5mm シリコンPINフォトダイオード PD333-3C/H0/L811 データシート - 直径5mm - 逆電圧35V - ウォータークリアレンズ - 日本語技術文書

1. 製品概要

PD333-3C/H0/L811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。ウォータークリアエポキシレンズを採用しており、可視光から赤外線波長まで幅広いスペクトルの放射線に感度があります。主な設計焦点は、高速応答時間と高い光感度を実現しつつ、接合容量を小さく保つことにあり、精密かつ迅速な光検出を必要とするアプリケーションに適しています。

この部品の主な利点は、現代の環境および安全基準への適合性です。鉛フリー製品であり、EU REACH規則に準拠し、ハロゲンフリー要件を満たしています（臭素(Br)および塩素(Cl)含有量はそれぞれ900 ppm未満、合計1500 ppm未満）。製品自体はRoHS準拠仕様内に収まるように設計されています。

2. 技術仕様詳細

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):35 V - フォトダイオードに印加できる最大の逆バイアス電圧です。
• 許容損失 (P_d):150 mW - デバイスが消費できる最大電力です。
• 動作温度 (T_opr):-25°C ～ +85°C - 通常動作時の周囲温度範囲です。
• 保存温度 (T_stg):-40°C ～ +100°C - 非動作時の保存温度範囲です。
• リードはんだ付け温度 (T_sol):最大5秒間、260°C。

2.2 電気・光学特性 (Ta=25°C)

これらのパラメータは、典型的な条件下でのフォトダイオードのコア性能を定義します。

• 分光帯域幅 (λ_0.1):400 nm ～ 1100 nm。デバイスは、紫/青色領域から近赤外線までの光に応答します。
• ピーク感度波長 (λ_P):940 nm (代表値)。フォトダイオードは近赤外スペクトルで最も感度が高くなります。
• 開放電圧 (V_OC):470 nm、1 mW/cm²の照度下で0.38 V (代表値)。
• 短絡電流 (I_SC):470 nm、1 mW/cm²の照度下で45 μA (代表値)。
• 逆方向光電流 (I_L):これは、ダイオードが逆バイアスされたときに生成される光電流です。
  • 470 nm、V_R=5V、E_e=1 mW/cm²で46 μA (代表値)。
  • 940 nm (ピーク感度)、V_R=5V、E_e=1 mW/cm²で60 μA (代表値)。
• 逆方向暗電流 (I_D):完全暗黒下、V_R=10Vで10 nA (最大値)。これはリーク電流であり、低照度感度の重要なパラメータです。
• 逆方向降伏電圧 (V_BR):暗黒中、逆電流100 μAで測定した場合、130 V (代表値)、最小35 V。
• 視野角 (2θ_1/2):80° (代表値)。これは、フォトダイオードが軸上感度の半分を維持する角度範囲を定義します。

3. 性能曲線分析

データシートには、設計エンジニアにとって不可欠ないくつかの特性曲線が含まれています。

3.1 許容損失と周囲温度の関係

グラフは、周囲温度の上昇に伴う最大許容損失の低下を示しています。定格の150 mWは25°Cで有効であり、100°Cでは0 mWまで直線的に減少します。この曲線は、アプリケーション環境でデバイスが過熱しないことを保証するために重要です。

3.2 分光感度特性

この曲線は、動作波長範囲（400-1100 nm）全体におけるフォトダイオードの相対応答度を示し、約940 nm付近でのピーク感度と、ウォータークリアレンズによる可視スペクトルでの有意な応答を確認します。

3.3 逆方向光電流と照度の関係

このグラフは、生成される光電流 (I_L) と入射光パワー密度 (E_e) の間の線形関係を示しています。これは、直線性が重要な光測定アプリケーションへのデバイスの適合性を確認します。

3.4 暗電流と周囲温度の関係

暗電流 (I_D) 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極めて重要であり、検出器のノイズフロアを定義します。

3.5 相対光電流と角度変位の関係

この極座標プロットは80°の視野角を視覚的に表し、入射光の角度が中心軸（0°）から離れるにつれて検出信号強度がどのように低下するかを示しています。

4. 機械的仕様およびパッケージ情報

4.1 パッケージ外形寸法

フォトダイオードは、標準的な5mmラジアルリードパッケージです。主要寸法には、本体直径5.0mm、代表的なエポキシドーム高さ、およびリード間隔が含まれます。指定のない公差はすべて±0.25mmです。PCBフットプリント設計のための詳細な寸法図がデータシートに提供されています。

