SMD 적외선 발광 다이오드 930nm 데이터시트 - 패키지 5.0x5.0x1.6mm - 순방향 전압 2.9V - 방사 강도 480mW/sr - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 표면 실장 기술(SMT) 조립을 위해 설계된 개별 고출력 적외선 발광 부품의 사양을 상세히 설명합니다. 이 장치는 신뢰할 수 있고 효율적인 적외선 광원이 필요한 애플리케이션을 위한 광범위한 적외선 부품군의 일부입니다. 그 핵심 기능은 전기적으로 구동될 때 특정 피크 파장에서 적외선 방사를 방출하는 것입니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 발광기의 주요 장점은 높은 방사 출력, SMD 패키지로 인한 자동화된 PCB 조립 적합성, 근적외선 영역에 집중된 정의된 스펙트럼 출력을 포함합니다. 이는 환경 규정 준수를 위한 산업 표준을 충족하도록 설계되었습니다. 목표 애플리케이션은 주로 적외선 신호가 무선 통신, 근접 감지 또는 데이터 인코딩에 사용되는 소비자 가전 및 산업용 센싱 분야입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

다음 섹션에서는 데이터시트에 정의된 주요 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공하며, 설계 엔지니어에게 그 중요성을 설명합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 정상 작동을 위한 것이 아닙니다.

• 전력 소산 (3.8W):주변 온도(Ta) 25°C에서 장치가 열로 소산할 수 있는 최대 전력량입니다. 이 한계를 초과하면 반도체 접합부의 과열 위험이 있습니다.
• 피크 순방향 전류 (2A, 300pps, 10μs 펄스):펄스 동작에서 허용되는 최대 전류입니다. 10μs 펄스 폭과 초당 300 펄스(pps)는 특정 듀티 사이클을 정의합니다. 이 정격은 짧은 펄스 동안 열 축적이 감소하기 때문에 일반적으로 DC 정격보다 높습니다.
• DC 순방향 전류 (1A):DC 조건에서 장치를 통해 흐를 수 있는 최대 연속 전류입니다. 이 한계에 가깝거나 이 한계에서 작동하려면 신중한 열 관리가 필요합니다.
• 역방향 전압 (5V):역바이어스 방향으로 인가될 수 있는 최대 전압입니다. 적외선 발광기는 역방향 작동을 위해 설계되지 않았습니다. 이 전압을 초과하면 항복이 발생할 수 있습니다.
• 열 저항 (9 K/W, 접합부에서 납땜 패드까지):열 설계를 위한 중요한 파라미터입니다. 이는 소산되는 전력 1와트당 접합부 온도가 얼마나 상승하는지를 나타냅니다. 값이 낮을수록 반도체 다이에서 PCB로 열이 더 쉽게 전달됨을 의미합니다.
• 작동 및 저장 온도 범위:각각 신뢰할 수 있는 기능과 비작동 상태 저장을 위한 환경적 한계를 정의합니다.

2.2 전기 및 광학 특성

이는 지정된 테스트 조건(Ta=25°C, IF=500mA, 별도 명시 없는 경우)에서 측정된 일반적인 성능 파라미터입니다.

• 방사 강도 (I_E):480 mW/sr (일반값). 이는 장치의 중심축을 따라 단위 입체각(스테라디안)당 방출되는 광전력을 측정합니다. 이는 지향성 빔에서 IR 광원의 "밝기"를 나타내는 핵심 지표입니다.
• 총 방사 플럭스 (Φ_e):700 mW (일반값). 이는 모든 방향으로 방출되는 총 광전력입니다. 플럭스와 강도 사이의 비율은 시야각의 영향을 받습니다.
• 피크 방출 파장 (λ_피크):930 nm (일반값). 방출되는 광전력이 최대가 되는 파장입니다. 이는 수신 센서(예: 실리콘 포토다이오드는 900-1000nm 부근에서 가장 민감함)의 스펙트럼 감도와 일치해야 합니다.
• 스펙트럼 선 반폭 (Δλ):35 nm (일반값). 피크 강도의 절반에서 측정된 방출 스펙트럼의 대역폭입니다. 폭이 좁을수록 더 단색광에 가까운 광원임을 나타냅니다.
• 순방향 전압 (V_F):500mA에서 2.9 V (일반값). 작동 시 장치 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 이는 구동 회로 설계 및 전력 소비 계산(전력 = V_F* I_F)에 매우 중요합니다.
• 역방향 전류 (I_R):V_R=5V에서 < 10 μA. 장치가 역바이어스될 때의 작은 누설 전류입니다.
• 상승/하강 시간 (T_r/T_f):30 ns (일반값). 광 출력이 최종 값의 10%에서 90%로(상승) 또는 90%에서 10%로(하강) 전환하는 데 필요한 시간입니다. 이는 데이터 전송을 위한 최대 변조 속도를 결정합니다.
• 시야각 (2θ_1/2):70° (일반값). 방사 강도가 축상 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 더 넓은 각도는 더 넓은 커버리지를 제공하지만 단일 방향에서는 더 낮은 강도를 가집니다.

