PD438C 4.8mm 세미렌즈 실리콘 PIN 포토다이오드 데이터시트 - 직경 4.8mm - 역전압 32V - 소비전력 150mW - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD438C는 원통형 사이드뷰 플라스틱 패키지에 담긴 고속, 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 이 부품의 주요 기능은 입사광, 특히 적외선 스펙트럼의 빛을 전류로 변환하는 것입니다. 이 부품의 핵심 특징은 에폭시 패키지 자체가 통합 적외선(IR) 필터 역할을 하며, 이는 일반적인 IR 방출기에 스펙트럼적으로 맞춰져 있다는 점입니다. 이 설계는 외부 필터링 필요성을 줄여 시스템 통합을 단순화합니다. 이 장치는 빠른 응답 시간, 높은 광감도 및 작은 접합 커패시턴스를 특징으로 하여 빠르고 정확한 빛 감지가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 장치는 다음 절대 한계 내에서 안정적으로 동작하도록 설계되었으며, 이를 초과하면 영구적인 손상이 발생할 수 있습니다. 최대 역전압(V_R)은 32V입니다. 소비전력(P_d)은 150 mW를 초과해서는 안 됩니다. 동작 온도 범위(T_opr)는 -40°C에서 +85°C이며, 저장 온도(T_stg)는 -40°C에서 +100°C까지입니다. 조립 시, 패키지 및 반도체 다이에 대한 열 손상을 방지하기 위해 납땜 온도(T_sol)는 260°C로 유지하고 지속 시간은 5초를 초과하지 않아야 합니다.

2.2 전기-광학 특성

표준 테스트 조건(Ta=25°C)에서 PD438C는 다음과 같은 주요 성능 파라미터를 나타냅니다. 스펙트럼 응답 대역폭(λ_0.5)은 400 nm에서 1100 nm 범위이며, 최대 감도 파장(λ_p)은 일반적으로 940 nm에서 나타나 일반적인 적외선 광원과 완벽하게 일치합니다. 940 nm에서 조사도 5 mW/cm²로 조명될 때, 일반적인 개방 회로 전압(V_OC)은 0.35V입니다. 단락 전류(I_SC)는 940 nm에서 1 mW/cm² 조건에서 일반적으로 18 µA입니다. 5V 역바이어스 및 동일한 조사도 조건에서, 역광전류(I_L)는 일반적으로 18 µA(최소 10.2 µA)입니다. 암전류(I_d), 즉 빛이 없을 때의 누설 전류는 역전압 10V에서 일반적으로 5 nA(최대 30 nA)입니다. 단자 전체 커패시턴스(C_t)는 역바이어스 3V 및 1 MHz에서 일반적으로 25 pF입니다. 상승 및 하강 시간(t_r/t_f)은 10V 역바이어스 및 1 kΩ 부하 저항으로 동작할 때 일반적으로 모두 50 ns입니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 설계 엔지니어에게 중요한 여러 특성 곡선을 제공합니다. 스펙트럼 감도 곡선은 포토다이오드의 동작 파장 범위 전체에 걸친 상대 응답도를 보여주며, 940 nm에서의 피크를 확인시켜 줍니다. 소비전력 대 주변 온도 그래프는 동작 온도가 증가함에 따라 허용 최대 전력이 감소하는 것을 보여주며, 이는 열 관리에 필수적입니다. 암전류 대 주변 온도 곡선은 누설 전류가 온도와 함께 어떻게 증가하는지 보여주며, 저조도 또는 고온 응용 분야에서 중요한 요소입니다. 역광전류 대 조사도(Ee) 그래프는 입사 광파워와 생성된 광전류 사이의 선형 관계를 보여주어 장치의 예측 가능한 응답을 확인시켜 줍니다. 단자 커패시턴스 대 역전압 곡선은 접합 커패시턴스가 역바이어스 증가에 따라 어떻게 감소하는지를 나타내며, 이는 장치의 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 마지막으로, 응답 시간 대 부하 저항 그래프는 상승/하강 시간이 외부 부하에 의해 어떻게 영향을 받는지 보여주어, 속도가 중요한 회로에 적절한 부하 저항 선택을 안내합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

PD438C는 공칭 직경 4.8mm의 원통형 사이드뷰 형식으로 패키징되어 있습니다. 상세한 기계 도면은 리드 간격, 패키지 높이 및 렌즈 형상을 포함한 모든 중요한 치수를 명시합니다. 도면은 별도로 명시되지 않는 한 치수 공차가 일반적으로 ±0.25mm임을 기재하고 있습니다. 사이드뷰 구성은 슬롯 센서나 에지 감지 시스템과 같이 광 경로가 장착 표면과 평행한 응용 분야에 특히 유용합니다.

