1.8mm 원형 초소형 실리콘 PIN 포토다이오드 PD42-21C/TR8 데이터시트 - 치수 1.8mm 원형 - 피크 감도 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD42-21C/TR8는 적외선 검출 응용을 위해 설계된 고속 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 이 소자는 검정색 플라스틱으로 성형된 초소형 1.8mm 원형, 구형 탑뷰 렌즈 표면 실장 장치(SMD) 패키지에 장착되어 있습니다. 이 컴팩트한 설계는 신뢰할 수 있는 적외선 감지가 필요한 공간 제약이 있는 응용 분야에 적합합니다.

이 소자는 일반적인 적외선 발광 다이오드에 스펙트럼적으로 매칭되어, IR 소스와 함께 사용되는 시스템에서 성능을 최적화합니다. 주요 장점으로는 고속 신호 검출에 중요한 빠른 응답 시간, 높은 광 감도, 그리고 작은 접합 커패시턴스가 포함됩니다.

1.1 핵심 특징 및 규격 준수

• 빠른 응답 시간:빠른 광학 신호 변화를 검출할 수 있습니다.
• 높은 광 감도:낮은 광량에서도 강력한 전기적 출력을 제공합니다.
• 작은 접합 커패시턴스:RC 시정수를 줄여 고속 동작에 기여합니다.
• 포장:자동화 조립을 위해 7인치 직경 릴에 장착된 12mm 테이프로 공급됩니다.
• 환경 규정 준수:본 제품은 무연(Pb-free)이며, RoHS 및 EU REACH 규정을 준수하고, 할로겐 프리(Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm)입니다.

1.2 목표 응용 분야

이 포토다이오드는 정밀한 적외선 검출이 필요한 다양한 전자 시스템에서 사용하도록 설계되었습니다.

• 고속 광 검출기
• 복사기
• 게임기 및 인터랙티브 장치
• 일반 적외선 응용 시스템 (예: 근접 센서, 데이터 전송)

2. 기술 사양 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 한계를 초과하여 소자를 동작시키면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 역전압 (V_R):32 V
• 동작 온도 (T_opr):-25°C ~ +85°C
• 보관 온도 (T_stg):-40°C ~ +85°C
• 납땜 온도 (T_sol):260°C, ≤5초
• 소비 전력 (P_d):150 mW (자유 공기 온도 25°C 이하 기준)

2.2 전기-광학 특성 (T_a=25°C)

이 매개변수들은 일반적인 조건에서 포토다이오드의 성능을 정의합니다.

• 스펙트럼 대역폭 (λ_0.5):730 nm ~ 1100 nm. 이 소자는 근적외선 스펙트럼 전반에 걸쳐 감도를 가집니다.
• 피크 감도 파장 (λ_P):940 nm. 최대 응답도는 이 적외선 파장에서 발생합니다.
• 개방 회로 전압 (V_OC):940nm에서 5 mW/cm²로 조사 시 일반적으로 0.42 V입니다.
• 단락 전류 (I_SC):875nm에서 1 mW/cm²로 조사 시 2.0 ~ 12 μA (일반값 5.0 μA).
• 역 광전류 (I_L):875nm에서 1 mW/cm²로 조사, V_R=5V 조건에서 2.0 ~ 12 μA (일반값 5.0 μA). 이는 광전도 모드에서의 주요 동작 매개변수입니다.
• 암전류 (I_D):V_R=10V 조건에서 최대 10 nA. 이는 빛이 없을 때의 누설 전류입니다.
• 역 항복 전압 (V_BR):I_R=100μA 조건에서 최소 32 V, 일반값 170 V.
• 총 커패시턴스 (C_t):V_R=5V, f=1MHz 조건에서 일반적으로 5 pF. 낮은 커패시턴스는 고대역폭에 핵심적입니다.
• 상승/하강 시간 (t_r, t_f):V_R=10V, R_L=1kΩ 조건에서 각각 일반적으로 6 ns. 이는 광 펄스에 대한 전기적 응답 속도를 명시합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 설계 엔지니어에게 필수적인 일반적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다. 구체적인 그래픽 데이터는 텍스트 형태로 제공되지 않지만, 이러한 곡선들은 일반적으로 주요 매개변수 간의 관계를 보여주어 비표준 조건에서의 소자 동작을 예측하는 데 도움을 줍니다.

