PD204-6B/L3 포토트랜지스터 데이터시트 - 3mm 패키지 - 피크 감도 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD204-6B/L3은 표준 3mm 플라스틱 패키지에 장착된 고속, 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 이 소자는 가시광선 및 적외선 발광 다이오드에 분광적으로 매칭되며, 피크 감도가 940nm 파장에 최적화되어 있어 빠른 응답과 안정적인 성능이 필요한 다양한 감지 응용에 적합합니다.

이 부품의 주요 장점은 빠른 응답 시간, 높은 광감도, 낮은 접합 커패시턴스로, 효율적인 신호 감지에 기여합니다. 본 제품은 RoHS 및 EU REACH 규정을 준수하며, 무연(Pb-free) 소자로 제조됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 소자는 지정된 환경 및 전기적 한계 내에서 안정적으로 동작하도록 설계되었습니다. 이 정격을 초과하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 역방향 전압 (VR):32 V - 포토다이오드 단자에 역방향 바이어스로 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 (Topr):-25°C ~ +85°C - 소자의 정상 동작을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 (Tstg):-40°C ~ +100°C - 소자가 전원이 공급되지 않은 상태에서 안전하게 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 납땜 온도 (Tsol):표준 리플로우 납땜 프로파일에 따라 최대 5초 동안 260°C입니다.
• 소비 전력 (Pc):자유 공기 온도 25°C 이하에서 150 mW입니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 표준 시험 조건(Ta=25°C)에서 포토트랜지스터의 핵심 성능을 정의합니다.

• 분광 대역폭 (λ0.5):760 nm ~ 1100 nm. 이는 소자가 피크 감도의 최소 절반 이상을 유지하는 파장 범위를 정의합니다.
• 피크 감도 파장 (λP):940 nm (전형적). 이 소자는 이 적외선 파장의 빛에 가장 민감하게 반응합니다.
• 개방 회로 전압 (VOC):940nm에서 조도(Ee) 1 mW/cm² 조건에서 0.42 V (전형적)입니다.
• 단락 회로 전류 (ISC):동일한 시험 조건(Ee=1mW/cm², λp=940nm)에서 4.3 μA (전형적)입니다.
• 역방향 광전류 (IL):VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm 조건에서 3.9 μA (최소), 6 μA (전형적)입니다. 이는 다이오드가 역방향 바이어스되고 조명될 때 생성되는 광전류입니다.
• 역방향 암전류 (ID):완전한 암조건(Ee=0mW/cm²)에서 VR=10V 조건에서 10 nA (최대)입니다. 이는 빛이 없을 때도 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 역방향 항복 전압 (VBR):암조건에서 역방향 전류(IR) 100μA로 측정 시 32 V (최소)입니다.
• 총 커패시턴스 (Ct):VR=5V 및 주파수 1MHz 조건에서 10 pF (전형적)입니다. 낮은 커패시턴스는 더 빠른 스위칭 속도를 가능하게 합니다.
• 상승/하강 시간 (tr/tf):VR=10V 및 부하 저항(RL) 100Ω 조건에서 10 ns / 10 ns (전형적)이며, 이는 펄스 광 검출에 적합한 매우 빠른 응답을 나타냅니다.
• 시야각 (2θ1/2):45° (전형적). 이는 소자가 감도를 유지하는 각도 시야를 정의합니다.

관련 응용에서 광도에 대한 허용 오차는 ±10%, 주파장에 대한 허용 오차는 ±1nm, 순방향 전압에 대한 허용 오차는 ±0.1V로 지정됩니다.

3. 성능 곡선 분석

이 데이터시트는 다양한 조건에서 소자의 동작을 설명하는 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이는 설계 엔지니어가 실제 시나리오에서 성능을 예측하는 데 필수적입니다.

3.1 소비 전력 대 주변 온도

이 곡선은 주변 온도가 25°C 이상으로 증가함에 따라 허용 가능한 최대 소비 전력이 감소하는 것을 보여줍니다. 설계자는 장기적인 신뢰성을 보장하기 위해 이에 따라 전력 처리 능력을 감액해야 합니다.

3.2 분광 감도

분광 응답 곡선은 소자의 940nm에서의 피크 감도와 약 760nm에서 1100nm까지의 유용한 범위를 확인시켜 줍니다. 이는 일반적인 적외선 LED를 사용하는 응용에 대한 소자의 적합성을 강조합니다.

3.3 역방향 암전류 대 주변 온도

암전류는 온도가 증가함에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 이 곡선은 고온에서 동작하는 응용에 매우 중요하며, 높은 암전류는 노이즈에 기여하고 저조도 조건에서 신호 대 잡음비에 영향을 미칠 수 있습니다.

