IR67-21C/TR8 탑뷰 적외선 LED 데이터시트 - SMD 패키지 - 940nm 피크 파장 - 120° 시야각 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

IR67-21C/TR8는 미니어처 표면 실장(SMD) 패키지에 장착된 탑뷰 적외선 발광 다이오드입니다. 이 장치는 평평한 탑 렌즈를 가진 워터클리어 플라스틱으로 성형되어 있으며, 현대적인 적외선 및 기상 재류 솔더링 공정과의 호환성을 위해 설계되었습니다. 주요 기능은 실리콘 포토다이오드 및 포토트랜지스터와 매칭되는 피크 파장에서 적외선을 방출하는 것으로, 다양한 센싱 및 스위칭 응용 분야의 핵심 구성 요소입니다.

이 구성 요소의 주요 장점은 낮은 순방향 전압 요구 사항, 넓은 120도 시야각, 무연 및 RoHS 환경 기준 준수를 포함합니다. 미니어처 SMD 폼 팩터는 인쇄 회로 기판(PCB)에 고밀도 배치를 가능하게 하여, 소형 소비자 및 산업용 전자 제품에 필수적입니다.

1.1 핵심 사양 및 장치 선택

IR67-21C/TR8를 정의하는 기본 사양은 칩 재료와 광학적 특성입니다. 발광 칩은 적외선 방사 생산에 적합한 반도체 재료인 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs)로 구성됩니다. 패키지는 방출된 적외선을 필터링하지 않는 워터클리어 렌즈를 특징으로 하여 최대 방사 강도 출력을 보장합니다. GaAlAs 칩과 투명 렌즈의 이러한 조합은 검출된 신호 강도가 중요한 센서 응용 분야에서 최적의 성능을 위해 특별히 설계되었습니다.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 해석

이 섹션은 IR67-21C/TR8 적외선 LED에 대해 명시된 전기적, 광학적 및 열적 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다. 이러한 정격을 이해하는 것은 신뢰할 수 있는 회로 설계와 장치의 장기 운영 무결성을 보장하는 데 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 권장 작동 조건이 아니라, 과도 현상을 포함한 어떤 상황에서도 초과해서는 안 되는 임계값입니다.

• 연속 순방향 전류 (I_F): 65 mA. 이는 주변 온도(T_a) 25°C에서 LED 접합부를 통해 무기한으로 흐를 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP): 1.0 A. 이 높은 전류는 엄격한 펄스 조건(펄스 폭 ≤ 100 µs, 듀티 사이클 ≤ 1%)에서만 허용됩니다. 이 정격은 짧고 고강도의 IR 광 펄스가 필요한 응용 분야와 관련이 있습니다.
• 역방향 전압 (V_R): 5 V. 이 값을 초과하는 역방향 바이어스 전압을 가하면 접합 항복이 발생할 수 있습니다.
• 전력 소산 (P_d): 25°C에서 130 mW. 이는 패키지가 열로 소산할 수 있는 최대 전력입니다. 실제 허용 전력은 주변 온도가 상승함에 따라 감소하며, 이는 디레이팅 곡선에 표시됩니다.
• 열 저항, 접합부-주변 (R_thj-a): 400 K/W. 이 파라미터는 반도체 접합부에서 주변 공기로 열이 얼마나 효과적으로 전달되는지를 정량화합니다. 값이 낮을수록 열 방산이 더 좋음을 의미합니다. 이 값으로, 소산되는 전력 1와트당 접합부 온도는 주변 온도보다 400°C 상승합니다.
• 솔더링 온도 (T_sol): 최대 5초 동안 260°C. 이는 재류 솔더링 프로파일 허용 오차를 정의합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 25°C의 표준 테스트 조건에서 측정되며, 정상 작동에서 장치의 성능을 설명합니다. 'Typ.' 열은 전형적 또는 예상 값을 나타내며, 'Min.' 및 'Max.'는 보장된 성능 한계를 정의합니다.

