역방향 장착 SMD LED 블루 데이터시트 - EIA 패키지 - 5mA - 45mcd - 영어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 인듐 갈륨 질화물(InGaN) 반도체 재료를 사용하여 청색광을 생성하는 리버스 마운트, 표면 실장 장치(SMD) 발광 다이오드(LED)의 사양을 상세히 설명합니다. 이 장치는 워터 클리어 렌즈를 특징으로 하며 표준 EIA 호환 형식으로 패키징되어 있습니다. 자동화 조립 공정(픽 앤 플레이스 장비 및 적외선(IR) 리플로우 솔더링 포함)에 맞게 설계되어 대량 생산에 적합합니다. 본 LED는 RoHS(유해물질 제한) 지침을 준수하는 그린 제품으로 분류됩니다.

1.1 핵심 장점

• Reverse Mount Design: 칩은 특정 PCB 레이아웃과 광 추출에 최적화된 특정 방향으로 장착됩니다.
• 자동화 호환성: 7인치 릴에 8mm 테이프로 공급되며, 표준 자동 장착 및 솔더링 장비와 완벽하게 호환됩니다.
• 높은 ESD 내성: Human Body Model (HBM)으로 테스트된 8000V 정전기 방전(ESD) 한계를 특징으로 하여 우수한 핸들링 견고성을 제공합니다.
• IC 호환: 전기적 특성으로 인해 표준 논리 레벨 집적 회로 출력에서 직접 구동이 가능합니다.
• 무연 공정 호환: 무연 조립에 필요한 적외선 리플로우 솔더링 프로파일을 견딥니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

다음 섹션에서는 장치의 절대 한계 및 동작 특성에 대한 상세한 분석을 제공합니다. 별도로 명시되지 않는 한, 모든 파라미터는 주변 온도(Ta) 25°C에서 지정됩니다.

2.1 절대 최대 정격

이 등급은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이 한계 이하 또는 해당 수준에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• Power Dissipation (Pd): 76 mW. 장치가 열로 발산할 수 있는 최대 총 전력입니다.
• 순방향 피크 전류(I_FP): 100 mA. 펄스 조건(1/10 듀티 사이클, 0.1ms 펄스 폭)에서 허용 가능.
• DC 순방향 전류 (I_F): 20 mA. 신뢰성 있는 동작을 위한 최대 연속 순방향 전류.
• 동작 온도 범위 (T_opr): -20°C ~ +80°C.
• 저장 온도 범위 (T_stg): -30°C ~ +100°C.
• 적외선 솔더링 조건: 무연 리플로우 공정에 일반적인 260°C 피크 온도를 10초간 견딤.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

이는 표준 시험 조건(I_F = 5 mA, Ta=25°C).

• 광도 (I_V): 최소 11.2 mcd에서 최대 45.0 mcd까지의 범위를 가집니다. 전형적인 값은 특정 빈에 따라 다릅니다(섹션 3 참조). CIE 명시적(photopic) 눈 반응 곡선에 필터링된 센서로 측정되었습니다.
• 관찰 각도 (2θ)_1/2): 130도. 이 넓은 시야각은 확산되고 집중되지 않은 광 방출 패턴을 나타내며, 넓은 각도 가시성이 필요한 표시등 및 백라이트 응용 분야에 적합합니다.
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 468 nm. 스펙트럼 파워 출력이 가장 높은 특정 파장입니다.
• 주파장 (λ_d): 465.0 nm ~ 475.0 nm. 이는 색상을 정의하는 데 인간의 눈이 인지하는 단일 파장입니다. CIE 색도도에서 도출됩니다.
• 스펙트럼 선 반치폭 (Δλ): 25 nm. 이 매개변수는 발광의 스펙트럼 순도 또는 대역폭을 나타냅니다. 25nm 값은 표준 청색 InGaN LED의 전형적인 수치입니다.
• 순방향 전압 (V_F): 2.65 V ~ 3.15 V. 5 mA로 구동 시 LED 양단의 전압 강하. 회로 설계 시 전류 제한 저항 계산을 위해 이 범위를 고려해야 함.
• 역방향 전류 (I_R): 역방향 전압(V_R) 0.55V 인가 시 최대 10 μA. 중요 참고사항: 본 장치는 역방향 바이어스에서 동작하도록 설계되지 않았으며, 이 테스트 조건은 누설 특성 평가 전용입니다.

3. Binning System 설명

생산 일관성을 보장하기 위해 LED는 주요 파라미터에 따라 빈으로 분류됩니다. 이를 통해 설계자는 색상과 밝기 균일성에 대한 특정 애플리케이션 요구사항을 충족하는 부품을 선택할 수 있습니다.