3.1 함축된 곡선 정보

표준 포토다이오드 특성을 기반으로, 일반적으로 다음과 같은 관계가 그래프로 표시됩니다:

• 스펙트럼 응답:파장 대비 상대 응답도를 보여주는 곡선으로, 940 nm에서 최고점을 찍고 730 nm와 1100 nm에서 절반으로 떨어집니다.
• 전류 대 조도 (I_Lvs. E_e):광범위한 범위에서 선형일 것으로 예상되며, 이는 아날로그 광 측정에 대한 포토다이오드의 적합성을 확인시켜 줍니다.
• 커패시턴스 대 역전압 (C_tvs. V_R):커패시턴스는 일반적으로 역바이어스 증가에 따라 감소하며, 이는 주파수 응답에 영향을 미칩니다.
• 암전류 대 온도 (I_Dvs. T):암전류는 온도가 10°C 상승할 때마다 약 2배씩 증가하며, 이는 고온 동작에 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

포토다이오드는 1.8mm 본체 직경의 초소형 원형 패키지로 제공됩니다. 데이터시트의 상세한 기계 도면은 렌즈 높이, 리드 간격 및 전체 풋프린트를 포함한 모든 중요 치수를 명시합니다. 특별히 명시되지 않는 한 공차는 일반적으로 ±0.1mm입니다. PCB 설계 참고용으로 권장 패드 레이아웃이 제공되지만, 엔지니어는 특정 조립 공정 및 열 요구 사항에 따라 이를 수정할 것을 권장합니다.

4.2 극성 식별 및 장착

SMD 패키지는 특정 방향성을 가집니다. 데이터시트 도면은 캐소드와 애노드 단자를 표시합니다. 올바른 극성은 정상적인 회로 동작에 매우 중요합니다. 투명한 구형 렌즈가 있는 검정색 플라스틱 본체는 방향성 감도에 도움을 줍니다.

5. 납땜 및 조립 지침

적절한 처리는 소자의 신뢰성과 성능을 유지하는 데 매우 중요합니다.

5.1 보관 및 습기 민감도

• 사용 준비가 될 때까지 방습 봉지를 개봉하지 마십시오.
• 개봉되지 않은 봉지는 10°C~30°C 및 ≤90% 상대습도에서 보관하십시오.
• 출하 후 1년 이내에 사용하십시오.
• 개봉 후, 10°C~30°C 및 ≤60% 상대습도에서 보관 시 168시간(플로어 라이프) 이내에 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 재건조 후 건조 백에 보관해야 합니다.
• 건조 절차: 60°C ± 5°C 및 <5% 상대습도에서 96시간.

5.2 납땜 조건

• 리플로우 납땜:권장 온도 프로파일이 제공됩니다. 리플로우 사이클을 두 번을 초과하지 마십시오.
• 핸드 납땜:팁 온도 <350°C, 전력 <25W의 납땜 인두를 사용하십시오. 단자당 접촉 시간은 <3초이어야 합니다. 열 손상을 방지하기 위해 각 단자를 납땜할 때마다 2초 간격을 두십시오.
• 가열 중 소자에 기계적 스트레스를 가하지 말고, 납땜 후 PCB가 휘지 않도록 하십시오.

5.3 재작업 및 수리

납땜 후 수리는 권장되지 않습니다. 불가피한 경우, 양쪽 단자를 동시에 가열하여 부품을 균일하게 들어 올리기 위해 더블헤드 납땜 인두를 사용하십시오. 재작업 후에는 항상 소자 기능을 확인하십시오.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 테이프 및 릴 사양

소자는 데이터시트에 명시된 치수의 캐리어 테이프에 포장됩니다. 표준 수량은 7인치 릴당 1000개입니다. 테이프 치수는 표준 SMD 픽 앤 플레이스 장비와의 호환성을 보장합니다.

6.2 라벨 정보

릴 라벨에는 추적성과 정확한 조립을 위한 표준 정보가 포함됩니다: 고객 부품 번호(CPN), 부품 번호(P/N), 로트 번호, 수량, 피크 파장(HUE), 등급(CAT), 참조(REF), 습기 민감도 등급(MSL-X), 제조 원산지.

7. 응용 설계 고려사항

7.1 회로 보호

중요:광전도 모드(역바이어스)로 동작할 때는 포토다이오드와 직렬로 외부 전류 제한 저항을 반드시 사용해야 합니다. 이것이 없으면 작은 전압 변화가 큰 전류 서지를 유발하여 소자가 소손될 수 있습니다.

7.2 바이어스 및 신호 조절

포토다이오드는 두 가지 주요 모드로 사용될 수 있습니다:

• 광전지 모드 (제로 바이어스):전압(V_OC)을 생성합니다. 낮은 노이즈를 제공하지만 응답이 느립니다.
• 광전도 모드 (역바이어스):역전압(예: 사양에서와 같이 5V)을 인가하여 동작합니다. 이는 접합 커패시턴스를 줄여(응답 속도 향상) 선형성을 개선하지만 암전류는 증가시킵니다. 트랜스임피던스 증폭기(TIA)는 일반적으로 광전류(I_L)를 사용 가능한 전압 신호로 변환하는 데 사용됩니다.

