PD438B/S46 실리콘 PIN 포토다이오드 데이터시트 - 4.8mm 세미 렌즈 - 블랙 패키지 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD438B/S46은 고속 응답과 높은 감도가 요구되는 응용 분야를 위해 설계된 고성능 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 4.8mm 세미 렌즈가 장착된 소형 원통형 사이드뷰 플라스틱 패키지에 수납되어 있습니다. 이 장치의 핵심 특징은 통합 적외선(IR) 필터 역할을 하도록 조성된 에폭시 패키지입니다. 이 필터는 일반적인 IR 방출기에 스펙트럼적으로 매칭되어, 원치 않는 가시광선에 대한 감도를 줄여 IR 감지 응용 분야에서 성능을 향상시킵니다.

이 포토다이오드의 핵심 장점은 고속 데이터 전송 및 스위칭 응용 분야에 중요한 빠른 응답 시간과, 낮은 광량을 효과적으로 감지할 수 있게 해주는 높은 광감도입니다. 낮은 접합 커패시턴스는 빠른 응답에 기여하며 고주파 회로에 적합하게 만듭니다. 이 장치는 무연 재료로 제작되었으며 RoHS 및 EU REACH와 같은 관련 환경 규정을 준수하여, 엄격한 환경 규정 준수 요구사항이 있는 제품에 사용하기에 적합합니다.

PD438B/S46의 주요 타겟 시장 및 응용 분야는 소비자 가전, 산업 자동화 및 통신 시스템입니다. 그 사양은 고속 광학 데이터 링크, 근접 감지 시스템 및 정밀 광 측정 장비를 설계하는 엔지니어에게 이상적인 구성 요소입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 장치는 최대 역전압(VR) 32V를 견딜 수 있도록 정격화되어 있습니다. 최대 전력 소산(Pd)은 150 mW로, 작동의 열적 한계를 정의합니다. 리드는 최대 260°C의 온도에서 5초를 초과하지 않는 시간 동안 납땜할 수 있으며, 이는 표준 리플로우 납땜 공정과 호환됩니다. 작동 온도 범위는 -40°C에서 +85°C로 지정되며, -40°C에서 +100°C 범위의 환경에서 보관할 수 있습니다. 이러한 정격은 다양한 환경 조건에서 안정적인 성능을 보장합니다.

2.2 전기-광학 특성

포토다이오드의 스펙트럼 응답은 840 nm에서 1100 nm에 이르는 스펙트럼 대역폭(λ0.5) 범위로 정의됩니다. 최대 감도 파장(λp)은 940 nm에 위치하여, 리모컨, 광학 센서 및 자유 공간 통신에 일반적으로 사용되는 근적외선 영역에 정확히 위치합니다.

940 nm에서 5 mW/cm²의 조사도 조건에서, 일반적인 개방 회로 전압(VOC)은 0.35V입니다. 1 mW/cm² 및 940 nm에서 측정된 단락 전류(ISC)는 일반적으로 18 µA입니다. 이 파라미터는 조명 하에서 장치의 전류 생성 능력을 직접 측정한 것입니다.

역 광전류(IL)는 다이오드에 역바이어스가 인가될 때 생성되는 광전류입니다. VR=5V 및 Ee=1 mW/cm² (λp=940nm) 조건에서 일반적인 값은 18 µA이며, 보장된 최소값은 10.2 µA입니다. 암전류(Id)는 VR=10V에서 조명이 없을 때의 누설 전류로, 일반적으로 5 nA, 최대 30 nA입니다. 낮은 암전류는 특히 저조도 감지 시나리오에서 우수한 신호 대 잡음비를 달성하는 데 필수적입니다.

역 항복 전압(BVR)은 100 µA의 전류가 흐를 때 최소 32V로 지정되며, 일반적인 값은 170V에 이릅니다. VR=5V 및 1 MHz에서의 총 단자 커패시턴스(Ct)는 일반적으로 18 pF입니다. 이 낮은 커패시턴스는 빠른 상승 및 하강 시간을 가능하게 하는 핵심 요소입니다. 상승 및 하강 시간(tr/tf)은 장치가 VR=10V, 부하 저항(RL) 1 kΩ 조건에서 작동할 때 일반적으로 모두 50 나노초입니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 장치의 동작에 대한 깊은 통찰력을 제공하는 여러 특성 곡선을 제공합니다.