3. 성능 곡선 분석

제공된 그래프는 다양한 조건에서의 장치 동작에 대한 시각적 통찰력을 제공합니다.

3.1 스펙트럼 분포 (그림 1)

이 곡선은 파장의 함수로서 상대 방사 강도를 보여줍니다. 약 930nm에서의 피크와 약 35nm의 반폭을 확인시켜 줍니다. 이 형태는 반도체 재료(아마도 GaAs 또는 AlGaAs)의 특성입니다.

3.2 순방향 전류 대 주변 온도 (그림 2)

이 디레이팅 곡선은 열 관리에 필수적입니다. 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 순방향 전류가 감소하는 것을 보여줍니다. 85°C에서는 최대 전류가 25°C에서보다 현저히 낮습니다. 설계자는 이 그래프를 사용하여 작동 전류-온도 조합이 안전 영역 내에 있는지 확인해야 합니다.

3.3 순방향 전류 대 순방향 전압 (그림 3)

이는 전류-전압(I-V) 특성 곡선입니다. 다이오드의 전형적인 비선형입니다. 이 곡선을 통해 설계자는 선택한 작동 전류에 대한 예상 V_F를 결정할 수 있으며, 이는 직렬 전류 제한 저항을 선택하는 데 필요합니다.

3.4 상대 방사 강도 대 온도 및 전류 (그림 4 & 5)

그림 4는 고정 전류에서 접합부 온도가 상승함에 따라 광 출력 전력이 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 그림 5는 고정 온도에서 출력 전력이 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 둘 다 장치의 온도 의존적 효율을 보여줍니다. 출력은 더 높은 온도에서 떨어지며, 이는 LED에 공통적인 현상입니다.

3.5 방사 다이어그램 (그림 6)

이 극좌표 플롯은 방출된 빛의 공간적 분포를 시각적으로 나타냅니다. 동심원은 상대 강도를 나타냅니다. 이 플롯은 강도가 중심(1.0)에 비해 0.5로 떨어지는 70° 시야각(2θ_1/2)을 확인시켜 줍니다. 패턴은 단순한 돔 렌즈가 있는 LED에 공통적인 대략적인 람베르시안(코사인 분포)으로 나타납니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 외형 치수

장치는 길이와 너비가 약 5.0mm, 높이가 1.6mm인 표면 실장 패키지에 장착됩니다. 도면은 광학 렌즈와 납땜 패드의 위치를 지정합니다. 별도 명시되지 않는 한 공차는 일반적으로 ±0.1mm입니다.

4.2 극성 식별

캐소드(음극 단자)는 패키지 도면에 명확히 표시되어 있습니다. PCB 레이아웃 및 조립 시 손상을 방지하기 위해 올바른 극성을 준수해야 합니다.

4.3 권장 납땜 패드 치수

리플로우 납땜 중 신뢰할 수 있는 솔더 조인트와 적절한 기계적 정렬을 보장하기 위한 랜드 패턴 권장 사항이 제공됩니다. 이 치수를 따르면 툼스토닝을 방지하고 PCB로의 열 연결을 통해 방열을 보장하는 데 도움이 됩니다.

5. 납땜 및 조립 지침

5.1 저장 조건

장치는 습기에 민감합니다. 개봉되지 않은 패키지는 30°C 미만 및 90% RH 미만에서 보관해야 합니다. 방습 백이 개봉되면 구성품은 일주일 이내에 사용하거나 건조 환경(<30°C, <60% RH)에 보관해야 합니다. 주변 습도에 일주일 이상 노출된 구성품은 납땜 중 "팝콘" 손상을 방지하기 위해 리플로우 전 베이킹 공정(약 60°C, 20시간)이 필요합니다.

