PD333-3B/L1 5mm 포토다이오드 데이터시트 - 5mm 직경 - 32V 역방향 전압 - 블랙 렌즈 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD333-3B/L1은 표준 5mm 직경 플라스틱 패키지에 캡슐화된 고속, 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 이 소자의 주요 기능은 입사광, 특히 적외선 스펙트럼의 빛을 전류로 변환하는 것입니다. 블랙 에폭시 렌즈를 특징으로 하여 적외선 복사에 대한 감도를 향상시키면서 가시광선에 대한 반응을 최소화합니다. 이는 근적외선 범위에서의 감지가 필요한 애플리케이션에 특히 적합하게 만듭니다. 이 부품의 핵심 장점은 고속 신호 감지에 중요한 빠른 응답 시간, 높은 광감도 및 작은 접합 커패시턴스를 포함합니다. 무연(Pb-free) 부품으로 설계되었으며 RoHS 및 EU REACH와 같은 관련 환경 규정을 준수합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 소자는 지정된 한도 내에서 안정적으로 작동하도록 설계되었습니다. 이 정격을 초과하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 역방향 전압 (V_R):32 V - 포토다이오드 단자에 가할 수 있는 최대 역방향 바이어스 전압입니다.
• 동작 온도 (T_opr):-25°C ~ +85°C - 정상 동작을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 (T_stg):-40°C ~ +100°C - 비동작 상태에서 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 납땜 온도 (T_sol):260°C - 납땜 공정 중 소자가 견딜 수 있는 최고 온도입니다.
• 전력 소산 (P_c):150 mW - 주변 온도 25°C 이하에서 소자가 소산할 수 있는 최대 전력입니다.

2.2 전기-광학 특성

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

• 분광 대역폭 (λ_0.5):840 nm ~ 1100 nm - 응답도가 피크 값의 절반 이상인 파장 범위입니다.
• 최대 감도 파장 (λ_P):940 nm (전형적) - 포토다이오드가 가장 민감하게 반응하는 빛의 파장입니다.
• 개방 회로 전압 (V_OC):0.44 V (전형적) - 조명 시 개방된 단자 양단에 발생하는 전압입니다 (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm).
• 단락 전류 (I_SC):10 µA (전형적) - 조명 하에서 단자가 단락되었을 때 흐르는 전류입니다 (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm).
• 역방향 광전류 (I_L):최소 15 µA - 역방향 바이어스 하에서 생성되는 광전류입니다 (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm). 이는 신호 감지의 핵심 파라미터입니다.
• 역방향 암전류 (I_D):최대 30 nA - 완전한 암상태에서 역방향 바이어스 하에 흐르는 작은 누설 전류입니다 (V_R=10V). 더 나은 신호 대 잡음비를 위해 낮은 값이 바람직합니다.
• 역방향 항복 전압 (V_BR):최소 32 V, 전형적 170 V - 접합이 항복되고 전류가 급격히 증가하는 역방향 전압입니다.
• 총 커패시턴스 (C_t):6.0 pF (전형적) - 역방향 바이어스 하의 접합 커패시턴스입니다 (V_R=5V, f=1MHz). 낮은 커패시턴스는 고속 동작에 중요합니다.
• 상승/하강 시간 (t_r/t_f):10 ns (전형적) - 출력 신호가 최종 값의 10%에서 90%로 상승(또는 90%에서 10%로 하강)하는 데 필요한 시간입니다 (V_R=10V, R_L=100Ω). 이는 최대 스위칭 속도를 정의합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

PD333-3B/L1은 특정 시험 조건(E_L=1mW/cm², λ_e=940nm, V_p=5V)에서의 역방향 광전류(I_R) 성능에 따라 다른 빈으로 분류됩니다. 이를 통해 설계자는 애플리케이션에 맞는 일관된 성능의 부품을 선택할 수 있습니다.

데이터시트에는 표준 허용 오차도 명시되어 있습니다: 광도 ±10%, 주 파장 ±1nm, 순방향 전압 ±0.1V. 단, 후자 두 가지는 이 포토다이오드보다는 LED와 더 관련이 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 조건에서의 소자 동작을 보여주는 여러 특성 곡선이 포함되어 있습니다. 이는 회로 설계 및 성능 예측에 필수적입니다.

4.1 분광 감도

분광 응답 곡선은 다양한 파장에 걸친 소자의 상대적 감도를 보여줍니다. 940 nm(적외선)에서 최고점을 가지며 약 840 nm에서 1100 nm까지 상당한 응답을 보입니다. 이는 리모컨 및 근접 센서와 같은 IR 기반 시스템에 적합함을 확인시켜 줍니다.