그림 1: 전력 소산 대 주변 온도주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 전력 소산이 감소하는 것을 보여줍니다. 이 그래프는 과열을 방지하고 장기적인 신뢰성을 보장하기 위한 열 관리 설계에 중요합니다.

그림 2: 스펙트럼 감도약 600 nm에서 1200 nm까지의 파장 스펙트럼에 걸친 포토다이오드의 상대 응답도를 보여줍니다. 곡선은 940 nm에서 정점을 이루며, 목표 IR 대역 외부의 응답을 감쇠시키는 에폭시 패키지의 효과적인 필터링 작용을 보여줍니다.

그림 3: 암전류 대 주변 온도누설 전류(Id)가 온도에 따라 지수적으로 증가하는 방식을 보여줍니다. 이 관계는 고온에서 작동하는 응용 분야에 필수적이며, 센서의 잡음 바닥을 정의합니다.

그림 4: 역 광전류 대 조사도 (Ee)생성된 광전류와 입사 광 전력 밀도 사이의 선형 관계를 묘사합니다. 이 선형성은 PIN 포토다이오드의 기본적인 특성이며 아날로그 광 측정 응용 분야에 필수적입니다.

그림 5: 단자 커패시턴스 대 역전압접합 커패시턴스가 역바이어스 전압이 증가함에 따라 감소함을 보여줍니다. 설계자는 적절한 바이어스 포인트를 선택하여 회로의 속도를 최적화하는 데 이 관계를 사용할 수 있습니다.

그림 6: 응답 시간 대 부하 저항포토다이오드 출력 신호의 상승/하강 시간이 연결된 부하 저항에 의해 어떻게 영향을 받는지 나타냅니다. 더 낮은 부하 저항으로 더 빠른 응답이 달성되지만, 이는 출력 전압 스윙과 트레이드오프가 있을 수 있습니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

PD438B/S46은 원통형 사이드뷰 패키지로 제공됩니다. 주요 치수에는 패키지 도면에 정의된 바디 직경과 세미 렌즈 높이가 포함됩니다. 선형 치수에 대해 명시되지 않은 모든 공차는 ±0.25mm입니다. 패키지는 검은색으로 채색되어 있어 잡광 간섭을 줄이는 데 도움이 됩니다. 사이드뷰 구성은 PCB 평면과 평행한 방향에서 빛을 감지할 수 있게 하여, 프린터의 용지 감지 또는 에지 센싱과 같은 응용 분야에 유용합니다.

4.2 극성 식별

캐소드는 일반적으로 더 긴 리드, 노치 또는 패키지 본체의 평평한 부분으로 식별됩니다. 광전도 모드에서 사용되는 포토다이오드의 표준 작동 조건은 역바이어스이므로, 조립 중 올바른 극성을 관찰해야 합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

이 장치는 웨이브 납땜 및 리플로우 납땜 공정에 적합합니다. 리드 납땜 온도의 절대 최대 정격은 260°C이며, 납땜 시간은 5초를 초과하지 않아야 합니다. 전자 부품 납땜을 위한 표준 IPC 지침을 따르는 것이 좋습니다. 습기 흡수 및 정전기 손상을 방지하기 위해 지정된 보관 온도 범위인 -40°C에서 +100°C 내의 건조한 정전기 방지 환경에 장치를 보관해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

표준 포장 사양은 다음과 같습니다: 200~500개가 하나의 습기 차단 백에 포장됩니다. 이러한 백 6개가 하나의 내부 판지 상자에 들어갑니다. 그런 다음 내부 판지 상자 10개가 하나의 주 운송 판지 상자에 포장됩니다. 포장의 라벨에는 고객 부품 번호(CPN), 제조업체 부품 번호(P/N), 포장 수량(QTY) 및 로트 번호(LOT No.) 필드가 포함됩니다. LED에서 강도, 파장 및 전압 빈을 나타내는 데 일반적인 CAT, HUE, REF와 같은 다른 필드는 이 포토다이오드가 동일한 방식으로 빈되지 않기 때문에 적용되지 않습니다. 이러한 필드는 비워두거나 다른 추적 정보에 사용될 수 있습니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 고속 광 감지:나노초 응답이 필요한 광학 인코더, 플라스틱 광섬유(POF)를 통한 데이터 통신 및 레이저 빔 감지에 이상적입니다.
• 카메라 응용:스마트폰, 태블릿 및 디지털 카메라의 주변광 감지(ALS) 또는 IR 근접 감지에 사용할 수 있습니다. 내장된 IR 필터는 IR 수준을 정확하게 측정하는 데 도움이 됩니다.
• 광전자 스위치:자판기, 산업 자동화 및 보안 시스템의 물체 감지, 계수 및 위치 감지에 적합합니다.
• 소비자 가전:VCR 및 비디오 카메라에서 테이프 끝 감지 또는 제어 신호 수신에 사용됩니다.

