3 순방향 전류 대 순방향 전압 (IV 곡선)

이 비선형 관계는 전류 제한 회로를 설계하는 데 매우 중요합니다. 곡선은 일반적인 VF를 약간 초과하는 전압 증가가 크고 잠재적으로 파괴적인 전류 증가로 이어질 수 있음을 보여주며, 적절한 전류 조절(예: 직렬 저항 또는 정전류 드라이버)의 필요성을 강조합니다.

3.4 상대 복사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 플롯은 120도 시야각을 시각적으로 나타냅니다. 강도는 0도(LED 표면에 수직)에서 가장 높으며, 중심에서 ±60도까지 대칭적으로 최대값의 50%로 감소합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

LED는 컴팩트한 SMD 패키지로 제공됩니다. 주요 치수로는 본체 크기, 리드 간격 및 전체 높이가 포함됩니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 공차 ±0.1mm의 밀리미터 단위입니다. 플랫탑 렌즈 설계는 넓은 시야각에 기여합니다.

4.2 극성 식별

캐소드는 일반적으로 패키지의 노치, 점 또는 트리밍된 리드와 같은 표시로 나타냅니다. 역방향 바이어스 손상을 방지하기 위해 조립 시 올바른 극성을 관찰해야 합니다.

4.3 캐리어 테이프 및 릴 사양

부품은 자동 피크 앤 플레이스 조립에 표준인 7인치 직경 릴에 8mm 테이프로 공급됩니다. 각 릴에는 2000개가 들어 있습니다. 자동 조립 장비와의 호환성을 보장하기 위해 상세한 캐리어 테이프 치수(포켓 크기, 피치 등)가 제공됩니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

5.1 보관 및 습기 민감도

LED는 습기에 민감합니다(MSL). 주의사항은 다음과 같습니다:

• 사용 준비가 될 때까지 방습 백을 열지 마십시오.
• 열지 않은 백은 ≤30°C 및 ≤90% RH에서 보관하십시오. 1년 이내에 사용하십시오.
• 개봉 후, ≤30°C 및 ≤70% RH에서 보관 시 168시간(7일) 이내에 부품을 사용하십시오.
• 보관 시간을 초과하거나 건조제가 습기를 나타내는 경우 사용 전 60±5°C에서 24시간 동안 베이킹하십시오.

5.2 리플로우 솔더링

권장 무연 리플로우 온도 프로파일이 제공됩니다. 주요 사항:

• 피크 온도는 260°C를 초과하지 않아야 합니다.
• 액상선 온도(예: 217°C) 이상의 시간은 제어되어야 합니다.
• 리플로우는 두 번 이상 수행하지 않아야 합니다.
• 가열 및 냉각 중 패키지에 기계적 스트레스를 가하지 마십시오.

5.3 핸드 솔더링 및 수리

핸드 솔더링이 필요한 경우:

• 팁 온도가<350°C인 솔더링 아이언을 사용하십시오.
• 터미널당 접촉 시간을 ≤3초로 제한하십시오.
• 정격 전력 ≤25W의 아이언을 사용하십시오.
• 각 터미널을 솔더링하는 사이에 ≥2초의 냉각 간격을 두십시오.
• 솔더링된 LED를 수리하지 마십시오. 불가피한 경우, 양쪽 터미널을 동시에 가열하여 열 스트레스를 최소화하기 위해 더블헤드 솔더링 아이언을 사용하십시오. 수리 시도 후 소자 기능을 확인하십시오.

6. 응용 제안

6.1 일반적인 응용 시나리오

데이터시트는 다음과 같은 여러 응용 분야를 나열합니다:

• 플로피 디스크 드라이브 및 VCR:위치 감지 및 테이프 끝 감지용.
• 광전자 스위치:IR LED를 포토트랜지스터 또는 포토다이오드와 쌍을 이루어 물체 감지, 계수 및 위치 감지에 사용됩니다.
• 카메라:자동 초점 시스템 또는 야간 투시용 적외선 조명에 자주 사용됩니다.
• 연기 감지기:연기 입자가 LED와 센서 사이의 IR 빔을 차단하는 폐색형 감지기에 사용됩니다.

