PD438B 4.8mm 직경 반 렌즈 실리콘 PIN 포토다이오드 데이터시트 - 블랙 렌즈 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD438B는 적외선에 대한 고속 응답과 높은 감도가 필요한 응용 분야를 위해 설계된 고성능 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 직경 4.8mm의 소형 원통형 사이드뷰 플라스틱 패키지에 담겨 있습니다. 이 장치의 핵심 특징은 통합 적외선(IR) 필터 역할을 하도록 제조된 에폭시 패키지입니다. 이 내장 필터는 일반적인 IR 발광 다이오드와 분광적으로 매칭되어, 목표 IR 파장을 선택적으로 통과시키고 원치 않는 가시광선을 감쇠시켜 신호 대 잡음비를 향상시킵니다.

PD438B의 핵심 장점은 고속 응답 시간, 높은 광감도, 낮은 접합 커패시턴스를 포함하며, 이는 고속 검출 회로에 적합하게 만듭니다. 이 장치는 무연(Pb-free) 재료로 제작되었으며 RoHS 및 EU REACH와 같은 관련 환경 규정을 준수하여 현대 전자 제조에 적합함을 보장합니다.

이 포토다이오드의 주요 목표 시장 및 응용 분야는 소비자 가전 및 산업용 센싱입니다. 카메라, VCR, 비디오 카메라와 같은 시스템에서 고속 광 검출기로 사용하기에 이상적입니다. 또한 그 특성은 IR 신호의 정밀한 검출이 중요한 다양한 광전자 스위치 및 센싱 모듈에서 신뢰할 수 있는 부품으로 사용되기에 적합합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 장치는 지정된 환경 및 전기적 한계 내에서 안정적으로 동작하도록 설계되었습니다. 이 절대 최대 정격을 초과하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 역방향 전압 (VR):32 V. 이는 포토다이오드 단자에 역방향 바이어스로 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 소비 전력 (Pd):150 mW. 이 정격은 주로 바이어스 하의 역방향 누설 전류로 인해 장치가 처리할 수 있는 총 전력을 고려합니다.
• 동작 온도 (Topr):-40°C ~ +85°C. 정상 동작 중 포토다이오드의 보장된 성능 범위입니다.
• 보관 온도 (Tstg):-40°C ~ +100°C. 전원이 공급되지 않을 때 장치의 안전한 온도 범위입니다.
• 납땜 온도 (Tsol):최대 5초 동안 260°C. 이는 패키지 손상을 방지하기 위한 리플로우 납땜 프로파일 제약 조건을 정의합니다.

2.2 전기-광학 특성

표준 온도 25°C에서 측정된 이 파라미터들은 PD438B의 핵심 광 검출 성능을 정의합니다.

• 분광 대역폭 (λ0.5):400 nm ~ 1100 nm. 이는 포토다이오드의 응답성이 피크 값의 최소 절반 이상인 파장 범위를 정의합니다. 가시 청색광부터 근적외선까지의 감도를 확인시켜 줍니다.
• 최대 감도 파장 (λp):940 nm (전형적). 포토다이오드는 이 파장의 적외선에 가장 민감하며, 이는 많은 IR LED 및 리모컨 시스템의 표준입니다.
• 개방 회로 전압 (VOC):940nm에서 조도(Ee) 5 mW/cm² 조건에서 0.35 V (전형적). 이는 지정된 광 조건에서 광전지 모드(외부 바이어스 없음)에서 포토다이오드에 의해 생성되는 전압입니다.
• 단락 전류 (ISC):940nm에서 1 mW/cm² 조건에서 18 µA (전형적). 이는 다이오드 단자가 단락되었을 때 생성되는 광전류로, 주어진 광량에 대한 최대 전류 출력을 나타냅니다.
• 역방향 광전류 (IL):940nm에서 VR=5V, 1 mW/cm² 조건에서 18 µA (전형적). 이는 다이오드가 역방향 바이어스되었을 때 측정되는 광전류로, 고속 및 선형 응답을 위한 표준 동작 모드입니다.
• 암전류 (Id):완전한 암흑에서 VR=10V 조건에서 5 nA (전형적), 30 nA (최대). 이는 빛이 전혀 없을 때도 흐르는 작은 누설 전류입니다. 낮은 암전류는 약한 광 신호를 검출하는 데 중요합니다.
• 역방향 항복 전압 (BVR):170 V (전형적), 32 V (최소). 역방향 전류가 급격히 증가하는 전압입니다. 동작 역방향 전압은 항상 이 값보다 훨씬 낮게 유지되어야 합니다.
• 총 커패시턴스 (Ct):VR=3V 및 1 MHz에서 25 pF (전형적). 이 접합 커패시턴스는 장치의 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 낮은 커패시턴스는 더 빠른 응답 시간을 가능하게 합니다.
• 상승/하강 시간 (tr/tf):VR=10V 및 부하 저항(RL) 1 kΩ에서 50 ns / 50 ns (전형적). 이 파라미터들은 광 펄스에 대한 포토다이오드 출력 전류의 변화 속도를 지정하여 고속 능력을 정의합니다.