7.2 설계 고려사항

PD438B/S46으로 회로를 설계할 때 다음 사항을 고려하십시오:

• 바이어스 전압:역바이어스 전압(데이터시트 조건에 따라 일반적으로 5V~10V)을 인가하여 공핍 영역을 넓히고 커패시턴스를 줄이며 속도를 향상시킵니다. 전압이 최대 정격 32V를 초과하지 않도록 합니다.
• 부하 저항 (RL):트랜스임피던스 구성에서 RL의 값은 대역폭과 출력 전압에 직접적인 영향을 미칩니다. 더 작은 RL은 더 빠른 응답을 제공하지만 출력 신호는 낮아집니다. 데이터시트의 그림 6이 핵심 참조 자료입니다.
• 증폭:광전류는 작습니다(마이크로암페어). 이 전류를 사용 가능한 전압 신호로 변환하기 위해 트랜스임피던스 증폭기(TIA)가 거의 항상 사용됩니다. 낮은 입력 바이어스 전류와 충분한 대역폭을 가진 연산 증폭기를 선택하십시오.
• 잡음 감소:포토다이오드와 그 연결 트레이스를 전기적 잡음으로부터 차폐하십시오. 능동 바이어스 회로를 사용하는 경우 장치의 전원 핀 근처에 바이패스 커패시터를 사용하십시오. 낮은 암전류는 우수한 신호 대 잡음비를 유지하는 데 도움이 됩니다.
• 광학적 고려사항:렌즈가 깨끗하고 방해받지 않도록 하십시오. 사이드뷰 패키지는 광 경로를 올바르게 정렬하기 위해 신중한 기계적 설계가 필요할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 PN 포토다이오드와 비교하여 PD438B/S46의 PIN 구조는 뚜렷한 장점을 제공합니다. P층과 N층 사이의 본질적(I) 영역은 더 큰 공핍 영역을 생성합니다. 이는 두 가지 주요 이점으로 이어집니다:1) 낮은 접합 커패시턴스:더 큰 공핍 영역은 더 넓은 유전체처럼 작용하여 커패시턴스(일반적으로 18 pF)를 크게 줄여 고속 작동의 주요 원동력이 됩니다.2) 향상된 선형성 및 감도:넓은 본질적 영역은 더 넓은 부피에 걸쳐 광생성 캐리어를 더 효율적으로 수집할 수 있게 하여, 광전류 대 조사도의 더 나은 선형성과 최대 파장에서 잠재적으로 더 높은 양자 효율로 이어집니다.

또한, 패키지에 직접 IR 필터링 에폭시를 통합한 것은 차별화된 특징입니다. 별도의 외부 IR 필터가 필요 없어 공간을 절약하고 비용을 줄이며 조립을 단순화합니다. 이는 소형 소비자 가전 설계에 특히 유리합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 단락 전류(ISC)와 역 광전류(IL)의 차이는 무엇입니까?

A: ISC는 다이오드 양단에 전압이 0V인 조건(단락 상태)에서 측정됩니다. IL은 다이오드에 역바이어스가 인가되었을 때(예: VR=5V) 측정됩니다. 실제로 PIN 포토다이오드의 경우, 광전류가 정상 작동 범위에서 역바이어스 전압에 크게 의존하지 않기 때문에 이러한 값은 매우 유사합니다.

Q: 왜 상승/하강 시간이 1 kΩ 부하로 지정되었습니까?

A: 1 kΩ 부하는 테스트 및 간단한 회로를 위한 일반적인 부하 조건을 나타냅니다. 응용 분야에서의 실제 응답 시간은 그림 6에 표시된 것처럼 특정 회로의 부하 저항과 기생 커패시턴스에 따라 달라집니다.

Q: 이 포토다이오드를 가시광선 감지에 사용할 수 있습니까?