6.2 설계 고려사항

전류 제한:이것은 가장 중요한 설계 측면입니다. 작동 전류를 설정하고 미세한 전압 변동으로 인한 과전류로부터 LED를 보호하기 위해 외부 직렬 저항이 필수적입니다. 저항 값(R)은 옴의 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다: R = (Vsupply - VF) / IF, 여기서 VF는 원하는 전류 IF에서 데이터시트의 순방향 전압입니다.
열 관리:최대 전류 정격 근처에서 연속 동작하거나 높은 주변 온도에서 동작하는 경우, 방열을 위한 PCB 레이아웃을 고려하십시오. 소비 전력(Pd = VF * IF)이 소비 전력 대 온도 곡선에서 감소된 최대값을 초과하지 않도록 하십시오.
광학 설계:120° 넓은 빔은 넓은 커버리지가 필요한 응용에 적합합니다. 더 집중된 빔의 경우 외부 렌즈나 반사기가 필요할 수 있습니다. 하우징 재질이 850nm IR 빛에 투명한지 확인하십시오.

7. 기술 비교 및 차별화

데이터시트가 특정 경쟁 부품을 비교하지는 않지만, HIR67-21C/L11/TR8은 시장에서 유리한 위치를 차지할 수 있는 기능 조합을 제공합니다:

• 넓은 시야각 (120°):시야각이 20-60도 정도인 많은 표준 IR LED보다 더 넓은 커버리지를 제공합니다.
• 낮은 순방향 전압:더 높은 VF를 가진 LED에 비해 더 낮은 전력 소비와 감소된 열 발생에 기여합니다.
• 환경 규정 준수:무연, RoHS, REACH 및 할로겐 프리 상태는 엄격한 글로벌 규제 요구 사항을 충족하며, 이는 현대 전자 제조의 주요 차별화 요소입니다.
• 높은 펄스 출력:펄스 동작(100mA)에서 10 mW/sr을 제공할 수 있는 능력은 특정 감지 또는 통신 프로토콜과 같이 높은 순간 신호 강도가 필요한 응용에 적합하게 만듭니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 전류 제한 저항이 왜 절대적으로 필요한가요?
A: IV 곡선은 LED의 지수적 전류-전압 관계를 보여줍니다. 명목 VF를 약간 초과하는 공급 전압의 작은 증가는 매우 크고 잠재적으로 파괴적인 전류 증가를 유발합니다. 직렬 저항은 선형 전압 강하를 제공하여 전류를 안정화하고 LED를 보호합니다.

Q: 이 LED를 3.3V 또는 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?
A: 아니요. 마이크로컨트롤러 핀은 제한된 전류 공급/싱크 능력(종종 20-40mA)을 가지며 전력 LED를 직접 구동하도록 설계되지 않았습니다. 더욱이, 여전히 직렬 저항이 필요합니다. 마이크로컨트롤러 핀을 사용하여 LED에 필요한 더 높은 전류를 스위칭하는 트랜지스터나 MOSFET을 제어하십시오.

Q: "실리콘 포토다이오드와 스펙트럼적으로 일치"한다는 것은 무엇을 의미하나요?
A: 실리콘 광검출기는 근적외선 영역(약 800-900nm)에서 최고 감도를 가집니다. 이 LED의 850nm 피크 파장은 이 높은 감도 영역 내에 속하여 검출기에 의해 방출된 빛이 전류로 최대한 변환되도록 보장하며, 최적의 시스템 신호 대 잡음비를 이끌어냅니다.

Q: 100mA 테스트에 대한 "펄스 폭 ≦100μs , 듀티≦1%" 조건을 어떻게 해석하나요?
A: 이는 100mA에서의 더 높은 복사 강도와 순방향 전압 값이 LED가 DC로 구동되지 않고 펄스될 때만 유효함을 의미합니다. 펄스는 100 마이크로초 이하여야 하며, 펄스 사이의 시간은 평균 듀티 사이클이 1% 이하(예: 10ms마다 하나의 100μs 펄스)가 되도록 충분히 길어야 합니다. 이는 과도한 가열을 방지합니다.

