IR29-01C/L510/R/TR8 LED 데이터시트 - 1.2mm 원형 SMD - 1.6V 순방향 전압 - 940nm 적외선 - 100mW 출력 - 기술 문서

1. 제품 개요

IR29-01C/L510/R/TR8은 표면 실장(SMD) 애플리케이션을 위해 설계된 초소형 사이드 뷰 적외선(IR) 발광 다이오드입니다. 구형 상단 렌즈가 있는 투명 플라스틱으로 성형된 컴팩트한 양단 패키지를 특징으로 하며, 효율적인 적외선 방출에 최적화되어 있습니다. 이 장치의 스펙트럼 출력은 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터와 특별히 매칭되어 IR 감지 시스템에 이상적인 광원 역할을 합니다. 주요 장점으로는 소형 폼 팩터, 낮은 순방향 전압, RoHS, REACH 및 할로겐 프리 요구사항과 같은 현대 환경 규정 준수가 포함됩니다.

1.1 핵심 특징 및 타겟 시장

이 부품의 주요 특징으로는 고밀도 PCB 설계를 용이하게 하는 초소형 SMD 패키지가 있습니다. 낮은 순방향 전압은 에너지 효율적인 동작에 기여합니다. 7인치 직경 릴에 감겨 있는 8mm 폭의 테이프에 공급되며, 자동 픽 앤 플레이스 조립 공정과 호환됩니다. 이 장치는 무연(Pb-free)이며, 브롬(Br) 및 염소(Cl) 함량 제한을 포함한 엄격한 환경 규정을 준수합니다. 이 IR LED는 근접 센서, 물체 감지, 인코더, 데이터 전송 모듈과 같이 신뢰할 수 있고 매칭된 IR 방출이 중요한 적외선 기반 시스템을 개발하는 설계자 및 엔지니어를 주 타겟으로 합니다.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 해석

이 섹션은 데이터시트에 정의된 장치의 전기적, 광학적 및 열적 특성에 대한 상세한 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 이는 동작 조건이 아닙니다.

• 연속 순방향 전류 (IF):50 mA. 이는 LED에 연속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (IFP):500 mA. 이 높은 전류는 펄스 폭 ≤ 100 μs이고 듀티 사이클 ≤ 1%인 펄스 조건에서만 허용됩니다. 이 정격은 짧고 고강도의 펄스가 필요한 애플리케이션에 유용합니다.
• 역방향 전압 (VR):5 V. 이 역방향 바이어스 전압을 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 동작 및 저장 온도 (Topr, Tstg):-40°C ~ +100°C. 이 넓은 범위는 가혹한 환경에서의 신뢰성을 보장합니다.
• 솔더링 온도 (Tsol):최대 5초 동안 260°C로, 리플로우 솔더링 프로파일을 정의합니다.
• 전력 소산 (Pc):주변 온도 25°C 이하에서 100 mW. 이 파라미터는 열 관리 설계에 매우 중요합니다.

2.2 전기-광학 특성

전기-광학 특성(Ta=25°C에서의 전형값)은 정상 동작 조건에서 예상되는 성능을 정의합니다.

• 복사 강도 (IE):IF=20mA에서 전형적으로 25 mW/sr, IF=70mA(펄스)에서 100 mW/sr입니다. 복사 강도는 단위 입체각당 방출되는 광학 출력을 측정하며, IR 광원의 밝기를 나타냅니다.
• 피크 파장 (λp):940 nm. 이는 방출된 광학 출력이 최대가 되는 파장으로, 일반적인 실리콘 광검출기의 최대 감도와 완벽하게 매칭됩니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):전형적으로 30 nm. 이는 피크 파장을 중심으로 방출되는 파장의 범위를 정의합니다.
• 순방향 전압 (VF):IF=20mA에서 전형적으로 1.30V, 최대 1.60V입니다. IF=70mA(펄스)에서는 전형적으로 1.50V, 최대 2.00V입니다. 이 낮은 VF는 저전압 회로 설계에 유리합니다.
• 역방향 전류 (IR):VR=5V에서 최대 10 μA로, 우수한 접합 품질을 나타냅니다.
• 시야각 (2θ1/2):15도. 이 좁은 시야각은 집속된 빔을 나타내며, 렌즈가 있는 사이드 뷰 LED의 특징으로, 지향성 IR 애플리케이션에 유용합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 조건에서 장치 동작에 대한 깊은 통찰력을 제공하는 여러 특성 곡선이 포함되어 있습니다.

