LTR-C155DD-G 포토다이오드 데이터시트 - 940nm 피크 파장 - 5V 역방향 전압 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTR-C155DD-G는 근적외선 스펙트럼에서의 감지 애플리케이션을 위해 설계된 개별 적외선 포토다이오드 부품입니다. 이는 신뢰할 수 있는 적외선 신호 감지가 필요한 시스템에서 사용하기 위한 광전자 장치 제품군의 일부입니다. 주요 기능은 입사하는 적외선을 전류로 변환하여 수신기 또는 센서 요소로 사용할 수 있도록 하는 것입니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 부품은 설계자에게 몇 가지 주요 장점을 제공합니다. 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 특징으로 하며, 이는 거실이나 사무실과 같은 환경에서 유효한 적외선 명령과 주변광 잡음을 구분하는 데 중요합니다. 이 장치는 자동 배치 장비 및 적외선 리플로우 솔더링 공정과 호환되어 대량 자동화 생산 라인에 적합합니다. 주요 목표 시장에는 리모컨 시스템을 위한 소비자 가전, 동작 또는 빔 감지를 위한 보안 및 경보 시스템, 단거리 적외선 데이터 전송을 포함한 다양한 애플리케이션이 포함됩니다.

1.2 특징

• RoHS 및 그린 제품 지침을 준수합니다.
• 일관된 각도 응답을 위한 투명 평면 렌즈가 있는 탑 뷰 패키지를 특징으로 합니다.
• 자동화 조립을 위해 7인치 직경 릴에 8mm 테이프로 공급됩니다.
• 자동 배치(픽 앤 플레이스) 장비와 호환됩니다.
• 표준 적외선 리플로우 솔더링 공정을 견딥니다.
• EIA 표준 폼 팩터로 패키징됩니다.

1.3 애플리케이션

• 리모컨(티비, 에어컨, 셋톱박스)용 적외선 수신 모듈.
• 근접 감지 또는 물체 감지를 위한 PCB 장착 적외선 센서.
• 적외선 빔을 사용하는 보안 경보 시스템.
• 간단한 적외선 무선 데이터 전송 링크.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 해석

전기적 및 광학적 특성은 포토다이오드의 동작 한계와 성능을 정의합니다. 이러한 파라미터를 이해하는 것은 올바른 회로 설계와 의도된 애플리케이션 내에서 신뢰할 수 있는 동작을 보장하는 데 필수적입니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 지정합니다. 이는 연속 동작을 위한 것이 아닙니다.

• 전력 소산 (Pd):최대 150 mW. 이는 주로 역바이어스 전류 및 고조도 하의 광전류로 인해 장치가 열로 소산할 수 있는 총 전력입니다.
• 역방향 전압 (VR):최대 30 V. 역방향으로 이보다 높은 전압을 가하면 항복이 발생하여 포토다이오드 접합을 손상시킬 수 있습니다.
• 동작 온도 범위 (TA):-40°C ~ +85°C. 장치는 이 주변 온도 범위 내에서 기능이 보장됩니다.
• 보관 온도 범위 (Tstg):-55°C ~ +100°C. 장치는 이 한계 내에서 동작 없이 보관될 수 있습니다.
• 적외선 솔더링 조건:10초 동안 260°C 피크 온도를 견딥니다. 이는 일반적인 무연(Pb-free) 리플로우 프로파일과 일치합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성 (TA=25°C)

이는 지정된 테스트 조건에서의 일반적이고 보장된 성능 파라미터입니다.