4.2 極性識別

カソード (K) は、通常、より長いリード、パッケージリムのフラットスポット、またはパッケージ図面に従ったその他のマーキングによって識別されます。正しい逆バイアス動作のためには、回路組立時に正しい極性を確認する必要があります。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

エポキシバルブおよび内部構造への損傷を防ぐため、はんだ付け時の慎重な取り扱いが重要です。

• 一般規則:はんだ接合部からエポキシバルブまで最低3mmの距離を保ってください。タイバーのベースを超えてはんだ付けすることを推奨します。
• 手はんだ付け:先端温度が350°C（最大30W）を超えないはんだごてを使用してください。リードごとはんだ付け時間は3秒以内に制限してください。
• フロー/ディップはんだ付け:最大100°Cまで最大60秒間予熱してください。はんだ浴温度は260°Cを超えず、滞留時間は最大5秒です。
• 重要な指示:
  • デバイスが高温の間、リードに機械的ストレスを加えないでください。
  • ディップまたは手はんだ付けを複数回行わないでください。
  • デバイスが室温に冷却されるまで、エポキシバルブを衝撃や振動から保護してください。
  • ピークはんだ付け温度からの急冷を避けてください。
  • 常に、確実な接合が得られる最低限のはんだ付け温度を使用してください。

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包仕様

デバイスは保護のため静電気防止バッグに梱包されています。標準的な梱包フローは以下の通りです:

1. 静電気防止バッグあたり500個。
2. 内箱あたり5袋（2500個）。
3. 外装箱あたり10個の内箱（25,000個）。

6.2 ラベル仕様

製品ラベルには、トレーサビリティと識別のための重要な情報（顧客部品番号(CPN)、製品番号(P/N)、梱包数量(QTY)、ロット番号、日付コード（月識別子））が含まれています。

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例

• 高速光検出:高速パルス検出が必要なデータ通信リンク（例：IRリモコン、光学エンコーダ、近接センサー）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、または自動照明制御のための環境光センシングに使用できます。
• カメラシステム:測光、自動露出制御、またはIRカットフィルター制御センサーとして適用可能です。

7.2 設計上の考慮点

• バイアス:最速の応答と直線性を得るには、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)は、光電流を電圧に変換するためによく使用されます。
• 帯域幅と感度のトレードオフ:接合容量（高速応答によって示唆される）と負荷抵抗値が回路の帯域幅を決定します。帯域幅（低いR）と感度/出力電圧（高いR）の間にはトレードオフが存在します。
• 光学設計:80°の視野角は比較的広いです。指向性センシングのためには、視野を制限するために絞りやレンズチューブが必要になる場合があります。
• 暗電流補償:精密な低照度アプリケーションでは、暗電流とその温度変化を信号調整回路で補償する必要がある場合があります。

8. 技術比較と差別化

標準的なPNフォトダイオードと比較して、このPINフォトダイオードには以下のような明確な利点があります:

• より高速な応答時間:PIN構造の真性(I)領域は接合容量を低減し、より高いスイッチング速度と帯域幅を可能にします。
• 改善された直線性:広い真性領域により、広範囲にわたって入射光パワーに対する光電流の直線性が向上します。
• より低い暗電流（同等の電圧で）:特定の設計に依存しますが、構造上、より低いリーク電流が可能になる場合があります。
• 広スペクトル感度:ウォータークリアレンズは、着色レンズとは異なり可視光を遮断しないため、可視光から近赤外線までの応答が必要なアプリケーションで汎用的に選択できます。

9. よくあるご質問 (技術パラメータに基づく)

Q1: 470nmと940nmでの動作の違いは何ですか？

A: フォトダイオードは、ピーク波長である940nmで著しく感度が高くなります（同じ条件下で、470nmでの46 μAに対して940nmでは60 μA（代表値））。最大信号出力を得るには、約940nmのIR光源が理想的です。470nmでの応答により、青/緑の可視光源でも使用できます。

