PD70-01B/TR10 シリコン平面PINフォトダイオード データシート - 2.0x1.25x0.7mm - 逆耐圧 32V - ピーク感度波長 940nm - 技術文書

1. 製品概要

PD70-01B/TR10は、広いスペクトル範囲にわたる高感度光検出のために設計されたシリコン平面PINフォトダイオードです。その中核的な利点は、P型とN型半導体層の間に真性（I）領域を組み込んだPIN構造に由来します。この真性領域は空乏層を広げ、光電子アプリケーションにとって重要ないくつかの主要な性能上の利点をもたらします。

中核的利点とターゲット市場：本デバイスは、PIN構造による接合容量の低減と効率的なキャリア収集により、高感度と高速スイッチング時間を実現します。低暗電流は良好な信号対雑音比を保証します。コンパクトなサイズと内蔵の可視光カットフィルター（ブラックレンズ）と組み合わさり、民生機器リモコン（テレビ、家電）、赤外線音声伝送システム、コピー機、エレベーターセンサー、信頼性の高い光センシングを必要とする様々な産業用計測・制御システムなど、多様なアプリケーションに理想的に適合します。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、これを超えると永久的な損傷が発生する可能性がある限界を定義します。これらの限界でデバイスを連続動作させることは推奨されません。

• 逆電圧 (V_R)：32V。これはフォトダイオード端子間に逆バイアスで印加できる最大電圧です。
• 電力損失 (P_d)：25°C時 150 mW。これはデバイスが扱える総電気的電力を制限し、主に逆方向リーク電流および高照度下での光電流によって決まります。
• 温度範囲：動作：-25°C ～ +85°C；保管：-40°C ～ +85°C。本デバイスは広い産業用温度範囲で使用できるように設計されています。
• はんだ付け温度 (T_sol)：最大5秒間 260°C。これは鉛フリーリフローはんだ付けプロセスにとって重要です。

2.2 電気光学特性 (Ta=25°C)

これらのパラメータは、典型的な動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 分光帯域幅 (λ_0.5)：730 nm ～ 1100 nm。これはフォトダイオードの感度がピーク値の少なくとも半分である波長範囲を定義します。可視光の赤から近赤外（NIR）スペクトルまで感度があります。
• ピーク感度波長 (λ_P)：940 nm（代表値）。本デバイスは、多くのIR LEDの放射に合わせて、一般的なNIR領域で最大応答が得られるように最適化されています。
• 短絡電流 (I_SC)：875 nm、1 mW/cm²の照度下で 35 μA（代表値）。このパラメータはバイアス電圧ゼロ（光起電力モード）で測定されます。
• 逆方向光電流 (I_L)：同じ1 mW/cm²、875 nm条件下で、V_R=5V時 25 μA（代表値）。光起電力モードと比較して、逆バイアス（光導電モード）で動作させることで、一般により高く、より高速な応答が得られます。
• 逆方向暗電流 (I_D)：V_R=10V時 5 nA（代表値）、30 nA（最大値）。これは完全な暗所でのリーク電流です。微弱な光信号を検出するには低暗電流が不可欠です。
• 逆方向降伏電圧 (V_BR)：170V（代表値）、最小32V。これは逆方向電流が急激に増加する電圧です。通常動作時の逆電圧はこの値を十分に下回るべきです。

3. 性能曲線分析

データシートには、設計上重要な代表的な特性曲線が含まれています。

• 分光感度曲線：このグラフは波長に対する相対感度を示します。約940 nmでのピークと、730 nmから1100 nmまでの定義された帯域幅を確認できます。内蔵のブラックレンズは可視光フィルターとして機能し、可視光域での感度を減衰させて周囲光（日光）からのノイズを低減します。
• 逆方向光電流 vs. 照度 (Ee)：この曲線は、発生する光電流 (I_L) と入射光パワー密度との線形関係を示しています。この直線性はPINフォトダイオードの重要な特徴であり、光測定アプリケーションに適しています。

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

PD70-01B/TR10は非常に小型の表面実装パッケージです。主要寸法（mm単位）は、本体サイズが約2.0 x 1.25、高さ0.7 mmです。カソードは通常、パッケージ上のマークされた角または切り欠きで識別されます。PCBフットプリント設計のための公差±0.1mmの詳細な外形図が提供されています。

4.2 極性識別

明確な極性マーキングは正しい取り付けに不可欠です。データシートのパッケージ図はアノード端子とカソード端子を示しています。逆バイアスを印加する際に極性を誤って接続すると、ダイオードが順方向バイアスされ、大電流が流れて損傷する可能性があります。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いは信頼性にとって重要です。

5.1 保管および湿気感受性

本デバイスは湿気に敏感です。注意事項は以下の通りです：出荷時の密閉袋に入れ、30°C/90%RH以下で保管；出荷後1年以内に使用；開封後は30°C/70%RH以下で保管し、168時間（7日）以内に使用。これを超えた場合は、はんだ付け前に60±5°Cで24時間のベーキング処理が必要です。

5.2 はんだ付け条件

• リフローはんだ付け：鉛フリーはんだ温度プロファイルを推奨し、ピーク温度260°Cを最大5秒間とします。リフローは2回を超えて行わないでください。
• 手はんだ付け：必要な場合は、温度<350°C、電力<25Wのこてを使用してください。端子ごとの接触時間は<3秒とし、端子間の間隔は>2秒として熱ストレスを避けてください。
• 修理：はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、半導体チップへの機械的ストレスを防ぐため、取り外し時に両端子を同時に加熱するツインヘッドはんだごてを使用する必要があります。

