PD333-3B/L4 포토다이오드 데이터시트 - 5mm 세미 렌즈 - 실리콘 PIN - 블랙 패키지 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD333-3B/L4는 원통형 사이드 뷰 플라스틱 패키지에 장착된 고속, 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 이 제품의 결정적인 특징은 적외선(IR) 필터 역할도 하는 통합 에폭시 패키지로, 일반적인 IR 방출기와 스펙트럼이 일치하도록 설계되었습니다. 이 통합 설계는 외부 필터링 부품의 필요성을 줄여 광학 설계를 단순화합니다. 본 장치는 특히 940nm 파장대에서 빠른 응답 시간과 안정적인 적외선 감지가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

주요 장점으로는 고속 응용 분야에서 신호 무결성에 중요한 빠른 응답 시간, 높은 광감도, 낮은 접합 커패시턴스가 있습니다. 이 부품은 RoHS 및 EU REACH 규정을 준수하며, 무연 공정으로 제조되어 전자 부품에 대한 현대적인 환경 및 안전 표준에 부합합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

본 장치는 신뢰성을 보장하고 손상을 방지하기 위해 특정 환경 및 전기적 한계 내에서 동작하도록 정격이 설정되어 있습니다. 최대 역방향 전압(VR)은 32V입니다. 소비 전력(Pd) 정격은 150mW입니다. 이 부품은 표준 리플로우 납땜 공정과 호환되도록, 5초를 초과하지 않는 기간 동안 최대 260°C의 리드 납땜 온도(Tsol)를 견딜 수 있습니다. 동작 온도 범위(Topr)는 -40°C에서 +85°C이며, 보관 온도 범위(Tstg)는 -40°C에서 +100°C로, 광범위한 조건에서 견고한 성능을 나타냅니다.

2.2 전기-광학 특성

포토다이오드의 성능은 표준 조건(Ta=25°C)에서 특성화됩니다. 스펙트럼 대역폭(λ0.5)은 840nm에서 1100nm 범위이며, 최대 감도(λp)는 940nm에서 나타납니다. 이는 940nm IR LED와 함께 사용하기에 이상적입니다. 주요 전기적 파라미터로는 940nm에서 5mW/cm²로 조사 시 개방 회로 전압(VOC)이 일반적으로 0.42V이며, 940nm에서 1mW/cm² 조사 시 단락 전류(ISC)가 일반적으로 10µA입니다.

역방향 광전류(IL), 즉 역바이어스 하에서 생성되는 광전류는 일반적으로 12µA입니다(VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm). 저조도 감도에 중요한 파라미터인 암전류(Id)는 최대 10nA(VR=10V)로 명시되어 있습니다. 역방향 항복 전압(BVR)은 최소 32V, 일반값 170V입니다. 총 단자 커패시턴스(Ct)는 VR=5V 및 1MHz에서 일반적으로 5pF로, 장치의 고속 성능에 기여하는 낮은 값입니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서의 장치 동작을 설명하는 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이러한 그래프는 설계 엔지니어가 표준 테스트 조건을 넘어 실제 응용 분야에서의 성능을 예측하는 데 필수적입니다.

3.1 열적 및 광학적 특성

그림 1은 허용 소비 전력과 주변 온도 간의 관계를 보여줍니다. 온도가 상승함에 따라 최대 허용 소비 전력은 선형적으로 감소하는데, 이는 반도체 장치의 표준 디레이팅 특성입니다. 그림 2는 스펙트럼 감도 곡선을 나타내며, 940nm에서 최대 응답과 감도가 최대값의 절반으로 떨어지는 840nm 및 1100nm에서의 정의된 차단 지점을 확인시켜 줍니다.

3.2 조도 및 온도 대비 전류 특성

그림 3은 암전류(Id)가 상승하는 주변 온도에 따라 지수적으로 증가하는 방식을 보여줍니다. 이는 반도체 접합의 기본적인 특성이며, 상승된 온도에서 동작하는 응용 분야에 매우 중요합니다. 암전류가 증가하면 노이즈 플로어가 높아지기 때문입니다. 그림 4는 역방향 광전류(IL)와 조사도(Ee) 간의 선형 관계를 보여주며, 포토다이오드의 예측 가능하고 선형적인 광전류 생성을 입증합니다.

3.3 커패시턴스 및 응답 시간

그림 5는 단자 커패시턴스 대 역방향 전압을 그래프로 나타냅니다. 커패시턴스는 역바이어스가 증가함에 따라 감소하는데, 이는 PIN 포토다이오드의 전형적인 동작입니다. 낮은 커패시턴스는 더 빠른 응답 시간을 가능하게 합니다. 그림 6은 응답 시간과 부하 저항 간의 관계를 보여줍니다. 응답 시간은 접합 커패시턴스와 외부 부하에 의해 형성된 RC 시정수 때문에 더 높은 부하 저항에서 증가합니다. 고속 응용 분야의 경우 일반적으로 낮은 값의 부하 저항(예: 50Ω)이 사용되지만, 이는 속도를 위해 신호 진폭을 희생하는 트레이드오프가 있습니다.