3.1 순방향 전류 대 주변 온도

이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다. 과열을 방지하고 장기적인 신뢰성을 보장하기 위해 25°C 이상에서 동작할 때는 순방향 전류를 감소시켜야 합니다. 곡선은 일반적으로 25°C에서의 정격 전류에서 최대 접합 온도에서 0까지 선형적으로 감소하는 것을 보여줍니다.

3.2 복사 강도 대 순방향 전류

이 플롯은 구동 전류(IF)와 광학 출력(복사 강도) 사이의 관계를 설명합니다. 일반적인 동작 범위에서는 선형적이며, 광학 출력이 전류에 정비례함을 확인시켜 줍니다. 그러나 매우 높은 전류에서는 열 효과로 인해 효율이 떨어질 수 있습니다.

3.3 순방향 전류 대 순방향 전압

이 IV 곡선은 다이오드의 전형적인 지수 관계를 나타냅니다. "무릎" 전압은 전형적인 VF 값 근처에 있습니다. 이 곡선을 이해하는 것은 전류 제한 구동 회로를 설계하는 데 필수적입니다.

3.4 스펙트럼 분포

이 그래프는 파장의 함수로서 상대 복사 출력을 표시하며, 940 nm를 중심으로 정의된 대역폭을 가집니다. 이는 800-1000 nm 범위에서 최대 감도를 갖는 실리콘 검출기와의 스펙트럼 매칭을 시각적으로 확인시켜 줍니다.

3.5 상대 복사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 플롯은 LED의 방사 패턴 또는 빔 프로파일을 정의합니다. 15도의 시야각(반치폭, FWHM)이 여기서 확인됩니다. 렌즈가 있는 사이드 뷰 설계는 이 지향성 방출 패턴을 생성하며, 이는 센서 어셈블리에서 LED와 검출기를 정렬하는 데 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

이 장치는 1.2mm 원형 초소형 SMD 패키지입니다. 상세한 치수 도면은 본체 직경, 높이, 리드 간격 및 패드 치수를 포함한 모든 중요한 측정값을 지정합니다. 주요 공차는 특별히 명시되지 않는 한 일반적으로 ±0.1mm입니다. 정확한 치수는 PCB 풋프린트 설계 및 조립 중 적절한 배치를 보장하는 데 매우 중요합니다.

4.2 극성 식별

캐소드는 일반적으로 패키지의 노치, 평평한 가장자리 또는 녹색 표시와 같은 시각적 마커로 표시됩니다. 데이터시트의 치수 도면은 조립 중 역방향 장착을 방지하기 위해 이 식별 기능을 명확히 보여주어야 합니다.

4.3 캐리어 테이프 및 릴 치수

제품은 7인치 직경 릴에 감겨 있는 8mm 폭의 엠보싱 캐리어 테이프로 공급됩니다. 데이터시트는 포켓 치수, 피치 및 릴 사양에 대한 상세한 도면을 제공합니다. 이 포장은 자동 고속 조립 장비를 지원합니다. 표준 릴에는 1500개가 들어 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

적절한 취급 및 솔더링은 장치 성능과 신뢰성을 유지하는 데 매우 중요합니다.

5.1 리플로우 솔더링 프로파일

무연(Pb-free) 리플로우 솔더링 온도 프로파일을 권장합니다. 피크 온도는 260°C를 초과해서는 안 되며, 240°C 이상의 시간은 제한되어야 합니다(절대 최대 정격에 따라 일반적으로 5초). 열 충격을 최소화하기 위해 예열, 소킹, 리플로우 및 냉각 단계를 제어해야 합니다. 리플로우 솔더링은 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.

5.2 핸드 솔더링

핸드 솔더링이 필요한 경우 각별한 주의가 필요합니다. 솔더링 아이언 팁 온도는 350°C 이하로 유지하고, 각 단자와의 접촉 시간은 3초 이내로 제한해야 합니다. 저전력 아이언(≤25W)을 권장합니다. 각 리드를 솔더링할 때마다 충분한 냉각 시간을 두어 플라스틱 패키지에 대한 열 손상을 방지해야 합니다.

5.3 저장 및 습기 민감도

LED는 건조제가 들어 있는 방습 백에 포장되어 있습니다. 주요 주의사항은 다음과 같습니다.