• 방사 강도 (I_e): 이는 단위 입체각당 방출되는 광전력입니다(밀리와트/스테라디안, mW/sr로 측정). 표준 구동 전류 20mA에서 전형적인 방사 강도는 1.5 mW/sr이며, 최소 1.0 mW/sr이 보장됩니다. 펄스 고전류 조건(100mA, ≤100µs, ≤1% 듀티)에서 강도는 전형적으로 20 mW/sr에 도달할 수 있습니다.
• 피크 파장 (λ_p): 940 nm (전형적). 이는 LED가 가장 많은 광전력을 방출하는 파장입니다. 이는 일반적인 실리콘 기반 광검출기의 최대 감도 영역과 스펙트럼적으로 매칭됩니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ): 45 nm (전형적). 이는 방출되는 파장의 범위를 정의하며, 일반적으로 최대 강도의 절반에서 측정됩니다(반치폭, FWHM). 940nm를 중심으로 한 45nm 대역폭은 약 917.5nm에서 962.5nm까지 상당한 방출이 발생함을 의미합니다.
• 순방향 전압 (V_F): 20mA에서 전형적인 순방향 전압은 1.2V이며, 최대 1.5V입니다. 펄스 100mA 조건에서 V_F는 전형적으로 1.4V(최대 1.8V)로 증가합니다. 이 낮은 V_F는 저전압 및 배터리 구동 응용 분야에 유리합니다.
• 시야각 (2θ_1/2): 120도. 이는 방사 강도가 피크 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다(축상에서 측정). 넓은 120° 각도는 광범위하고 확산된 조명을 제공하여, 대상 위치가 변할 수 있는 근접 또는 존재 감지에 이상적입니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 파라미터가 작동 조건에 따라 어떻게 변하는지를 보여주는 여러 특성 곡선을 포함합니다. 이러한 그래프는 동적 시스템 설계에 필수적입니다.

3.1 전력 소산 대 주변 온도

이 디레이팅 곡선은 최대 허용 전력 소산(P_d)이 25°C에서 130 mW에서 선형적으로 감소하여 약 150°C에서 0 mW가 됨을 보여줍니다. 설계자는 이 그래프를 사용하여 특정 최대 주변 온도에 대한 안전한 작동 전류를 계산해야 합니다. 예를 들어, 최대 주변 온도가 85°C인 경우, 그래프는 허용 전력 소산이 크게 감소함을 나타내며, 이는 차례로 최대 허용 순방향 전류를 제한합니다.

3.2 스펙트럼 분포

스펙트럼 분포 곡선은 상대 방사 강도를 파장에 대해 도표화합니다. 이는 시각적으로 940nm 피크 파장과 약 45nm의 스펙트럼 대역폭을 확인시켜 줍니다. 곡선은 일반적으로 피크 파장을 중심으로 가우시안 형태를 띱니다.

3.3 피크 방출 파장 대 주변 온도

이 곡선은 피크 파장의 온도 의존성을 보여줍니다. 일반적으로 LED의 피크 파장은 접합부 온도가 증가함에 따라 더 긴 파장으로 이동합니다(\"적색 편이\"). 그래프는 이 이동을 정량화하며, 검출기의 감도도 온도 의존적일 수 있으므로 정밀한 스펙트럼 매칭이 필요한 응용 분야에서 중요합니다.

3.4 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

I-V 곡선은 표준 다이오드처럼 비선형입니다. 이는 LED를 통해 흐르는 전류와 LED 양단의 전압 사이의 관계를 보여줍니다. 이 곡선의 \"무릎\"은 전형적인 순방향 전압 주변에 있습니다. 이 곡선은 전류 제한 회로 설계, 특히 전압 소스로 LED를 구동할 때 도움이 됩니다.

