PD333-3B/L1 5mmフォトダイオード データシート - 直径5mm - 逆電圧32V - ブラックレンズ - 日本語技術文書

1. 製品概要

PD333-3B/L1は、標準的な直径5mmのプラスチックパッケージに封入された、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における入射光を電流に変換することです。本デバイスはブラック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、可視光への応答を最小限に抑えます。これは、近赤外線範囲での検出を必要とするアプリケーションに特に適しています。この部品の中核的な利点は、高速信号検出に不可欠な高速応答時間、高感度、および小さな接合容量です。鉛フリー（Pbフリー）部品として設計されており、RoHSやEU REACHなどの関連する環境規制に準拠しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

本デバイスは、指定された限界内で確実に動作するように設計されています。これらの定格を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 逆電圧 (V_R):32 V - フォトダイオード端子間に印加できる最大逆バイアス電圧。
• 動作温度 (T_opr):-25°C ～ +85°C - 通常動作時の周囲温度範囲。
• 保存温度 (T_stg):-40°C ～ +100°C - 非動作時の保存温度範囲。
• はんだ付け温度 (T_sol):260°C - はんだ付け工程中にデバイスが耐えられるピーク温度。
• 電力損失 (P_c):150 mW - 周囲温度25°C以下において、デバイスが放散できる最大電力。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、標準試験条件（Ta=25°C）下でのフォトダイオードの性能を定義します。

• 分光帯域幅 (λ_0.5):840 nm ～ 1100 nm - 感度がピーク値の少なくとも半分である波長範囲。
• ピーク感度波長 (λ_P):940 nm (代表値) - フォトダイオードが最も感度を示す光の波長。
• 開放電圧 (V_OC):0.44 V (代表値) - 光照射時に開放端子間に発生する電圧 (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm)。
• 短絡電流 (I_SC):10 µA (代表値) - 光照射下で端子が短絡されたときに流れる電流 (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm)。
• 逆光電流 (I_L):最小 15 µA - 逆バイアス下で生成される光電流 (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm)。これは信号検出の重要なパラメータです。
• 逆暗電流 (I_D):最大 30 nA - 完全な暗所で逆バイアス下で流れるわずかなリーク電流 (V_R=10V)。より良い信号対雑音比を得るためには、低い値が望ましいです。
• 逆降伏電圧 (V_BR):最小 32 V, 代表値 170 V - 接合が降伏し、電流が急激に増加する逆電圧。
• 総容量 (C_t):6.0 pF (代表値) - 逆バイアス下での接合容量 (V_R=5V, f=1MHz)。低容量は高速動作にとって極めて重要です。
• 立上り/立下り時間 (t_r/t_f):10 ns (代表値) - 出力信号が最終値の10%から90%まで上昇（または90%から10%まで下降）するのに必要な時間 (V_R=10V, R_L=100Ω)。これは最大スイッチング速度を定義します。

3. ビニングシステムの説明

PD333-3B/L1は、特定の試験条件 (E_L=1mW/cm², λ_e=940nm, V_p=5V) 下での逆光電流 (I_R) 性能に基づいて、異なるビンに選別されます。これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した性能を持つ部品を選択できます。

データシートには、標準的な許容差として、光度 ±10%、主波長 ±1nm、順方向電圧 ±0.1V も記載されていますが、後者の2つはこのフォトダイオードよりもLEDに関連性が高いものです。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの動作を示すいくつかの特性曲線が含まれています。これらは回路設計と性能予測に不可欠です。

4.1 分光感度

分光応答曲線は、異なる波長にわたるデバイスの相対感度を示しています。ピークは940 nm（赤外線）にあり、約840 nmから1100 nmまで有意な応答があります。これは、リモコンや近接センサーなどの赤外線ベースのシステムへの適合性を確認するものです。

