PD333-3B/L4 フォトダイオード データシート - 5mm セミレンズ - シリコンPIN - ブラックパッケージ - 日本語技術文書

1. 製品概要

PD333-3B/L4は、円筒形サイドビュープラスチックパッケージに収められた高速・高感度シリコンPINフォトダイオードです。その特徴は、赤外線（IR）フィルターとしても機能する一体成型のエポキシパッケージにあり、一般的なIRエミッターにスペクトル整合しています。この統合により、外部フィルター部品の必要性が低減され、光学設計が簡素化されます。本デバイスは、特に940nm波長帯域における赤外光の高速応答時間と信頼性の高い検出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。

主な利点は、高速応答時間、高感度、および小さな接合容量であり、高速アプリケーションにおける信号の完全性に不可欠です。本コンポーネントはRoHSおよびEU REACH規制に準拠し、鉛フリープロセスで製造されており、電子部品の現代的な環境および安全基準に適合しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

信頼性を確保し損傷を防ぐため、本デバイスは特定の環境および電気的限界内での動作が規定されています。最大逆電圧（VR）は32Vです。許容損失（Pd）定格は150mWです。リードはんだ付け温度（Tsol）は最大260°C（5秒以内）に耐えられ、標準的なリフローはんだ付けプロセスと互換性があります。動作温度範囲（Topr）は-40°Cから+85°C、保存温度範囲（Tstg）は-40°Cから+100°Cであり、広範囲の条件下での堅牢な性能を示しています。

2.2 電気光学特性

フォトダイオードの性能は標準条件（Ta=25°C）下で規定されています。そのスペクトル帯域幅（λ0.5）は840nmから1100nmの範囲で、ピーク感度（λp）は940nmです。これは940nm IR LEDとの使用に理想的です。主な電気パラメータには、940nm、5mW/cm²照射時の開放電圧（VOC）が標準0.42V、940nm、1mW/cm²照射時の短絡電流（ISC）が標準10µAが含まれます。

逆バイアス下で生成される光電流である逆光電流（IL）は、標準12µAです（VR=5V、Ee=1mW/cm²、λp=940nm）。低照度感度の重要なパラメータである暗電流（Id）は、最大10nA（VR=10V）と規定されています。逆降伏電圧（BVR）は最小32V、標準170Vです。端子間全容量（Ct）は、VR=5V、1MHz時で標準5pFであり、デバイスの高速性能に寄与する低い値です。

3. 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提供されています。これらのグラフは、設計エンジニアが標準試験条件を超えた実際のアプリケーションでの性能を予測するために不可欠です。

3.1 熱特性および光学特性

図1は、許容損失と周囲温度の関係を示しています。温度が上昇すると、最大許容損失は直線的に減少します。これは半導体デバイスの標準的なデレーティング特性です。図2はスペクトル感度曲線を示し、940nmでのピーク応答、および感度がピーク値の半分に低下する840nmと1100nmでの定義されたカットオフポイントを確認できます。

3.2 電流対照度・温度特性

図3は、暗電流（Id）が周囲温度の上昇とともに指数関数的に増加する様子を示しています。これは半導体接合の基本的な特性であり、高温で動作するアプリケーションでは、暗電流の増加がノイズフロアを上昇させるため重要です。図4は、逆光電流（IL）と照度（Ee）の線形関係を示し、フォトダイオードの予測可能で線形な光電流生成を実証しています。

3.3 容量と応答時間

図5は、端子容量と逆電圧の関係をプロットしています。容量は逆バイアスの増加とともに減少します。これはPINフォトダイオードに典型的な動作です。低容量は高速な応答時間を可能にします。図6は、応答時間と負荷抵抗の関係を示しています。応答時間は、接合容量と外部負荷によって形成されるRC時定数のため、高い負荷抵抗とともに増加します。高速アプリケーションでは、通常、低値の負荷抵抗（例：50Ω）が使用されますが、これは速度のために信号振幅を犠牲にすることになります。

4. 機械的仕様およびパッケージ情報

PD333-3B/L4は円筒形サイドビューパッケージです。パッケージ本体はブラックで、内部反射や迷光干渉の低減に役立ちます。セミレンズ設計は、入射光を有効なシリコン領域に集光させ、実効感度を向上させます。詳細なパッケージ寸法はデータシートに記載されており、すべての測定値はミリメートル単位です。機械的配置の重要な公差は通常±0.25mmです。サイドビュー配置は、光路がPCB表面と平行であるスロットセンサーやエッジ検出システムなどのアプリケーションで特に有用です。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

本コンポーネントは標準的なPCB実装プロセスに適しています。リードはんだ付け温度の絶対最大定格は260°Cです。プラスチックパッケージや内部半導体チップへの損傷を防ぐため、この温度でのはんだ付け時間が5秒を超えないことが極めて重要です。鉛フリー実装に使用される標準的なIRリフローまたはウェーブはんだ付けプロファイルが一般的に適用可能です。レンズ表面の汚染を避ける適切な取り扱いは、光学性能を維持するために不可欠です。保管は、指定された温度範囲-40°Cから+100°Cの乾燥環境で行う必要があります。

6. 梱包および発注情報

標準梱包仕様は、袋あたり500個、箱あたり5袋、段ボール箱あたり10箱です。このバルク梱包は自動化組立ラインに典型的です。梱包のラベルには、トレーサビリティと検証のための重要な情報が含まれます：顧客生産番号（CPN）、品番（P/N）、梱包数量（QTY）、品質ランク（CAT）、ピーク波長（HUE）、参照コード（REF）、製造ロット番号です。製造月も表示されています。ユーザーはラベル情報と内部記録およびデータシート仕様を照合する必要があります。