주요 파라미터에 대한 허용 오차가 지정됩니다: 광도(±10%), 주 파장(±1nm), 순방향 전압(±0.1V)으로 생산 배치의 일관성을 보장합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 파라미터들이 동작 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이는 회로 설계자에게 필수적입니다.

3.1 분광 감도

분광 응답 곡선은 포토다이오드의 서로 다른 파장에 대한 상대적 감도를 보여줍니다. 통합 IR 필터링 에폭시로 인해 940 nm 근처에서 급격히 피크를 이루며, 가시 스펙트럼(400-700 nm)에서의 감도는 현저히 감소합니다. 이 곡선은 검출기가 발광체의 파장과 매칭되도록 보장하는 데 중요합니다.

3.2 암전류 대 주변 온도

이 곡선은 일반적으로 주변 온도가 상승함에 따라 암전류(Id)가 기하급수적으로 증가하는 것을 보여줍니다. 설계자는 고온 응용 분야나 매우 낮은 광 신호를 검출할 때 이 증가된 노이즈 플로어를 고려해야 합니다.

3.3 역방향 광전류 대 조도 (Ee)

이 그래프는 다이오드가 역방향 바이어스되었을 때 입사 광 파워(조도)와 생성된 광전류(IL) 사이의 선형 관계를 보여줍니다. 선형성은 PIN 포토다이오드의 핵심 특징으로, 광 측정 응용 분야에 적합하게 만듭니다.

3.4 단자 커패시턴스 대 역방향 전압

접합 커패시턴스(Ct)는 역방향 바이어스 전압(VR)이 증가함에 따라 감소합니다. 이 곡선을 통해 설계자는 속도(높은 전압에서 낮은 커패시턴스)와 전력 소비/발열 사이의 균형을 최적화하는 동작 바이어스 전압을 선택할 수 있습니다.

3.5 응답 시간 대 부하 저항

상승/하강 시간(tr/tf)은 포토다이오드의 접합 커패시턴스와 외부 부하 저항(RL)에 의해 형성된 RC 시정수의 영향을 받습니다. 이 곡선은 응답 시간이 더 큰 부하 저항과 함께 어떻게 증가하는지 보여주어, 트랜스임피던스 증폭기 회로에서 원하는 속도를 위한 RL 선택을 안내합니다.

3.6 소비 전력 대 주변 온도

이 디레이팅 곡선은 주변 온도의 함수로서 허용 가능한 최대 소비 전력을 나타냅니다. 온도가 증가함에 따라 장치가 안전하게 처리할 수 있는 최대 전력은 선형적으로 감소하며, 이는 시스템 설계의 열 관리에 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

PD438B는 공칭 직경 4.8mm의 원통형 사이드뷰 패키지에 담겨 있습니다. 데이터시트의 상세한 기계 도면은 본체 직경, 길이, 리드 간격, 리드 직경을 포함한 모든 중요 치수를 제공합니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 패키지 치수에는 ±0.25mm의 표준 허용 오차가 적용됩니다. 사이드뷰 구성은 광 경로가 PCB 표면과 평행한 응용 분야를 위해 설계되었습니다.

4.2 극성 식별

포토다이오드는 극성을 가진 부품입니다. 캐소드는 일반적으로 더 긴 리드, 패키지의 평평한 부분 또는 특정 마킹으로 식별됩니다. 데이터시트의 패키지 다이어그램은 애노드와 캐소드 연결을 명확히 표시하며, 조립 시 올바른 바이어싱(정상 동작을 위한 역방향 바이어스)을 보장하기 위해 이를 준수해야 합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

신뢰성을 유지하고 조립 과정 중 손상을 방지하기 위해 특정 납땜 조건을 따라야 합니다.