5.2 리플로우 납땜 프로파일

JEDEC 호환 리플로우 프로파일을 권장합니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다: 예열 단계(150-200°C, 최대 120초), 260°C를 초과하지 않는 피크 온도, 액상선 온도 이상 유지 시간(TAL)으로 피크 온도는 최대 10초 동안 유지됩니다. 이 프로파일은 플라스틱 패키지와 반도체 다이에 대한 손상을 방지하기 위해 최대 온도와 구성품이 고열에 노출되는 시간을 제어하는 데 중점을 둡니다.

5.3 수동 납땜

수동 납땜이 필요한 경우, 납땜 인두 온도는 300°C를 초과하지 않아야 하며, 패드당 접촉 시간은 3초로 제한해야 합니다. 이는 열 응력을 최소화합니다.

5.4 세척

납땜 후 세척에는 이소프로필 알코올 또는 유사한 알코올 기반 용제를 권장합니다. 패키지나 렌즈를 손상시킬 수 있는 강력하거나 알려지지 않은 화학 물질은 피해야 합니다.

6. 포장 및 취급

6.1 테이프 및 릴 사양

구성품은 표준 13인치 릴에 공급되며, 릴당 2400개입니다. 테이프 및 릴 치수는 ANSI/EIA-481-1-A-1994 사양을 준수하여 자동 픽 앤 플레이스 머신과의 호환성을 보장합니다. 캐소드의 방향은 테이프 포켓 내에서 표준화되어 있습니다.

7. 애플리케이션 노트 및 설계 고려 사항

7.1 구동 회로 설계

이 장치는 전류 구동 부품입니다. 일관된 성능과 수명을 위해 전류원 또는 직렬 전류 제한 저항이 있는 전압원으로 구동되어야 합니다. 데이터시트는 여러 장치를 병렬로 연결할 때 각 LED마다 개별 직렬 저항을 사용할 것을 강력히 권장합니다(회로 모델 A). 병렬 배열에 단일 저항을 사용하는 것(회로 모델 B)은 개별 LED 간의 순방향 전압(V_F) 변동으로 인해 심각한 전류 불균형과 가장 낮은 V_F.

를 가진 장치의 조기 고장을 초래할 수 있으므로 권장하지 않습니다.

7.2 열 관리

전력 소산(최대 3.8W)과 열 저항(9 K/W)을 고려할 때, 고전류 또는 고주변 온도에서 작동하려면 효과적인 방열이 중요합니다. 주요 열 경로는 납땜 패드를 통해 PCB로 전달됩니다. PCB에 충분한 구리 면적(열 릴리프 패드)을 가진 권장 패드 레이아웃을 사용하는 것이 필수적입니다. 고출력 애플리케이션의 경우, 접합부 온도를 디레이팅 곡선에 정의된 안전 한계 내로 유지하기 위해 내부 접지면이나 전용 방열판에 연결된 추가 열 비아가 필요할 수 있습니다.

7.3 광학 설계 고려 사항

70도 시야각은 빔 확산을 정의합니다. 더 좁은 빔이 필요한 애플리케이션의 경우, 보조 광학 장치(렌즈)를 추가할 수 있습니다. 930nm의 피크 파장은 해당 스펙트럼 영역에서 높은 감도를 가진 수신기(포토다이오드, 포토트랜지스터)와 짝을 이루어야 합니다. 많은 실리콘 기반 센서는 850-950nm 부근에서 피크 감도를 가지므로 좋은 매칭이 됩니다. 리모컨 애플리케이션의 경우, 이 파장은 850nm보다 인간의 눈에 덜 보이지만 여전히 실리콘에 의해 효율적으로 감지되므로 일반적으로 사용됩니다.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 저출력 적외선 LED와 비교하여, 이 장치는 상당히 높은 방사 강도(일반값 480 mW/sr)를 제공하여 더 긴 거리 또는 더 시끄러운 광학 환경에서 작동을 가능하게 합니다. 표면 실장 패키지는 스루홀 변종과 차별화되어 더 작고 더 자동화된 PCB 조립을 허용합니다. 빠른 상승/하강 시간(30ns)은 단순한 온/오프 신호뿐만 아니라 중속 데이터 전송에도 적합하게 만듭니다. 정의된 스펙트럼 특성과 시야각은 광학 시스템 설계를 위해 일관되고 예측 가능한 성능을 제공합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 LED를 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?_{A: 아니요. 직렬 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 저항 값은 R = (V}공급_F- V_F) / I_F로 계산됩니다. 예를 들어, 5V 공급, V_F=2.9V, 원하는 I²=100mA인 경우, R = (5 - 2.9) / 0.1 = 21 옴입니다. 저항의 전력 정격도 고려해야 합니다(P = I

R).

