5mm 실리콘 PIN 포토다이오드 PD333-3C/H0/L811 데이터시트 - 직경 5mm - 역전압 35V - 투명 렌즈 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD333-3C/H0/L811는 표준 5mm 직경 플라스틱 패키지에 캡슐화된 고속, 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 이 소자는 투명 에폭시 렌즈를 사용하여 가시광선 및 적외선 파장을 포함한 광범위한 스펙트럼의 방사선에 민감합니다. 주요 설계 초점은 작은 접합 커패시턴스를 유지하면서 빠른 응답 시간과 높은 광 감도를 달성하는 데 있으며, 정밀하고 빠른 광 감지가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

이 부품의 주요 장점은 현대적인 환경 및 안전 표준을 준수한다는 점입니다. 무연(Pb-Free) 제품으로, EU REACH 규정을 준수하며, 브롬(Br) 및 염소(Cl) 함량이 각각 900 ppm 미만이고 그 합이 1500 ppm 미만인 무할로겐 요구사항을 준수합니다. 제품 자체는 RoHS 호환 사양 내에 있도록 설계되었습니다.

2. 기술 사양 상세 분석

2.1 절대 최대 정격

이 소자는 지정된 한도 내에서 안정적으로 작동하도록 설계되었습니다. 이 정격을 초과하면 영구적인 손상이 발생할 수 있습니다.

• 역전압 (V_R):35 V - 포토다이오드에 인가할 수 있는 최대 역바이어스 전압입니다.
• 소비 전력 (P_d):150 mW - 소자가 소산할 수 있는 최대 전력입니다.
• 동작 온도 (T_opr):-25°C ~ +85°C - 정상 작동을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 (T_stg):-40°C ~ +100°C - 비작동 상태 보관을 위한 온도 범위입니다.
• 리드 납땜 온도 (T_sol):최대 5초 동안 260°C.

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이 매개변수들은 일반적인 조건에서 포토다이오드의 핵심 성능을 정의합니다.

• 분광 대역폭 (λ_0.1):400 nm ~ 1100 nm. 이 소자는 보라색/파란색 영역부터 근적외선까지의 빛에 반응합니다.
• 최대 감도 파장 (λ_P):940 nm (일반값). 포토다이오드는 근적외선 스펙트럼에서 가장 민감합니다.
• 개방 회로 전압 (V_OC):470 nm에서 1 mW/cm²의 조도 하에서 0.38 V (일반값).
• 단락 전류 (I_SC):470 nm에서 1 mW/cm²의 조도 하에서 45 μA (일반값).
• 역방향 광전류 (I_L):이는 다이오드가 역바이어스될 때 생성되는 광전류입니다.
  • 470 nm, V_R=5V, E_e=1 mW/cm² 조건에서 46 μA (일반값).
  • 940 nm (최대 감도), V_R=5V, E_e=1 mW/cm² 조건에서 60 μA (일반값).
• 역방향 암전류 (I_D):완전한 암흑 상태에서 V_R=10V 조건에서 10 nA (최대값). 이는 누설 전류이며, 저조도 감도에 대한 핵심 매개변수입니다.
• 역방향 항복 전압 (V_BR):암흑 상태에서 역전류 100 μA로 측정 시 130 V (일반값), 최소 35 V.
• 시야각 (2θ_1/2):80° (일반값). 이는 포토다이오드가 축상 감도의 절반을 유지하는 각도 범위를 정의합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 설계 엔지니어에게 필수적인 여러 특성 곡선이 포함되어 있습니다.

3.1 소비 전력 대 주변 온도

그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 최대 소비 전력의 감액을 보여줍니다. 정격 150 mW는 25°C에서 유효하며, 100°C에서 선형적으로 0 mW로 감소합니다. 이 곡선은 응용 환경에서 소자가 과열되지 않도록 보장하는 데 중요합니다.

