1.8mm 원형 초소형 적외선 LED IR42-21C/TR8 데이터시트 - 직경 1.8mm - 전압 1.2V - 전력 130mW - 워터클리어 렌즈 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

IR42-21C/TR8은 소형 광전자 응용 제품을 위해 설계된 초소형 표면 실장 적외선 발광 다이오드입니다. 구형 상단 렌즈가 있는 워터클리어 플라스틱으로 성형된 직경 1.8mm의 원형 패키지를 특징으로 하여 광 출력을 최적화합니다. 이 소자는 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터에 스펙트럼적으로 매칭되는 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs) 칩 재료를 사용하여 센서 시스템에서 효율적인 검출을 보장합니다. 주요 설계 목표는 소형화, 자동화 조립 공정과의 호환성, 다양한 소비자 및 산업용 전자 장치에서의 신뢰할 수 있는 성능입니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 LED는 설계자에게 몇 가지 주요 장점을 제공합니다. 낮은 순방향 전압(일반적으로 1.2V)은 에너지 효율적인 작동에 기여합니다. 이 부품은 무연(Pb-free), RoHS, EU REACH 및 무할로겐 규정(Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm)을 완전히 준수하여 엄격한 환경 기준을 가진 글로벌 시장에 적합합니다. 이는 적외선 및 기상 재유공정과 호환되어 대량의 자동화된 PCB 조립을 용이하게 합니다. 주요 목표 시장에는 소형 적외선 센서, 자동화를 위한 미니어처 광 차단 장치(레거시 또는 특수 시스템용 플로피 디스크 드라이브), 일반 목적의 광전자 스위치, 보이지 않는 IR 광원이 필요한 연기 감지 시스템의 제조업체가 포함됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

IR42-21C/TR8의 성능은 표준 주변 온도(Ta) 25°C에서 측정된 일련의 절대 최대 정격 및 전기-광학적 특성으로 정의됩니다. 이러한 파라미터를 이해하는 것은 신뢰할 수 있는 회로 설계와 LED가 안전 작동 영역(SOA) 내에서 작동하도록 보장하는 데 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 순간적으로도 절대 초과되어서는 안 됩니다. 연속 순방향 전류(IF) 정격은 65 mA입니다. 허용 최대 역전압(VR)은 5 V입니다. 소자는 -25°C ~ +85°C의 주변 온도 범위(Topr) 내에서 작동할 수 있으며 -40°C ~ +85°C 사이에서 보관(Tstg)될 수 있습니다. 재유공정 중 납땜 온도(Tsol)는 5초 이내의 지속 시간 동안 260°C를 초과해서는 안 됩니다. 자유 공기 온도 25°C 이하에서의 총 전력 소산(Pd)은 130 mW입니다. 이 한계 중 어느 하나를 초과하면 치명적인 고장 또는 가속화된 성능 저하의 위험이 있습니다.

2.2 전기-광학적 특성

이 파라미터는 일반적으로 순방향 전류(IF) 20 mA에서 측정되며 소자의 기능적 성능을 정의합니다. 입체각당 방출되는 광전력을 측정하는 방사 강도(Ie)는 최소값 1.0 mW/sr, 일반값 3.0 mW/sr을 가집니다. 피크 파장(λp)은 일반적으로 940 nm로, 실리콘 기반 검출기에 이상적인 근적외선 스펙트럼에 확실히 위치합니다. 스펙트럼 대역폭(Δλ)은 일반적으로 45 nm로, 방출되는 파장의 범위를 정의합니다. 순방향 전압(VF)은 일반값 1.2 V, 20 mA에서 최대 1.5 V입니다. 역전류(IR)는 5 V 역바이어스가 인가될 때 최대 10 µA입니다. 방사 강도가 피크 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도로 정의되는 시야각(2θ1/2)은 일반적으로 30도로, 적당히 집중된 빔을 제공합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 파라미터가 작동 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이러한 그래프는 25°C에서의 단일 지점 사양을 넘어 실제 동작을 이해하는 데 필수적입니다.