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

PD333-3B/L4は、いくつかの主要なアプリケーションに適しています。高速光検出器として、赤外光を使用するデータ通信リンク、バーコードスキャナー、またはパルス検出システムに使用できます。カメラへの統合は、オートフォーカス補助システムや測光に使用できます。光電スイッチでは、光遮断器または反射センサーの受信側を構成し、プリンター、エンコーダー、安全カーテンなどで一般的に見られます。VCRおよびビデオカメラでの使用は、歴史的にはテープエンドセンサーやリモコン受信機に関連していましたが、同様の原理が現代の民生電子機器にも適用されます。

7.2 設計上の考慮事項

このフォトダイオードを使用して設計する際には、いくつかの要因を考慮する必要があります。バイアスに関しては、速度と直線性を改善するために通常は逆バイアス（光導電モード）で動作させますが、低ノイズアプリケーションには光起電力モード（ゼロバイアス）も使用できます。トランスインピーダンスアンプ（TIA）回路におけるオペアンプの選択は重要です。低暗電流フォトダイオードからの信号を劣化させないために、低入力バイアス電流と低ノイズを持つ必要があります。パッケージのIRフィルター特性は有益ですが、設計者は光源波長（例：940nm）がピーク感度と一致することを確認する必要があります。高速動作のためには、フォトダイオードノードでの寄生容量とインダクタンスを最小限に抑える注意深いPCBレイアウトが不可欠です。

8. 技術比較および差別化

統合レンズやフィルターのない標準的なフォトダイオードと比較して、PD333-3B/L4はよりコンパクトで簡素化された光学ソリューションを提供します。内蔵IRフィルターにより、別個のフィルター部品が不要になり、スペース、コスト、および組立の複雑さが削減されます。そのサイドビューパッケージは、特定の光路形状に対してトップビューパッケージよりも明確な機械的利点を提供します。比較的高い降伏電圧（最小32V、標準170V）と低暗電流の組み合わせは、良好な信号対雑音比と堅牢な動作を必要とする多くの産業用センシングアプリケーションにとって有利なバランスです。

9. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

Q: 940nmでのピーク感度の重要性は何ですか？

A: 940nmは、人間の目には見えず大気透過性が良いため、赤外線LEDの非常に一般的な波長です。フォトダイオードのピーク応答をエミッターの波長に一致させることで、信号強度とシステム効率が最大化されます。

Q: 暗電流の仕様は私の設計にどのように影響しますか？

A: 暗電流は、光がない場合のフォトダイオードにおける主要なノイズ源です。低い暗電流（本デバイスでは最大10nA）は、センサーが自身の内部ノイズに圧倒されることなく非常に弱い光信号を検出できることを意味し、感度とダイナミックレンジが向上します。

Q: 可視光検出にこれは使用できますか？

A: 一体成型のエポキシパッケージはIRフィルターとして機能し、可視光を大幅に減衰させます。したがって、この特定のバリアントは可視スペクトルでの感度を必要とするアプリケーションには適していません。可視光検出には、クリアまたは異なるフィルター付きのパッケージが必要になります。

Q: 最適な速度を得るにはどの負荷抵抗を使用すべきですか？

A: 図6を参照すると、最速の応答時間（ナノ秒範囲）を得るには、低い負荷抵抗（例：50Ωから100Ω）が必要です。ただし、これにより電圧信号は小さくなります。トランスインピーダンスアンプ回路は、高速性と良好な信号増幅の両方を提供するため、多くの場合最良の解決策です。

10. 実践的設計事例

事例：赤外線近接センサーの設計

典型的な近接センサーでは、IR LEDが光をパルス発光し、PD333-3B/L4が物体からの反射光を検出します。ここで内蔵IRフィルターは重要です。センサーを飽和させたり誤トリガーを引き起こしたりする可能性のある周囲の可視光（例：室内照明）を遮断します。高速応答時間によりLEDの高速パルス発光が可能になり、迅速な検出を実現し、より高度なシステムでは飛行時間法や位相シフト法による距離測定も可能になります。サイドビューパッケージにより、LEDとフォトダイオードの両方を同じPCB平面上に同じ方向を向けて実装でき、反射型センシングに理想的です。簡単な回路としては、大きな抵抗を介してフォトダイオードに5Vの逆バイアスを印加し、反射光が存在するときに生成される電流パルスを検出するために高速コンパレータまたはアンプを使用するものが考えられます。

11. 動作原理紹介

PINフォトダイオードは、p型（P）領域とn型（N）領域の間に広い、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。逆バイアスをかけると、この構造は大きな空乏層を形成します。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、この空乏層内で電子-正孔対を生成します。逆バイアスによる強い電界は、これらのキャリアを迅速に分離し、それぞれの電極にドリフトさせ、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）、特に浸透深度が大きい赤外線のような長波長に対して、光子吸収の体積を増加させます（感度向上）。

12. 技術トレンド

フォトダイオード技術のトレンドは、より高い統合度、より低いノイズ、そしてより多くの機能性に向かって続いています。これには、同じチップ上または同じパッケージ内への増幅回路や信号調整回路の統合（例：フォトダイオード-アンプコンビネーション）が含まれます。科学計測器、医療画像、LiDARなどのアプリケーション向けに、さらに低い暗電流と容量を持つデバイスへの推進もあります。InGaAsなどのシリコンを超える材料の使用は、通信やガスセンシングのために感度をさらに赤外線領域に拡張します。さらに、パッケージングの革新は、PD333-3B/L4に見られるように、定義された視野（FOV）レンズやパッケージ内でのさらに効果的なフィルタリングなど、より正確な光学特性の提供を目指しています。