IR25-21C/TR8 리버스 패키지 적외선 LED 데이터시트 - SMD 패키지 - GaAlAs 칩 - 워터클리어 렌즈

1. 제품 개요

IR25-21C/TR8는 초소형 표면 실장 장치(SMD) 적외선 발광 다이오드입니다. 이 부품은 구형 상단 렌즈가 있는 워터클리어 플라스틱으로 성형된 리버스 패키지 설계를 특징으로 합니다. 이 구성 요소의 주요 기능은 적외선을 방출하는 것으로, 그 스펙트럼 출력이 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터에 특별히 맞춰져 있어 다양한 센싱 응용 분야에 이상적인 광원입니다.

이 LED의 주요 장점은 PCB 장착 및 공간이 제한된 설계에 통합하기 용이한 컴팩트한 양단 패키지를 포함합니다. 낮은 순방향 전압에서 작동하여 에너지 효율성에 기여합니다. 이 장치는 RoHS, EU REACH를 포함한 주요 환경 및 안전 표준을 준수하며 무할로겐으로, 현대 전자 제조에 적합함을 보장합니다.

1.1 장치 선택 가이드

IR25-21C/TR8는 적외선(IR) LED 범주에 속합니다. 효율적인 적외선 방출로 알려진 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs) 칩 재료를 사용합니다. 렌즈는 워터클리어로, 색상 필터링 없이 적외선의 최대 투과를 허용합니다.

2. 기술 사양 및 객관적 해석

2.1 절대 최대 정격

장치의 작동 한계는 표준 주변 온도(Ta=25°C)에서 정의됩니다. 이 정격을 초과하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 순방향 전류(I_F):100 mA - LED를 통해 허용되는 최대 연속 전류입니다.
• 역방향 전압(V_R):5 V - 역방향으로 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 전력 소산(P_d):120 mW - 패키지가 열로 소산할 수 있는 최대 전력입니다.
• 작동 온도(T_opr):-40°C ~ +85°C - 신뢰할 수 있는 작동을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도(T_stg):-40°C ~ +85°C - 전원이 공급되지 않은 상태에서 장치를 안전하게 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 솔더링 온도(T_s):최대 5초 동안 260°C - 리플로우 솔더링 중 LED가 견딜 수 있는 피크 온도 및 지속 시간입니다.

2.2 전기-광학 특성

이 매개변수는 Ta=25°C에서 측정되며 LED의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 복사 강도(I_e):40 mW/sr (최소) @ I_F=20 mA - 이는 단위 입체각당 광 출력으로, LED와 같은 방향성 광원의 밝기를 측정하는 핵심 지표입니다.
• 피크 파장(λ_p):940 nm (일반값) - LED가 가장 많은 광 출력을 방출하는 파장입니다. 이는 일반적인 실리콘 광 검출기의 최대 감도 영역과 잘 일치합니다.
• 스펙트럼 대역폭(Δλ):50 nm (일반값) - 방출되는 파장의 범위로, 피크 강도의 절반(반치폭)에서 측정됩니다.
• 순방향 전압(V_F):1.5 V (일반값) @ I_F=20 mA - 지정된 전류에서 작동할 때 LED 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 낮은 값은 저전압 회로에 유리합니다.
• 시야각(2θ_1/2):±20° (일반값) - 복사 강도가 피크 강도의 절반 이상인 각도 범위입니다. 이는 빔의 너비를 정의합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 장치의 동작을 설명하는 여러 그래프를 제공합니다.

3.1 순방향 전류 대 주변 온도

그림 1은 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다. 과열을 방지하기 위해 25°C 이상에서 작동할 때는 전류를 줄여야 합니다. 이 곡선은 열 관리 설계에 매우 중요합니다.

3.2 스펙트럼 분포

그림 2는 파장에 대한 상대 강도를 도표화하여 약 940 nm에서의 피크와 약 50 nm의 대역폭을 확인시켜 줍니다. 이는 실리콘 검출기의 응답도(약 900-1000 nm에서 피크)와의 일치로 인해 센서 시스템에서 신호 강도를 최대화합니다.

3.3 상대 강도 대 순방향 전류

그림 3은 광 출력과 구동 전류 간의 관계를 보여줍니다. 출력은 전류와 함께 증가하지만, 매우 높은 전류에서는 가열 및 효율 저하로 인해 선형성이 떨어질 수 있습니다. 권장 범위 내에서 작동하면 안정적인 성능을 보장합니다.

3.4 순방향 전류 대 순방향 전압

그림 4는 I-V 특성 곡선입니다. 다이오드의 전형적인 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선은 무릎점을 넘어서는 작은 전압 증가가 크고 파괴적일 수 있는 전류 증가를 유발하기 때문에 전류 제한 저항 또는 정전류 드라이버 사용의 중요성을 강조합니다.