3.5 상대 방사 강도 대 각도 변위

이 극좌표 플롯은 공간 방출 패턴을 설명합니다. 이는 120° 시야각을 확인시켜 주며, 강도가 어떻게 분포하는지 보여줍니다. 투명 패키지의 평평한 탑 LED에 대한 패턴은 일반적으로 람베르트 분포에 가깝습니다. 여기서 강도는 법선(중심)으로부터의 각도의 코사인에 비례합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

IR67-21C/TR8는 미니어처 SMD 패키지에 장착됩니다. 치수 도면은 PCB 풋프린트 설계를 위한 모든 중요한 측정치, 즉 본체 길이, 너비, 높이, 리드 간격 및 패드 치수를 제공합니다. 주요 치수는 전체 크기(예: 약 3.2mm x 2.8mm, 정확한 값은 도면에서 확인 필요), 솔더 패드 사이의 거리, 신뢰할 수 있는 솔더링을 위한 권장 랜드 패턴을 포함합니다. 특별히 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 허용 오차 ±0.1mm의 밀리미터 단위입니다.

4.2 극성 식별

패키지에는 애노드와 캐소드 단자를 식별하기 위한 표시 또는 특징(노치, 모따기된 모서리 또는 캐소드 마크 등)이 포함됩니다. 역방향 바이어스를 가하면 장치가 손상될 수 있으므로 조립 중 올바른 극성을 준수해야 합니다.

4.3 캐리어 테이프 및 릴 사양

자동화 조립을 위해 구성 요소는 릴에 감긴 엠보싱 캐리어 테이프에 공급됩니다. 데이터시트는 포켓 크기, 피치 및 테이프 너비를 포함한 캐리어 테이프 치수를 제공합니다. 릴에는 일반적으로 2000개가 들어 있습니다. 이러한 치수는 픽 앤 플레이스 기계 프로그래밍에 중요합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

적절한 취급 및 솔더링은 LED 손상을 방지하고 장기적인 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다.

5.1 재류 솔더링 공정

이 장치는 적외선 및 기상 재류 공정과 호환됩니다. 권장 무연 솔더 온도 프로파일이 제공되며, 예열, 소킹, 재류 피크 온도(260°C 초과 불가), 냉각 속도를 명시합니다. 재류 솔더링은 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다. 가열 중 LED 본체에 응력을 가해서는 안 되며, 솔더링 후 PCB가 휘어져서는 안 됩니다.

5.2 핸드 솔더링

핸드 솔더링이 필요한 경우 극도의 주의가 필요합니다. 솔더링 아이언 팁 온도는 350°C 이하여야 하며, 단자당 접촉 시간은 3초를 초과해서는 안 됩니다. 저전력 아이언(≤25W)을 권장합니다. 각 단자를 솔더링할 때마다 최소 2초의 냉각 간격을 유지해야 합니다. 데이터시트는 핸드 솔더링이 종종 손상을 초래한다고 강력히 권고합니다.

5.3 리워크 및 수리

LED가 솔더링된 후의 수리는 권장되지 않습니다. 불가피한 경우, 양쪽 단자를 동시에 가열하여 열 응력을 최소화하기 위해 더블 헤드 솔더링 아이언을 사용해야 합니다. 리워크 중 LED 특성 손상 가능성을 사전에 평가해야 합니다.

6. 보관 및 습도 민감도

IR67-21C/TR8는 습도에 민감합니다. 재류 중 팝콘 현상(급속한 증기 팽창으로 인한 패키지 균열)을 방지하기 위해 예방 조치를 취해야 합니다.

• 구성 요소를 사용할 준비가 될 때까지 방습 백을 열지 마십시오.
• 개봉 전, ≤30°C 및 ≤90% 상대 습도(RH)에서 보관하십시오. 유통 기한은 1년입니다.
• 개봉 후, ≤30°C 및 ≤70% RH에서 보관하십시오. \"플로어 라이프\"(백 밖에서 허용되는 시간)는 168시간(7일)입니다.
• 실리카겔 건조제가 색이 변했거나(포화 상태 표시) 보관 시간을 초과한 경우, 재류 전 60 ±5°C에서 24시간 동안 베이크아웃이 필요합니다.

