5mm フォトダイオード PD333-3B/L3 データシート - 5mm径 - ブラックレンズ - 高感度 - 日本語技術文書

1. 製品概要

PD333-3B/L3は、標準的な5mm径プラスチックパッケージに封入された高性能シリコンPINフォトダイオードです。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。高速応答時間と高い光感度が特徴であり、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。ブラックエポキシレンズ材料は、赤外線放射に対する最適な感度を確保するとともに、周囲光のフィルタリング効果も提供します。

1.1 主要な特徴と利点

• 高速応答時間：高速通信やセンシングに不可欠な、急速に変化する光信号の検出を可能にします。
• 高い光感度：低照度レベルから強い電気信号を提供し、信号対雑音比（SN比）を向上させます。
• 小容量接合容量：高速応答時間に寄与し、より高周波での動作を可能にします。
• 環境規格適合：本製品は鉛フリーであり、RoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー規格（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）に準拠しています。
• 標準パッケージ：5mmフォームファクタは広く使用されており、一般的な実装ハードウェアと互換性があります。

1.2 対象アプリケーション

このフォトダイオードは、信頼性の高い光検出が最も重要となる様々な電子システムでの使用を想定して設計されています。

• 高速光検出器（例：光データリンク、エンコーダー）。
• セキュリティおよび監視システム（例：ビームブレイクセンサー、モーション検知器）。
• カメラシステム（例：露出制御、測光用）。
• 産業用オートメーションセンサー。
• 近接センシングまたは環境光センシングを備えた民生電子機器。

2. 技術仕様と詳細分析

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生じる可能性のある限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

パラメータ	記号	定格	単位
逆電圧	VR	32	V
動作温度	TT_opr	-25 ～ +85	°C
保管温度	TT_stg	-40 ～ +100	°C
はんだ付け温度	TT_sol	260	°C (限られた時間)
電力損失	PC	150	mW

設計上の考慮点：32Vの逆電圧定格は、一般的なバイアス回路に対して十分な安全マージンを提供します。はんだ付け温度定格は、標準的な鉛フリーリフロー工程との互換性を示していますが、液相線以上の時間は制御する必要があります。

2.2 電気光学特性 (Ta=25°C)

これらのパラメータは、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。

パラメータ	記号	Min.	Typ.	Max.	単位	試験条件
分光帯域幅 (0.5応答度)	λ0.5	840	--	1100	nm	--
ピーク感度波長	λP	--	940	--	nm	--
開放電圧	VOC	--	0.44	--	V	EeE_e=5mW/cm², λ=940nmpV_oc
短絡電流	ISC	--	10	--	μA	EeE_e=1mW/cm², λ=940nmpI_sc
逆光電流	IL	10	--	--	μA	EeE_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5VpI_LRI_L
逆暗電流	ID	--	--	10	nA	EeE_e=0mW/cm², V_R=10VRI_d
逆降伏電圧	VBR	32	170	--	V	EeE_e=0mW/cm², I_R=100μARV_BR
全容量	Ct	--	10	--	pF	EeE_e=0mW/cm², V_R=5V, f=1MHzRC_t
立上り / 立下り時間	trt_r / t_ff	--	10	--	ns	VRV_R=10V, R_L=100ΩLt_r / t_f

技術分析：840nmから1100nmにわたる分光応答（ピーク940nm）は、本デバイスが赤外線に感度を持つことを明確に示しています。1mW/cm²の照度における典型的な10μAの光電流は、その感度を定義します。低い暗電流（最大10nA）は微弱信号の検出に極めて重要です。10nsの応答時間は、高速アプリケーションに対応できる能力を確認しています。10pFの接合容量は、検出回路のRC時定数を決定する重要な要素です。

2.3 ビニングシステム (I_Lランク)_LI_Lランク

フォトダイオードは、標準条件（E_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5V）で測定された逆光電流（I_L）に基づいて選別（ビニング）されます。これにより、生産ロット間での感度の一貫性が確保されます。_LE_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5V_eE_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5V_pE_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5V_RE_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5V

ビン番号	BIN1	BIN2	BIN3	BIN4
最小 I_L (μA)L最小 I_L (μA)	10	20	30	40
最大 I_L (μA)L最大 I_L (μA)	20	30	40	50

設計への影響：複数のセンサー間で厳密な感度マッチングを必要とするアプリケーションでは、システム性能の均一性を維持するために、特定のビンまたはビンの混合を指定する必要がある場合があります。