• 리플로우 납땜:이 부품은 리플로우 납땜 기술을 사용한 표면 실장 조립에 적합합니다. 피크 납땜 온도는 260°C를 초과해서는 안 되며, 이 온도 이상의 시간은 에폭시 패키지와 반도체 다이의 열 손상을 방지하기 위해 5초 이내로 제한되어야 합니다.
• 핸드 납땜:핸드 납땜이 필요한 경우, 온도 제어 납땜 인두를 사용해야 합니다. 리드와의 접촉 시간을 최소화하고, 접합점과 패키지 본체 사이의 리드에 대한 히트 싱킹을 권장합니다.
• 보관 조건:장치는 원래의 습기 차단 백에 담아 보관 온도 범위인 -40°C ~ +100°C 내에서 제어된 환경 및 낮은 습도에서 보관하여 리드의 산화를 방지해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 사양

PD438B의 표준 포장 흐름은 다음과 같습니다: 500개가 하나의 정전기 방지 백에 포장됩니다. 이러한 백 6개가 하나의 내부 판지 상자에 들어갑니다. 마지막으로, 내부 판지 상자 10개가 하나의 마스터 운송(외부) 판지 상자에 포장되어, 마스터 카톤당 총 30,000개가 됩니다.

6.2 라벨 사양

포장의 라벨에는 몇 가지 주요 식별자가 포함됩니다:

• CPN:고객의 제품 번호(할당된 경우).
• P/N:제조사의 제품 번호 (PD438B).
• QTY:포장 내 장치의 수량.
• CAT, HUE, REF:각각 광도 등급, 주 파장 등급, 순방향 전압 등급을 나타내는 코드로, 등급이 구분된 제품에 사용됩니다.
• LOT No:추적 가능한 제조 로트 번호.

이 라벨링은 공급망 전반에 걸친 추적성과 올바른 자재 처리를 보장합니다.

7. 응용 노트 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 회로

PD438B는 일반적으로 두 가지 회로 구성 중 하나로 가장 많이 사용됩니다:

1. 광전지 모드 (제로 바이어스):포토다이오드는 고임피던스 부하(예: 연산 증폭기 입력)에 직접 연결됩니다. 이 모드는 최소의 암전류와 노이즈를 제공하지만 응답 속도가 느리고 선형성이 낮습니다. 저속, 정밀 광 측정에 적합합니다.
2. 광전도 모드 (역방향 바이어스):포토다이오드는 캐소드를 양전압에, 애노드를 가상 접지(예: 트랜스임피던스 증폭기의 반전 입력)에 연결합니다. 이는 PD438B의 고속 능력을 활용하기 위해 권장되는 모드입니다. 역방향 바이어스는 접합 커패시턴스를 감소시키고(속도 증가) 선형성을 향상시킵니다. 트랜스임피던스 증폭기의 피드백 저항 값은 이득을 설정합니다(Vout = Iphoto * Rfeedback).

7.2 설계 고려사항

• 바이어스 전압 선택:속도(낮은 커패시턴스)와 전력 소비 사이의 적절한 균형을 제공하는 역방향 바이어스 전압(예: 5V ~ 10V)을 선택하십시오. 최대 역방향 전압 32V를 초과하지 마십시오.
• 증폭기 선택:고속 응용 분야의 경우, PD438B를 트랜스임피던스 증폭기로 구성된 저잡음, 고대역폭 연산 증폭기와 함께 사용하십시오. 증폭기의 입력 바이어스 전류와 전압 노이즈는 포토다이오드의 신호를 저하시키지 않도록 낮아야 합니다.
• PCB 레이아웃:포토다이오드와 관련 증폭기를 서로 가깝게 배치하여 민감한 고임피던스 노드에서의 기생 커패시턴스와 노이즈 피킹을 최소화하십시오. 포토다이오드의 애노드 연결 주위에 가드 링을 사용하여(예: 증폭기 출력 또는 접지면과 같은 저임피던스 지점에 연결) 누설 전류를 줄이십시오.
• 광학 정렬:IR 발광체와 포토다이오드 사이의 적절한 기계적 정렬을 보장하십시오. 사이드뷰 패키지는 이를 위해 설계되었습니다. 주변광과 크로스토크를 차단하기 위해 튜브나 배리어 사용을 고려하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

PD438B는 몇 가지 핵심 기능을 통해 시장에서 차별화됩니다:

• 통합 IR 필터:에폭시 패키지 자체가 필터 역할을 하여 별도의 필터 부품 필요성을 없애고, 부품 수와 비용을 줄이며 조립을 단순화합니다.
• 사이드뷰 패키지:원통형 사이드뷰 폼 팩터는 슬롯 센서, 에지 센싱 시스템 및 특정 유형의 인코더와 같이 광 경로가 PCB와 평행하게 진행되는 응용 분야에 이상적입니다.
• 균형 잡힌 성능:속도(50 ns), 감도(1 mW/cm²에서 18 µA), 낮은 암전류의 균형 잡힌 조합을 제공하여 광범위한 중고속 IR 검출 작업에 다목적으로 사용할 수 있는 선택지입니다.
• 환경 규정 준수:무연 구조와 RoHS 및 REACH 준수는 엄격한 환경 규정을 가진 글로벌 시장에 적합하게 만듭니다.