7.3 광학 설계

구형 렌즈는 특정 시야각을 가집니다. 최적의 커플링을 위해 IR 소스를 이 각도 내에 정렬하십시오. 검정색 하우징은 내부 반사와 주변광으로 인한 크로스토크를 최소화합니다.

8. 기술 비교 및 포지셔닝

표준 포토다이오드와 비교하여, PD42-21C/TR8는 속도(6 ns), 감도(1mW/cm²에서 일반값 5 μA), 그리고 매우 컴팩트한 SMD 풋프린트 사이의 균형을 제공합니다. 940nm 피크 감도는 많은 저가형 IR LED와 직접 매칭되게 합니다. 낮은 커패시턴스는 더 큰 활성 영역을 가진 소자들에 비해 고주파 응용 분야에서 핵심적인 차별화 요소입니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

9.1 I_SC와 I_L?

I_SC(단락 전류)는 다이오드 양단 전압이 0일 때 측정됩니다. I_L(역 광전류)는 인가된 역바이어스(예: 5V) 하에서 측정됩니다. 잘 설계된 PIN 포토다이오드에서는 데이터시트에 표시된 바와 같이 이 값들이 매우 유사합니다(둘 다 일반값 5.0 μA). I_L는 바이어스 동작 시 회로 설계에 있어 더 실용적인 매개변수입니다.

9.2 직렬 저항의 값을 어떻게 선택하나요?

저항은 최대 조도 하에서 전류를 제한합니다. R ≥ (공급 전압) / (최대 I_L)로 계산하십시오. 사양에서 최대 I_L는 12 μA입니다. 5V 바이어스의 경우, R은 ≥ 5V / 12μA ≈ 417 kΩ이어야 합니다. 일반적인 시작 값은 100 kΩ이며, 이는 접합 커패시턴스와 함께 대역폭을 설정합니다.

9.3 가시광선 검출에 사용할 수 있나요?

이 소자의 스펙트럼 범위는 730 nm에서 시작하며, 이는 근적외선 영역입니다. 가시광선(700 nm 미만 파장)에 대한 감도는 매우 낮습니다. 가시광선 검출에는 550-650 nm 범위에서 피크 감도를 가진 포토다이오드가 더 적합합니다.

10. 실제 사용 사례 예시

시나리오: 게임 컨트롤러 내 적외선 근접 센서.

1. 부품 페어링:PD42-21C/TR8는 940nm IR LED와 페어링됩니다.
2. 회로 설계:포토다이오드는 100 kΩ 저항을 통해 3.3V로 역바이어스됩니다. 출력은 1 MΩ 피드백 저항과 응답을 안정화시키기 위한 작은 피드백 커패시터(예: 1 pF)를 가진 TIA로 구성된 연산 증폭기의 반전 입력에 연결됩니다.
3. 동작:IR LED는 펄스 신호를 방출합니다. 물체(예: 사용자의 손)가 가까이 오면 IR 빛을 포토다이오드로 반사합니다. TIA는 증가된 광전류를 측정 가능한 전압 스파이크로 변환합니다.
4. 장점:포토다이오드의 빠른 응답은 빠른 손 움직임을 신속하게 감지할 수 있게 합니다. 작은 크기는 컴팩트한 컨트롤러 하우징에 쉽게 맞습니다. 높은 감도는 약한 반사 신호에서도 신뢰할 수 있는 동작을 보장합니다.

11. 동작 원리

PIN 포토다이오드는 P형과 N형 반도체 영역 사이에 끼워진 넓고 약하게 도핑된 진성(I) 영역으로 구성됩니다. 역바이어스가 인가되면 진성 영역이 완전히 고갈되어 큰 전기장이 생성됩니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 입사 광자는 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성합니다. 강한 전기장은 이 캐리어들을 신속하게 분리하여 광 세기에 비례하는 광전류를 생성합니다. 넓은 진성 영역은 표준 PN 포토다이오드에 비해 접합 커패시턴스를 줄여(고속화 가능) 광자 흡수를 위한 부피를 증가시킵니다(감도 향상).

12. 산업 동향

소형 고속 광검출기에 대한 수요는 소비자 가전(스마트폰, 웨어러블), 자동차(LiDAR, 실내 감지), 산업 자동화 분야의 응용으로 인해 계속 성장하고 있습니다. 동향으로는 더욱 소형화, 단일 칩에 증폭 및 디지털화 회로와 포토다이오드의 통합(예: 통합 광학 센서), 제스처 인식 및 3D 센싱과 같은 신흥 응용 분야를 위한 특정 파장 대역에서의 향상된 성능 등이 포함됩니다. PD42-21C/TR8과 같은 소자는 견고한 적외선 검출이 필요한 비용 민감한 대량 응용 분야를 위한 성숙하고 신뢰할 수 있는 솔루션을 대표합니다.