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。

3.1 分光感度特性

分光応答曲線は、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940nm（近赤外線）にあり、約840nmから1100nmの間に有意な応答があります。これは一般的な850nmまたは940nmの赤外LEDとの使用に理想的です。ブラックレンズは可視光を減衰させ、周囲光源からのノイズを低減するのに役立ちます。

3.2 温度依存性

温度効果を示す2つの重要な曲線があります：逆暗電流 vs. 周囲温度：暗電流（I_d）は温度とともに指数関数的に増加します。これは半導体の基本的な特性です。高温環境下（例：最大動作温度85°C付近）では、暗電流が無視できない大きさになり、微弱な光信号をマスクする可能性があります。設計者は高温環境下での使用においてこれを考慮する必要があります。_DI_d電力損失 vs. 周囲温度：許容される最大電力損失は周囲温度の上昇とともに減少します。このデレーティング曲線は、デバイスが自身の電気的負荷で過熱しないことを保証するために不可欠ですが、主に光起電力モードまたは低電流モードで動作するフォトダイオードでは、パワーデバイスほど重要ではないことが多いです。

3.3 直線性と動的応答

逆光電流 vs. 照度（E_e）：_eE_eこの曲線は通常、入射光パワーと発生フォト電流の間に数十年にわたる線形関係を示します。この直線性は、光測定アプリケーションにおけるPINフォトダイオードの主要な利点です。端子容量 vs. 逆電圧：接合容量（C_t）は逆バイアス電圧の増加とともに減少します。低い容量はより小さなRC時定数をもたらし、回路の高速応答を可能にします。設計者は、速度向上のために、より高いバイアス電圧（したがってわずかに高い暗電流）とのトレードオフを行うことができます。_tC_t応答時間 vs. 負荷抵抗：立上り/立下り時間（t_r/t_f）は、フォトダイオードの接合容量と負荷によって形成されるより大きなRC定数のため、より大きな負荷抵抗（R_L）とともに増加します。高速アプリケーションでは、低値の負荷抵抗またはトランスインピーダンスアンプ構成が推奨されます。_rt_r/t_f_fR_L_Lt_r/t_f

4. 機械的仕様とパッケージ情報

4.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは、標準的なラジアルリード型5mm径パッケージを使用しています。外形図には、本体径、リード間隔、リード径、および全体寸法が規定されています。特定の寸法に別段の記載がない限り、典型的な公差は±0.25mmが適用されます。パッケージはブラックプラスチック（エポキシ）製で、上部にレンズが付いています。

4.2 極性識別

カソードは通常、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。回路にデバイスを接続する際には正しい極性を守る必要があり、逆バイアス時にはカソードがより正の電圧に接続されます。

5. 実装および取り扱いガイドライン

5.1 はんだ付け

本デバイスは、一般的な鉛フリーリフロープロファイルに適合する260°Cのピークはんだ付け温度に耐えることができます。ただし、パッケージおよび半導体ダイへの熱ストレスを防ぐために、はんだの液相点を超える温度への曝露時間は最小限に抑える必要があります。温度制御されたはんだごてによる手はんだ付けも可能ですが、リードの加熱時間を制限するよう注意が必要です。

5.2 保管および取り扱い

デバイスは、保管温度範囲（-40°C ～ +100°C）内で低湿度の環境において、元の防湿バッグに入れて保管する必要があります。半導体接合は静電気によって損傷する可能性があるため、取り扱い時には標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包仕様

標準梱包形式は以下の通りです：

• 1バッグあたり200～500個。
• 1内箱あたり5バッグ。
• 1マスターカートンあたり10箱。

このバルク梱包は自動組立ラインに適しています。

6.2 ラベル情報

製品ラベルには、トレーサビリティと識別のための主要情報が含まれています：

• P/N：品番（例：PD333-3B/L3）。
• CAT：光度ランク（I_Lビンに対応）。_LI_L
• LOT No：トレーサビリティのための製造ロット番号。
• 日付コード情報。

7. アプリケーションノートと設計上の考慮点

7.1 回路構成

PINフォトダイオードは、主に2つのモードで使用できます：光起電力モード（ゼロバイアス）：ダイオードに外部バイアスを印加しません。光が当たると電圧と電流を発生します。このモードは非常に低い暗電流と低照度レベルでの良好な直線性を提供しますが、より高い接合容量のために応答が遅くなります。光導電モード（逆バイアス）：逆電圧を印加します。これにより接合容量が減少し（応答速度向上）、空乏層が広がり（効率向上）。高速および高直線性アプリケーションに適したモードですが、暗電流は高くなります。