4.2 温度依存性

逆暗電流と周囲温度の関係、および電力損失と周囲温度の関係を示す曲線が提供されています。暗電流は一般的に温度とともに増加し、これは高感度アプリケーションにおけるノイズフロアに影響を与える可能性があります。電力デレーティング曲線は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、最大許容電力損失がどのように減少するかを示しています。

4.3 電気的特性

主要なグラフは以下の通りです：

• 逆光電流 vs. 照度 (E_e):生成された光電流と入射光パワー密度との線形関係を示します。これはフォトダイオードの基本的な特性です。
• 端子容量 vs. 逆電圧：接合容量が逆バイアス電圧の増加とともにどのように減少するかを示します。より高い逆電圧（限界内で）で動作することで、容量を減らし速度を向上させることができます。
• 応答時間 vs. 負荷抵抗：立上り/立下り時間が、回路内の負荷抵抗 (R_L) によってどのように影響を受けるかを示します。より小さな R_Lは、一般的により高速な応答をもたらしますが、出力電圧振幅は小さくなります。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

本デバイスは、標準的な直径5mmの丸型プラスチックパッケージを使用しています。パッケージ寸法図は、PCBフットプリント設計および機械的統合に必要な重要な寸法を提供します。主要な寸法には、全体の直径（5mm）、リード間隔、および部品の高さが含まれます。図面には、特に記載がない限り、一般的な公差 ±0.25mm が指定されています。パッケージは、電気接続用に2本のアキシアルリードを備えています。ブラックエポキシボディはレンズおよびIRフィルターとして機能します。適切な極性の識別は、データシートの端子図に基づくべきです。通常、カソードはより長いリード、パッケージ上のフラットスポット、または特定のマーキングで示されます。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

本コンポーネントの最大はんだ付け温度定格は260°Cです。鉛フリープロセス用の標準リフローまたはウェーブはんだ付けプロファイルを使用できますが、熱損傷を防ぐために、ピーク温度および液相線以上の時間を制御する必要があります。手はんだ付けは、温度制御されたはんだごてで素早く行うべきです。部品は湿気吸収（ポップコーン現象）によるはんだ付け時の問題を防ぐため、乾燥した環境で保管することを推奨します。

7. 梱包および発注情報

標準梱包仕様は、1袋あたり500個、1箱あたり5袋、1カートンあたり10箱で、カートンあたり合計25,000個です。梱包のラベルには、顧客品番（CPN）、品番（P/N）、梱包数量（QTY）、および関連する性能ランク（強度のCATなど）のフィールドに加えて、トレーサビリティのためのロット番号および日付コードが含まれます。

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シナリオ

• 高速光検出：10nsの応答時間により、光ファイバー通信、バーコードスキャナー、および光学エンコーダーに適しています。
• セキュリティシステム：侵入検知ビーム、煙感知器、または赤外線ベースのセキュリティ通信の受信機として使用できます。
• カメラアプリケーション：露出計、オートフォーカス補助システム、またはIRカットフィルターモニターとして有用です。
• 産業用センシング：自動化設備における物体検出、カウント、および位置検出。

8.2 設計上の考慮事項

• バイアス回路：フォトダイオードは、低ノイズアプリケーションには光起電力（ゼロバイアス）モードで、より高速および高直線性には光導電（逆バイアス）モードで使用できます。32Vの最大逆電圧により、幅広いバイアス選択が可能です。
• 増幅：出力電流は小さい（マイクロアンペア）ため、電流を実用的な電圧信号に変換するには、ほぼ常にトランスインピーダンスアンプ（TIA）が必要です。
• ノイズ：高感度アプリケーションでは、暗電流とその温度依存性を考慮してください。電気的ノイズのピックアップを最小限に抑えるためには、シールディングと慎重なPCBレイアウトが必要です。
• 光学フィルタリング：ブラックエポキシはある程度のフィルタリングを提供しますが、特定の波長選択のためには、追加のバンドパス光学フィルターが必要になる場合があります。