Q2: 逆バイアス電圧なしでこのフォトダイオードを使用できますか？

A: はい、光起電力モード（ゼロバイアス）で使用でき、開放電圧 (V_OC) を生成します。ただし、高速またはほとんどの線形アプリケーションでは、接合容量を低減し応答時間を改善するため、逆バイアス（光導電モード）の使用が推奨されます。

Q3: 3mmのはんだ付け距離ルールはどれほど重要ですか？

A: 非常に重要です。リードを伝わって過剰な熱が加わると、エポキシシールが割れたり半導体チップが損傷したりし、即時故障や長期信頼性の低下を引き起こす可能性があります。

Q4: 視野角仕様は私の設計にとって何を意味しますか？

A: フォトダイオードが80°の円錐内（どの方向にも軸から40°オフ）で効果的に光を検出することを意味します。これより大きな角度で入射する光は、著しく弱い信号を生成します。これは、センサーと光源を調整したり、検知ゾーンを定義したりする際に重要です。

10. 実用的な使用例

シンプルな近接センサーの設計:

PD333-3C/H0/L811は、赤外線LED（例：940nm発光）と組み合わせて、近接または物体検知センサーを作成できます。IR LEDはパルス電流で駆動されます。フォトダイオードはLEDに隣接して配置されますが光学的には分離されており、物体から反射されたIR光を検出します。フォトダイオードの出力はTIAに接続され、その後コンパレータに接続されます。物体がない場合、検出信号は低くなります（環境IRのみ）。物体が近づくと、反射パルスが信号を設定されたしきい値を超えて増加させ、コンパレータをトリガーします。PINダイオードの高速応答時間により、迅速な検出が可能になり、環境光干渉を除去するための変調信号をサポートできます。

11. 動作原理の紹介

PINフォトダイオードは、P型、真性（不純物ドープなし）、N型の3層構造を持つ半導体デバイスです。逆バイアスされると、真性領域は電荷キャリアが完全に枯渇し、広い電界領域を形成します。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入射すると、電子-正孔対が生成されます。真性領域の強い電界は、これらのキャリアをそれぞれの端子に迅速に掃き出し、入射光強度に比例する光電流を生成します。広い真性領域が鍵です：接合容量を低減し（高速化を可能に）、光子が吸収される体積を増加させます（感度、特にIRのような長波長での感度を向上させます）。

12. 業界動向と背景

PD333-3C/H0/L811のようなシリコンPINフォトダイオードは、光エレクトロニクスの基本的な構成要素であり続けています。業界の現在の動向には以下が含まれます:

• 小型化:5mmは標準的なスルーホールパッケージですが、自動実装およびスペース制約のある設計のため、表面実装デバイス(SMD)パッケージ（例：0805、0603）への強い推進力があります。
• 集積化:フォトダイオードとオンチップ増幅、フィルタリング、デジタルロジックの統合が進み、処理済みのデジタル出力を提供するスマート光学センサーが作られています。
• 性能向上:暗電流のさらなる低減、特定波長での感度（応答度）の向上、InGaAsなどの材料を使用したより深い赤外線へのスペクトル範囲の拡大に焦点を当てた継続的な開発が行われています。
• アプリケーション特化型最適化:フォトダイオードは、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、車内センシング）、産業オートメーション（マシンビジョン、分光法）などの新興アプリケーション向けに調整されています。

これらの動向にもかかわらず、古典的なスルーホールPINフォトダイオードは、試作、教育キット、産業制御、および堅牢性と手はんだ付けの容易さが重視されるアプリケーションで広く使用され続けています。

13. 免責事項および使用上の注意

この製品データには重要な法的および技術的免責事項が伴います:

1. メーカーは製品材料を調整する権利を留保します。
2. 製品は出荷日から12ヶ月間、公表された仕様を満たします。
3. グラフおよび代表値は参考用です。これらは保証された最小または最大限界ではありません。
4. メーカーは、絶対最大定格を超えた動作または誤用による損害について一切の責任を負いません。
5. データシートの内容は著作権で保護されています。複製には事前の同意が必要です。
6. 重要な安全上の注意:本製品は意図されていません軍事、航空機、自動車、医療、生命維持、救命、または故障が人的傷害または死亡につながる可能性のあるその他の安全クリティカルなアプリケーションでの使用を。そのようなアプリケーションでは、明示的な承認を得る必要があります。