3.2 분광 감도

이 곡선은 작동 파장 범위(400-1100 nm)에서 포토다이오드의 상대 감응도를 보여주며, 940 nm 근처에서 최대 감도를 확인하고 투명 렌즈로 인해 가시 스펙트럼에서도 상당한 반응을 보입니다.

3.3 역방향 광전류 대 조도

이 그래프는 생성된 광전류(I_L)와 입사광 파워 밀도(E_e) 사이의 선형 관계를 보여줍니다. 선형성이 중요한 광 측정 응용 분야에 이 소자의 적합성을 확인시켜 줍니다.

3.4 암전류 대 주변 온도

암전류(I_D)는 온도에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 이 곡선은 고온에서 작동하는 응용 분야에 매우 중요하며, 검출기의 노이즈 플로어를 정의합니다.

3.5 상대 광전류 대 각도 변위

이 극좌표 플롯은 80° 시야각을 시각적으로 나타내며, 입사광의 각도가 중심축(0°)에서 멀어질수록 검출된 신호 강도가 어떻게 감소하는지 보여줍니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

포토다이오드는 표준 5mm 방사형 리드 패키지로 제공됩니다. 주요 치수에는 본체 직경 5.0mm, 일반적인 에폭시 돔 높이 및 리드 간격이 포함됩니다. 지정되지 않은 모든 공차는 ±0.25mm입니다. PCB 풋프린트 설계를 위한 상세 치수 도면이 데이터시트에 제공됩니다.

4.2 극성 식별

캐소드(K)는 일반적으로 더 긴 리드, 패키지 림의 평평한 부분 또는 패키지 도면에 따른 기타 표시로 식별됩니다. 올바른 역바이어스 작동을 위해 회로 조립 시 올바른 극성을 준수해야 합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

납땜 중 세심한 처리는 에폭시 불브와 내부 구조물의 손상을 방지하는 데 중요합니다.

• 일반 규칙:납땜 접합부에서 에폭시 불브까지 최소 3mm 거리를 유지하십시오. 타이 바의 베이스 너머로 납땜하는 것이 권장됩니다.
• 핸드 납땜:팁 온도가 350°C(최대 30W)를 초과하지 않는 인두를 사용하십시오. 리드당 납땜 시간을 3초로 제한하십시오.
• 웨이브/딥 납땜:최대 100°C로 최대 60초 동안 예열하십시오. 솔더 배스 온도는 260°C를 초과하지 않아야 하며, 체류 시간은 최대 5초입니다.
• 중요 지침:
  • 소자가 고온 상태일 때 리드에 기계적 스트레스를 가하지 마십시오.
  • 딥 또는 핸드 납땜을 두 번 이상 수행하지 마십시오.
  • 소자가 실온으로 냉각될 때까지 에폭시 불브를 충격이나 진동으로부터 보호하십시오.
  • 최고 납땜 온도에서 급속 냉각을 피하십시오.
  • 항상 신뢰할 수 있는 접합을 달성할 수 있는 가능한 가장 낮은 납땜 온도를 사용하십시오.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 사양

소자는 보호를 위해 정전기 방지 백에 포장됩니다. 표준 포장 흐름은 다음과 같습니다:

1. 정전기 방지 백당 500개.
2. 내부 카톤당 5백(2,500개).
3. 마스터 외부 카톤당 10개의 내부 카톤(25,000개).

6.2 라벨 사양

제품 라벨에는 추적성 및 식별을 위한 주요 정보, 즉 고객 부품 번호(CPN), 제품 번호(P/N), 포장 수량(QTY), 로트 번호 및 날짜 코드(월 식별자)가 포함됩니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 고속 광 검출:빠른 펄스 검출이 필요한 데이터 통신 링크(예: IR 리모컨, 광학 인코더, 근접 센서)에 적합합니다.
• 보안 시스템:침입 감지 빔, 연기 감지기 또는 자동 조명 제어를 위한 주변광 감지에 사용할 수 있습니다.
• 카메라 시스템:노출계, 자동 노출 제어 또는 IR 컷 필터 제어 센서로 적용 가능합니다.