7.2 インターフェース電子回路

電流出力の場合、トランスインピーダンスアンプ（TIA）が、フォトダイオードの微小電流を実用的な電圧信号に変換しつつ、ダイオード両端を仮想的に短絡状態（実質的にゼロバイアス状態）に保つためによく使用されます。光起電力モードでの電圧出力の場合、信号に負荷をかけないように、高入力インピーダンスアンプ（例：JFETまたはCMOS入力オペアンプ）を使用する必要があります。

7.3 光学的考慮点

性能を最大化するには：

• 赤外線光源をピーク感度波長（940nm）に合わせます。
• 特に強い可視光源がある環境で動作する場合、不要な周囲光を遮断する適切な光学フィルターを使用します。
• フォトダイオードの角度感度を考慮します。パッケージレンズには特定の視野角があります。

8. 技術比較と差別化

フォトトランジスタと比較して、PD333-3B/L3 PINフォトダイオードは以下を提供します：

• より高速な応答：フォトダイオードは、トランジスタのゲインに関連する電荷蓄積効果がないため、本質的にフォトトランジスタよりも高速です。
• より優れた直線性：フォト電流は、より広い範囲で光強度に比例します。
• より低いノイズ：一般的にノイズ性能が低く、微弱信号の検出に有利です。
• 内部ゲインなし：ユニティゲイン（理想的には光子1個あたり電子-正孔対1組）のみを提供し、外部増幅を必要とします。一方、フォトトランジスタは内部電流ゲイン（ベータ）を提供します。

選択は、アプリケーションが速度/直線性（フォトダイオード）を必要とするか、シンプルな回路で高感度（フォトトランジスタ）を必要とするかに依存します。

9. よくあるご質問 (FAQ)

9.1 I_SCパラメータとI_Lパラメータの違いは何ですか？_SCI_SC_LI_L

短絡電流（I_SC）：_SCI_SCダイオード両端の電圧がゼロボルト（光起電力モード）の状態で測定されます。これは、所定の照明下でデバイスが生成できる最大フォト電流を表します。逆光電流（I_L）：_LI_L指定された逆バイアス電圧（光導電モード）を印加した状態で測定されます。これはビニングシステムで使用されるパラメータであり、実際の回路では関連する動作電流となることが多いです。

9.2 アプリケーションに適したビンをどのように選択すればよいですか？

回路設計でゲインが固定されており、所定の光入力に対して特定の出力信号レベルが必要な場合は、必要なI_L範囲を提供するビンを選択してください。フィードバックまたは自動利得制御を使用するアプリケーションでは、より広いビンまたは任意のビンが許容される場合があります。マルチセンサーアレイの場合、単一の狭いビンを指定することで均一性が確保されます。_LI_L

9.3 このセンサーは可視光検出に使用できますか？

可視赤スペクトル（700nm付近）にいくらかの残留感度はありますが、その応答は近赤外線（840-1100nm）に最適化されています。ブラックレンズはさらに可視光を減衰させます。主に可視光検出を行う場合は、クリアレンズで分光ピークが可視範囲（例：緑色で550nm）にあるフォトダイオードの方がより適切です。

10. 動作原理

PINフォトダイオードは、P型領域とN型領域の間に広く軽くドープされた真性（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真性領域で吸収されると、電子-正孔対が生成されます。内蔵電界（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が引き離され、入射光強度に比例する測定可能なフォト電流が生成されます。広い真性領域により効率的な光子吸収が可能となり、接合容量が減少して高速動作が可能になります。

11. 業界動向

赤外線フォトダイオードの市場は、以下のアプリケーションによって成長を続けています：

• 自動車：自動運転用LiDAR、車室内乗員検知。
• 民生電子機器：近接センサー、顔認証、ウェアラブル機器の心拍数モニタリング。
• 産業用IoT：マシンビジョン、状態監視、レベルセンシング。
• 通信：近距離光データリンク（VLC、IrDA）。

動向としては、さらなる小型化（チップスケールパッケージへの移行）、オンチップ増幅および信号処理との統合（スマート光センサーの創出）、およびToF（Time-of-Flight）センシングなどの新興技術の要求を満たすための、より低い暗電流やより高い速度などの性能指標の向上が含まれます。

免責事項：この技術文書で提供される情報は、参照データシートに基づくものであり、情報提供のみを目的としています。仕様は予告なく変更される場合があります。重要な設計作業には常に最新の公式文書を参照してください。グラフおよび代表値は保証された仕様を表すものではありません。製造元は、絶対最大定格または適切な使用ガイドライン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。