9. 技術比較および差別化

一般的なフォトダイオードと比較して、PD333-3B/L1は、一般的な5mmパッケージにおいて、速度（10ns）、感度（指定条件下で最小15µA）、および堅牢な32V逆電圧定格のバランスの取れた組み合わせを提供します。そのシリコン構造とPIN構造は、近赤外アプリケーションにおいて、コスト、速度、および感度の間で良好なトレードオフを提供します。代替品としては、スペース制約のある設計用のより小型パッケージのフォトダイオード、異なる分光応答（例：可視光）を持つもの、または内部ゲインを必要とするアプリケーション用のアバランシェフォトダイオード（APD）などが考えられますが、APDはより複雑で高価です。

10. よくあるご質問 (FAQ)

Q: 光起電力モードと光導電モードの違いは何ですか？

A: 光起電力モード（ゼロバイアス）では、フォトダイオードが自身の電圧/電流を生成し、非常に低い暗電流とノイズを提供します。光導電モード（逆バイアス）では、外部電圧が印加され、接合容量が減少（速度向上）し、直線性が向上しますが、わずかに高い暗電流が犠牲になります。

Q: 適切なビンをどのように選択すればよいですか？

A: アプリケーションで必要な最小信号電流に基づいてビンを選択してください。より高いビンを使用すると、より強い信号が保証されますが、コストに影響を与える可能性があります。生産の一貫性のために、単一のビンを指定してください。

Q: このフォトダイオードは可視光検出に使用できますか？

A: 可視赤スペクトルにいくらかの応答はありますが、そのピークは940nm（IR）にあり、ブラックエポキシは可視光を減衰させます。主に可視光検出には、クリアまたは色特定のレンズを持ち、可視範囲にピーク波長を持つフォトダイオードの方がより適切です。

Q: どのような値の負荷抵抗 (R_L) を使用すべきですか？

A: 必要な速度と信号レベルによります。より小さな R_L（例：50Ω）はより高速な応答をもたらしますが、電圧出力 (Vout = I_ph* R_L) は小さくなります。より大きな R_Lは、ダイオード容量と形成されるRC時定数のため、より大きな電圧をもたらしますが、応答は遅くなります。応答時間 vs. 負荷抵抗曲線を参照してください。

11. 実践的設計事例

事例：簡易物体検出センサー

一般的な用途は、遮光型センサーです。940nmで発光するIR LEDをPD333-3B/L1フォトダイオードの反対側に配置します。フォトダイオードは、負荷抵抗（例：10kΩ）を介して5Vの逆バイアスをかけた光導電モードで動作させます。通常状態では、IR光がダイオードに当たり、光電流を生成し、抵抗の両端に電圧降下を生じさせます。物体がビームを遮ると、光電流が大幅に減少し、抵抗両端の電圧が大きく変化します。この電圧信号をコンパレータに入力し、マイクロコントローラへのデジタル割り込みを生成できます。10nsの応答時間はこのアプリケーションに必要な速度よりもはるかに高速ですが、高感度により、より弱いIR光源やより長い距離でも確実な動作を保証します。

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、真性領域内で電子-正孔対を生成します。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（光導電モード）の影響下で、これらの電荷キャリアが引き離され、入射光強度に比例する測定可能な光電流が生成されます。PIN構造の広い真性領域は、標準的なPNフォトダイオードと比較して接合容量を減少させ、より高速な動作を可能にします。

13. 業界動向

フォトダイオードの需要は、民生電子機器（スマートフォンセンサー、ウェアラブル）、自動車（LiDAR、ドライバーモニタリング）、産業オートメーション、通信（データセンター）などの分野で引き続き成長しています。動向としては、チップスケールパッケージ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、新しい波長範囲（例：短波長赤外線）向けのフォトダイオードの開発、および新興技術の要件を満たすための低ノイズや高速化などの性能パラメータの向上が含まれます。