4. 기계적 구조 및 패키지 정보

PD333-3B/L4는 원통형 사이드 뷰 패키지로 제공됩니다. 패키지 본체는 검은색으로, 내부 반사와 잡광 간섭을 줄이는 데 도움이 됩니다. "세미 렌즈" 설계는 입사광을 활성 실리콘 영역에 집중시켜 유효 감도를 향상시키는 데 도움이 됩니다. 상세한 패키지 치수는 데이터시트에 밀리미터 단위로 제공됩니다. 기계적 배치를 위한 중요한 공차는 일반적으로 ±0.25mm입니다. 사이드 뷰 방향은 슬롯 센서나 에지 감지 시스템과 같이 광로가 PCB 표면과 평행한 응용 분야에 특히 유용합니다.

5. 납땜 및 조집 가이드라인

본 부품은 표준 PCB 조립 공정에 적합합니다. 리드 납땜 온도의 절대 최대 정격은 260°C입니다. 플라스틱 패키지나 내부 반도체 다이의 손상을 방지하기 위해 이 온도에서의 납땜 시간이 5초를 초과하지 않도록 하는 것이 중요합니다. 무연 조립에 사용되는 표준 IR 리플로우 또는 웨이브 납땜 프로파일이 일반적으로 적용 가능합니다. 광학 성능을 유지하기 위해 렌즈 표면의 오염을 피하는 적절한 취급이 필수적입니다. 보관은 지정된 온도 범위인 -40°C에서 +100°C 내의 건조한 환경에서 이루어져야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

표준 포장 사양은 백당 500개, 박스당 5백, 카톤당 10박스입니다. 이 대량 포장은 자동화 조립 라인에 일반적입니다. 포장의 라벨에는 추적성과 검증을 위한 중요한 정보가 포함됩니다: 고객 생산 번호(CPN), 생산 번호(P/N), 포장 수량(QTY), 품질 등급(CAT), 피크 파장(HUE), 참조 코드(REF) 및 제조 로트 번호. 생산 월도 표시됩니다. 사용자는 라벨 정보를 내부 기록 및 데이터시트 사양과 교차 참조해야 합니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

PD333-3B/L4는 몇 가지 주요 응용 분야에 매우 적합합니다.고속 광 검출기로서, 적외선을 사용하는 데이터 통신 링크, 바코드 스캐너 또는 펄스 검출 시스템에 사용될 수 있습니다.카메라에 통합되어 자동 초점 보조 시스템이나 노출 측정에 사용될 수 있습니다.광전자 스위치에서는 광 차단기나 반사식 센서의 수신기 부분을 구성하며, 프린터, 인코더, 안전 커튼 등에서 흔히 볼 수 있습니다.VCR 및 비디오 카메라에서의 사용은 역사적으로 테이프 끝 센서나 리모컨 수신기와 관련이 있었지만, 유사한 원리가 현대의 소비자 가전에도 적용됩니다.

7.2 설계 시 고려사항

이 포토다이오드로 설계할 때는 몇 가지 요소를 고려해야 합니다.바이어스의 경우, 속도와 선형성을 개선하기 위해 일반적으로 역바이어스(광전도 모드)로 동작시키지만, 저잡음 응용 분야에는 광전압 모드(제로 바이어스)를 사용할 수 있습니다. 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 회로에서연산 증폭기선택은 매우 중요합니다. 낮은 암전류 포토다이오드의 신호를 저하시키지 않도록 낮은 입력 바이어스 전류와 낮은 노이즈를 가져야 합니다. 패키지의IR 필터링 특성은 유리하지만, 설계자는 소스 파장(예: 940nm)이 최대 감도와 일치하는지 확인해야 합니다. 고속 동작을 위해서는 포토다이오드 노드에서 기생 커패시턴스와 인덕턴스를 최소화하는 신중한 PCB 레이아웃이 필수적입니다.

8. 기술 비교 및 차별화

통합 렌즈나 필터가 없는 표준 포토다이오드와 비교하여, PD333-3B/L4는 더 컴팩트하고 단순화된 광학 솔루션을 제공합니다. 내장된 IR 필터는 별도의 필터 부품 필요성을 없애 공간, 비용 및 조립 복잡성을 절약합니다. 사이드 뷰 패키지는 특정 광로 형상에 대해 탑 뷰 패키지보다 뚜렷한 기계적 이점을 제공합니다. 상대적으로 높은 항복 전압(최소 32V, 일반 170V)과 낮은 암전류의 조합은 우수한 신호 대 잡음비와 견고한 동작이 필요한 많은 산업용 감지 응용 분야에 유리한 균형을 제공합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 940nm에서의 최대 감도는 어떤 의미가 있나요?

