PD204-6B 3mmフォトダイオード データシート - 直径3mm - 逆耐圧32V - ピーク感度940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

PD204-6Bは、可視光から近赤外線スペクトルにおいて高速応答と高感度を要求されるアプリケーション向けに設計された高性能シリコンPINフォトダイオードです。標準的な直径3mmの黒色プラスチックパッケージに収められ、信頼性の高い光検出能力を提供します。その分光応答は、可視光および赤外線発光ダイオード（IRED）を補完するように特別に調整されており、光電子システムにおける理想的な受光素子です。本デバイスは鉛フリー材料で構成され、関連する環境規制に準拠しており、現代の電子機器製造に適しています。

2. 主な特長とコアアドバンテージ

PD204-6Bは、厳しい検出アプリケーションに対応するいくつかの重要な性能特性によって差別化されています。

• 高速応答時間:本デバイスは、典型的な立ち上がり/立ち下がり時間6ナノ秒（VR=10V、RL=100Ωの指定試験条件下）を示し、光強度の急速な変化を検出することが可能です。これは、データ伝送、物体検出、タイミングに敏感な測定を含むアプリケーションにおいて極めて重要です。
• 高感度:940nm、1 mW/cm²の照度下で典型的な短絡電流（I_SC）が3.0 μAであり、低照度レベルから強い電気信号を提供し、信号対雑音比とシステムの信頼性を向上させます。
• 小容量接合容量:VR=5V、1MHzにおける典型的な総容量（C_t）が5 pFと低く、高速応答時間に寄与し、著しい信号劣化なしに高帯域幅回路での動作を可能にします。
• 堅牢な構造:本デバイスは、不要な環境光干渉を最小限に抑えるのに役立つ黒色レンズを備え、耐久性のある業界標準の3mmフォーマットでパッケージングされています。
• 環境適合性:本製品は鉛フリーであり、RoHSおよびEU REACH規制に準拠するように設計されており、世界的な環境および安全基準に対応しています。

3. 技術パラメータ詳細分析

適切な回路設計と統合のためには、電気的および光学的仕様を理解することが不可欠です。

3.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性がある限界を定義します。動作は常にこれらの範囲内で維持されるべきです。

• 逆電圧（V_R）:32 V。これは、フォトダイオード端子間に逆バイアスとして印加できる最大電圧です。
• 許容損失（P_C）:周囲温度25°C以下で150 mW。この定格は、周囲温度の上昇に伴って減少します（デレーティング曲線参照）。
• 動作温度（T_opr）:-40°C ～ +85°C。本デバイスは、この広い産業用温度範囲で正しく機能することが規定されています。
• 保存温度（T_stg）:-40°C ～ +100°C。
• はんだ付け温度（T_sol）:260°C。これはリフローはんだ付けプロセスのパラメータを規定します。

3.2 電気光学特性 (Ta=25°C)

これらのパラメータは、通常動作条件下でのデバイスの性能を定義します。代表値は分布の中心を表し、最小値と最大値は保証される限界を定義します。

• 分光応答:本フォトダイオードは、約840 nmから1100 nm（0.5相対応答点）の範囲で感度があり、ピーク感度（λ_P）は940 nmです。これは940nm赤外線LEDとの組み合わせに最適です。
• 光電流生成:
  • 短絡電流（I_SC）:代表値 3.0 μA (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm)。これは、ダイオード両端の電圧がゼロ（光起電力モード）で生成される電流です。
  • 逆光電流（I_L）:最小値 1.0 μA, 代表値 3.0 μA (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V)。これは、ダイオードが逆バイアスされているときの電流であり、速度と直線性のために最も一般的な動作モードです。
• 暗電流（I_D）:最大値 10 nA (V_R=10V, E_e=0mW/cm²)。これは、光がないときに流れるわずかなリーク電流です。低い暗電流は、微弱な光信号を検出するために重要です。
• 開放電圧（V_OC）:代表値 0.42 V (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm)。これは、光照射下で開放回路に発生する電圧です。
• 容量（C_t）:代表値 5 pF (V_R=5V, f=1MHz)。この接合容量はRC時定数に影響し、したがって検出回路の帯域幅に影響を与えます。
• 応答速度（t_r/t_f）:代表値 6 ns (V_R=10V, R_L=100Ω)。入力光の変化に出力電流がどれだけ速く追従できるかを定義します。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、パラメータが動作条件とともにどのように変化するかを示します。

4.1 許容損失と周囲温度の関係

デレーティング曲線は、周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、最大許容損失が直線的に減少することを示しています。設計者は、動作点（逆電圧 * 光電流 + 暗電流）がこの曲線を超えないようにし、熱過負荷を防止する必要があります。

4.2 分光感度特性

分光応答曲線は、波長の関数としてのフォトダイオードの相対感度を示しています。940nmでのピークと、約840nmから1100nmまでの有効帯域幅を確認できます。黒色レンズ材料はこの応答を形成し、一部の短波長をフィルタリングします。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

