5mm 포토다이오드 PD333-3C/H0/L2 데이터시트 - 직경 5mm - 역전압 32V - 피크 감도 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD333-3C/H0/L2는 표준 직경 5mm 플라스틱 패키지에 장착된 고속, 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 이 소자는 작은 접합 커패시턴스와 빠른 응답 시간을 활용하여 고속 광 검출이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 렌즈 재료로 투명 에폭시를 사용하여 가시광선 및 적외선 방사선을 포함한 넓은 스펙트럼에 민감하며, 특히 근적외선 영역에서 피크 감도를 보입니다. 주요 설계 목표는 컴팩트하고 비용 효율적인 센싱 솔루션에서 신뢰할 수 있는 성능을 제공하는 것입니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 주요 전기 및 광학 파라미터에 대한 객관적인 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 소자는 영구적인 손상의 위험 없이 인가할 수 있는 바이어스 전압의 상한을 정의하는 최대 역전압(VR) 32V로 정격화되어 있습니다. 동작 온도 범위(Topr)는 -25°C에서 +85°C로, 대부분의 상업 및 산업 환경에 적합합니다. 저장은 -40°C에서 +100°C의 더 넓은 범위에서 가능합니다. 납땜 온도(Tsol)는 무연 리플로우 공정의 표준 피크 온도인 260°C로 지정됩니다. 소비 전력(Pc)은 주변 온도 25°C 이하에서 150 mW이며, 이는 응용 회로의 열 관리에 중요한 파라미터입니다.

2.2 전기-광학 특성

분광 응답은 넓어서 대역폭(λ0.5)이 400 nm에서 1100 nm까지이며, 일반적인 피크 감도 파장(λP)은 940 nm입니다. 이는 850nm 또는 940nm IR LED를 사용하는 적외선 센싱 응용 분야에 이상적입니다. 주요 감도 파라미터에는 940nm에서 조사도(Ee) 1 mW/cm² 조건에서 측정된 일반적인 개방 회로 전압(VOC) 0.39V와 단락 전류(ISC) 40 μA가 포함됩니다. 5V 역바이어스 하에서 동일한 조사도 조건에서 일반적인 역 광전류(IL)는 40 μA입니다. 저조도 성능에 중요한 파라미터인 역 암전류(ID)는 VR=10V에서 일반적으로 5 nA, 최대 30 nA입니다. 총 접합 커패시턴스(Ct)는 VR=5V 및 1 MHz에서 일반적으로 18 pF이며, 이는 소자의 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 상승 및 하강 시간(tr/tf)은 VR=10V 및 100Ω 부하 저항(RL)으로 측정할 때 각각 일반적으로 45 ns로, 고속 능력을 확인시켜 줍니다. 시야각(2θ1/2)은 80도입니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 주요 파라미터가 동작 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 일반적인 성능 곡선이 포함되어 있습니다. 이러한 곡선은 설계 엔지니어가 실제 성능을 예측하는 데 필수적입니다.

3.1 분광 감도

분광 감도 곡선은 약 400 nm에서 1100 nm까지의 파장에 걸친 포토다이오드의 상대 응답성을 보여줍니다. 곡선은 940 nm 근처에서 급격히 피크를 이루며, 근적외선에 대한 최적화를 확인시켜 줍니다. 깊은 가시광선 및 1100 nm 이상에서는 감도가 크게 떨어집니다.

3.2 온도 의존성

두 개의 곡선이 온도 영향을 강조합니다: 소비 전력 대 주변 온도 및 역 암전류 대 주변 온도. 소비 전력 디레이팅 곡선은 주변 온도가 25°C 이상으로 증가함에 따라 최대 허용 전력이 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 암전류 곡선은 ID가 온도에 따라 기하급수적으로 증가함을 보여주며, 이는 반도체 접합의 일반적인 특성입니다. 이는 고온에서 동작하는 응용 분야에 매우 중요합니다. 암전류가 증가하면 노이즈 플로어가 상승하기 때문입니다.

3.3 선형성 및 동적 응답

역 광전류 대 Ee 곡선은 포토다이오드의 선형성을 보여줍니다. 지정된 조사도 범위 내에서 광전류(IL)는 입사 광파워에 선형적으로 증가해야 합니다. 응답 시간 대 부하 저항 곡선은 상승/하강 시간(tr/tf)이 더 높은 부하 저항(RL)과 함께 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 고속 응용 분야의 경우, 낮은 값의 부하 저항(사양에 사용된 100Ω과 같은)이 필요하지만, 더 작은 출력 전압 스윙을 생성합니다.