4.2 극성 식별

이 장치는 2단자 부품입니다. 캐소드는 일반적으로 더 긴 리드, 노치 또는 패키지 본체의 평평한 부분으로 식별됩니다. 광전도 모드에서 최적의 성능을 위해 역바이어스를 인가할 때 올바른 극성 연결이 필수적입니다.

5. 납땜 및 조립 지침

이 부품은 최고 온도 260°C에서 납땜할 수 있도록 정격이 지정되어 있습니다. 에폭시 패키지 및 내부 와이어 본드에 과도한 열 응력을 방지하기 위해 액상선 온도(무연 솔더의 경우 일반적으로 약 217°C) 이상의 시간을 최대 5초로 제한하는 것이 중요합니다. 무연 조립체용 표준 리플로우 또는 웨이브 납땜 프로파일이 일반적으로 적용 가능합니다. 취급 및 배치 시 리드에 기계적 응력이 가해지지 않도록 주의해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

표준 포장 사양은 백당 500개입니다. 6개의 백이 하나의 내부 카톤으로 합쳐지며, 10개의 내부 카톤이 하나의 마스터 운송 카톤을 구성하여 마스터 카톤당 총 30,000개가 됩니다. 제품 라벨에는 고객 부품 번호(CPN), 제조업체 부품 번호(P/N), 포장 수량(QTY) 및 로트 추적 정보(LOT No.) 필드가 포함됩니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

PD438C는 다양한 광전자 응용 분야에 매우 적합합니다. 고속 특성으로 인해 데이터 통신 링크나 펄스 감지에서 고속 광 검출에 이상적입니다. 카메라와 캠코더(VCR, 비디오 카메라)의 자동 초점 시스템, 노출 측정 또는 테이프 끝 감지를 위한 소비자 가전에서 일반적으로 사용됩니다. 위치 감지, 물체 감지 및 로터리 인코더 시스템을 위한 광전자 스위치 및 차단기에서 신뢰할 수 있는 센서 역할을 합니다. 통합 IR 필터는 940 nm IR LED와 함께 사용되는 시스템에서 원치 않는 가시광을 걸러내어 특히 효과적입니다.

7.2 설계 고려사항

PD438C를 사용하여 회로를 설계할 때 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 속도 최적화를 위해, 접합 커패시턴스를 최소화하기 위해 충분한 역바이어스(예: 5V-10V)로 포토다이오드를 동작시키고 응답 시간 대 부하 저항 곡선에 표시된 대로 낮은 값의 부하 저항을 사용하십시오. 그러나 이는 출력 전압 스윙과 상충 관계가 있습니다. 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 구성은 대역폭을 유지하면서 작은 광전류를 사용 가능한 전압으로 변환하는 데 종종 선호됩니다. 노이즈에 민감한 응용 분야의 경우, 암전류 사양과 그 온도 의존성이 중요합니다. 장치를 냉각하거나 동기 검출 기술을 사용해야 할 수 있습니다. 광전류의 조사도에 대한 선형성은 광파워 측정 설계를 단순화합니다. 사이드뷰 패키지 방향에 대해 광학 개구부 및 정렬이 올바른지 확인하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

렌즈나 필터가 없는 표준 포토다이오드와 비교하여, PD438C는 통합 세미렌즈 및 IR 필터링 에폭시로 인해 뚜렷한 이점을 제공합니다. 이는 별도의 광학 필터 필요성을 없애 부품 수, 조립 복잡성 및 비용을 줄입니다. 사이드뷰 패키지는 공간이 제한된 설계에서 탑뷰 센서를 사용할 수 없는 경우의 통합 문제를 해결하는 특정 폼 팩터입니다. 상대적으로 높은 속도(50 ns)와 우수한 감도(1 mW/cm²에서 18 µA)의 조합은 많은 중간 수준 응용 분야에 균형 잡힌 성능 프로필을 제공하여, 매우 고속, 저감도 장치와 느리지만 고감도 포토다이오드 사이에 위치시킵니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: "세미렌즈"의 목적은 무엇입니까?