7.2 설계 시 고려사항

• 바이어싱:가장 빠른 응답과 선형성을 위해 포토다이오드를 역바이어스(광전도) 모드로 동작시키십시오. 트랜스임피던스 증폭기(TIA)는 일반적으로 광전류를 전압으로 변환하는 데 사용됩니다.
• 대역폭 대 감도:접합 커패시턴스(빠른 응답으로 암시됨)와 부하 저항 값은 회로의 대역폭을 결정합니다. 대역폭(낮은 R)과 감도/출력 전압(높은 R) 사이에는 상충 관계가 존재합니다.
• 광학 설계:80° 시야각은 상대적으로 넓습니다. 방향성 감지를 위해서는 시야각을 제한하기 위해 조리개 또는 렌즈 튜브가 필요할 수 있습니다.
• 암전류 보상:정밀 저조도 응용 분야에서는 암전류 및 온도에 따른 변화를 신호 조절 회로에서 보상해야 할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 PN 포토다이오드와 비교하여, 이 PIN 포토다이오드는 다음과 같은 뚜렷한 장점을 제공합니다:

• 더 빠른 응답 시간:PIN 구조의 본질(I) 영역은 접합 커패시턴스를 줄여 더 높은 스위칭 속도와 대역폭을 가능하게 합니다.
• 향상된 선형성:넓은 본질 영역은 광범위한 범위에서 입사광 파워에 대한 광전류의 더 나은 선형성을 허용합니다.
• 더 낮은 암전류 (비교 가능한 전압에서):특정 설계에 따라 다르지만, 구조상 때때로 더 낮은 누설 전류를 허용할 수 있습니다.
• 광범위한 스펙트럼 감도:투명 렌즈는 착색 렌즈와 달리 가시광선을 걸러내지 않아 가시광선부터 근적외선까지 반응이 필요한 응용 분야에 다목적 선택이 됩니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 매개변수 기반)

Q1: 470nm 대 940nm에서 동작하는 것의 차이는 무엇인가요?

A: 포토다이오드는 최대 파장인 940nm에서 상당히 더 민감합니다(동일 조건에서 470nm의 46 μA 대비 일반값 60 μA). 최대 신호 출력을 위해 940nm 근처의 IR 소스가 이상적입니다. 470nm에서의 반응은 청색/녹색 가시광선 소스와 함께 사용할 수 있게 해줍니다.

Q2: 역바이어스 전압 없이 이 포토다이오드를 사용할 수 있나요?

A: 예, 광전압 모드(제로 바이어스)로 사용할 수 있으며, 개방 회로 전압(V_OC)을 생성합니다. 그러나 고속 또는 대부분의 선형 응용 분야에서는 접합 커패시턴스를 줄이고 응답 시간을 개선하기 위해 역바이어스(광전도 모드)를 권장합니다.

Q3: 3mm 납땜 거리 규칙은 얼마나 중요한가요?

A: 매우 중요합니다. 리드를 통해 전도된 과도한 열은 에폭시 실을 균열시키거나 반도체 칩을 손상시켜 즉시 고장이나 장기 신뢰성 저하를 초래할 수 있습니다.

Q4: 제 설계에 "시야각" 사양은 무엇을 의미하나요?

A: 포토다이오드가 80° 원뿔(어느 방향으로든 축에서 40° 이탈) 내에서 빛을 효과적으로 감지한다는 의미입니다. 이 각도보다 큰 각도로 입사하는 빛은 상당히 약한 신호를 생성합니다. 이는 센서를 광원과 정렬하거나 감지 영역을 정의하는 데 중요합니다.