3.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 곡선은 허용 연속 순방향 전류와 주변 온도 간의 관계를 보여줍니다. 주변 온도가 증가함에 따라 최대 허용 순방향 전류는 선형적으로 감소합니다. 이 디레이팅은 접합 온도가 전력 소산 정격과 연결된 한계를 초과하는 것을 방지하기 위해 필요합니다. 설계자는 응용 제품의 예상 최대 주변 온도에 적합한 작동 전류를 선택하기 위해 이 그래프를 사용해야 합니다.

3.2 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 곡선은 상대 방사 강도를 파장에 대해 도표화합니다. 이는 940 nm의 피크 파장과 약 45 nm의 스펙트럼 대역폭을 시각적으로 확인시켜 줍니다. 곡선은 비대칭적이며, 이는 LED 발광 스펙트럼의 일반적인 특징입니다. 이 정보는 포토검출기의 응답성 곡선과의 특정 스펙트럼 매칭이 필요한 응용 분야에 매우 중요합니다.

3.3 순방향 전류 대 순방향 전압

이 IV(전류-전압) 특성 곡선은 모든 다이오드와 마찬가지로 비선형적입니다. "무릎" 전압을 넘어 순방향 전압이 약간 증가하면 순방향 전류가 크게 기하급수적으로 증가함을 보여줍니다. 이는 과전류로 인한 열 폭주 및 LED 파괴를 방지하기 위해 직렬 전류 제한 저항 또는 정전류 구동기를 사용하는 것이 매우 중요함을 강조합니다.

3.4 상대 방사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 그래프는 LED의 공간적 발광 패턴을 설명합니다. 강도는 0도(축상)에서의 최대값으로 정규화됩니다. 곡선은 관찰 각도가 증가함에 따라 강도가 어떻게 감소하는지 보여주며, 강도가 피크의 50%가 되는 30도 시야각을 정의합니다. 이 돔형 패키지의 패턴은 일반적으로 라베르시안(코사인형)으로, 검출기에서의 조사도를 계산하는 데 유용합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

소자는 직경 1.8mm의 소형 원형 SMD 패키지에 장착됩니다. 데이터시트의 상세한 기계 도면은 본체 높이, 리드 간격 및 렌즈 형상을 포함한 모든 중요 치수를 제공합니다. 모든 치수는 밀리미터 단위이며, 별도로 명시되지 않는 한 표준 공차는 ±0.1mm입니다. PCB 설계를 위해 권장 패드 레이아웃이 제공되지만, 이는 참고용일 뿐이며 개별 공정 요구 사항 및 열 관리 요구 사항에 따라 수정되어야 한다고 명시되어 있습니다.

4.2 극성 식별 및 캐리어 테이핑

패키지는 캐소드(음극) 리드를 나타내는 평평한 면 또는 유사한 표시를 특징으로 하며, 이는 조립 중 올바른 방향을 위해 필수적입니다. 대량 생산을 위해 부품은 캐리어 테이프 릴에 공급됩니다. 데이터시트에는 포켓 크기, 피치 및 릴 직경을 지정하는 캐리어 테이프 치수가 포함됩니다. 표준 릴에는 자동 피크 앤 플레이스 기계에 일반적인 1000개가 들어 있습니다.

5. 납땜 및 조립 지침

적절한 취급 및 납땜은 신뢰성에 매우 중요합니다. LED는 습기에 민감하며 건조제가 들어 있는 습기 차단 백에 포장되어 제공됩니다.

5.1 보관 및 습기 민감도

밀봉된 백을 개봉하기 전에 LED는 30°C 이하 및 90% 상대 습도(RH) 이하에서 보관되어야 합니다. 유통 기한은 1년입니다. 백을 개봉한 후 부품은 30°C/60%RH 이하에서 보관되어야 하며 168시간(7일) 이내에 사용되어야 합니다. 보관 시간을 초과하거나 건조제가 습기 침투를 나타내는 경우 사용 전 60 ± 5°C에서 24시간 동안 베이킹 처리가 필요하며, 이는 흡수된 습기를 제거하고 재유납땜 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위함입니다.