3.4 역방향 광전류 대 조도 (Ee)

이 그래프는 지정된 범위 내에서 생성된 광전류(IL)와 입사광 강도(조도) 사이의 선형 관계를 보여줍니다. 이는 소자의 예측 가능하고 선형적인 광도 응답을 확인시켜 줍니다.

3.5 단자 커패시턴스 대 역방향 전압

접합 커패시턴스(Ct)는 역방향 바이어스 전압이 증가함에 따라 감소합니다. 고속 응용에는 낮은 커패시턴스가 바람직하며, 이 곡선은 최적의 동작 바이어스 지점을 선택하는 데 도움이 됩니다.

3.6 응답 시간 대 부하 저항

이 곡선은 상승 및 하강 시간(tr/tf)이 외부 부하 저항(RL) 값에 의해 어떻게 영향을 받는지 보여줍니다. 더 작은 부하 저항으로 더 빠른 응답을 얻을 수 있지만, 이는 신호 진폭과 트레이드오프 관계에 있습니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

이 소자는 표준 3mm 레이디얼 리드 패키지를 사용합니다. 치수 도면은 본체 직경, 리드 간격 및 리드 치수를 지정합니다. 지정되지 않은 모든 허용 오차는 ±0.25mm입니다. 렌즈 색상은 검정색입니다.

4.2 극성 식별

캐소드(음극 단자)는 일반적으로 패키지 본체의 평평한 부분이나 더 긴 리드로 표시됩니다. 올바른 역방향 바이어스 동작을 위해 회로 조립 중 올바른 극성을 준수해야 합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

이 부품은 표준 PCB 조립 공정에 적합합니다.

• 리플로우 납땜:최대 납땜 온도는 260°C이며, 이 온도 이상에서의 시간은 플라스틱 패키지와 반도체 다이에 대한 열 손상을 방지하기 위해 5초를 초과해서는 안 됩니다.
• 핸드 납땜:핸드 납땜이 필요한 경우, 온도 조절 납땜 인두를 사용하고 접촉 시간을 최소화해야 합니다(일반적으로 리드당 3초 미만).
• 세척:플라스틱 패키지 재질과 호환되는 세척제를 사용하십시오.
• 보관:지정된 보관 온도 범위인 -40°C ~ +100°C 내의 건조하고 정전기 방지 환경에 보관하십시오.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 수량 사양

표준 포장은 다음과 같습니다: 백당 200-1000개, 박스당 4백, 카톤당 10박스. 이는 프로토타이핑과 대량 생산 모두에 유연성을 제공합니다.

6.2 라벨 양식 사양

제품 라벨에는 추적성 및 식별을 위한 주요 정보가 포함되어 있습니다:

• CPN:고객 제품 번호
• P/N:제품 번호 (예: PD204-6B/L3)
• QTY:포장 수량
• CAT, HUE, REF:광도, 주파장 및 순방향 전압에 대한 등급(분류된 경우).
• LOT No:추적성을 위한 제조 로트 번호.
• X:생산 월.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

PD204-6B/L3은 다양한 광전자 감지 응용에 매우 적합합니다. 예를 들면:

• 자동문 센서:적외선 빔의 차단을 감지하여 문 개폐 메커니즘을 트리거합니다.
• 복사기 및 프린터:용지 감지, 에지 센싱 또는 토너 레벨 모니터링에 사용됩니다.
• 게임기/아케이드 시스템:물체 감지, 인터랙티브 컨트롤 또는 위치 감지에 사용됩니다.
• 일반 목적 적외선 감지:940nm 적외선의 빠르고 안정적인 감지가 필요한 리모컨 수신기, 근접 센서 및 산업 자동화.

7.2 설계 시 고려사항

• 바이어스 회로:최적의 속도와 선형성을 위해 포토다이오드를 역방향 바이어스(광전도 모드)로 동작시키십시오. 사양에 표시된 것처럼 5V에서 10V의 역방향 전압이 일반적입니다.
• 부하 저항 (RL):응답 속도(대역폭)와 출력 전압 스윙 사이의 필요한 트레이드오프를 기반으로 RL을 선택하십시오. 작은 광전류를 사용 가능한 전압으로 변환하면서 고속과 저잡음을 유지하기 위해 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 회로를 사용하는 것이 좋습니다.
• 광학적 고려사항:광원(일반적으로 940nm IR LED)과의 적절한 정렬을 보장하십시오. 시야각에 대해 45° 시야각을 고려해야 합니다. 광학 필터를 사용하면 특히 가시광선과 같은 원치 않는 주변광을 차단하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 노이즈 감소:민감한 응용의 경우, 소자와 그 회로를 전기적 노이즈로부터 차폐하십시오. 트레이스를 짧게 유지하고, 바이패스 커패시터를 사용하며, 고온 동작에서 암전류의 영향을 고려하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

