5mm フォトダイオード PD333-3B/L2 データシート - 直径5mm - 逆電圧32V - 消費電力150mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

PD333-3B/L2は、標準的な直径5mmのプラスチックパッケージに収められた高速・高感度のシリコンPINフォトダイオードです。その主な機能は、特に赤外スペクトルの光を電流に変換することです。このデバイスは黒色エポキシレンズを備えており、赤外線放射に対する感度を高めると同時に、周囲光のフィルタリングをある程度提供します。この部品は、様々な環境条件下で高速な応答時間と信頼性の高い性能を必要とするアプリケーション向けに設計されています。

中核的な利点:このフォトダイオードの主な強みは、高速な応答時間、高い光感度、および小さな接合容量です。これらの特性は、光強度の急速な変化を検出するのに適しています。また、このデバイスはRoHSおよびEU REACH規制に準拠しており、鉛フリー材料の使用と環境安全基準の遵守を示しています。

ターゲット市場:このフォトダイオードは、電子機器業界をターゲットとしており、特にセキュリティシステム、高速光通信リンク、カメラの露出計システム、その他精密かつ迅速な光検出が必要な光電子アプリケーションでの使用を想定しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 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発生する可能性のある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 逆電圧 (VR):32 V。これはフォトダイオード端子間に印加できる最大の逆バイアス電圧です。
• 動作温度 (Topr):-25°C から +85°C。デバイスが正常に動作する周囲温度範囲です。
• 保存温度 (Tstg):-40°C から +100°C。非動作状態での保存温度範囲です。
• はんだ付け温度 (Tsol):260°C。はんだ付けプロセス中にデバイスが耐えられるピーク温度で、通常は短時間（例：10秒間）です。
• 消費電力 (Pc):周囲温度25°C以下で150 mW。デバイスが安全に消費できる最大電力です。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータはTa=25°Cで測定され、指定された試験条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 分光帯域幅 (λ0.5):840 nm から 1100 nm。これはフォトダイオードの応答度がピーク値の少なくとも半分である波長範囲です。主に近赤外領域での感度を示しています。
• ピーク感度波長 (λP):940 nm (代表値)。フォトダイオードが最も感度を持つ光の波長です。
• 開放電圧 (VOC):0.39 V (代表値)。外部負荷が接続されていない（開放回路）状態で、光照射下（λp=940nm、Ee=1mW/cm²）でフォトダイオード端子間に発生する電圧です。
• 短絡電流 (ISC):35 µA (代表値)。同じ照射条件下で端子が短絡されているときにフォトダイオードを流れる電流です。
• 逆方向光電流 (IL):35 µA (代表値、最小25 µA)。フォトダイオードが逆バイアス（VR=5V）され、光照射されたときに流れる電流です。これは光検出回路の重要なパラメータです。
• 逆方向暗電流 (ID):5 nA (代表値、最大30 nA)。完全な暗闇で逆バイアス（VR=10V）下で流れるわずかなリーク電流です。一般に、低い値ほど信号対雑音比（SN比）に有利です。
• 逆方向降伏電圧 (VBR):最小32 V、代表値170 V。ダイオードが大量に導通し始める（降伏する）逆電圧です。最小定格は絶対最大定格と一致します。
• 総容量 (Ct):18 pF (代表値)。VR=5V、f=1MHzでの接合容量です。容量が低いほど応答時間が速くなります。
• 立ち上がり時間 / 立ち下がり時間 (tr / tf):45 ns (代表値)。光強度のステップ変化に応答して、出力信号が最終値の10%から90%まで上昇する（または90%から10%まで下降する）のに必要な時間です。VR=10V、RL=100Ωで測定されます。

3. 性能曲線分析

データシートには、主要なパラメータが動作条件によってどのように変化するかを示すいくつかの特性曲線が記載されています。これらは回路設計に不可欠です。

3.1 消費電力 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、許容される最大消費電力が減少することを示しています。設計者は、高温環境での熱損傷を防ぐために、電力処理能力をデレーティングする必要があります。