• 사용 준비가 될 때까지 백을 열지 마십시오.
• 열지 않은 백은 ≤30°C 및 ≤60% RH 조건에서 보관하십시오.
• 출하 후 1년 이내에 사용하십시오.
• 개봉 후에는 동일한 보관 조건에서 168시간(7일) 이내에 부품을 사용하십시오.
• 보관 시간을 초과하거나 건조제가 습기를 나타내는 경우, 솔더링 전에 60±5°C에서 최소 24시간 동안 베이킹 처리를 수행하여 리플로우 중 "팝콘" 효과를 방지해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 절차

부품은 건조제가 들어 있는 알루미늄 라미네이트 방습 백에 포장됩니다. 백에는 부품 번호(P/N), 수량(QTY), 로트 번호(LOT No.) 및 피크 파장(HUE)과 같은 기타 관련 코드를 포함한 중요한 정보가 표시되어 있습니다.

6.2 장치 선택 가이드

특정 장치인 IR29-01C/L510/R/TR8은 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs) 칩 재료와 투명 렌즈를 사용합니다. 부품 번호 자체가 주요 속성을 인코딩할 가능성이 있습니다: IR은 적외선, 29는 시리즈 또는 크기를 나타낼 수 있으며, 01C는 변형 코드, L510은 피크 파장 빈을 나타낼 수 있고, R은 릴 포장, TR8은 8mm 테이프를 의미합니다.

7. 애플리케이션 제안

7.1 전형적인 애플리케이션 시나리오

이 IR LED는 다음과 같은 광범위한 적외선 감지 및 전송 애플리케이션에 적합합니다.

• 근접 및 존재 감지:자동 수도꼭지, 비누 디스펜서, 핸드 드라이어 및 터치리스 스위치에 사용됩니다.
• 물체 감지 및 계수:자판기, 산업 자동화 및 컨베이어 벨트 시스템에서 사용됩니다.
• 광학 인코더:모터 및 회전 장비의 위치 및 속도 감지용입니다.
• IR 데이터 전송:리모컨 및 단거리 데이터 링크에 사용됩니다(적절한 변조 필요).
• 보안 시스템:야간 투시 카메라 및 빔 차단 센서용 무광원으로 사용됩니다.

7.2 설계 고려사항 및 회로 보호

전류 제한은 필수입니다:데이터시트에서 명시적으로 경고한 바와 같이, LED와 직렬로 외부 전류 제한 저항을 항상 사용해야 합니다. 순방향 전압은 음의 온도 계수를 갖습니다(온도 상승에 따라 감소). 저항 없이, 공급 전압의 약간의 증가 또는 가열로 인한 VF 감소는 제어되지 않는 큰 전류 증가를 유발하여 즉각적인 열 폭주 및 장치 고장으로 이어질 수 있습니다.

구동 회로 설계:DC 동작의 경우, 옴의 법칙(R = (Vcc - VF) / IF)을 사용하여 계산된 간단한 직렬 저항으로 충분합니다. 더 높은 피크 강도를 달성하기 위한 펄스 동작의 경우, 펄스 발생기에 의해 구동되는 트랜지스터 또는 MOSFET 스위치를 사용할 수 있습니다. 펄스 폭과 듀티 사이클이 지정된 한계(≤100μs, ≤1%) 내에 유지되도록 하십시오.

광학 정렬:15도의 좁은 빔은 신호 강도를 최대화하기 위해 수신 광검출기와의 세심한 기계적 정렬이 필요합니다. 센서 하우징을 설계할 때 방사 패턴 그래프를 고려하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 상방향 발광 IR LED와 비교하여, IR29-01C의 사이드 뷰 패키지는 PCB가 감지 평면에 평행하게 장착되어야 하는 애플리케이션에서 뚜렷한 이점을 제공합니다. 이는 빔을 90도로 재지향하기 위한 라이트 파이프 또는 추가 광학 장치의 필요성을 제거하여 기계적 설계를 단순화하고 부품 수를 줄입니다. 940nm 파장은 실리콘 검출기 감도와 850nm 광원에 비해 낮은 가시성 사이에서 좋은 균형을 제공하여 동작 중 덜 눈에 띄게 만듭니다. 초소형 1.2mm 크기는 매우 컴팩트한 센서 설계를 가능하게 합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q1: 왜 전류 제한 저항이 절대적으로 필요한가요?
A1: LED의 I-V 특성은 지수적입니다. 순방향 전압의 약간의 변화(자체적으로 온도에 따라 감소)는 전류의 큰 변화를 유발할 수 있습니다. 전류를 안정화시키는 직렬 저항 없이는 열 폭주가 발생하여 LED를 빠르게 파괴합니다.