느린 응답 시간을 가진 표준 포토다이오드나 포토트랜지스터와 비교하여, PD204-6B/L3은 다음과 같은 뚜렷한 장점을 제공합니다:

• 고속:10ns의 상승/하강 시간으로, 많은 범용 포토트랜지스터보다 훨씬 빠르며, 빠르게 변조된 신호의 검출을 가능하게 합니다.
• PIN 구조:PIN 포토다이오드 구조는 표준 PN 포토다이오드보다 더 넓은 공핍 영역을 제공하여 더 낮은 접합 커패시턴스(10pF)와 더 높은 속도를 가져옵니다.
• 최적화된 스펙트럼:940nm 피크 감도는 일반적이고 저렴한 적외선 LED의 출력에 정확히 매칭되어 시스템 효율성을 극대화합니다.
• 표준 패키지:3mm 레이디얼 패키지는 일반적인 산업 표준 폼 팩터로, 기존 설계에 쉽게 통합되고 표준 PCB 풋프린트와 호환됩니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 광전지 모드(제로 바이어스)와 광전도 모드(역방향 바이어스)에서 동작하는 것의 차이는 무엇인가요?

광전지 모드(V_R=0V)에서는 포토다이오드가 전압(V_OC)을 생성합니다. 이 모드는 암전류가 0이지만 응답이 느리고 선형성이 떨어집니다. PD204-6B/L3 사양에는 VOC=0.42V로 나와 있습니다. 광전도 모드(역방향 바이어스, 예: V_R=5V)에서는 외부 전압이 인가됩니다. 이는 접합 커패시턴스를 감소시켜(10ns tr/tf에서 볼 수 있듯이 더 빠른 응답 가능), 선형성을 개선하고 더 큰 활성 영역을 허용하지만, 암전류(I_D)를 도입합니다. 이 소자가 목표로 하는 고속 응용의 경우 광전도 모드를 권장합니다.

9.2 광전류(I_L)를 측정 가능한 전압으로 어떻게 변환하나요?

가장 간단한 방법은 직렬로 부하 저항(R_L)을 사용하는 것입니다. 출력 전압은 V_out = I_L * R_L입니다. 그러나 R_L이 증가하면 (다이오드 커패시턴스와 함께) RC 시정수가 증가하여 응답이 느려집니다(응답 시간 대 부하 저항 곡선 참조). 특히 작은 전류와 속도가 필요한 경우 최적의 성능을 위해 트랜스임피던스 증폭기(TIA)가 선호되는 회로입니다. TIA는 포토다이오드를 가상 접지에 유지하면서 안정적이고 낮은 임피던스의 출력 전압(V_out = -I_L * R_f)을 제공하여 커패시턴스의 영향을 최소화합니다.

9.3 암전류가 중요한 이유는 무엇이며, 온도는 암전류에 어떤 영향을 미치나요?

암전류(I_D)는 빛이 없을 때 흐르는 노이즈 전류입니다. 이는 검출 가능한 빛의 하한을 설정합니다. 데이터시트는 25°C에서 최대 10nA로 지정합니다. 이 전류는 온도가 약 10°C 상승할 때마다 거의 두 배로 증가합니다. 따라서 고온 환경이나 매우 낮은 조도 검출에서 암전류는 중요한 노이즈 원인이 될 수 있으며, 회로 설계 시 이를 고려해야 합니다(예: 온도 보상 또는 동기 검출 기술을 통해).

9.4 이 센서는 940nm 이외의 광원과 함께 사용할 수 있나요?

예, 하지만 감도는 감소합니다. 분광 응답 곡선은 760nm에서 1100nm까지 상당한 감도를 보여줍니다. 예를 들어, 850nm LED에도 반응하지만, 동일한 광 강도에 대해 생성되는 광전류는 940nm 광원보다 낮을 것입니다. 정확한 설계를 위해 항상 상대 분광 감도 곡선(전체가 제공된 경우)을 참조하거나 원하는 파장에서의 응답성을 계산하십시오.

10. 실용적인 설계 사례 연구

설계 사례: 보안 게이트용 적외선 빔 차단 센서.

목표:보이지 않는 적외선 빔이 물체에 의해 차단될 때 이를 감지하여 보안 경보를 트리거하는 안정적이고 빠른 센서를 만듭니다.