3.2 分光感度

このグラフは、フォトダイオードの正規化された応答度を波長に対してプロットしたものです。940 nmでのピーク感度と約840 nmから1100 nmまでの分光帯域幅を視覚的に確認でき、赤外線アプリケーションへの適合性を強調しています。

3.3 逆方向暗電流 vs. 周囲温度

暗電流は温度とともに指数関数的に増加します。この曲線は、高温で動作するアプリケーションにとって重要です。暗電流が増加すると、検出システムのノイズフロアが上昇するためです。

3.4 逆方向光電流 vs. 照度 (Ee)

このプロットは、生成される光電流（IL）と入射光パワー密度（照度）との間に、指定された範囲で線形関係があることを示しています。これはデバイスの線形光応答を確認するもので、正確な光測定に不可欠です。

3.5 端子容量 vs. 逆電圧

接合容量（Ct）は、逆バイアス電圧（VR）が増加するにつれて減少します。この曲線により、設計者は応答速度（高いVRでの低い容量）と消費電力/ノイズとのトレードオフを最適化する動作バイアス電圧を選択することができます。

3.6 応答時間 vs. 負荷抵抗

このグラフは、検出回路における立ち上がり/立ち下がり時間（tr/tf）が負荷抵抗（RL）によってどのように変化するかを示しています。より小さな負荷抵抗を使用することで高速な応答時間が得られますが、これは出力電圧振幅も減少させます。この曲線は、所望の帯域幅を得るためのRLの選択に役立ちます。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

このデバイスは、ラジアルリード、直径5mmのプラスチックパッケージです。寸法図には、本体直径、リード間隔、リード直径、および全体寸法が指定されています。注記には、図面に別段の指定がない限り、標準公差は±0.25mmであることが示されています。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。

4.2 極性識別

アノードは短いリードに接続され、カソードは長いリードに接続されています。パッケージにはカソードリード付近に平らな面がある場合もあります。回路組立時には正しい極性を守る必要があります。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

はんだ付け温度の絶対最大定格は260°Cです。これは標準的な鉛フリーリフローはんだ付けプロファイル（例：IPC/JEDEC J-STD-020）と互換性があります。デバイスをこの温度に長時間さらしてはいけません。典型的なリフローピーク温度の持続時間は20-40秒です。温度制御されたアイロンによる手はんだも、リードでの260°Cの制限を超えない限り許容されます。保管は、湿気吸収やその他の劣化を防ぐために、指定されたTstg範囲（-40°Cから+100°C）内の乾燥した周囲環境で行ってください。

6. 梱包および発注情報

標準梱包仕様は、袋あたり200-500個、箱あたり5袋、段ボール箱あたり10箱です。梱包のラベルには、顧客品番（CPN）、品番（P/N）、梱包数量（QTY）、ロット番号（LOT No）のフィールドが含まれています。CAT（光度ランク）、HUE（主波長ランク）、REF（順方向電圧ランク）などの他のフィールドも記載されていますが、これらはLEDに典型的なものです。このフォトダイオードでは、ビニングに積極的に使用されていない場合があります。品番PD333-3B/L2は、メーカーの内部命名規則に従っています。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 高速光検出:光データリンク、バーコードスキャナ、レーザー測距計など、45nsの応答時間が有利な用途で使用されます。
• セキュリティシステム:受動型赤外線（PIR）モーションセンサー、ビームブレークセンサー、光カーテンなどに組み込まれます。
• カメラシステム:自動露出制御、フラッシュモニタリング、赤外線フィルタリング検出などに使用されます。
• 産業用センシング:自動化設備における物体検出、エッジセンシング、不透明度測定など。

7.2 設計上の考慮事項

• バイアス回路:最速の応答を得るには、フォトダイオードを逆バイアス（光導電）モードで動作させます。トランスインピーダンスアンプ（TIA）が、光電流を電圧信号に変換するために一般的に使用されます。
• ノイズ低減:デバイスと回路を電気的ノイズから遮蔽します。TIAには低ノイズのオペアンプを使用し、特に高温時には暗電流の影響を軽減するためのフィルタリングを検討してください。
• 光学的考慮事項:黒色エポキシは赤外線を透過します。特定の波長フィルタリングには、追加の外部光学フィルターが必要になる場合があります。光学開口部が清潔で適切に整列していることを確認してください。
• 負荷抵抗の選択:必要な帯域幅（応答時間 vs. 負荷抵抗曲線参照）と所望の出力電圧レベル（Vout = IL * RL）に基づいてRLを選択してください。