4.2 온도 의존성

역방향 암전류와 주변 온도, 전력 소산 대 주변 온도의 관계를 보여주는 곡선이 제공됩니다. 암전류는 일반적으로 온도가 상승함에 따라 증가하며, 이는 민감한 애플리케이션에서 잡음 바닥에 영향을 미칠 수 있습니다. 전력 디레이팅 곡선은 주변 온도가 25°C 이상으로 상승함에 따라 허용 가능한 최대 전력 소산이 어떻게 감소하는지 보여줍니다.

4.3 전기적 특성

주요 그래프는 다음과 같습니다:

• 역방향 광전류 대 조도 (E_e):생성된 광전류와 입사광 파워 밀도 사이의 선형 관계를 보여주며, 이는 포토다이오드의 기본적인 특성입니다.
• 단자 커패시턴스 대 역방향 전압:접합 커패시턴스가 증가하는 역방향 바이어스 전압에 따라 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 더 높은 역방향 전압(한도 내)에서 동작하면 커패시턴스를 줄여 속도를 향상시킬 수 있습니다.
• 응답 시간 대 부하 저항:상승/하강 시간이 회로의 부하 저항(R_L)에 의해 어떻게 영향을 받는지 설명합니다. 더 작은 R_L은 일반적으로 더 빠른 응답을 가져오지만 더 작은 출력 전압 스윙을 가져옵니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

이 소자는 표준 5mm 직경의 둥근 플라스틱 패키지를 사용합니다. 패키지 치수 도면은 PCB 풋프린트 설계 및 기계적 통합을 위한 중요한 치수를 제공합니다. 주요 치수는 전체 직경(5mm), 리드 간격 및 부품 높이를 포함합니다. 도면은 달리 명시되지 않는 한 ±0.25mm의 일반 허용 오차를 지정합니다. 패키지는 전기적 연결을 위한 두 개의 축방향 리드를 특징으로 합니다. 블랙 에폭시 본체는 렌즈 및 IR 필터 역할을 합니다. 적절한 극성 식별은 데이터시트의 단자 다이어그램을 기반으로 해야 합니다. 일반적으로 캐소드는 더 긴 리드, 패키지의 평평한 부분 또는 특정 마킹으로 표시됩니다.

6. 납땜 및 조립 지침

이 부품의 최대 납땜 온도 정격은 260°C입니다. 무연 공정에 대한 표준 리플로우 또는 웨이브 납땜 프로파일을 사용할 수 있으며, 피크 온도와 액상선 이상의 시간을 제어하여 열 손상을 방지해야 합니다. 핸드 납땜은 온도 조절 납땜 인두로 신속하게 수행해야 합니다. 수분 흡수로 인한 납땜 중 문제(팝콘 현상)를 방지하기 위해 부품을 건조한 환경에 보관하는 것이 좋습니다.

7. 포장 및 주문 정보

표준 포장 사양은 백당 500개, 박스당 5백, 카톤당 10박스로, 카톤당 총 25,000개입니다. 포장 라벨에는 고객 제품 번호(CPN), 제품 번호(P/N), 포장 수량(QTY) 및 관련 성능 등급(광도에 대한 CAT 등)과 추적성을 위한 로트 번호 및 날짜 코드가 포함된 필드가 있습니다.

8. 애플리케이션 제안

8.1 대표적인 애플리케이션 시나리오

• 고속 광 검출:10ns 응답 시간으로 인해 광섬유 데이터 전송, 바코드 스캐너 및 광학 엔코더에 적합합니다.
• 보안 시스템:침입 감지 빔, 연기 감지기 또는 IR 기반 보안 통신용 수신기로 사용할 수 있습니다.
• 카메라 애플리케이션:노출 측정, 자동 초점 보조 시스템 또는 IR 컷 필터 모니터로 유용합니다.
• 산업 감지:자동화 장비에서의 물체 감지, 계수 및 위치 감지.

8.2 설계 고려사항

• 바이어스 회로:포토다이오드는 저잡음 애플리케이션을 위한 광전지(제로 바이어스) 모드 또는 더 높은 속도와 선형성을 위한 광전도(역방향 바이어스) 모드로 사용될 수 있습니다. 32V 최대 역방향 전압은 광범위한 바이어스 선택을 가능하게 합니다.
• 증폭:출력 전류가 작기 때문에(마이크로암페어), 전류를 사용 가능한 전압 신호로 변환하기 위해 트랜스임피던스 증폭기(TIA)가 거의 항상 필요합니다.
• 잡음:민감한 애플리케이션의 경우 암전류와 그 온도 의존성을 고려하십시오. 전기적 잡음의 피크업을 최소화하기 위해 차폐 및 신중한 PCB 레이아웃이 필요합니다.
• 광학 필터링:블랙 에폭시는 일부 필터링을 제공하지만, 특정 파장 선택을 위해 추가적인 대역통과 광학 필터가 필요할 수 있습니다.