Q2: 이 LED를 3.3V 또는 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?
A2: 아니요. 마이크로컨트롤러 핀은 제한된 전류 공급/싱크 능력(종종 최대 20-40mA)을 가지며 LED를 직접 구동하도록 설계되지 않았습니다. 항상 MCU 핀에 의해 제어되는 구동 회로(예: 트랜지스터)와 LED와 직렬로 연결된 전류 제한 저항을 사용하십시오.

Q3: 복사 강도(mW/sr)와 광도(mcd)의 차이는 무엇인가요?
A3: 광도(칸델라로 측정)는 인간 눈의 감도(명시 곡선)에 의해 가중치가 부여되며, 이는 적외선 스펙트럼에서 거의 0입니다. 복사 강도는 단위 입체각당 방출되는 실제 광학 출력을 측정하므로, 인간이 아닌 기계 감지를 위한 IR 장치에 대한 올바른 지표입니다.

Q4: 15도의 시야각을 어떻게 해석해야 하나요?
A4: 이는 반치폭(FWHM) 각도입니다. 복사 강도는 0도(패키지 측면에서 직진)에서 가장 높으며, 중심선에서 ±7.5도에서 최대값의 50%로 떨어져 총 빔 폭이 15도가 됩니다.

10. 실용적인 설계 및 사용 사례

사례: 종이 타월 디스펜서 센서 설계.IR29-01C는 이상적인 후보입니다. 이는 디스펜싱 슬롯을 가로질러 측면을 향하도록 PCB 가장자리에 장착됩니다. 매칭되는 실리콘 포토트랜지스터가 반대쪽에 배치됩니다. 정상 조건에서는 IR 빔이 감지됩니다. 손이 빔을 차단하면 마이크로컨트롤러가 모터를 트리거하여 타월을 배출합니다. 사이드 뷰 패키지를 사용하면 PCB를 전면 패널 뒤에 수직으로 장착할 수 있으며, LED와 검출기가 작은 구멍을 통해 내다보아 매우 세련된 디자인을 만들 수 있습니다. 940nm 파장은 보이지 않으므로 산만한 붉은 빛이 없습니다. 설계자는 5V 시스템 레일에서 20mA 구동 전류에 대한 적절한 직렬 저항을 계산해야 합니다(R ≈ (5V - 1.3V) / 0.02A = 185Ω, 180Ω 또는 200Ω 표준값이 적합함).

11. 원리 소개

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 전기적으로 순방향으로 바이어스될 때 비가시적 적외선을 방출하는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 전자는 장치 내에서 정공과 재결합하여 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 방출된 빛의 파장은 반도체 재료의 에너지 밴드갭에 의해 결정됩니다. IR29-01C의 경우, 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs) 재료 시스템을 사용하여 940nm 파장에 해당하는 피크 에너지를 가진 광자를 생성합니다. 투명 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 방출된 빛을 집속된 빔으로 형성합니다. 사이드 뷰 구조는 반도체 칩을 패키지 내에서 측면에 장착함으로써 달성되어 빛이 PCB 평면에 평행하게 방출되도록 합니다.

12. 개발 동향

IR29-01C와 같은 초소형 IR LED의 동향은 더 작은 패키지 크기(예: 칩 스케일 패키지), 더 높은 복사 강도 및 효율, 자동차 및 산업 애플리케이션을 지원하기 위한 더 넓은 동작 온도 범위를 향하고 있습니다. 통합은 또 다른 주요 동향으로, IR 발광체, 구동기 및 때로는 광검출기를 단일 모듈로 결합한 장치가 있습니다. IR 데이터 협회(IrDA) 및 소비자 가전 리모컨과 같은 데이터 통신 애플리케이션을 위한 속도(변조 능력) 향상에도 초점이 맞춰져 있습니다. 또한, 정전기 방전(ESD) 및 가혹한 환경 조건에 대한 신뢰성과 견고성을 향상시키기 위한 개발이 계속되고 있습니다.