A: 세미렌즈는 입사광을 실리콘 칩의 활성 영역에 집중시키는 데 도움을 주어, 평평한 창에 비해 유효 수집 면적을 증가시키고 따라서 장치의 응답도(감도)를 높입니다.

Q: 최대 감도가 940 nm인 이유는 무엇입니까?

A: 실리콘의 고유 흡수 특성은 근적외선 영역에서 최고점에 도달합니다. 940 nm는 인간의 눈에 보이지 않고 쉽게 구할 수 있기 때문에 적외선 방출기(LED)에 매우 일반적인 파장입니다. 에폭시는 이에 맞춰 조정되었습니다.

Q: 이 포토다이오드를 광전압(제로 바이어스) 모드와 광전도(역바이어스) 모드 중 어느 모드로 사용해야 합니까?

A: 최고 속도와 선형성을 위해서는 광전도 모드(역바이어스 인가, 예: 5V)를 권장합니다. 이는 접합 커패시턴스를 줄이고 공핍 영역을 넓힙니다. 광전압 모드(제로 바이어스)는 더 낮은 노이즈(암전류 없음)를 제공하지만 더 느립니다.

Q: 온도가 성능에 어떤 영향을 미칩니까?

A: 곡선에서 보여주듯이, 암전류는 온도가 증가함에 따라 크게 증가하며, 이는 노이즈의 원인이 될 수 있습니다. 광전류 자체도 약간의 온도 계수를 가집니다. 안정적인 동작을 위해 정밀 응용 분야에서는 온도 보상 또는 제어된 환경이 필요할 수 있습니다.

10. 실용적인 설계 및 사용 예시

예시 1: 적외선 근접 센서:IR LED가 940 nm에서 펄스를 발생시킵니다. 반사된 빛은 PD438C에 의해 감지됩니다. 사이드뷰 패키지를 통해 방출기와 검출기를 모두 같은 PCB에 같은 방향으로 배치할 수 있습니다. PD438C의 통합 IR 필터는 주변 가시광을 차단하여 반사된 IR 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킵니다. 마이크로컨트롤러는 TIA를 통해 포토다이오드의 전류를 측정하여 물체 존재 여부나 거리를 판단합니다.

예시 2: 슬롯 광학 스위치:PD438C는 U자형 브래킷의 한쪽에 장착되고, 반대쪽에 있는 IR LED를 향합니다. 슬롯을 통과하는 물체가 빔을 차단합니다. 빠른 응답 시간(50 ns)으로 매우 고속 이벤트나 빠른 동작 인코딩을 감지할 수 있습니다.

11. 동작 원리 소개

PIN 포토다이오드는 P형 영역과 N형 영역 사이에 넓고 약하게 도핑된 진성(I) 영역이 끼워진 반도체 장치입니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자(실리콘의 경우 약 1100 nm보다 짧은 파장)가 장치에 충돌하면, 진성 영역에서 전자-정공 쌍을 생성합니다. 내장 전기장(광전압 모드) 또는 인가된 역바이어스(광전도 모드)의 영향으로, 이들 전하 캐리어가 분리되어 측정 가능한 광전류를 생성하며, 이는 입사광 강도에 비례합니다. 넓은 진성 영역은 더 큰 공핍 부피를 허용하여 양자 효율(감도)을 향상시키고 접합 커패시턴스를 줄여 표준 PN 포토다이오드에 비해 더 높은 속도 동작을 가능하게 합니다.

12. 산업 동향 및 발전

PD438C와 같은 포토다이오드 시장은 자동화, 소비자 가전 및 통신 분야의 동향에 의해 계속해서 주도되고 있습니다. 광학 링크에서 더 빠른 데이터 전송을 지원하기 위한 더 높은 속도에 대한 지속적인 추구가 있습니다. 향상된 감도(낮은 노이즈, 높은 응답도)는 더 낮은 전력 방출기로 동작하거나 더 먼 거리에서 동작할 수 있게 합니다. 소형화는 또 다른 주요 동향으로, 더 작은 표면 실장 패키지의 포토다이오드로 이어지고 있습니다. 더 나아가, 통합이 진전되어 더 많은 장치가 포토다이오드, 증폭기, 때로는 디지털 논리까지 단일 패키지(예: 포토다이오드 어레이, 통합 광학 센서)에 통합하고 있습니다. 통합 광학 필터를 갖춘 PD438C는 이러한 통합 동향의 한 단계를 나타내며, 시스템 설계자를 위한 부품 목록을 단순화합니다.