PD70-01B/TR7 シリコンブレーナPINフォトダイオード データシート - 2.0x1.25x0.9mm - 逆電圧32V - ピーク波長940nm - 技術文書

1. 製品概要

PD70-01B/TR7は、赤外光に対する高速応答と高感度を要求するアプリケーション向けに設計された高性能シリコンブレーナPINフォトダイオードです。コンパクトなサイズと広い温度範囲にわたる堅牢な性能により、様々な電子システムにおける汎用性の高い部品となっています。

1.1 中核的な利点とターゲット市場

このフォトダイオードは、周囲光干渉を低減する内蔵昼光フィルター、ピーク波長における高感度、高速スイッチングを可能にする極めて低い接合容量など、いくつかの主要な利点を提供します。小型の表面実装パッケージは鉛フリーであり、RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格に準拠しています。これらの特徴から、テレビや家電のリモコン、赤外線オーディオ伝送、ビデオレコーダー、コピー機、エレベーターセンサー、汎用計測制御システムなど、民生電子機器、産業制御、通信アプリケーションに特に適しています。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

本デバイスは、規定の限界内で確実に動作するよう設計されています。最大逆電圧（VR）は32Vです。動作温度（Topr）範囲は-25°Cから+85°C、保存温度（Tstg）は-40°Cから+85°Cで動作可能です。最大はんだ付け温度（Tsol）は260°Cで、その持続時間は5秒を超えてはなりません。電力損失（Pd）は、周囲温度25°C以下において150 mWと定格されています。

2.2 電気光学特性

標準温度25°Cにおいて、フォトダイオードは特定の性能指標を示します。そのスペクトル帯域幅（λ0.5）は730 nmから1100 nmの範囲にあり、ピーク感度（λP）は940 nmで、近赤外スペクトルに位置します。940 nm、1 mW/cm²の放射照度下では、典型的な短絡電流（ISC）は35 µA、VR=5Vにおける典型的な逆光電流（IL）は25 µA（最小17 µA）です。VR=10Vにおける逆暗電流（ID）は典型的に5 nA、最大30 nAです。逆降伏電圧（VBR）は最小32V、電流100 µA時で典型的に170Vです。

3. 性能曲線分析

データシートには、表形式の最小値、典型値、最大値を超えたデバイスの挙動に関するより深い洞察を提供する典型的な特性曲線が含まれています。

3.1 分光感度

グラフ（図1）は、波長に対する正規化された分光応答を示しています。この曲線は、約730 nm付近から感度が急激に上昇し、940 nmでピークに達し、その後1100 nmに向かって徐々に低下することを示しています。これは、特に一般的な940 nm赤外線発光ダイオードに対する赤外線検出への最適化を確認するものであり、一方で昼光フィルターは可視スペクトルにおける感度を減衰させます。

3.2 応答の直線性

別のグラフ（図2）は、逆光電流（IL）を放射照度（Ee）に対してプロットしています。この曲線は高度に線形な関係を示すことが予想され、動作範囲内で光電流出力が入射光パワーに直接比例することを示しています。これは計測制御アプリケーションにとって重要な特徴です。

4. 機械的仕様およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法と極性

PD70-01B/TR7はコンパクトな表面実装パッケージを採用しています。詳細な寸法図が提供されています。パッケージ本体の寸法は、長さ約2.0 mm、幅約1.25 mm、高さ約0.9 mm（リードを除く）です。カソードは通常、パッケージ上の切り欠き、面取りエッジ、またはドットなどでマーキングされています。設計者は、正確な極性識別マーカーとパッドレイアウトについては詳細なパッケージ図面を参照し、正しいPCBフットプリント設計と実装方向を確保する必要があります。

4.2 キャリアテープおよびリール仕様

自動実装のため、部品はキャリアテープおよびリールで供給されます。テープ幅、ポケット寸法、リール直径は、標準的なピックアンドプレース装置と互換性があるように規定されています。標準梱包数量は1リールあたり1000個です。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーはんだ付けのためには、特定の温度プロファイルに従う必要があります。推奨プロファイルには、予熱段階、ソークゾーン、最大260°Cを超えないピークリフロー温度、制御された冷却段階が含まれます。液相線以上の総時間と最大ピーク温度の持続時間は、エポキシパッケージおよび半導体ダイへの熱ダメージを防ぐために重要です。リフローはんだ付けは2回を超えて行わないでください。

5.2 手はんだ付けおよびリワーク

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払う必要があります。はんだごて先端温度は350°C以下とし、25W以下の容量のごてを使用した場合、各端子との接触時間ははんだ接点ごとに3秒未満とする必要があります。各端子をはんだ付けする間には、2秒以上の冷却間隔が必要です。リワークには、両端子を同時に加熱して機械的ストレスを避けるため、ツインチップはんだごての使用が推奨されます。リワークの実現可能性およびデバイス特性への影響は事前に評価する必要があります。