7. 응용 제안

7.1 전형적인 응용 시나리오

IR67-21C/TR8는 감지 또는 신호 전달에 보이지 않는 적외선이 사용되는 광범위한 광전자 응용 분야를 위해 설계되었습니다.

• 센서: 근접 센서, 물체 감지 및 라인 추종 로봇의 광원으로 사용됩니다.
• 광전자 스위치: 광학 차단기 또는 슬롯 스위치의 절반을 구성하며, 여기서 물체가 LED와 광검출기 사이의 빔을 차단합니다.
• 소비자 전자 제품: TV, VCR 및 기타 오디오/비디오 장치용 리모컨 송신기(더 긴 거리를 위해 종종 더 높은 출력 LED가 사용되지만).
• 이미징: 보안 카메라용 적외선 조명, 특히 저조도 또는 야간 모드에서.
• 안전 장치: 광학 산란 원리를 사용하는 특정 유형의 연기 감지기의 구성 요소로 사용될 수 있습니다.

7.2 중요한 설계 고려 사항

• 전류 제한: 외부 전류 제한 저항은 절대적으로 필수입니다. LED는 급격한 I-V 특성을 나타내며, 이는 전압의 작은 증가가 전류의 큰 증가를 유발하여 적절히 제어되지 않으면 즉시 소손될 수 있음을 의미합니다. 저항 값은 옴의 법칙을 사용하여 계산됩니다: R = (V_supply- V_F) / I_F.
• 열 관리: SMD 패키지는 PCB 패드를 통해 열을 소산하지만, 특히 고주변 온도 환경에서 전력 소산 디레이팅 곡선에 주의를 기울여야 합니다. 적절한 PCB 구리 면적(열 릴리프 패드)은 접합부 온도를 낮추는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 스펙트럼 매칭: 선택한 광검출기(포토다이오드, 포토트랜지스터)가 최적의 시스템 신호 대 잡음비를 위해 940nm 주변에서 최대 감도를 가지는지 확인하십시오.
• 광학 설계: 120° 시야각은 넓은 커버리지를 제공합니다. 더 긴 거리 또는 더 지향성 있는 빔을 위해 2차 광학(렌즈)가 필요할 수 있습니다.

8. 패키징 및 주문 정보

8.1 포장 절차

LED는 건조제 및 습도 표시 카드가 들어 있는 방습 알루미늄 백에 포장됩니다. 백에는 추적성과 올바른 적용을 위한 중요한 정보가 라벨로 표시됩니다.

8.2 라벨 사양

라벨에는 여러 필드가 포함됩니다: 고객 부품 번호(CPN), 제조사 부품 번호(P/N), 포장 수량(QTY), 로트 번호(LOT NO), 및 방사 강도용 카테고리(CAT) 및 피크 파장용 색조(HUE)와 같은 광학 빈닝 정보. 참조 코드(REF)도 있을 수 있습니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 연속 전류가 65mA에 불과한데 1.0A 피크 순방향 전류 정격의 목적은 무엇입니까?
A: 피크 전류 정격은 매우 짧고 고출력의 펄스로 LED를 구동할 수 있게 합니다. 이는 주변 잡음을 극복하거나 더 먼 거리를 이동하기 위해 짧고 강렬한 IR 광 폭발이 필요하지만 과도한 평균 열을 발생시키지 않는 거리 측정(비행 시간) 또는 데이터 전송과 같은 응용 분야에 유용합니다.