PD204-6Bは、標準的なラジアルリード、直径3mmのパッケージを使用しています。

5.1 パッケージ外形寸法

外形図は、PCBフットプリント設計および機械的統合のための重要な寸法を提供します。主要寸法には、全体の直径（3mm）、リード間隔、リード径、および部品高さが含まれます。指定されていない公差はすべて±0.25mmです。カソードは、通常、より長いリードまたはパッケージリムの平らな部分で識別されます。

5.2 極性識別

正しい極性は必須です。本デバイスはダイオードです。アノードは通常、より短いリード、またはパッケージの平らな側に隣接するリードです。逆バイアス（カソードに正電圧、アノードに負電圧）を印加することは、光導電モードにおける標準的な動作条件です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

• リフローはんだ付け:最大はんだ付け温度は260°Cと規定されています。鉛フリー実装用の標準的な赤外線または対流リフロープロファイルが適用可能です。液相線以上の時間は、パッケージ損傷を防ぐために業界標準に従って制御する必要があります。
• 手はんだ付け:手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用してください。プラスチックパッケージおよび内部半導体ダイへの熱ストレスを避けるため、温度350°C以下でリードごとの接触時間を3秒未満に制限してください。
• 洗浄:黒色プラスチックエポキシ材料と適合性のある洗浄剤を使用してください。部品に対して安全であることが確認されていない限り、超音波洗浄は避けてください。
• 保存条件:指定された-40°Cから+100°Cの温度範囲内で、乾燥した不活性環境に保存してください。公表された仕様への適合を保証するため、出荷日から12ヶ月以内に使用してください。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

製品は静電気防止バッグに梱包されています。標準梱包数量はバッグあたり200～1000個です。4つのバッグが1つの内箱に梱包され、1つの内箱が1つの外箱で出荷されます。

7.2 ラベル情報

バッグラベルには、部品番号（P/N）、数量（QTY）、ロット番号（LOT No.）、および日付コードを含む、必須のトレーサビリティおよび製品情報が記載されています。本製品は、光度や波長などの特定のパラメータでビニングまたはランク付けされておらず、標準の電気光学特性表に従って供給されます。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーション回路

PD204-6Bは、主に2つの回路構成で使用されます:

1. 光導電（逆バイアス）モード:これは、高速および直線動作に推奨されるモードです。逆バイアス電圧（例：5V～10V、V_R=32Vを下回る）が印加されます。光電流（I_L）は負荷抵抗（R_L）を流れます。R_L両端の電圧降下が出力信号です。R_Lを小さくすると応答は速くなりますが、電圧出力は低くなります。トランスインピーダンスアンプ（TIA）は、光電流を高利得・高帯域幅で電圧に変換するためによく使用されます。
2. 光起電力（ゼロバイアス）モード:フォトダイオードは、高インピーダンス負荷（オペアンプ入力など）に直接接続されます。光強度に比例した電圧（V_OC）を生成します。このモードは低ノイズを提供しますが、応答は遅く、直線性も劣ります。

8.2 設計上の考慮点

• バイアス:最適な速度と直線性のためには、逆バイアスで動作させてください。バイアス電圧と信号電圧の合計が最大32Vを超えないようにしてください。
• 帯域幅と負荷:総容量（フォトダイオード + アンプ入力）と負荷抵抗が帯域幅を制限する主要極を形成します（BW ≈ 1/(2πRC)）。それに応じてR_LまたはTIAの帰還抵抗を選択してください。
• 環境光除去:黒色レンズは役立ちますが、高環境光環境では、光学フィルタ（例：940nmバンドパスフィルタ）の使用と、同期検出を用いたIR光源の変調を検討してください。
• PCBレイアウト:フォトダイオードをアンプ入力に近づけて配置し、浮遊容量とノイズのピックアップを最小限に抑えてください。シールドのためにグランドプレーンを使用してください。デバイスの近くにコンデンサを配置してバイアス電源をバイパスしてください。

9. 技術比較と差別化

フォトトランジスタと比較して、PD204-6B PINフォトダイオードは、大幅に高速な応答時間（ナノ秒対マイクロ秒）と、広範囲の光強度にわたる優れた直線性を提供します。内部ゲインがないため、出力電流は低くなりますが、温度依存性も低く、性能の予測可能性が高くなります。他のフォトダイオードと比較して、3mmパッケージ、940nmピーク感度、32V逆耐圧、高速性の組み合わせにより、汎用IR検出用途における汎用性の高い選択肢となっています。

10. よくあるご質問 (FAQ)

Q: I_SCとI_L?