5.2 재유납땜 파라미터

이 소자는 무연(Pb-free) 재유납땜 프로파일과 호환됩니다. 일반적으로 예열 단계, 소킹 영역, 최대 5초 동안 260°C를 초과하지 않는 피크 온도 영역, 제어된 냉각 단계를 포함하는 특정 온도 프로파일이 권장됩니다. 재유납땜은 두 번 이상 수행되어서는 안 됩니다. 가열 중에는 LED 본체나 리드에 기계적 응력을 가해서는 안 되며, 납땜 후 PCB가 휘어져서는 안 됩니다.

5.3 수동 납땜 및 리워크

수동 납땜이 불가피한 경우 극도의 주의가 필요합니다. 납땜 인두 팁 온도는 350°C 이하여야 하며, 각 단자와의 접촉 시간은 3초 이내로 제한해야 합니다. 저전력 인두(25W 이하)를 권장합니다. 각 리드를 납땜하는 사이에 최소 2초의 휴지 시간을 두어야 합니다. 초기 납땜 후의 리워크는 강력히 권장하지 않습니다. 절대적으로 필요한 경우, 패키지에 응력을 가하지 않고 양쪽 리드를 동시에 가열하여 부품을 들어 올릴 수 있는 특수 이중 헤드 납땜 인두를 사용해야 합니다. 리워크 중 손상 가능성이 높습니다.

6. 응용 제안 및 설계 고려 사항

6.1 일반적인 응용 회로

가장 기본적인 응용 회로는 LED, 전류 제한 저항 및 전압원의 간단한 직렬 연결입니다. 저항 값(R)은 옴의 법칙을 사용하여 계산됩니다: R = (V_source - VF_LED) / IF. 예를 들어, 5V 전원, VF 1.2V, 원하는 IF 20mA의 경우, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 옴입니다. 200 옴 저항이 적합한 표준 값이 될 것입니다. 특히 가변 공급 전압의 경우 더 안정적인 작동을 위해 정전류 구동 회로가 선호됩니다.

6.2 적외선 시스템 설계 고려 사항

적외선 감지 시스템을 설계할 때는 여러 요소를 고려해야 합니다. IR LED와 포토검출기 간의 광학 정렬은 30도 빔에서 특히 중요합니다. 주변광 제거가 종종 필요하며, 이는 LED 구동 전류를 변조하고 동기화된 검출기 회로를 사용하여 DC 주변광을 걸러내는 방식으로 달성할 수 있습니다. 방사 강도와 검출기 감도는 필요한 감지 거리에 맞게 매칭되어야 합니다. 최대 정격 근처에서 작동하는 경우 접합 온도 증가가 광 출력과 수명을 감소시키므로 열 관리가 고려되어야 합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

더 큰 스루홀 IR LED와 비교하여 IR42-21C/TR8의 주요 장점은 미니어처 SMD 풋프린트로, 더 작고 가벼우며 더 자동화된 PCB 설계를 가능하게 한다는 점입니다. 다른 SMD IR LED와 비교할 때 주요 차별화 요소는 특정 1.8mm 원형 패키지 크기, 실리콘 검출기에 최적화된 940nm 피크 파장, 최신 환경 규정(무할로겐, REACH) 준수입니다. 착색되거나 확산된 렌즈와 달리 워터클리어 렌즈는 적외선의 투과를 극대화하여 주어진 전기적 입력에 대해 더 높은 방사 강도를 제공합니다.

8. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

Q: 전류 제한 저항이 절대적으로 필요한 이유는 무엇입니까?

A: IV 곡선은 LED의 전압과 전류 간의 지수적 관계를 보여줍니다. 공급 전압의 약간의 증가 또는 LED의 순방향 전압(온도로 인한) 하락은 통제되지 않은 대규모 전류 급증을 일으켜 즉시 소손으로 이어질 수 있습니다. 저항은 선형적이고 안정화된 임피던스를 제공합니다.

Q: 3.3V 마이크로컨트롤러 핀으로 이 LED를 직접 구동할 수 있습니까?

A: 가능하지만 최적은 아닙니다. VF가 1.2V이므로 직렬 저항이 필요합니다. GPIO 핀에서 사용 가능한 전류는 종종 제한적입니다(예: 20-25mA). 저항 계산(R = (3.3V - 1.2V) / I_desired)을 포함한 총 전류 소비가 GPIO의 전류 공급 능력을 초과하지 않도록 해야 합니다. 더 높은 전류 또는 다중 LED의 경우 트랜지스터 드라이버가 필요합니다.