3.1 순방향 전압 Binning

빈은 LED가 유사한 전압 강하를 갖도록 하여, 병렬 배열에서 전원 공급 설계를 단순화할 수 있습니다. 빈당 허용 오차는 ±0.1V입니다.

• 빈 1: 2.65V - 2.75V
• 빈 2: 2.75V - 2.85V
• Bin 3: 2.85V - 2.95V
• Bin 4: 2.95V - 3.05V
• Bin 5: 3.05V - 3.15V

3.2 광도 빈닝

이 Binning은 5 mA에서의 밝기 출력에 따라 LED를 그룹화합니다. 각 Bin의 허용 오차는 ±15%입니다.

• L1: 11.2 mcd - 14.0 mcd
• L2: 14.0 mcd - 18.0 mcd
• M1: 18.0 mcd - 22.4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35.5 mcd - 45.0 mcd

3.3 주 파장 빈닝

이는 청색광의 인지되는 색상(색조)을 제어합니다. Binning 당 허용 오차는 ±1 nm입니다.

• 빈 AC: 465.0 nm - 470.0 nm (약간 녹색 기운이 도는 청색)
• 빈 AD: 470.0 nm - 475.0 nm (약간 더 순수한 청색)

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에서 특정 그래픽 곡선(예: Fig.1, Fig.6)을 참조하고 있지만, 그 함의는 설계에 매우 중요합니다.

4.1 발광 세기 대 순방향 전류

광 출력(I_V)은 동작 범위 내에서 순방향 전류(I_F)에 거의 비례합니다. LED를 5 mA 이상으로 구동하면 밝기는 증가하지만, 전력 소산과 접합 온도도 함께 증가하여 수명과 파장에 영향을 미칠 수 있습니다. 20 mA DC 최대치는 5 mA 테스트 지점 대비 상당한 밝기 여유를 제공합니다.

4.2 순방향 전압 vs. 순방향 전류 & Temperature

다이오드의 V_F 는 음의 온도 계수를 가지며, 접합 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 특성은 정전류 구동 설계에 중요하며, 적절한 전류 제한이 없다면 고정 전압원은 열 폭주(thermal runaway)를 초래할 수 있습니다. 25°C에서 명시된 V_F 범위는 작동 온도에 따라 변동한다는 점을 이해하고 가이드라인으로 사용해야 합니다.

4.3 스펙트럼 분포

참조 스펙트럼 그래프(Fig.1)는 피크 파장 468 nm를 중심으로 하고 반치폭(FWHM)이 25 nm인 가우시안 형태의 분포를 보일 것입니다. 이 스펙트럼 폭은 센서나 컬러 믹스 조명 시스템과 같이 특정 파장에 민감한 응용 분야와 관련이 있습니다.

5. Mechanical & Package Information

5.1 패키지 치수 및 극성

본 소자는 표준 EIA 패키지 외형을 따릅니다. "역방향 장착" 표기는 PCB 풋프린트 설계에 매우 중요합니다. 캐소드와 애노드는 패키지의 특정 측면에 위치합니다. 기계 도면은 랜드 패턴 설계를 위한 정확한 치수(mm)를 제공하며, 이는 패드 크기와 간격을 포함하여 적절한 솔더링 및 정렬을 보장합니다. 대부분 치수의 공차는 ±0.10 mm입니다.

5.2 권장 솔더링 패드 레이아웃

리플로우 시 신뢰할 수 있는 솔더 접합 형성을 보장하기 위해 권장 PCB 랜드 패턴(솔더 패드 형상)이 제공됩니다. 이 패턴을 준수하면 툼스토닝(소자가 세워지는 현상)을 방지하고 적절한 열 및 전기적 연결을 보장하는 데 도움이 됩니다.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 IR 리플로우 납땜 프로파일

무연(Pb-free) 공정을 위한 권장 리플로우 프로파일이 포함되어 있습니다. 주요 매개변수는 다음과 같습니다:

• Pre-heat: 150–200°C 범위.
• 예열 시간: 온도 안정화 및 플럭스 활성화를 위해 최대 120초.
• 최고 온도: 최대 260°C.
• 액상선 이상 시간: 해당 장치는 최대 10초 동안 피크 온도를 견딜 수 있습니다. 리플로우는 최대 두 번까지 수행해야 합니다.

참고: 프로파일은 특정 PCB 어셈블리에 대해 특성화되어야 합니다. 보드 두께, 부품 밀도 및 솔더 페이스트가 열 전달에 영향을 미치기 때문입니다.