の違いは何ですか？ A: I_SC（短絡電流）は、ダイオード両端の電圧がゼロボルトで測定されます。I_L（逆光電流）は、指定された逆バイアス電圧を印加して測定されます。I_Lは通常I_SCに非常に近く、一般的な逆バイアスモードでの設計に使用されるパラメータです。

Q: 光電流を利用可能な電圧に変換するにはどうすればよいですか？ A: 最も簡単な方法は負荷抵抗を使用することです（V

out_{= I}* R_L）。より良い性能を得るには、トランスインピーダンスアンプを使用してください。これは、フォトダイオードのカソードに低インピーダンスの仮想接地を提供し、速度と直線性を最大化し、V_Lout_{= -I}* R_Lfeedback_{を出力します。}.

Q: 可視光源と一緒に使用できますか？ A: はい、ただし感度は低下します。分光応答曲線は可視波長まで感度があることを示していますが、そのピークは赤外線にあります。可視光源で最適な性能を得るには、可視スペクトル（例：550-650nm）にピークを持つフォトダイオードの方がより適しています。

Q: 逆降伏電圧（V

）試験の目的は何ですか？ A: これは品質と堅牢性の試験であり、ダイオードがアバランシェ降伏に入る電圧を示します。通常動作は常にこの値（通常V_BRは5V-10Vを使用）を十分に下回るべきです。

11. 実用的なアプリケーション例_R例1: 自動ドアにおける物体近接センサ。 940nmのIR LEDとPD204-6Bを出入り口の両側に配置します。ビームが遮られていないときは、一定の光電流が検出されます。人がビームを遮ると、光電流の低下がドア開閉機構をトリガーします。PD204-6Bの高速応答により、即時の検出が保証されます。

例2: コピー機における用紙検出。 フォトダイオードは、用紙表面からIRビームを反射させることで、用紙の有無を検出するために使用できます。高感度により低反射率の用紙でも動作可能で、小型パッケージは狭いスペースにも適合します。

例3: 簡易データリンク。 フォトダイオードの帯域幅内（適切な回路設計により数MHzまで可能）の周波数でIR LEDを変調することにより、PD204-6Bは、リモコンやセンサー遠隔測定などの短距離・低データレートの無線通信に使用できます。12. 動作原理

PINフォトダイオードは、P型領域とN型領域の間に挟まれた広く、軽くドープされた真性（I）領域を持つ半導体デバイスです。半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを持つ光子が真性領域で吸収されると、電子-正孔対が生成されます。内部の内蔵電位（光起電力モード）または印加された逆バイアス電界（光導電モード）の影響下で、これらの電荷キャリアは引き離され、入射光強度に比例する光電流を生成します。広い真性領域は接合容量を減少させ（高速化を可能にし）、光子吸収の体積を増加させます（感度向上）。13. 業界動向と背景

PD204-6Bのようなフォトダイオードは、成長する光エレクトロニクスおよびセンシング分野における基本的な構成要素です。動向としては、オンチップ増幅および信号調整との統合の増加（統合光学センサなど）、LiDARおよび光通信をサポートするためのより高速化への要求、民生用電子機器およびIoTデバイス向けのより小型のパッケージサイズの要求が含まれます。より広い温度範囲とより低い消費電力での性能向上への継続的な推進力もあります。このような標準的なフットプリントと十分に特性評価された性能を持つデバイスは、信頼性とコスト効率が最も重要である、幅広い産業用、商業用、および自動車用センシングアプリケーションにおいて不可欠なままです。免責事項: 本書に記載されている情報は技術参考用です。設計者は、特定のアプリケーション条件下ですべてのパラメータを確認する必要があります。絶対最大定格を超えてはなりません。メーカーは、提供された仕様に従わないアプリケーションについて一切の責任を負いません。

. Operating Principle

A PIN photodiode is a semiconductor device with a wide, lightly doped intrinsic (I) region sandwiched between P-type and N-type regions. When photons with energy greater than the semiconductor's bandgap are absorbed in the intrinsic region, they create electron-hole pairs. Under the influence of an internal built-in potential (in photovoltaic mode) or an applied reverse bias electric field (in photoconductive mode), these charge carriers are swept apart, generating a photocurrent that is proportional to the incident light intensity. The wide intrinsic region reduces junction capacitance (enabling high speed) and increases the volume for photon absorption (improving sensitivity).

. Industry Trends and Context

Photodiodes like the PD204-6B are fundamental components in the growing field of optoelectronics and sensing. Trends include increasing integration with on-chip amplification and signal conditioning (e.g., in integrated optical sensors), demands for higher speed to support LiDAR and optical communications, and requirements for smaller package sizes for consumer electronics and IoT devices. There is also a continuous drive for improved performance over wider temperature ranges and lower power consumption. Devices with standard footprints and well-characterized performance, such as this one, remain essential for a vast array of industrial, commercial, and automotive sensing applications where reliability and cost-effectiveness are paramount.

Disclaimer: The information provided in this document is for technical reference. Designers should verify all parameters under their specific application conditions. Absolute maximum ratings must not be exceeded. The manufacturer assumes no liability for applications not in accordance with the provided specifications.