Q: 방사 강도와 총 방사 플럭스의 차이는 무엇인가요?

A: 방사 강도(mW/sr)는 특정 방향의 전력을 측정합니다(손전등 빔의 밝기와 같음). 총 방사 플럭스(mW)는 모든 방향으로 방출되는 전력의 합을 측정합니다(전구의 총 광 출력과 같음). 지향성 광원의 경우, 강도가 종종 더 관련성이 높은 지표입니다.

Q: 내 애플리케이션에 대한 최대 안전 작동 전류를 어떻게 결정하나요?

A: 절대 최대 DC 전류(1A)와 열 디레이팅을 모두 고려해야 합니다. 그림 2를 사용하세요. x축에서 예상되는 최대 주변 온도를 찾으세요. 곡선까지 선을 그린 다음 y축으로 왼쪽으로 이동하여 허용 가능한 최대 전류를 찾으세요. 선택한 작동 전류는 이 값과 1A 절대 최대값보다 낮아야 합니다.

Q: 피크 파장은 930nm로 지정되어 있지만 부품 설명에는 940nm가 언급되어 있는 이유는 무엇인가요?

A: 부품 설명은 940nm 장치를 포함하는 일반 제품 라인을 가리킵니다. 이 특정 부품 번호(LTE-R38385S-OE8)는 상세 사양에 따라 일반적인 피크 파장이 930nm입니다. 주문한 구성품의 정확한 파라미터는 항상 특정 데이터시트를 참조하세요.

10. 실용적인 설계 및 사용 예시

10.1 예시 1: 장거리 적외선 송신기시나리오:

주광 조건에서 15미터 이상의 데이터 통신을 위한 방수 야외 IR 송신기 설계.설계 접근법:

높은 방사 강도(480mW/sr)를 사용하여 주변광 노이즈를 극복합니다. 최대 출력을 위해 LED를 최대 DC 전류(1A) 근처에서 구동하지만 견고한 열 관리 전략을 구현합니다. LED의 열 패드에 연결된 PCB에 큰 구리 영역을 사용하고, 내부 층으로의 여러 열 비아를 사용합니다. 빔을 70°에서 ~15°로 좁히기 위해 단순한 플라스틱 콜리메이팅 렌즈를 추가하여 필요한 거리에 대한 축상 강도를 더욱 증가시킬 수 있습니다. 구동 회로는 마이크로컨트롤러에 의해 스위칭되는 트랜지스터(예: MOSFET)와 1A 전류를 설정하기 위해 계산된 직렬 저항을 사용할 것입니다.

10.2 예시 2: 다중 요소 근접 센서 어레이시나리오:

중앙 수신기를 둘러싼 8개의 IR 발광기가 있는 근접 센서 링 생성.설계 접근법:_F균일한 조명이 핵심입니다. 권장 회로 모델 A를 사용하세요: 8개의 LED 각각이 공통 전압 레일에 연결된 동일한 전류 제한 저항을 가집니다. 이는 LED 간의 작은 V

변동을 보상합니다. 출력과 열 부하를 균형 있게 조정하기 위해 중간 전류(예: 200mA)에서 LED를 작동시킵니다. 깨끗한 펄스를 위해 빠른 30ns 상승/하강 시간을 활용하여 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 수신기의 샘플링과 동기적으로 어레이를 펄싱합니다. 각 LED의 70° 시야각은 넓고 겹치는 감지 영역을 생성할 것입니다.

11. 작동 원리 소개

이 적외선 발광기는 반도체 다이오드입니다. 그 핵심은 갈륨 비소(GaAs) 또는 알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs)와 같은 재료로 만들어진 칩입니다. 순방향 전압이 인가되면 전자가 p-n 접합을 가로질러 주입됩니다. 이 전자들이 활성 영역에서 정공과 재결합함에 따라 에너지가 광자(빛 입자) 형태로 방출됩니다. 반도체 재료의 특정 밴드갭 에너지는 방출되는 빛의 파장(색상)을 결정합니다. GaAs/AlGaAs의 경우, 이 밴드갭은 적외선 스펙트럼(일반적으로 850-940nm)의 광자에 해당합니다. 플라스틱 패키지는 칩을 캡슐화하고 기계적 구조를 제공하며, 방출된 빛의 방사 패턴을 형성하는 성형 렌즈를 포함합니다.

12. 기술 동향 및 맥락