6.2 핸드 납땜

수동 솔더링이 필요한 경우:

• 인두 온도: 최대 300°C.
• 솔더링 시간: 리드당 최대 3초.
• 주파수: 열응력을 피하기 위해 한 번만 수행해야 합니다.

6.3 클리닝

솔더링 후 세척이 필요한 경우:

• 지정된 용매만 사용하십시오: 상온에서 에틸 알코올 또는 이소프로필 알코올.
• 침지 시간은 1분 미만이어야 합니다.
• 명시되지 않은 화학 물질은 LED 패키지 재료(에폭시 렌즈)를 손상시킬 수 있습니다.

7. Storage & Handling

7.1 ESD 주의사항

8000V HBM 등급에도 불구하고, 표준 ESD 예방 조치를 권장합니다: 취급 시 접지된 손목 스트랩, 방진 매트 및 적절히 접지된 장비를 사용하십시오.

7.2 습기 민감도

해당 장치는 Moisture Sensitivity Level (MSL) 등급이 2a입니다.

• 밀봉 백: 30°C 이하, 상대습도 90% 이하에서 보관하십시오. 건제제가 들어 있는 원래의 방습 백에 보관할 경우 유통기한은 1년입니다.
• 개봉 후: 30°C 이하, 상대습도 60% 이하에서 보관하십시오. 장치는 공장 환경 조건에 노출된 후 672시간(28일) 이내에 IR 리플로우 공정을 거쳐야 합니다.
• 연장 보관 (개봉 후): 건조제와 함께 밀폐용기에 보관하거나 질소 데시케이터에 보관하십시오.
• 리베이킹: 672시간 이상 노출된 경우, 흡수된 수분을 제거하고 리플로우 중 "팝코닝"을 방지하기 위해 납땜 전 약 60°C에서 최소 20시간 베이킹하십시오.

8. Packaging & Ordering

8.1 테이프 및 릴 사양

• 캐리어 테이프 폭: 8 mm.
• 릴 직경: 7 inches.
• 릴 당 수량: 3000개.
• 최소 주문 수량 (MOQ): 잔여 수량 기준 500개.
• 포켓 커버리지: 빈 포켓은 커버 테이프로 밀봉됩니다.
• 누락 부품: 사양(ANSI/EIA 481)에 따라 최대 2개의 연속 누락 LED가 허용됩니다.

9. Application Notes & 설계 고려사항

9.1 Typical Application Scenarios

• 상태 표시기: 소비자 가전, 가전 제품 및 산업용 제어판에서 넓은 시야각의 이점을 누릴 수 있습니다.
• 백라이트: 소형 LCD 디스플레이, 키패드 또는 멤브레인 스위치용.
• 장식 조명: 저전력 액센트 조명 또는 사인보드에 사용.
• 센서 작동: 광학 센서(근접, 물체 감지)용 광원으로 사용.

중요한 고지 사항: 본 LED는 일반적인 전자 장비용으로 제작되었습니다. 고장 시 생명이나 건강에 위험이 따를 수 있는 안전 관련 중요 응용 분야(예: 항공, 의료 생명 유지 장치, 교통 제어)에는 등급이 지정되지 않았으며 사용을 권장하지 않습니다.

9.2 회로 설계 시 고려사항

1. 전류 제한: 항상 직렬 저항이나 정전류 구동기를 사용하십시오. 최대 V_F 바이닝된 값(예: 3.15V)과 최소 공급 전압을 고려하여, 최악의 조건에서도 전류가 절대 최대 정격을 초과하지 않도록 보장해야 합니다.
2. 열 관리: 전력 소산은 낮지만, 최대 전류 근처에서 동작하거나 주변 온도가 높은 경우 접합 온도를 허용 범위 내로 유지하려면 PCB 구리 면적이나 방열 설계를 충분히 확보해야 합니다.
3. 역전압 보호: 본 장치는 역방향 바이어스를 위해 설계되지 않았으므로, 회로에서 LED가 역전압 서지를 받을 가능성이 있는 경우 병렬로(캐소드에서 애노드로) 보호 다이오드를 추가하는 것을 고려하십시오.

10. 자주 묻는 질문 (FAQs)

10.1 "reverse mount"는 무엇을 의미합니까?

리버스 마운트는 패키지 내 LED 반도체 칩의 물리적 방향을 가리킵니다. 표준 LED에서는 빛이 주로 상단에서 방출됩니다. 리버스 마운트 설계에서는 칩이 측면을 통해 또는 PCB를 통해 빛 방출을 최적화하도록 방향이 설정되며, LED가 캐비티에 장착되거나 특정 광학 경로가 필요한 경우에 종종 사용됩니다. PCB 풋프린트는 표준 탑뷰 LED와 다를 것입니다.