구현:

1. 송신기:940nm 적외선 LED가 펄스 전류(예: 38kHz에서 20mA 펄스)로 구동되어 주변광에 대한 내성을 제공하고 평균 전력 소비를 줄입니다.
2. 수신기:PD204-6B/L3은 송신기 반대편에 배치되며, 45° 시야각 내에서 정렬됩니다. 부하 저항을 통해 5V 역방향 바이어스가 인가됩니다.
3. 신호 조절:포토다이오드에서 나오는 작은 AC 광전류 신호(DC 암전류에 중첩됨)는 38kHz로 조정된 고이득 대역 통과 증폭기에 공급됩니다. 이는 DC 주변광과 저주파 노이즈를 걸러냅니다.
4. 검출:증폭된 신호는 정류되고 임계값과 비교됩니다. 빔이 차단되지 않으면 강한 38kHz 신호가 존재하며, 비교기 출력은 높음 상태입니다. 물체가 빔을 차단하면 신호가 사라져 비교기가 낮음 상태로 전환되고 경보가 활성화됩니다.

PD204-6B/L3이 적합한 이유:빠른 10ns 응답 시간으로 38kHz 변조 신호를 쉽게 처리할 수 있습니다. 940nm에서의 높은 감도는 매칭된 IR LED로부터 좋은 신호 대 잡음비를 보장합니다. 낮은 커패시턴스는 필요한 필터링 부품이 있어도 반응성이 좋은 회로를 가능하게 합니다.

11. 동작 원리

PD204-6B/L3과 같은 PIN 포토다이오드는 내부 광전 효과의 원리에 따라 동작합니다. 소자 구조는 P형과 N형 영역 사이에 끼워진 넓고 약하게 도핑된 진성(I) 반도체 영역으로 구성됩니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자(예: 실리콘의 경우 940nm 적외선)가 진성 영역에 충돌하면 전자-정공 쌍을 생성합니다. 다이오드가 역방향 바이어스되면, 공핍 영역(진성층을 통해 확장됨)에 걸친 내장 전기장이 이러한 전하 캐리어를 각 단자 쪽으로 휩쓸어 광전류(I_L)를 생성하며, 이는 입사광 강도에 비례합니다. 넓은 진성 영역은 커패시턴스를 줄이고 더 큰 부피에 걸쳐 생성된 캐리어의 효율적인 수집을 가능하게 하여 속도와 감도 모두에 기여합니다.

12. 산업 동향 및 배경

PD204-6B/L3과 같은 광검출기는 성장하는 광전자 및 센싱 분야의 기본 구성 요소입니다. 이러한 소자에 대한 수요를 주도하는 현재 동향은 다음과 같습니다:

• 자동화 및 인더스트리 4.0:제조 현장에서 위치, 존재 및 품질 관리를 위한 비접촉식 센서의 사용 증가.
• 소비자 가전:근접 감지(예: 통화 중 스마트폰 화면 끄기), 디스플레이 밝기 제어를 위한 주변광 감지, 제스처 인식을 위한 장치로의 통합.
• 사물인터넷 (IoT):스마트 홈 장치, 보안 시스템 및 환경 모니터링을 위한 저전력, 안정적인 센서.
• 진전:일반적인 동향은 더 높은 통합(예: 온칩 증폭기가 있는 포토다이오드), 더 작은 패키지(표면 실장 소자), 더 낮은 전력 소비, LiDAR, 생체 의학 센싱 및 광통신과 같은 응용을 위한 특정 파장에서의 향상된 성능을 향하고 있습니다. PD204-6B/L3과 같은 소자는 주류 적외선 감지 요구 사항에 대한 성숙하고 안정적이며 비용 효율적인 솔루션을 나타냅니다.

13. 면책 조항 및 사용 주의사항

데이터시트 면책 조항에서 파생된 중요한 사용 지침은 다음과 같습니다:

1. 사양은 변경될 수 있습니다. 설계 시 항상 최신 공식 데이터시트를 참조하십시오.
2. 이 제품은 정상적인 보관 조건에서 출하일로부터 12개월 동안 게시된 사양을 충족합니다.
3. 특성 곡선은 전형적인 성능을 보여주며, 보장된 최소값 또는 최대값이 아닙니다. 적절한 마진을 두고 설계하십시오.
4. 절대 최대 정격을 엄격히 준수하십시오. 이 한계를 초과하여 동작하면 즉각적이거나 잠재적인 고장을 초래할 수 있습니다. 제조사는 오용으로 인한 손상에 대해 책임을 지지 않습니다.
5. 이 정보는 독점적입니다. 허가 없이 복제하는 것은 금지됩니다.
6. 이 부품은의료 생명 유지 장치, 자동차 제어, 항공 또는 군사 시스템과 같은 안전-중요 응용을 위해 설계되거나 인증되지않았습니다. 이러한 응용의 경우, 특별히 인증된 제품에 대해 제조사에 문의하십시오.