9. 실용적인 설계 및 사용 사례

사례: 간단한 물체 감지 센서 설계
목표:물체가 IR LED와 포토트랜지스터 사이를 통과할 때 감지합니다.
부품:HIR67-21C/L11/TR8 IR LED, 일치하는 실리콘 포토트랜지스터, 저항, 비교기/연산 증폭기 또는 마이크로컨트롤러.
단계:

1. LED 구동 회로:5V 공급원에서 LED에 전원을 공급합니다. 좋은 강도와 수명을 위해 20mA와 같은 작동 전류를 선택합니다. 직렬 저항 계산: R = (5V - 1.45V) / 0.020A = 177.5Ω. 표준 180Ω 저항을 사용합니다. 저항 및 LED의 소비 전력이 허용 가능한지 확인합니다.
2. 검출기 회로:포토트랜지스터를 LED 반대편에 정렬하여 배치합니다. IR 빔이 방해받지 않을 때 포토트랜지스터가 전도하여 부하 저항에 전압 강하를 생성합니다. 물체가 빔을 차단하면 포토트랜지스터가 전도를 멈추고 전압이 변경됩니다.
3. 신호 조절:이 전압 변화는 깨끗한 디지털 신호를 생성하기 위해 비교기에 입력되거나, 더 정교한 처리를 위해 마이크로컨트롤러의 아날로그-디지털 변환기(ADC) 핀에 직접 입력될 수 있습니다.
4. 고려사항:주변광(IR 포함)으로부터 설정을 차폐하여 오작동을 방지하십시오. LED의 120° 빔은 정렬 허용 오차에 도움이 되지만, 감지 경로를 더 정확하게 정의하기 위해 튜브나 장벽이 필요할 수 있습니다.

10. 원리 소개

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 가시광 LED와 동일한 기본 원리인 반도체 물질의 전계발광으로 작동합니다. p-n 접합에 순방향 전압이 가해지면 n 영역의 전자가 p 영역의 정공과 재결합합니다. 이 재결합 사건은 에너지를 방출합니다. IR LED에서는 반도체 물질(이 경우 갈륨 알루미늄 비소 - GaAlAs)이 광자가 적외선 스펙트럼(가시 적색광보다 긴 파장, 일반적으로 700nm ~ 1mm)에서 방출되도록 에너지 밴드갭에 맞게 선택됩니다. 850nm 파장은 "근적외선"(NIR) 영역에 속하며, 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 기반 센서로는 쉽게 감지할 수 있습니다. 플랫탑 투명 에폭시 패키지는 환경 밀봉과 방출된 빛의 방사 패턴을 형성하는 렌즈 역할을 모두 수행합니다.

11. 발전 동향

적외선 광전자 분야는 계속 발전하고 있습니다. HIR67-21C/L11/TR8과 같은 부품과 관련된 주요 동향은 다음과 같습니다:

• 효율 증가:지속적인 재료 과학 연구는 더 높은 내부 양자 효율(전자당 더 많은 광자)과 패키지에서의 개선된 광 추출을 가진 반도체 구조를 개발하여 동일한 입력 전력에 대해 더 높은 복사 강도를 이끌어내는 것을 목표로 합니다.
• 소형화:더 작고 밀집된 전자제품을 위한 추진력은 광학 성능과 열 특성을 유지하거나 개선하면서 더욱 컴팩트한 SMD 패키지를 요구합니다.
• 향상된 파장 옵션:850nm와 940nm가 일반적이지만, 의료 기기용 810nm나 가스 감지를 위한 특정 대역과 같은 다른 NIR 파장에 대한 개발이 진행 중입니다.
• 통합:동향에는 IR LED를 드라이버 IC와 통합하거나 심지어 단일 패키지 내에서 광검출기와 통합하여 완전하고 보정된 센서 모듈을 생성하여 최종 사용자를 위한 시스템 설계를 단순화하는 것이 포함됩니다.
• 더 엄격한 규정 준수:환경 및 재료 규정(RoHS, REACH, 할로겐 프리)은 계속해서 더 엄격해질 것이며, 성능이나 신뢰성을 저하시키지 않고 이러한 요구 사항을 충족하는 새로운 패키징 재료와 제조 공정의 개발을 촉진할 것입니다.