6. 保管および取り扱い上の注意

6.1 湿気感受性

本デバイスは湿気感受性です。防湿バッグは、部品を使用する準備ができるまで開封しないでください。開封前の保管条件は、温度30°C以下、相対湿度（RH）90%以下とします。未開封バッグ内での総保管寿命は1年です。開封後は、部品を温度30°C以下、相対湿度60%以下で保管し、168時間（7日）以内に使用する必要があります。シリカゲル乾燥剤が飽和を示した場合、または保管時間を超えた場合は、使用前に60±5°Cで24時間のベーキング処理が必要です。

6.2 電気的保護

重要な注意事項は過電流保護です。ダイオードとして、バイアスをかける際には直列の電流制限抵抗とともに動作させなければなりません。この抵抗がないと、印加電圧のわずかな増加が大きく、破壊的な可能性のある電流の増加を引き起こし、焼損につながる可能性があります。抵抗値は、動作電圧と所望の光電流または暗電流に基づいて計算する必要があります。

7. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

PD70-01B/TR7は、主に2つの構成で使用できます：光起電力モード（ゼロバイアス）と光導電モード（逆バイアス）です。光起電力モードでは、光が当たると電圧/電流を発生し、単純な光検出に適しています。光導電モード（逆バイアス電圧、例：5Vを印加）では、応答速度が大幅に速くなり、直線性が向上するため、IRリモコンのような高速パルス検出に理想的です。トランスインピーダンスアンプ（TIA）回路は、小さな光電流を使用可能な電圧信号に変換するためによく使用されます。

7.2 設計上の考慮事項

主要な設計要因は以下の通りです：バイアス：速度と直線性の要件に基づいて動作モードを選択します。帯域幅：低容量（高速スイッチング時間によって示唆される）により、適切な低雑音アンプと組み合わせた場合に高い帯域幅が可能になります。光学フィルタリング：内蔵の昼光フィルターは有益ですが、特定のアプリケーションでは、不要な波長を遮断するために追加の外部光学フィルターが必要になる場合があります。PCBレイアウト：フォトダイオードとそのアンプを近接配置し、寄生容量とノイズの混入を最小限に抑えます。パッケージのマーキングに従ってアノードとカソードが正しく向き付けられていることを確認します。

8. 技術比較および差別化

標準的なフォトダイオードやフォトトランジスタと比較して、PD70-01B/TR7のPIN構造は明確な利点を提供します。P型層とN型層の間に挟まれた真性（I）領域は接合容量を低減し、より高速な応答時間（短いスイッチング時間）を可能にします。これは、IRを介した高速データ伝送において優れています。その高感度と規定された暗電流パラメータは、良好な信号対雑音比を提供します。統合された昼光フィルターは、すべての基本フォトダイオードにあるわけではない実用的な機能であり、周囲光環境下での設計を簡素化します。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 昼光フィルターの目的は何ですか？

昼光フィルターは、可視光スペクトル（約400-700 nm）における感度を減衰させます。これにより、日光や室内照明などの周囲光源からのノイズと干渉を低減し、リモコンや他のIRソースからの変調された赤外線信号をより確実に検出できるようにします。

9.2 直列抵抗の値はどのように選定すればよいですか？

直列抵抗は、暗時および照射時の両方の条件下で電流を制限します。逆バイアスモードでは、抵抗値（R）はオームの法則を使用して推定できます：R ≈（電源電圧 - ダイオードの逆電圧降下）/ 最大予想電流。電流は最大電力損失限界を十分に下回るように保つ必要があります。控えめな値（例：10kΩ）から始め、信号振幅と速度要件に基づいて調整します。

9.3 このセンサーは可視光を検出できますか？

そのスペクトル範囲は730 nm（赤色可視光の境界）から始まりますが、昼光フィルターにより可視スペクトルにおける感度は非常に低くなっています。これは主に940 nmに最適化された赤外線検出器です。可視光検出には、赤外線遮断フィルターや昼光フィルターのないフォトダイオードが必要になります。

10. 動作原理紹介

シリコンブレーナPINフォトダイオードは、光を電流に変換する半導体デバイスです。シリコン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、空乏層内で電子-正孔対を生成します。PIN構造では、広い真性（I）領域がP型領域とN型領域の間に挟まれています。この広いI領域は、光子吸収のためのより大きな空乏領域を作り出し、決定的に、接合容量を低減します。逆バイアス下では、電界がこれらの電荷担体を接点に向かって掃き出し、入射光強度に比例する光電流を生成します。ブレーナプロセスは製造技術を指し、一般的に安定した一貫した性能を持つデバイスを生み出します。