3.5 각도 변위

그림 5는 중심축에서의 각도에 대한 상대 복사 강도를 도표화하여 공간 방출 패턴(램버시안 또는 기타)을 정의합니다. 이는 광학 설계에 필수적이며, 목표 영역에서 빛이 어떻게 분포하는지를 결정합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

LED는 컴팩트한 SMD 풋프린트를 가지고 있습니다. 주요 치수는 본체 크기 약 2.0mm x 1.25mm, 높이 약 0.8mm를 포함합니다. 상세 도면은 패드 레이아웃, 단자 간격 및 렌즈 형상을 지정합니다. 특별히 명시되지 않는 한 공차는 일반적으로 ±0.1mm입니다. PCB 설계를 위해 제안된 랜드 패턴(패드 레이아웃)이 제공되지만, 특정 제조 공정 및 열 요구 사항에 따라 최적화해야 합니다.

4.2 극성 식별

이 구성 요소는 리버스 패키지를 특징으로 합니다. 극성은 본체의 표시 또는 패키지 풋프린트의 모양으로 표시됩니다. 올바른 방향은 회로 작동에 매우 중요합니다.

4.3 캐리어 테이핑 치수

이 장치는 직경 7인치 릴에 감긴 8mm 너비의 엠보싱 캐리어 테이프에 공급됩니다. 테이프 피치 및 포켓 치수는 자동 픽 앤 플레이스 조립 장비와의 호환성을 보장하기 위해 지정됩니다. 각 릴에는 2000개가 들어 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 보관 및 취급

LED는 습기에 민감합니다(MSL). 개봉되지 않은 습기 차단 백은 30°C 이하 및 90% RH 이하에서 보관해야 합니다. 일단 개봉되면, ≤60% RH에서 보관할 때 "플로어 라이프"는 168시간(7일)입니다. 이를 초과하면 솔더링 중 "팝콘" 손상을 방지하기 위해 리플로우 전에 베이킹(예: 60°C에서 96시간)이 필요합니다.

5.2 리플로우 솔더링 프로파일

무연(Pb-free) 리플로우 온도 프로파일을 권장합니다. 주요 매개변수에는 예열 구역, 점진적인 온도 상승, 최대 5초 동안 260°C를 초과하지 않는 피크 온도, 제어된 냉각 단계가 포함됩니다. 동일한 장치에서 리플로우는 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.

5.3 핸드 솔더링 및 리워크

수동 솔더링이 필요한 경우, 팁 온도 350°C 이하 및 전력 25W 이하의 솔더링 아이언을 사용해야 합니다. 단자당 접촉 시간은 3초 미만이어야 합니다. 리워크의 경우, 양쪽 단자를 동시에 가열하고 기계적 스트레스를 피하기 위해 듀얼 헤드 솔더링 아이언을 사용하는 것이 좋습니다. 리워크 후 장치 특성에 미치는 영향을 확인해야 합니다.

5.4 중요 주의사항

• 전류 보호:순방향 전류를 제한하기 위해 외부 직렬 저항이 필수적입니다. 가파른 I-V 곡선은 미세한 전압 변동이 치명적인 과전류를 유발할 수 있음을 의미합니다.
• 기계적 스트레스:솔더링 중 또는 후에 LED 본체에 힘을 가하지 마십시오. 장착된 LED 근처에서 PCB를 구부리지 마십시오.

6. 응용 제안 및 설계 고려사항

6.1 일반적인 응용 시나리오

• PCB 장착 적외선 센서:근접 센서, 물체 감지 및 위치 인코딩의 광원으로 사용됩니다.
• 초소형 광 차단기/광학 스위치:광 검출기와 쌍을 이루어 카운팅, 안전 커튼 또는 리미트 스위치용 차단 가능한 빔을 생성합니다.
• 플로피 디스크 드라이브(레거시):과거에는 트랙 감지에 사용되었습니다.
• 연기 감지기:연기 입자가 빛의 빔을 산란시키는 차폐형 감지기에 사용됩니다.

6.2 설계 고려사항

• 구동 회로:정전류원 또는 정밀하게 계산된 전류 제한 저항(R = (V_공급- V_F) / I_F)이 있는 전압원을 구현하십시오.
• 광학 정렬:±20°의 시야각은 최적의 신호 결합을 위해 수신 검출기와의 신중한 정렬을 요구하며, 특히 협빔 응용 분야에서 그렇습니다.
• 열 관리:특히 더 높은 전류로 구동하거나 주변 온도가 높은 환경에서 열을 소산하기 위해 충분한 PCB 구리 면적 또는 열 비아를 확보하십시오.
• 전기적 노이즈:민감한 아날로그 센싱 회로에서는 주변광 및 전기적 노이즈와 구별하기 위해 LED 구동 신호를 차폐하거나 변조하는 것을 고려하십시오.