Q: "실리콘 포토검출기에 스펙트럼적으로 매칭된다"는 것은 무엇을 의미합니까?

A: 실리콘 포토다이오드와 포토트랜지스터는 근적외선 영역(약 800-900nm)에서 최고 감도를 가집니다. 이 LED의 940nm 피크 발광은 이 높은 응답성 영역 내에 속하여 광원에서 검출기로의 최대 신호 전달 효율을 보장하며, 더 나은 시스템 신호 대 잡음비 및 범위를 제공합니다.

Q: 습기 민감도 및 베이킹 지침은 얼마나 중요합니까?

A: SMD 부품의 경우 매우 중요합니다. 흡수된 습기는 고온 재유납땜 공정 중 빠르게 증발하여 내부 박리, 균열 또는 소자를 파괴하는 "팝콘 현상"을 일으킬 수 있습니다. MSL(습기 민감도 등급) 취급 절차를 따르는 것은 생산 수율 및 장기 신뢰성에 필수적입니다.

9. 실용적인 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 소형 물체 감지 센서 설계설계자는 소형 자동화 장치용 비접촉식 물체 감지 센서를 만들어야 합니다. 공간이 제한되어 SMD 부품이 필요합니다. 그들은 작은 크기 때문에 IR42-21C/TR8을 선택합니다. 이를 후방 반사 구성의 포토트랜지스터와 짝을 지어 사용합니다: 두 부품 모두 동일한 PCB에 나란히 배치되어 같은 방향을 향합니다. 앞을 지나가는 물체가 IR 빔을 포토트랜지스터로 반사합니다. 설계자는 일반 방사 강도(3.0 mW/sr)와 포토트랜지스터의 감도를 사용하여 원하는 10cm 감지 범위에 필요한 전류를 계산합니다. LED를 1kHz로 펄싱하는 간단한 555 타이머 회로를 구현하고, 검출기 회로에는 1kHz에 조정된 대역 통과 필터를 포함시켜 주변 50/60Hz 광섬광 및 DC 햇빛을 제거합니다. 전류 제한 저항은 LED의 정격 내에서 15mA 구동을 제공하도록 선택되어 수명을 보장합니다. 소형 SMD 패키지 덕분에 전체 센서 어셈블리가 15mm 미만 너비의 하우징에 들어갈 수 있습니다.

10. 작동 원리 및 기술 동향

10.1 작동 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합에서의 전계발광 원리에 따라 작동합니다. 순방향 전압이 인가되면 n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 접합을 가로질러 주입됩니다. 이러한 전하 캐리어가 활성 영역(이 경우 GaAlAs 칩)에서 재결합할 때 에너지는 광자(빛) 형태로 방출됩니다. GaAlAs 반도체 재료의 특정 에너지 밴드갭이 방출되는 광자의 파장을 결정하며, 이 소자의 경우 적외선 스펙트럼(940nm)에 있습니다. 워터클리어 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 방출된 빛을 지정된 시야각으로 형성합니다.

10.2 산업 동향

광전자 공학의 동향은 다른 모든 전자 공학과 마찬가지로 더욱 소형화, 더 높은 효율 및 더 큰 통합을 향해 나아가고 있습니다. IR LED의 기본 원리는 안정적으로 유지되지만, 패키징 기술(0402 또는 칩 스케일 패키지와 같은 더 작은 풋프린트), 더 높은 벽면 효율(전기 입력 와트당 더 많은 광 출력)을 위한 개선된 에피택셜 재료, 드라이버 및 제어 논리를 "스마트" LED 모듈로 통합하는 데 진전이 있습니다. 데이터 통신 응용 분야(IRDA와 같은)를 위한 더 넓은 스펙트럼 옵션과 더 높은 변조 속도에서 작동할 수 있는 소자에 대한 지속적인 추진도 있습니다. 환경 규정 준수(무할로겐, 낮은 탄소 발자국 제조)는 여전히 전 산업에 걸친 강력한 동인입니다.