Q: 주변 온도가 50°C인 경우 내 응용 분야에 대한 안전한 작동 전류를 어떻게 결정합니까?
A: 전력 소산 대 주변 온도 디레이팅 곡선을 사용해야 합니다. 곡선에서 50°C에 해당하는 지점을 찾아 해당 온도에서의 최대 허용 전력 소산(P_d(max))을 결정합니다. 그런 다음, 원하는 전류에서의 전형적인 순방향 전압(V_F)을 사용하여 최대 안전 전류를 계산합니다: I_F(max)= P_d(max)/ V_F. 항상 안전 마진을 포함하십시오.

Q: 이 LED를 TV 리모컨에 사용할 수 있습니까?
A: 올바른 파장(940nm는 리모컨 표준)을 방출하지만, 20mA에서의 방사 강도(전형적 1.5 mW/sr)는 전용 리모컨 LED보다 낮을 수 있습니다. 전용 리모컨 LED는 종종 더 강하게 구동되거나 더 긴 거리를 위해 다른 광학 장치를 가집니다. 단거리 리모컨에는 작동할 수 있지만, 일반적인 거실 거리에는 더 높은 출력으로 특성화된 구성 요소가 더 적합할 수 있습니다.

Q: 보관 및 베이킹 절차가 왜 그렇게 구체적입니까?
A: 플라스틱 SMD 패키지는 공기 중의 습기를 흡수할 수 있습니다. 고온 재류 솔더링 공정 중에 이 흡수된 습기는 빠르게 증기로 변하여 패키지를 박리하거나 다이를 균열시킬 수 있는 내부 압력을 생성합니다(\"팝콘 현상\"). 제어된 보관 및 베이킹 절차는 솔더링 전 이 습기를 안전하게 제거하기 위한 산업 표준(JEDEC MSL 등급 기반)입니다.

10. 작동 원리 및 기술적 맥락

10.1 기본 작동 원리

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합에서 전계발광 원리에 따라 작동합니다. 순방향 전압이 가해지면 n형 물질의 전자와 p형 물질의 정공이 접합 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어들이 재결합할 때 에너지를 방출합니다. GaAlAs 반도체에서 이 에너지는 주로 적외선 스펙트럼(약 940nm)의 광자로 방출됩니다. 특정 파장은 결정 내 알루미늄 대 갈륨의 비율을 조정하여 설계된 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다.

10.2 광전자 시스템에서의 역할

일반적인 감지 시스템에서 IR67-21C/TR8는 능동 신호원 역할을 합니다. 그 빛은 직접 검출기에 의해 수신되거나(전송 감지용), 대상에서 반사되거나(근접/반사 감지용), 물체에 의해 차단됩니다(빔 차단 감지용). 검출기는 변조되거나 차단된 IR 빛을 처리할 전기 신호로 변환합니다. 940nm 파장은 인간의 눈에 보이지 않고, 대부분의 주변 가시광선 간섭을 피하며, 저렴한 실리콘 검출기의 높은 감도 영역과 일치하면서 더 긴 IR 파장에 비해 공기 및 일반 재료에 의한 흡수에 덜 취약하기 때문에 이상적입니다.

10.3 산업 동향 및 맥락

IR67-21C/TR8와 같은 SMD 적외선 LED의 개발은 전자 제품 조립의 소형화 및 자동화에 의해 주도됩니다. 동향은 더 작은 패키지 풋프린트, 단위 면적당 더 높은 방사 강도, 개선된 열 성능, 일관된 성능을 위한 더 엄격한 빈닝을 향하고 있습니다. 또한 새로운 반도체 재료(다른 IR 대역을 위한 실리콘 위의 InGaN 등) 및 LED 드라이버, 센서, 신호 처리를 단일 모듈(예: 근접 센서 모듈)로 결합하는 통합 솔루션에 대한 연구가 지속되고 있습니다. 신뢰할 수 있고 저비용의 IR 구성 요소에 대한 수요는 사물 인터넷(IoT), 자동차 감지(예: 실내 모니터링) 및 산업 자동화의 확장과 함께 계속 성장하고 있습니다.