8. 技術比較

標準的なフォトダイオードやフォトトランジスタと比較して、PD333-3B/L2は速度と感度のバランスの取れた組み合わせを提供します。そのPIN構造は、標準的なPNフォトダイオードよりも広い空乏層を提供し、その結果、より低い接合容量（代表値18 pF）による高速応答と、赤外スペクトルでの高い量子効率を実現しています。5mmパッケージは、より小さなSMDフォトダイオードよりも大きな有効面積を提供し、より多くの光を集めてより高い信号出力を得ることができ、低照度や長距離検出シナリオで有利です。

9. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: 短絡電流（ISC）と逆方向光電流（IL）の違いは何ですか？

A: ISCはバイアス電圧ゼロ（端子短絡）で測定され、ILは印加された逆バイアス（例：5V）下で測定されます。PINフォトダイオードでは、ILは通常ISCに非常に近く、ほとんどのバイアス検出回路で使用されるパラメータです。

Q: このフォトダイオードで可視光を検出できますか？

A: 可視赤スペクトル（約700nm付近）にある程度の感度はありますが、そのピークは940nm（赤外線）です。可視光での最適な性能を得るには、可視範囲（例：550-650nm）にピーク感度を持つフォトダイオードの方がより適しています。

Q: 光電流（IL）を実用的な電圧に変換するにはどうすればよいですか？

A: 最も一般的な方法は、トランスインピーダンスアンプ（TIA）を使用することです。出力電圧は Vout = -IL * Rf で、RfはTIAの帰還抵抗です。この構成は、フォトダイオードを仮想短絡状態に保ち、接合容量の影響を最小限に抑えます。

Q: "Pb free"および"RoHS compliant"の表示は何を意味しますか？

A: これは、製品が鉛（Pb）を使用せずに製造され、電気電子機器における特定の有害物質の使用を制限する欧州連合のRoHS指令に準拠していることを示しています。

10. 実用例

赤外線近接センサーの設計:PD333-3B/L2は、940nmの赤外線LEDと組み合わせて、シンプルな近接または物体検出センサーを作成することができます。LEDは特定の周波数でパルス駆動されます。フォトダイオードは反射したIR光を検出します。フォトダイオードを逆バイアスモードで使用し、その後ろにTIAとLEDのパルス周波数に同調したバンドパスフィルターを備えた回路は、周囲光ノイズから微弱な反射信号を効果的に抽出することができます。45nsの応答時間により、高周波変調が可能となり、ノイズ耐性が向上し、より高速な検出サイクルを実現します。

11. 動作原理

PINフォトダイオードは、P型領域とN型領域の間に真性（I）領域を挟んだ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デバイスに衝突すると、真性領域で電子-正孔対を生成します。逆バイアス下では、真性領域にかかる電界がこれらの電荷キャリアをそれぞれの端子に向かって掃き出し、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低減し（高速応答を可能に）、光子吸収の体積を増加させ（感度を向上）、特に赤外線のような長波長に対して効果的です。

12. 業界動向

フォトダイオードの需要は、産業オートメーション、自動車用LiDAR、民生電子機器（例：スマートフォンの近接センサー）、生体医療センシングなどの分野で引き続き成長しています。トレンドとしては、チップスケールパッケージ（CSP）へのさらなる小型化、オンチップ増幅および信号処理回路との統合、特定の波長帯（例：ガスセンシング用）向けのフォトダイオードの開発などがあります。また、より低い暗電流、より高い速度、過酷な環境条件下での信頼性向上といった性能指標の改善にも焦点が当てられています。PD333-3B/L2は、この進化する状況において成熟した信頼性の高い部品であり、堅牢な赤外線検出を必要とするコスト重視の大量生産アプリケーションに適しています。