7. 기술 비교 및 차별화

표준 적외선 LED와 비교하여, IR25-21C/TR8의 리버스 패키지는 잠재적으로 더 낮은 프로파일과 다른 방사 패턴을 제공합니다. 주요 차별화 요소는 실리콘과의 특정 스펙트럼 정합으로, 이는 피크 파장에서 벗어난 LED보다 검출기 시스템에서 더 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있습니다. 무할로겐 및 현대 환경 표준 준수는 친환경 전자 제품 이니셔티브에 적합하게 만듭니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 매개변수 기반)

8.1 전류 제한 저항이 절대적으로 필요한 이유는 무엇입니까?

다이오드의 지수적 I-V 특성은 순방향 전압 무릎점(약 1.5V)을 넘어서면 최소한의 전압 증가로 전류가 극적으로 증가한다는 것을 의미합니다. 동작점을 설정하는 저항 없이는 미세한 전원 변동이나 온도 변화가 전류를 100mA 최대치를 넘어서게 하여 LED를 즉시 파괴할 수 있습니다.

8.2 "실리콘 광 검출기와의 스펙트럼 정합"이 무엇을 의미합니까?

실리콘 기반 포토다이오드 및 포토트랜지스터는 특정 응답도 곡선을 가지고 있습니다; 이들은 800-1000 nm 주변의 빛에 가장 민감합니다. 이 LED의 940 nm에서의 피크 방출은 이 고감도 영역 내에 직접 위치하여, 검출기가 LED의 광 출력을 최대한 전류로 변환하도록 보장하여 시스템 효율성과 범위를 향상시킵니다.

8.3 168시간의 플로어 라이프는 얼마나 중요합니까?

신뢰할 수 있는 조립에 매우 중요합니다. 플라스틱 패키지에 흡수된 수분은 고온 리플로우 솔더링 공정 중에 빠르게 증발하여 내부 박리, 균열 또는 본드 와이어 손상("팝콘 현상")을 일으킬 수 있습니다. 플로어 라이프를 준수하거나 적절한 베이킹을 수행하면 이러한 고장 모드를 방지할 수 있습니다.

9. 실제 사용 사례

종이 카운터 설계:사무 기기에서 IR25-21C/TR8는 종이 경로의 한쪽에 장착되어 반대쪽에 있는 포토트랜지스터와 직접 마주보게 할 수 있습니다. 종이가 없을 때는 적외선 빔이 검출기에 도달하여 높은 신호를 생성합니다. 종이 한 장이 통과하면 빔을 차단하여 검출기 신호가 떨어지게 합니다. 이 이벤트는 마이크로컨트롤러에 의해 카운트됩니다. 940nm 파장은 보이지 않으며 주변 실내광의 영향을 받지 않습니다. 낮은 순방향 전압으로 인해 시스템이 3.3V 또는 5V 논리 전원으로 구동될 수 있으며, 간단한 직렬 저항(예: (5V - 1.5V)/0.02A = 175Ω)으로 LED 전류를 안전한 20mA로 설정할 수 있습니다.

10. 동작 원리 소개

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 바이어스가 인가되면 n 영역의 전자와 p 영역의 정공이 접합 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어들이 재결합할 때 에너지를 방출합니다. GaAlAs 물질 시스템에서 이 에너지는 주로 적외선 스펙트럼(가시 적색광보다 긴 파장, 일반적으로 700nm ~ 1mm)의 광자(빛 입자)로 방출됩니다. 갈륨, 알루미늄 및 비소 층의 특정 구성이 피크 방출 파장을 결정합니다. 워터클리어 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 방출된 빛을 정의된 빔 패턴으로 형성합니다.

11. 산업 동향 및 발전

센싱을 위한 광전자의 동향은 계속해서 소형화, 높은 효율성 및 통합을 향해 나아가고 있습니다. IR25-21C/TR8와 같은 개별 LED는 유연성과 성능을 위해 여전히 중요하지만, 발광체, 검출기 및 신호 조절 회로를 단일 패키지에 결합한 통합 센서 모듈에 대한 시장이 성장하고 있습니다. 이러한 모듈은 설계를 단순화하지만 특정 응용 분야에 대한 최적화는 덜 제공할 수 있습니다. 또 다른 동향은 데이터 통신 응용 분야(예: IR 리모컨)를 위한 고속 변조에 대한 수요로, 빠른 상승/하강 시간을 가진 LED를 필요로 합니다. 환경 규정 준수(RoHS, REACH, 무할로겐)는 차별화 요소가 아닌 표준 요구 사항이 되었습니다. 효율적인 적외선 방출을 위한 기반 기술은 계속해서 개선되고 있으며, 다른 파장 범위를 위한 InGaN과 같은 새로운 물질 시스템에 대한 연구가 진행 중입니다.