A: 940nm는 인간의 눈에 보이지 않고 대기 투과율이 좋기 때문에 적외선 LED에 매우 일반적인 파장입니다. 포토다이오드의 최대 응답을 방출기의 파장과 일치시키면 신호 강도와 시스템 효율이 최대화됩니다.

Q: 암전류 사양이 제 설계에 어떤 영향을 미치나요?

A: 암전류는 빛이 없을 때 포토다이오드에서 노이즈의 주요 원천입니다. 낮은 암전류(본 장치의 경우 최대 10nA)는 센서가 자체 내부 노이즈에 압도되지 않고 매우 약한 빛 신호를 감지할 수 있음을 의미하며, 이는 감도와 동적 범위를 향상시킵니다.

Q: 이 장치를 가시광선 감지에 사용할 수 있나요?

A: 통합 에폭시 패키지는 IR 필터 역할을 하여 가시광선을 상당히 감쇠시킵니다. 따라서 이 특정 변종은 가시 스펙트럼에서 감도가 필요한 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 가시광선 감지를 위해서는 투명하거나 다른 방식으로 필터링된 패키지가 필요합니다.

Q: 최적의 속도를 위해 어떤 부하 저항을 사용해야 하나요?

A: 그림 6을 참조하면, 가장 빠른 응답 시간(나노초 범위)을 위해서는 낮은 부하 저항(예: 50Ω ~ 100Ω)이 필요합니다. 그러나 이는 더 작은 전압 신호를 생성합니다. 트랜스임피던스 증폭기 회로는 종종 고속과 우수한 신호 이득을 모두 제공하는 최상의 솔루션입니다.

10. 실용 설계 사례

사례: 적외선 근접 센서 설계

일반적인 근접 센서에서 IR LED는 빛을 펄스로 방출하고, PD333-3B/L4는 물체에서 반사된 빛을 감지합니다. 내장된 IR 필터는 센서를 포화시키거나 오작동을 일으킬 수 있는 주변 가시광선(예: 실내 조명)을 차단하므로 여기서 매우 중요합니다. 빠른 응답 시간은 LED의 빠른 펄싱을 가능하게 하여 빠른 감지를 가능하게 하고, 더 발전된 시스템에서는 비행 시간 또는 위상 편이 방식을 통한 거리 측정을 가능하게 할 수 있습니다. 사이드 뷰 패키지를 사용하면 LED와 포토다이오드가 모두 동일한 PCB 평면에 같은 방향으로 장착될 수 있어 반사식 감지에 이상적입니다. 간단한 회로는 큰 저항을 통해 5V 역바이어스로 포토다이오드를 바이어싱하고, 반사광이 있을 때 생성되는 전류 펄스를 감지하기 위해 고속 비교기나 증폭기를 사용하는 것을 포함할 것입니다.

11. 동작 원리 소개

PIN 포토다이오드는 p형(P) 영역과 n형(N) 영역 사이에 넓고 약하게 도핑된 본질(I) 영역이 끼워진 반도체 장치입니다. 역바이어스가 가해지면 이 구조는 큰 공핍 영역을 생성합니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자가 장치에 입사하면 이 공핍 영역 내에서 전자-정공 쌍을 생성합니다. 역바이어스로 인해 존재하는 강한 전기장은 이러한 캐리어를 빠르게 분리하여 각각의 접점으로 표류하게 하여, 입사광 강도에 비례하는 광전류를 생성합니다. 넓은 본질 영역은 접합 커패시턴스를 줄여(고속 가능) 광자 흡수를 위한 부피를 증가시키며(감도 향상), 특히 침투 깊이가 더 큰 적외선과 같은 더 긴 파장에서 효과적입니다.

12. 기술 트렌드

포토다이오드 기술의 트렌드는 더 높은 통합도, 더 낮은 노이즈, 더 큰 기능성을 지향하며 계속되고 있습니다. 여기에는 동일한 칩이나 동일한 패키지 내에 증폭 및 신호 조정 회로의 통합(예: 포토다이오드-증폭기 조합)이 포함됩니다. 또한 과학 기기, 의료 영상 및 LiDAR 응용 분야를 위해 더 낮은 암전류와 커패시턴스를 가진 장치로의 추진도 있습니다. InGaAs와 같은 실리콘 이외의 재료 사용은 통신 및 가스 감지를 위해 감도를 적외선 영역으로 더 확장시킵니다. 더 나아가, 패키징 혁신은 PD333-3B/L4에서 볼 수 있듯이 정의된 시야각(FOV) 렌즈와 패키지 내에서 직접 더 효과적인 필터링과 같은 더 정밀한 광학적 특성을 제공하는 것을 목표로 합니다.