• 순방향 전압 (Vf):If=1mA에서 0.4V ~ 1.0V. 이 파라미터는 포토다이오드가 실수로 순방향 바이어스되었을 때 관련이 있습니다. 이는 정상 동작 모드가 아닙니다.
• 역방향 항복 전압 V(BR):IR=100µA에서 최소 30V. 이는 장치가 최대 정격 역방향 전압을 안전하게 처리할 수 있음을 확인합니다.
• 역방향 암전류 (ID):VR=5V, Ee=0mW/cm²에서 최대 100 nA. 이는 빛이 없을 때의 누설 전류입니다. 낮은 암전류는 약한 신호에 대한 감도를 향상시킵니다.
• 개방 회로 전압 (VOC):λ=940nm, Ee=0.5mW/cm²에서 최대 0.4V. 이는 조명 하에서 광전압 모드(외부 바이어스 없음)에서 포토다이오드에 의해 생성되는 전압입니다.
• 상승 시간 (Tr) 및 하강 시간 (Tf):VR=10V, RL=1kΩ에서 각각 일반적으로 0.30µs 및 0.28µs. 이 파라미터는 스위칭 속도를 정의하여 장치가 변조된 적외선 신호(예: 38-40 kHz에서 동작하는 리모컨)의 복호화에 적합하도록 합니다.
• 역방향 광전류 (Ip):VR=5V, λ=940nm, Ee=1mW/cm²에서 일반적으로 16 µA (최소 10 µA). 이는 다이오드가 역방향 바이어스되었을 때 생성되는 광전류로, 선형 응답 및 속도를 위한 표준 동작 모드입니다.
• 단락 전류 (Is):Ip와 동일한 조건에서 일반적으로 16 µA. 광전압 모드에서 이는 장치가 전달할 수 있는 최대 전류입니다.
• 총 정전 용량 (CT):VR=3V, f=1MHz에서 일반적으로 14 pF. 이 접합 용량은 고주파 응답에 영향을 미칩니다. 낮은 용량은 더 높은 대역폭을 허용합니다.
• 피크 감지 파장 (λp):일반적으로 910 nm. 포토다이오드는 이 파장의 적외선에 가장 민감하여 940nm 적외선 발광 다이오드(IRED)와의 페어링에 이상적입니다.

3. 성능 곡선 분석

제공된 그래프는 다양한 조건에서 장치의 동작에 대한 시각적 통찰력을 제공합니다.

3.1 광전류 대 조도

이 곡선은 입사광 파워(조도 Ee)와 생성된 광전류(Ip) 사이의 관계를 보여줍니다. 선형 영역(역방향 바이어스)에서 동작하는 포토다이오드의 경우 이 관계는 일반적으로 선형입니다. 그래프는 940nm 빛의 1 mW/cm²에서 광전류가 표에 명시된 대로 약 16 µA임을 확인시켜 줍니다. 이 선형성은 아날로그 감지 애플리케이션에 중요합니다.

3.2 스펙트럼 감도

이 그래프는 파장에 대한 상대적 복사 감도를 표시합니다. 약 910nm에서 피크를 보이고 약 800nm에서 1050nm 범위에서 상당한 응답을 보입니다. 가시광선(700nm 미만)에 대한 감도는 급격히 떨어지며, 이는 백열등이나 햇빛과 같은 소스로부터의 주변광 잡음을 제거하는 데 유리합니다. 설명에 언급된 필터를 포함시키면 이 차단을 더욱 선명하게 할 수 있습니다.

3.3 총 전력 소산 대 주변 온도

이 디레이팅 곡선은 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 전력 소산이 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 25°C에서는 전체 150 mW가 허용됩니다. 온도가 최대 동작 한계인 85°C로 상승함에 따라 허용 가능한 전력 소산은 선형적으로 감소합니다. 이는 과열을 방지하기 위한 애플리케이션 설계의 열 관리에 중요합니다.

3.4 각도 감도 다이어그램

극좌표 다이어그램은 입사광의 다른 각도에서의 상대적 감도를 나타냅니다. 이와 같이 평면 렌즈를 가진 포토다이오드는 일반적으로 비교적 넓은 시야각(감도가 50%로 떨어지는 지점에서 종종 약 ±60도)을 가집니다. 이 넓은 각도는 정밀한 정렬 없이 넓은 영역에서 신호를 포착해야 하는 수신기에 유리합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 외형 치수

장치는 표준 산업 패키지 외형을 따릅니다. 주요 치수에는 본체 크기, 리드 간격 및 전체 높이가 포함됩니다. 패키지는 표면 실장 기술(SMT)을 위해 설계되었습니다. 모든 치수는 별도로 명시되지 않는 한 ±0.1mm의 표준 공차를 가진 밀리미터 단위입니다.