9. 기술 비교 및 차별화

일반 포토다이오드와 비교하여 PD333-3B/L1은 일반적인 5mm 패키지에서 속도(10ns), 감도(지정 조건에서 최소 15µA) 및 견고한 32V 역방향 전압 정격의 균형 잡힌 조합을 제공합니다. 실리콘 구조와 PIN 구조는 근적외선 애플리케이션을 위한 비용, 속도 및 감도 사이의 좋은 절충점을 제공합니다. 대안으로는 공간 제약 설계를 위한 더 작은 패키지의 포토다이오드, 다른 분광 응답(예: 가시광선)을 가진 포토다이오드, 또는 내부 이득이 필요한 애플리케이션을 위한 애벌랜치 포토다이오드(APD)가 포함될 수 있지만, APD는 더 복잡하고 비쌉니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 광전지 모드와 광전도 모드의 차이점은 무엇입니까?

A: 광전지 모드(제로 바이어스)에서는 포토다이오드가 자체 전압/전류를 생성하여 매우 낮은 암전류와 잡음을 제공합니다. 광전도 모드(역방향 바이어스)에서는 외부 전압이 인가되어 접합 커패시턴스를 감소시키고(속도 증가) 선형성을 개선하지만, 약간 더 높은 암전류를 희생합니다.

Q: 적절한 빈을 어떻게 선택합니까?

A: 애플리케이션에 필요한 최소 신호 전류를 기반으로 빈을 선택하십시오. 더 높은 빈을 사용하면 더 강한 신호를 보장하지만 비용에 영향을 미칠 수 있습니다. 생산의 일관성을 위해 단일 빈을 지정하십시오.

Q: 이 포토다이오드를 가시광선 감지에 사용할 수 있습니까?

A: 가시광선 적색 스펙트럼에서 약간의 응답을 가지지만, 피크는 940nm(IR)에 있으며 블랙 에폭시는 가시광선을 감쇠시킵니다. 주된 가시광선 감지를 위해서는 투명하거나 색상별 렌즈와 가시광선 범위의 피크 파장을 가진 포토다이오드가 더 적합합니다.

Q: 어떤 값의 부하 저항(R_L)을 사용해야 합니까?

A: 필요한 속도와 신호 레벨에 따라 다릅니다. 더 작은 R_L(예: 50Ω)은 더 빠른 응답을 제공하지만 더 작은 전압 출력(Vout = I_ph* R_L)을 제공합니다. 더 큰 R_L은 더 큰 전압을 제공하지만 다이오드 커패시턴스와 형성된 RC 시정수로 인해 응답이 느려집니다. "응답 시간 대 부하 저항" 곡선을 참조하십시오.

11. 실용 설계 사례

사례: 간단한 물체 감지 센서

일반적인 용도는 빔 차단 센서입니다. 940nm에서 방출하는 IR LED가 PD333-3B/L1 포토다이오드 반대편에 배치됩니다. 포토다이오드는 부하 저항(예: 10kΩ)을 통해 5V 역방향 바이어스로 광전도 모드에서 동작합니다. 정상 조건에서 IR 빛이 다이오드에 조사되어 광전류를 생성하고 저항 양단에 전압 강하를 만듭니다. 물체가 빔을 차단하면 광전류가 크게 떨어져 저항 양단의 전압에 큰 변화를 일으킵니다. 이 전압 신호는 비교기에 입력되어 마이크로컨트롤러에 대한 디지털 인터럽트를 생성할 수 있습니다. 10ns 응답 시간은 이 애플리케이션에 필요한 것보다 훨씬 빠르지만, 높은 감도는 더 약한 IR 소스나 더 먼 거리에서도 안정적인 동작을 보장합니다.

12. 동작 원리

PIN 포토다이오드는 P형과 N형 영역 사이에 본질(I) 영역이 끼워진 반도체 소자입니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자가 소자에 충격을 가하면 본질 영역에서 전자-정공 쌍을 생성합니다. 내부 내장 전위(광전지 모드) 또는 인가된 역방향 바이어스(광전도 모드)의 영향 하에, 이들 전하 캐리어가 분리되어 입사광 강도에 비례하는 측정 가능한 광전류를 생성합니다. PIN 구조의 넓은 본질 영역은 표준 PN 포토다이오드에 비해 접합 커패시턴스를 줄여 고속 동작을 가능하게 합니다.

13. 산업 동향

포토다이오드에 대한 수요는 소비자 전자제품(스마트폰 센서, 웨어러블), 자동차(LiDAR, 운전자 모니터링), 산업 자동화 및 통신(데이터 센터)과 같은 분야에서 계속 성장하고 있습니다. 동향에는 칩 스케일 패키지로의 추가 소형화, 온칩 증폭 및 신호 처리 회로와의 통합, 새로운 파장 범위(예: 단파 적외선)를 위한 포토다이오드 개발, 그리고 신흥 기술의 요구 사항을 충족시키기 위한 더 낮은 잡음 및 더 높은 속도와 같은 성능 파라미터 향상이 포함됩니다.