3.4 커패시턴스 대 전압

단자 커패시턴스 대 역전압 곡선은 접합 커패시턴스(Ct)가 역바이어스 전압이 증가함에 따라 감소함을 보여줍니다. 이는 공핍 영역이 넓어지기 때문입니다. 따라서 더 높은 역바이어스(한도 내)를 인가하면 커패시턴스를 줄여 속도를 향상시킬 수 있지만, 잠재적으로 더 높은 암전류를 초래할 수 있습니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

이 소자는 표준 방사형 리드 5mm(T-1 3/4) 패키지를 사용합니다. 상세 치수 도면은 직경, 리드 간격, 리드 길이 및 렌즈 모양을 지정합니다. 주요 참고 사항은 달리 명시되지 않는 한 치수 공차가 ±0.25mm임을 지정합니다. 애노드와 캐소드가 식별되며, 더 긴 리드가 일반적으로 애노드(광전 모드에서 양극 측)입니다.

4.2 극성 식별

극성은 리드 길이로 표시됩니다. 더 긴 리드는 애노드(P측)이고, 더 짧은 리드는 캐소드(N측)입니다. 광전도 모드(역바이어스)로 동작할 때 캐소드는 양극 공급 전압에 연결되어야 합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

납땜 온도의 절대 최대 정격은 260°C입니다. 이는 일반적인 무연 리플로우 프로파일과 일치합니다. 수동 납땜 중에는 플라스틱 패키지와 에폭시 렌즈 손상을 방지하기 위해 열 노출 시간을 최소화하도록 주의해야 합니다. 이 소자는 지정된 저장 온도 범위(-40°C ~ +100°C) 내의 조건과 습기 흡수를 방지하기 위해 건조한 환경에 보관해야 합니다. 습기 흡수는 리플로우 중 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 사양

표준 포장 방법은 다음과 같습니다: 백당 200-500개, 내부 카톤당 5백, 마스터(외부) 카톤당 10개의 내부 카톤.

6.2 라벨 사양

포장의 라벨에는 여러 필드가 포함됩니다: CPN(고객 제품 번호), P/N(제품 번호), QTY(포장 수량), LOT No.(추적 가능성을 위한 로트 번호) 및 날짜 코드. 이는 재고 관리와 추적 가능성을 용이하게 합니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

데이터시트에는 고속 광 검출, 보안 시스템, 카메라가 나열되어 있습니다. 구체적으로, 이 포토다이오드는 다음에 매우 적합합니다:

• 적외선 리모컨 수신기:940nm IR LED 및 복조 IC와 함께 사용.
• 광학 인코더:프린터, 모터 또는 산업 장비에서 속도 및 위치 감지용.
• 주변광 센싱(ALS):기기에서 디스플레이 백라이트 제어용. 그러나 정확한 가시광선 측정을 위해 IR 감도로 인해 필터링이 필요할 수 있습니다.
• 간단한 물체 감지:근접 감지 또는 차단 빔 센서용 IR 광원과 함께 사용.
• 맥박 산소 측정법(의료 기기에서 적절한 자격을 갖춘 경우):적색 및 IR 광 감지. 그러나 의료 인증이 필요합니다.

7.2 설계 고려사항

바이어스 구성:고속 또는 선형 응답을 위해 포토다이오드를 광전도 모드(역바이어스)로 사용하십시오. 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 회로는 일반적으로 광전류를 전압으로 변환하는 데 사용됩니다. TIA의 피드백 저항과 커패시터는 원하는 대역폭과 포토다이오드의 커패시턴스(일반 18 pF)를 기반으로 선택해야 합니다.

노이즈 최소화:포토다이오드 리드를 짧게 유지하고 가드 레이아웃을 사용하여 기생 커패시턴스와 전자기 간섭의 피킹을 최소화하십시오. 저조도 응용 분야의 경우, 암전류 노이즈를 줄이기 위해 소자를 냉각하는 것을 고려하십시오.

광학적 고려사항:투명 렌즈는 가시광선 및 IR 광을 통과시킵니다. IR 감지만 원하는 경우, 가시광선을 차단하고 주변 가시광선 소스의 노이즈를 줄이기 위해 IR 통과 필터를 추가할 수 있습니다. 80도의 시야각은 넓은 시야를 제공합니다. 필요한 경우 광학 조리개 또는 렌즈를 사용하여 좁힐 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 PN 포토다이오드와 비교하여 PD333-3C/H0/L2와 같은 PIN 포토다이오드는 P층과 N층 사이에 본질(I) 영역을 가지고 있습니다. 이 본질 영역은 더 큰 공핍 영역을 생성하며, 이는 두 가지 주요 장점을 가져옵니다:1) 더 낮은 접합 커패시턴스:18 pF 커패시턴스는 5mm 소자에 비해 상대적으로 낮아 더 빠른 응답 시간을 가능하게 합니다.2) 향상된 선형성:더 넓은 공핍 영역은 더 넓은 범위의 바이어스 전압과 광 강도에 걸쳐 더 효율적인 전하 캐리어 수집을 허용합니다. 포토트랜지스터와 비교하여 포토다이오드는 일반적으로 더 빠르고 더 선형적인 출력을 가지지만 훨씬 더 작은 전류 신호를 생성하므로 더 정교한 증폭이 필요합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 단락 전류(ISC)와 역 광전류(IL)의 차이는 무엇인가요?