4.2 극성 식별 및 패드 설계

캐소드는 일반적으로 패키지에 표시됩니다. 데이터시트는 PCB 레이아웃을 위한 권장 솔더링 패드 치수를 제공합니다. 권장 패드 설계는 리플로우 공정 중 및 이후에 신뢰할 수 있는 솔더 접합과 적절한 기계적 안정성을 보장합니다. 솔더 페이스트 적용을 위해 0.1mm에서 0.12mm 두께의 금속 스텐실 사용을 권장합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 리플로우 솔더링 프로파일

이 부품은 무연(Pb-free) 리플로우 솔더링 공정에 적합합니다. JEDEC 표준을 준수하는 권장 온도 프로파일이 제공됩니다. 주요 파라미터에는 예열 구역(150-200°C), 260°C를 초과하지 않는 피크 온도, 구성 요소를 과도한 열 응력에 노출시키지 않고 적절한 솔더 접합 형성을 보장하는 액상선 온도 이상 시간(TAL)이 포함됩니다. 장치는 피크 온도에서 최대 10초 동안, 최대 두 번까지 이 프로파일을 견딜 수 있습니다.

5.2 핸드 솔더링

핸드 솔더링이 필요한 경우, 솔더링 아이언 팁 온도가 300°C를 초과하지 않아야 하며, 접촉 시간은 접합당 최대 3초로 제한해야 합니다. 이는 반도체 다이 또는 플라스틱 패키지에 대한 열 손상 위험을 최소화합니다.

5.3 보관 조건

리플로우 중 "팝콘 현상"을 일으킬 수 있는 수분 흡수를 방지하기 위해 특정 보관 조건이 요구됩니다. 원래 밀봉된 방습 백(건조제 포함)에 보관된 장치는 ≤30°C 및 ≤90% RH에서 보관하고 1년 이내에 사용해야 합니다. 백이 개봉되면 구성 요소는 ≤30°C 및 ≤60% RH에서 보관하고 이상적으로는 일주일 이내에 처리해야 합니다. 원래 포장 외부에서 장기 보관하는 경우 솔더링 전 약 60°C에서 최소 20시간 동안 베이킹이 필요합니다.

5.4 세척

솔더링 후 세척이 필요한 경우, 이소프로필 알코올과 같은 알코올 기반 용제만 사용해야 합니다. 패키지 재료나 렌즈를 손상시킬 수 있는 강력하거나 공격적인 화학 세척제는 피해야 합니다.

6. 패키징 및 주문 정보

6.1 테이프 및 릴 사양

부품은 보호 커버 테이프가 있는 엠보싱 캐리어 테이프에 공급됩니다. 테이프 너비는 8mm이며 표준 7인치(178mm) 직경 릴에 감겨 있습니다. 각 릴에는 3000개가 들어 있습니다. 패키징은 ANSI/EIA 481-1-A-1994 사양을 준수하여 자동화 피더와의 호환성을 보장합니다.

7. 애플리케이션 제안 및 설계 고려사항

7.1 일반적인 회로 구성

LTR-C155DD-G와 같은 포토다이오드의 가장 일반적인 동작 모드는 광전도 모드입니다. 여기서 다이오드는 전압(예: 테스트 조건에서와 같이 5V)으로 역방향 바이어스됩니다. 생성된 광전류는 빛의 강도에 비례합니다. 이 전류는 부하 저항(RL)을 사용하여 전압으로 변환될 수 있습니다. RL의 값은 포토다이오드의 접합 용량(CT)과 형성된 RC 시정수로 인해 출력 전압 스윙과 회로의 대역폭(속도) 모두에 영향을 미칩니다. 38 kHz IR 리모컨 복호화와 같은 고속 애플리케이션의 경우 더 작은 RL(예: 1kΩ ~ 10kΩ)이 사용됩니다. 저조도 조건에서 더 높은 감도를 위해서는 더 큰 RL 또는 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 회로를 권장합니다.

7.2 광학 설계 고려사항

성능을 최적화하려면 적외선 소스(IRED)가 포토다이오드의 피크 감도(약 940nm)와 일치하는 방출 파장을 가져야 합니다. 포토다이오드 앞에 광학 필터를 배치하여 가시광선을 차단함으로써 강한 주변광 환경에서 신호 대 잡음비를 크게 향상시킬 수 있습니다. 포토다이오드의 넓은 시야각은 광학 정렬을 단순화하지만 잡광에 더 취약할 수도 있습니다. 기계적 차폐는 시야각을 정의하는 데 도움이 될 수 있습니다.