10. 실제 사용 사례 예시

간단한 근접 센서 설계:

PD333-3C/H0/L811는 적외선 LED(예: 940nm 방출)와 페어링되어 근접 또는 물체 감지 센서를 만들 수 있습니다. IR LED는 펄스 전류로 구동됩니다. 포토다이오드는 LED 옆에 배치되지만 광학적으로 격리되어 물체에서 반사된 IR 빛을 감지합니다. 포토다이오드의 출력은 TIA에 연결된 후 비교기에 연결됩니다. 물체가 없을 때 감지된 신호는 낮습니다(주변 IR만). 물체가 가까워지면 반사된 펄스가 설정된 임계값을 초과하여 신호를 증가시키고 비교기를 트리거합니다. PIN 다이오드의 빠른 응답 시간은 빠른 감지를 가능하게 하며 주변광 간섭을 제거하기 위한 변조 신호를 지원할 수 있습니다.

11. 동작 원리 소개

PIN 포토다이오드는 P형, 본질(도핑되지 않음), N형(P-I-N)의 3층 구조를 가진 반도체 소자입니다. 역바이어스되면 본질 영역은 전하 캐리어가 완전히 고갈되어 넓은 전기장 영역을 생성합니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자가 소자에 입사하면 전자-정공 쌍을 생성합니다. 본질 영역의 강한 전기장은 이러한 캐리어를 각 단자로 빠르게 휩쓸어 입사광 강도에 비례하는 광전류를 생성합니다. 넓은 본질 영역이 핵심입니다: 접합 커패시턴스를 줄이고(고속 가능), 광자가 흡수될 수 있는 부피를 증가시킵니다(감도 향상, 특히 IR과 같은 더 긴 파장에서).

12. 산업 동향 및 배경

PD333-3C/H0/L811와 같은 실리콘 PIN 포토다이오드는 광전자 공학의 기본 구성 요소로 남아 있습니다. 현재 산업 동향은 다음과 같습니다:

• 소형화:5mm는 표준 스루홀 패키지이지만, 자동화 조립 및 공간 제약 설계를 위한 표면 실장 장치(SMD) 패키지(예: 0805, 0603)로의 강력한 추진이 있습니다.
• 통합:포토다이오드와 온칩 증폭, 필터링 및 디지털 논리의 통합이 증가하여 처리된 디지털 출력을 제공하는 "스마트 광학 센서"를 생성하고 있습니다.
• 향상된 성능:지속적인 개발은 암전류를 더욱 줄이고, 특정 파장에서 감도(감응도)를 개선하며, InGaAs와 같은 재료를 사용하여 스펙트럼 범위를 더 깊은 적외선으로 확장하는 데 초점을 맞추고 있습니다.
• 응용 분야별 최적화:포토다이오드는 소비자 전자 제품(스마트폰 센서, 웨어러블), 자동차(LiDAR, 실내 감지) 및 산업 자동화(기계 비전, 분광학)의 신흥 응용 분야에 맞춰지고 있습니다.

이러한 동향에도 불구하고, 고전적인 스루홀 PIN 포토다이오드는 프로토타이핑, 교육용 키트, 산업 제어 및 견고성과 손쉬운 핸드 납땜이 가치 있는 응용 분야에서 계속 널리 사용되고 있습니다.

13. 면책 조항 및 사용 주의사항

이 제품 데이터에는 중요한 법적 및 기술적 면책 조항이 동반됩니다:

1. 제조사는 제품 재료를 조정할 권리를 보유합니다.
2. 제품은 출하일로부터 12개월 동안 게시된 사양을 충족합니다.
3. 그래프 및 일반값은 참고용이며, 보장된 최소 또는 최대 한계가 아닙니다.
4. 제조사는 절대 최대 정격을 벗어난 작동 또는 오용으로 인한 손상에 대해 책임을 지지 않습니다.
5. 데이터시트 내용은 저작권이 있으며, 복제하려면 사전 동의가 필요합니다.
6. 중요 안전 공지:이 제품은군사, 항공기, 자동차, 의료, 생명 유지, 생명 구조 또는 고장이 인체 손상이나 사망으로 이어질 수 있는 기타 안전 관련 응용 분야에서사용할 목적으로 제작되지 않았습니다. 이러한 응용 분야에서는 명시적인 승인을 받아야 합니다.