10.2 이 LED를 20 mA로 지속적으로 구동할 수 있습니까?

예, 20mA는 절대 최대 연속 DC 순방향 전류 정격입니다. 최적의 수명과 안정적인 성능을 위해 LED를 절대 최대치 이하, 일반적으로 10-15mA로 구동하는 것이 일반적인 관행입니다. 고온 환경에서 작동할 때는 항상 디레이팅 곡선(제공되는 경우)을 참조하십시오.

10.3 광도 값을 어떻게 해석해야 합니까?

광도(mcd)는 특정 방향(축을 따라)에서 인지되는 밝기의 척도입니다. 130도의 시야각은 이 밝기가 매우 넓은 원뿔 범위에서 유지됨을 의미합니다. 집속된 빔이 필요한 응용 분야의 경우 2차 광학 부품(렌즈)이 필요합니다. 빈닝 시스템(L1~N2)을 통해 설계에 필요한 최소 밝기를 선택할 수 있습니다.

10.4 저장 조건이 왜 그렇게 중요합니까?

SMD 부품은 공기 중의 수분을 흡수합니다. 고온 리플로우 솔더링 공정 중에 갇힌 이 수분이 급격히 기화하여 내부 박리, 균열 또는 "팝코닝"을 일으켜 부품을 파괴할 수 있습니다. MSL 등급과 베이킹 지침은 조립 수율과 신뢰성에 매우 중요합니다.

11. Practical Design Example

시나리오: 5V 회로용 간단한 전원 인디케이터 설계.

1. 빈 선택: 계산을 위해 강도 빈(예: 18-22.4 mcd의 M1)과 전압 빈(예: ~2.9V의 Bin 3)을 선택하십시오.
2. 직렬 저항 계산: Target I_F = 밝기와 수명의 균형을 위해 10 mA.
   R = (V_supply - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   표준 220 Ω 저항을 사용하십시오. 정격 전력을 확인하십시오: P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022W이므로, 1/10W 또는 1/8W 저항으로 충분합니다.
3. PCB 레이아웃: 데이터시트에서 제안하는 솔더링 패드 치수를 사용하십시오. 패키지 마킹 다이어그램에 따라 극성이 올바른지 확인하십시오.
4. 조립: 권장 IR 리플로우 프로파일을 따르십시오. 습한 환경에서 보드를 조립하고 즉시 사용하지 않을 경우, LED가 밀봉 백에서 꺼낸 지 28일이 지났다면 조립 전 베이킹을 고려하십시오.

12. 기술 소개

이 LED는 일반적으로 사파이어 또는 실리콘 카바이드 기판 위에 성장된 InGaN(인듐 갈륨 나이트라이드) 반도체 기술을 기반으로 합니다. 순방향 전압이 인가되면 활성 양자 우물 영역에서 전자와 정공이 재결합하여 광자 형태로 에너지를 방출합니다. 합금 내 인듐과 갈륨의 특정 비율은 밴드갭 에너지를 결정하며, 이에 따라 방출되는 빛의 피크 파장이 결정됩니다. 본 제품의 경우 파란색 스펙트럼(~468 nm)에 해당합니다. 물처럼 투명한 에폭시 렌즈가 칩을 캡슐화하여 기계적 보호를 제공하고, 광 출력을 형성하며(130도 시야각), 광 추출 효율을 향상시킵니다.

13. 산업 동향

2014년 노벨 물리학상 수상의 기반이 된 청색 LED의 개발은 형광체 변환을 통한 백색 LED와 풀컬러 디스플레이를 가능하게 한 기초적인 돌파구였습니다. 본 제품과 같은 SMD LED의 현재 산업 동향은 다음과 같은 분야에 집중되어 있습니다:

• 효율 향상: 더 높은 광효율(입력 전력 와트당 더 많은 광 출력).
• 소형화: 더 조밀한 전자제품을 위한 더 작은 패키지 크기 (예: 0201, 01005).
• 향상된 색상 일관성: 디스플레이 백라이트와 같은 애플리케이션에 중요한, 주 파장 및 광도에 대한 더 엄격한 빈닝 공차.
• 향상된 신뢰성: 자동차 및 산업용 애플리케이션을 위한 더 높은 최대 작동 온도와 향상된 내습성.
• 첨단 패키징: 다중 LED 칩(RGB, 백색)을 단일 패키지에 통합하거나, 내장형 전류 제한 저항 또는 제어 IC("스마트 LED")가 포함된 패키지.