더 큰 포토다이오드와 비교하여 더 작은 공간을 차지합니다. 필터링되지 않은 포토다이오드와 비교하여 주변 가시광선 노이즈에 대한 우수한 제거 능력을 제공합니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 블랙 에폭시 렌즈의 목적은 무엇입니까?

A1: 블랙 에폭시는 외관만을 위한 것이 아닙니다. 효과적인 적외선 필터로 제조되었습니다. 목표 IR 파장(940 nm에서 피크)을 투과하는 동시에 가시광선의 대부분을 흡수하여 실내 조명과 같은 주변 광원으로부터의 간섭을 현저히 줄입니다.

Q2: PD438B를 역방향 바이어스 전압으로 동작시켜야 합니까, 아니면 없이 동작시켜야 합니까?

A2: 고속 동작(50 ns 상승 시간으로 표시됨)의 경우, 일반적으로 5V에서 10V 사이의 역방향 바이어스를 사용하여 PD438B를 광전도 모드로 동작시키는 것이 강력히 권장됩니다. 이는 접합 커패시턴스를 줄이고 선형성과 속도를 향상시킵니다.

Q3: 광전류를 사용 가능한 전압 신호로 어떻게 변환합니까?

A3: 가장 일반적이고 효과적인 방법은 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 회로를 사용하는 것입니다. 포토다이오드는 연산 증폭기의 반전 입력과 출력 사이에 연결되며, 피드백 저항이 이득을 결정합니다(Vout = -Iphoto * Rf). 회로를 안정화하고 대역폭을 제한하기 위해 저항과 병렬로 작은 피드백 커패시터를 추가하는 경우가 많습니다.

Q4: "암전류" 파라미터의 중요성은 무엇입니까?

A4: 암전류는 포토다이오드가 완전한 암흑 상태에서 역방향 바이어스 하에 있을 때 흐르는 작은 전류입니다. 이는 노이즈 원천으로 작용합니다. 더 낮은 암전류(PD438B의 경우 전형적으로 5 nA)는 장치가 자체 노이즈에 의해 신호가 가려지지 않고 더 약한 광 신호를 검출할 수 있음을 의미합니다.

Q5: 이 포토다이오드를 가시광선 검출에 사용할 수 있습니까?

A5: 분광 범위가 400 nm(보라색)에서 시작하지만, 가시 스펙트럼에서의 감도는 IR 필터링 에폭시 렌즈에 의해 크게 감쇠됩니다. 최대 감도는 940 nm에서 확실히 적외선 영역에 있습니다. 주된 가시광선 검출을 위해서는 IR 필터링 패키지가 없는 포토다이오드가 더 적합할 것입니다.

10. 동작 원리

PIN 포토다이오드는 P형 영역과 N형 영역 사이에 넓고 약하게 도핑된 본질(I) 영역을 갖는 반도체 장치입니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자가 장치에 충돌하면, 본질 영역에서 전자-정공 쌍을 생성합니다. 외부 역방향 바이어스 전기장의 영향 하에서, 이들 전하 캐리어는 분리되어 입사 광 강도에 비례하는 광전류를 생성합니다. 넓은 본질 영역은 몇 가지 장점을 제공합니다: 광자 흡수를 위한 더 큰 공핍 영역을 생성하고(감도 증가), 접합 커패시턴스를 감소시키며(속도 증가), 더 높은 역방향 전압에서 동작할 수 있게 합니다. PD438B는 가시광선부터 근적외선 스펙트럼까지의 빛을 검출하는 데 적합한 밴드갭을 가진 실리콘을 사용합니다.

11. 면책 조항 및 사용 주의사항

이 기술 문서에 포함된 정보는 사전 통지 없이 변경될 수 있습니다. 제공된 그래프와 전형 값은 설계 지침을 위한 것이며 보장된 사양을 나타내지 않습니다. 이 부품을 구현할 때 설계자는 장치 고장을 방지하기 위해 절대 최대 정격을 엄격히 준수해야 합니다. 제조사는 지정된 동작 조건을 벗어난 이 제품의 사용으로 인해 발생하는 모든 손상에 대해 책임을 지지 않습니다. 이 제품은 사전 협의 및 특정 자격 없이는 안전-중요, 생명 유지, 군사, 자동차 또는 항공우주 응용 분야에서 사용할 목적으로 의도되지 않았습니다.