ISC는 다이오드 양단에 바이어스가 없는 상태(광전 모드)에서 측정되는 반면, IL은 지정된 역바이어스(광전도 모드) 하에서 측정됩니다. IL은 일반적으로 ISC와 매우 가깝지만 정확히 같지는 않습니다. 데이터시트는 동일한 테스트 조건에서 둘 다 일반적으로 40 μA임을 보여줍니다.

9.2 암전류는 왜 중요한가요?

암전류는 빛이 없을 때도 흐르는 작은 전류입니다. 이는 센서의 노이즈 플로어를 설정합니다. 저조도 응용 분야에서는 낮은 암전류(여기서는 일반 5 nA)가 좋은 신호 대 잡음비를 달성하는 데 필수적입니다.

9.3 내 응용 분야에 맞는 부하 저항(RL)은 어떻게 선택하나요?

선택은 속도와 출력 진폭 사이의 절충을 포함합니다. 작은 RL(예: 50Ω)은 빠른 응답(tr/tf 대 RL 곡선 참조)을 제공하지만 작은 출력 전압(Vout = IL * RL)을 생성합니다. 큰 RL은 더 큰 전압을 제공하지만 포토다이오드 커패시턴스와 RL에 의해 형성된 RC 시정수로 인해 응답이 느려집니다. 디지털 펄스 검출의 경우 속도가 종종 우선순위가 됩니다.

9.4 적색 LED와 같은 가시광선 광원과 함께 사용할 수 있나요?

예, 분광 응답 곡선은 400 nm까지 상당한 감도를 보여줍니다. 그러나 650 nm(적색)에서의 응답성은 940 nm 피크보다 낮을 것입니다. 동일한 광파워의 IR 소스를 사용하는 것에 비해 더 작은 신호를 얻게 될 것입니다.

10. 설계 및 사용 사례 연구

사례: 적외선 데이터 링크 수신기 설계.설계자는 38 kHz(일반적인 리모컨 주파수)의 940nm IR LED로부터 변조된 데이터를 수신해야 합니다. 그들은 940nm에서의 높은 감도와 빠른 응답(45 ns 상승 시간은 38 kHz에 충분히 빠름) 때문에 PD333-3C/H0/L2를 선택합니다. 포토다이오드는 5V에서 역바이어스됩니다. 출력은 전용 IR 수신 IC(TIA, 38 kHz에 조정된 대역 통과 필터 및 복조기를 포함)에 연결됩니다. 설계자는 포토다이오드를 IC의 입력 핀 가까이에 배치하고, 짧은 트레이스를 사용하며, 바이어스 공급 근처에 작은 디커플링 커패시터를 추가하여 노이즈를 최소화합니다. 가시광선을 차단하고 형광등(100/120 Hz에서 깜빡일 수 있음)의 간섭을 줄이기 위해 포토다이오드 앞에 IR 투명 창을 배치합니다.

11. 동작 원리

PIN 포토다이오드는 빛을 전류로 변환하는 반도체 소자입니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자가 소자를 때리면 본질 영역에서 전자-정공 쌍을 생성합니다. 내장 전기장(광전 모드) 또는 인가된 역바이어스(광전도 모드)의 영향 하에서, 이러한 전하 캐리어는 분리되어 입사 광파워에 비례하는 측정 가능한 광전류를 생성합니다. "I"(본질)층이 핵심입니다: 이는 약하게 도핑되어 넓은 공핍 영역을 생성하며, 이는 더 높은 속도를 위해 커패시턴스를 줄이고 광자 흡수를 위한 더 큰 부피를 제공하여 양자 효율을 향상시킵니다.

12. 기술 동향

포토다이오드 기술의 일반적인 동향은 더 높은 통합, 더 낮은 노이즈 및 더 큰 응용 특수성으로 향하고 있습니다. 여기에는 온칩 증폭이 있는 포토다이오드(통합 포토다이오드-증폭기 조합), 이미징 또는 다중 채널 센싱용 어레이, 맞춤형 분광 응답 또는 내장 광학 필터가 있는 소자의 개발이 포함됩니다. 또한 확장된 적외선 범위 감지를 위한 실리콘 외의 재료(예: InGaAs)에 대한 연구도 진행 중입니다. 5mm PIN 포토다이오드와 같은 표준 상업용 구성 요소의 경우, 속도와 감도와 같은 주요 성능 지표를 유지하면서 비용 절감, 신뢰성 향상 및 더 엄격한 파라미터 분포 달성에 초점이 맞춰져 있습니다.