7.3 레이아웃 고려사항

권장 솔더 패드 레이아웃을 따라 좋은 솔더링성과 기계적 강도를 보장하십시오. 민감한 아날로그 회로에서는 포토다이오드 애노드와 캐소드에서의 트레이스를 가능한 한 짧게 유지하여 노이즈 피크업과 기생 용량을 최소화하십시오. 전기적으로 노이즈가 많은 환경에서는 적절한 접지와 차폐가 필요할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

포토트랜지스터와 비교하여 LTR-C155DD-G와 같은 포토다이오드는 더 빠른 응답 시간(마이크로초 대 서브 마이크로초)을 제공하여 고속 데이터 전송 또는 변조 신호 수신에 우수합니다. 또한 빛의 강도에 대해 더 선형적인 출력을 제공합니다. 다른 포토다이오드와 비교하여 주요 특징에는 자동화 조립을 위한 표준화된 패키지, 무연 리플로우 호환성, 소비자 IR 프로토콜에 적합한 지정된 고속 성능이 포함됩니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 역방향 광전류(Ip)와 단락 전류(Is)의 차이점은 무엇입니까?

역방향 광전류(Ip)는 포토다이오드가 역방향 바이어스 전압(예: 5V) 하에서 측정됩니다. 이는 선형 응답 및 속도를 위한 표준 동작 조건입니다. 단락 전류(Is)는 다이오드 양단에 0볼트(광전압 모드)일 때 측정됩니다. 일반적인 값은 유사하지만, 광전압 모드는 응답이 느리고 전압 의존적 전류 출력을 가집니다.

9.2 부하 저항(RL) 값을 어떻게 선택합니까?

선택은 대역폭과 신호 진폭 사이의 절충을 포함합니다. 38kHz IR 신호의 경우 주기는 약 26µs입니다. 포토다이오드의 상승/하강 시간(0.3µs)은 이보다 훨씬 빠르므로 제한 요소가 아닙니다. RC 시정수(RL * CT)는 감지해야 하는 펄스 폭보다 상당히 작아야 합니다. 1kΩ 저항과 14pF 용량의 경우 시정수는 14ns로 고속에 탁월합니다. 더 큰 RL은 동일한 조도 수준에서 더 큰 출력 전압을 제공하지만 대역폭을 줄이고 노이즈를 증가시킬 수 있습니다.

9.3 부품이 백 외부에 보관된 경우 베이킹이 필요한 이유는 무엇입니까?

플라스틱 SMT 패키지는 공기 중의 수분을 흡수할 수 있습니다. 고온 리플로우 솔더링 공정 중에 갇힌 이 수분이 빠르게 증발하여 패키지 박리 또는 다이 균열을 일으킬 수 있는 내부 압력을 생성합니다. 이를 "팝콘 현상"이라고 합니다. 베이킹은 이 흡수된 수분을 제거하여 이러한 고장 모드를 방지합니다.

10. 동작 원리 소개

포토다이오드는 반도체 PN 접합입니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자가 접합의 공핍 영역에 충격을 가하면, 그들은 가전자대에서 전도대로 전자를 여기시켜 전자-정공 쌍을 생성할 수 있습니다. 내부 전기장(접합에 내재되거나 외부 역방향 바이어스 전압에 의해 강화됨)의 영향 하에서, 이러한 전하 캐리어가 분리되어 외부 회로에서 측정 가능한 전류를 생성합니다. 이 광전류는 장치가 선형 영역 내에서 동작하는 경우 입사광의 강도에 정비례합니다. 감도의 피크 파장은 사용된 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다.

11. 개발 동향

포토다이오드와 같은 개별 적외선 센서의 동향은 더 낮은 암전류, 더 높은 속도, 향상된 주변광 간섭 저항과 같은 성능 파라미터를 유지하거나 개선하면서 패키지의 추가 소형화를 향하고 있습니다. 통합은 또 다른 주요 동향으로, 포토다이오드와 전용 증폭기, 필터, 디지털 논리를 단일 패키지에 결합하여 최종 제품 설계를 단순화하는 완전한 "IR 수신 모듈"을 만드는 장치가 있습니다. 또한 자동차 또는 산업 애플리케이션을 위한 것과 같이 점점 더 엄격해지는 환경 및 제조 표준에 대한 더 높은 신뢰성과 호환성을 위한 지속적인 노력이 있습니다.