6. 梱包および発注情報

標準梱包はリール形式で、1000個（1000PCS/Reel）が含まれます。リール寸法は自動ピックアンドプレース装置での取り扱いのために規定されています。リールのラベルには、品番（P/N）、ロット番号（LOT No）、数量（QTY）、その他のトレーサビリティコードなどの重要な情報が含まれます。

7. アプリケーションノートと設計上の考慮点

7.1 代表的なアプリケーション回路

フォトダイオードは主に2つのモードで使用できます：

1. 光起電力モード（ゼロバイアス）：外部バイアスを印加せずに、光が当たるとフォトダイオードが電圧/電流を発生します。このモードは暗電流とノイズが非常に低いですが、応答速度が遅く、直線性も低くなります。
2. 光導電モード（逆バイアス）：外部逆電圧を印加します（例えば、I_Lの試験条件のように5V）。このモードは空乏層をさらに広げ、接合容量を低減し、その結果、はるかに高速なスイッチング時間と、より広い光強度範囲での高い直線性をもたらします。これはIRリモコン受信機のような高速検出に好まれるモードです。

7.2 重要な設計上の注意点

• 電流制限/保護：回路で動作させる際は、電流を制限するために直列抵抗を必ず使用しなければなりません。注意事項に記載されているように、わずかな電圧変動でも大きな電流変化が生じ（焼損が発生します）。これは、逆バイアス下のフォトダイオードが非常に高い光強度にさらされた場合、または誤って順方向バイアスされた場合、過剰な電流を流す可能性があるためです。
• 回路基板レイアウト：フォトダイオードから増幅器またはコンパレータへの配線の寄生容量とインダクタンスを最小限に抑えてください。これは高速性能を維持するために重要です。
• 周囲光除去：内蔵のブラックレンズは役立ちますが、周囲光下での最高の性能を得るには、光学フィルタリング（追加のIRパスフィルター）および電気的フィルタリング（同期検波）が必要になる場合があります。

8. 技術比較と差別化

PD70-01B/TR10は、コンパクトなSMDパッケージにおける以下の機能の組み合わせによって差別化されています：

• 標準フォトダイオードとの比較：PIN構造は、標準PNフォトダイオードと比較して低容量と高速応答を提供します。
• 大型PINダイオードとの比較：わずか2.0x1.25mmのフットプリントにより、スペースが制限された高密度PCB設計が可能です。
• 内蔵フィルター：可視光カットフィルター（ブラックエポキシ）を内蔵することで、可視光ノイズを遮断する外部フィルターの必要性を減らし、設計を簡素化します。
• 堅牢な定格：広い動作温度範囲（-25°C ～ +85°C）と高い代表的な降伏電圧（170V）により、設計マージンと信頼性が提供されます。

9. よくある質問 (FAQ)

Q: 可視光カットフィルターの目的は何ですか？

A: ブラックレンズ材料は、可視スペクトル（約400-700 nm）の光を減衰させながら、近赤外光（700-1100 nm）を通します。これにより、可視光を含む室内の周囲照明（蛍光灯、LED、白熱灯）からの干渉を低減し、IRベースのシステムの信号対雑音比を向上させます。

Q: IRリモコン受信機には、光起電力モードと光導電モードのどちらを使用すべきですか？

A> 高速パルス検出（通常38-56 kHzキャリア）を必要とするIRリモコンアプリケーションでは、光導電モード（逆バイアス）が必須です。このモードでの低減された容量により、デバイスは高周波変調に応答することができます。

Q: 必要な直列抵抗の値をどのように計算しますか？

A: 抵抗は最大電流を制限します。逆バイアスV_Rを印加し、予想される最大光電流がI_maxである場合、単純な直列抵抗Rを配置できます。抵抗での電圧降下は、ダイオードにかかるバイアスを大幅に低下させてはなりません。例えば、V_R= 5V、I_max~ 50μAの場合、10kΩの抵抗ではわずか0.5Vの電圧降下が生じ、ダイオードには4.5Vが残ります。この抵抗は、誤った順方向バイアスからの保護にも役立ちます。

10. 動作原理

PINフォトダイオードは、内部光電効果の原理に基づいて動作します。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真性領域で吸収され、電子-正孔対を生成します。逆バイアスされた空乏層（真性層によって拡大されている）に存在する強い電界が、これらのキャリアを迅速に分離し、それぞれの端子にドリフトさせます。この電荷の移動が、入射光強度に比例する光電流を構成します。広い真性領域が鍵です：光子吸収の体積を増やし（感度向上）、接合容量を低減します（高速化を可能にします）。

11. 業界動向

コンパクトで高速、高感度な光検出器への需要は引き続き成長しています。PD70-01B/TR10のようなデバイスに影響を与えるトレンドには以下が含まれます：

• 小型化：小型の民生機器やIoTデバイスへの要望が、性能を維持または向上させながら、ますます小型化する光センサーの必要性を駆り立てています。
• 統合度の向上：個別のフォトダイオードは依然として不可欠ですが、フォトダイオードとトランスインピーダンスアンプ（TIA）および他の信号調整回路を単一パッケージに統合する傾向があり、設計を簡素化しています。
• NIRアプリケーションの拡大：従来のリモコンを超えて、近接センシング、ジェスチャー認識、分光分析、生体医療モニタリングなどの分野にNIRセンシングが拡大しており、いずれも信頼性の高い光検出器を必要としています。
• 強化された信頼性基準：環境規制（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への適合および厳格な自動車/産業用信頼性グレードへの準拠は、様々な市場で使用されるコンポーネントの標準となりつつあります。