A: 실리콘 재료 자체는 가시광선에 민감하지만(~600nm까지 확장되는 스펙트럼 곡선에서 볼 수 있듯이), 검은색 에폭시 패키지는 강력한 필터 역할을 합니다. 가시 스펙트럼에서의 감도는 940 nm에서의 정점에 비해 크게 감쇠될 것입니다. 이는 주로 근-IR 응용 분야를 위해 설계되었습니다.

Q: 특성표의 "Typ." 값은 어떻게 해석해야 합니까?

A: "Typ."은 지정된 조건에서 예상되는 평균값인 일반적인 값을 의미합니다. 보장된 값이 아닙니다. 설계 목적, 특히 중요한 파라미터의 경우 모든 생산 변동 및 조건에서 회로가 올바르게 작동하도록 보장하기 위해 "Min." 또는 "Max." 값을 사용해야 합니다.

10. 실용적인 설계 및 사용 예시

예시 1: 간단한 물체 감지 스위치

PD438B/S46과 IR LED(예: 940 nm 방출)를 짝지어 기본적인 광 스위치를 구축할 수 있습니다. 포토다이오드는 Vcc(예: 5V)에 풀업 저항과 함께 역바이어스로 연결됩니다. 저항과 포토다이오드 캐소드 사이의 출력 노드는 비교기 또는 마이크로컨트롤러의 디지털 입력 핀에 공급됩니다. 물체가 LED와 포토다이오드 사이의 IR 빔을 차단하면 광전류가 떨어져 출력 노드의 전압이 상승하여 감지 신호를 트리거합니다. 빠른 응답 시간은 빠르게 움직이는 물체의 감지를 가능하게 합니다.

예시 2: 마이크로컨트롤러를 이용한 주변광 센서

아날로그 광량 측정을 위해 포토다이오드를 트랜스임피던스 증폭기에 연결할 수 있습니다. 입사 IR 광 강도에 비례하는 TIA의 출력 전압은 마이크로컨트롤러의 아날로그-디지털 변환기(ADC) 입력에 공급됩니다. MCU는 이 판독값을 사용하여 디스플레이의 밝기를 자동으로 조정하거나 IR 리모컨 신호가 존재하는지 판단할 수 있습니다. 통합 IR 필터는 판독값이 주변광의 IR 성분에 특정되도록 보장하는 데 도움이 됩니다.

11. 동작 원리 소개

PIN 포토다이오드는 빛을 전류로 변환하는 반도체 장치입니다. P형 층과 N형 층 사이에 끼워진 본질적(도핑되지 않거나 약하게 도핑된) 반도체 재료 층("I" 영역)으로 구성됩니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자(실리콘의 경우 파장이 ~1100 nm 미만인 빛)가 장치에 충격을 가하면, 본질적 영역에서 전자-정공 쌍을 생성할 수 있습니다. 역바이어스 전압이 인가되면 본질적 영역 전체에 강한 전기장이 생성됩니다. 이 전기장은 광생성 캐리어를 각각의 단자(전자는 N쪽으로, 정공은 P쪽으로)로 빠르게 쓸어내어 외부 회로에서 측정 가능한 광전류를 생성합니다. 본질적 영역의 너비가 핵심입니다: 장치 커패시턴스를 낮게 유지하면서 효율적인 캐리어 생성 및 수집을 가능하게 합니다.

12. 기술 동향 및 배경

PD438B/S46과 같은 실리콘 PIN 포토다이오드는 성숙하고 매우 신뢰할 수 있는 기술을 대표합니다. 이 분야의 현재 동향은 몇 가지 영역에 초점을 맞추고 있습니다:소형화:웨어러블 장치 및 휴대폰과 같은 공간 제약이 있는 응용 분야를 위한 더 작은 패키지 풋프린트(예: 칩 스케일 패키지) 개발.통합:포토다이오드를 증폭, 디지털화 및 신호 처리 회로와 단일 칩에 결합하여 스마트 광학 센서를 만듭니다.향상된 성능:극도의 감도가 필요한 응용 분야를 위한 애벌랜치 포토다이오드(APD)와 같은 구조에 대한 연구가 진행 중이지만, 이는 더 복잡하고 비쌉니다.신소재:표준 실리콘으로는 접근할 수 없는 더 긴 적외선 파장에서의 감지를 위해 게르마늄 또는 III-V 화합물(예: InGaAs)과 같은 재료 탐구. 1100 nm까지의 주류 근-IR 응용 분야의 경우, 실리콘은 우수한 제조 가능성과 성능으로 인해 여전히 지배적이고 비용 효율적인 선택 재료입니다.