PD15-22B/TR8 실리콘 PIN 포토다이오드 데이터시트 - 패키지 3.5x4.0x1.65mm - 역방향 전압 32V - 블랙 렌즈 - 기술 문서

1. 제품 개요

PD15-22B/TR8은 빠른 광학 검출이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 고속, 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 블랙 플라스틱 몰딩과 블랙 렌즈가 적용된 초소형 플랫탑 표면 실장(SMD) 패키지에 장착되어 있습니다. 이 소자는 가시광선 및 근적외선 광원에 분광적으로 매칭되어 다양한 센싱 응용에 적합합니다.

이 부품의 주요 장점은 빠른 응답 시간(빛의 강도 변화를 신속하게 감지 가능)과 높은 광감도(저조도 조건에서도 신뢰성 있는 동작)를 포함합니다. 작은 접합 커패시턴스는 고속 성능에 기여합니다. 본 제품은 환경 규정을 준수하며, 무연(Pb-free), RoHS 적합, EU REACH 적합, 할로겐 프리(브롬 <900 ppm, 염소 <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm)입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 소자는 지정된 한도 내에서 신뢰성 있게 동작하도록 설계되었습니다. 이 절대 최대 정격을 초과하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 역방향 전압 (VR):32 V. 이는 항복을 일으키지 않고 역방향 바이어스 조건에서 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 (Topr):-40°C ~ +85°C. 이는 정상적인 소자 동작을 위한 주변 온도 범위를 정의합니다.
• 보관 온도 (Tstg):-40°C ~ +100°C. 동작하지 않을 때 이 범위 내에서 소자를 보관할 수 있습니다.
• 솔더링 온도 (Tsol):최대 5초 동안 260°C. 이는 리플로우 솔더링 공정에 매우 중요합니다.
• 전력 소산 (Pc):150 mW. 소자가 안전하게 소산할 수 있는 최대 전력입니다.
• ESD HMB 레벨:최소 2000V. 휴먼 바디 모델을 사용한 정전기 방전에 대한 소자의 견고성을 나타냅니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 Ta=25°C에서 측정되며, 포토다이오드의 핵심 성능을 정의합니다.

• 분광 대역폭 (λ):730 nm ~ 1100 nm (피크 감도의 10% 기준). 이 소자는 이 파장 범위 내의 빛에 반응하며, 근적외선 영역에서 최고 감도를 보입니다.
• 최대 감도 파장 (λP):일반적으로 940 nm. 포토다이오드가 가장 민감한 파장입니다.
• 개방 회로 전압 (VOC):λP=940nm, 조도(Ee)=5 mW/cm² 조건에서 일반적으로 0.41 V. 이는 단자가 개방되었을 때 생성되는 전압입니다.
• 단락 회로 전류 (ISC):λP=875nm, Ee=1 mW/cm² 조건에서 최소 4.0 μA, 일반적 6.5 μA. 이는 단자가 단락되었을 때 생성되는 전류입니다.
• 역방향 광전류 (IL):λP=875nm, Ee=1 mW/cm², VR=5V 조건에서 최소 4.2 μA, 일반적 6.5 μA. 이는 다이오드가 역방향 바이어스되었을 때 생성되는 광전류로, 고속 응용을 위한 일반적인 동작 모드입니다.
• 암전류 (ID):완전한 암흑 상태, VR=10V 조건에서 최대 10 nA. 빛이 없을 때도 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 역방향 항복 전압 (BVR):암흑 상태, 역방향 전류(IR)=100 μA에서 측정 시 최소 32 V, 일반적 170 V.
• 상승/하강 시간 (tr, tf):VR=5V, RL=1000 Ω 조건에서 일반적으로 각각 10 ns. 이는 포토다이오드의 스위칭 속도를 정의합니다.
• 시야각 (2θ1/2):VR=5V 조건에서 일반적으로 130도. 이는 광 검출을 위한 넓은 시야를 나타냅니다.

3. 성능 곡선 분석

이 데이터시트는 설계 엔지니어에게 필수적인 여러 특성 곡선을 제공합니다.

3.1 분광 감도

분광 응답 곡선은 포토다이오드의 서로 다른 파장에 대한 상대적 감도를 보여줍니다. 940 nm 근처에서 최대 감도를 확인할 수 있으며, 730 nm에서 1100 nm까지 유용한 응답을 보입니다. 이는 리모컨, 근접 센서, 데이터 통신 링크에 일반적으로 사용되는 850nm 또는 940nm 파장의 적외선 발광 소자에 이상적으로 매칭됩니다.

3.2 암전류 대 주변 온도

이 곡선은 암전류(ID)가 주변 온도 상승에 따라 지수적으로 증가하는 방식을 보여줍니다. 25°C에서는 10 nA 미만이지만, 더 높은 온도(예: 85°C)에서는 상당히 증가할 수 있습니다. 설계자는 고온 응용 분야나 매우 낮은 광량을 감지해야 하는 경우, 이 증가된 노이즈 플로어를 고려해야 합니다.

3.3 역방향 광전류 대 조도

이 그래프는 역방향 광전류(IL)와 입사광 조도(Ee) 사이의 선형 관계를 보여줍니다. 포토다이오드는 우수한 선형성을 나타내며, 이는 출력 전류가 동작 범위 내에서 광 강도에 정비례함을 의미합니다. 정확한 강도 측정이 필요한 아날로그 광 센싱 응용에 있어 이는 매우 중요합니다.

3.4 단자 커패시턴스 대 역방향 전압

접합 커패시턴스는 역방향 바이어스 전압(VR)이 증가함에 따라 감소합니다. 낮은 커패시턴스는 회로의 RC 시정수를 줄여주므로 고속 동작에 바람직합니다. 곡선은 더 높은 역방향 바이어스(예: 5V 대신 10V)를 인가하면 커패시턴스를 현저히 줄여 대역폭과 응답 시간을 개선할 수 있음을 보여줍니다.

3.5 응답 시간 대 부하 저항

이 곡선은 응답 속도와 신호 진폭 사이의 트레이드오프를 보여줍니다. 상승/하강 시간은 부하 저항(RL)이 높아질수록 증가합니다. 가장 빠른 응답을 위해서는 낮은 값의 부하 저항(예: 50 Ω)을 사용해야 하지만, 이는 더 작은 전압 신호를 생성합니다. 트랜스임피던스 증폭기는 종종 이 한계를 극복하기 위해 사용되어 고속도와 우수한 신호 이득을 모두 제공합니다.

3.6 상대 광전류 대 각도 변위

이 그래프는 포토다이오드의 각도 감도를 특성화합니다. 넓은 130도의 시야각이 확인되며, 중심축에서 상당한 각도로 입사하는 빛에 대해서도 검출된 신호가 상대적으로 높게 유지됨을 보여줍니다. 이는 정렬이 완벽하지 않거나 넓은 검출 영역이 필요한 응용 분야에 유리합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

PD15-22B/TR8은 컴팩트한 SMD 패키지로 제공됩니다. 주요 치수는 다음과 같습니다(단위: mm, 명시되지 않은 한 허용 오차 ±0.1mm):

• 전체 길이: 4.0 mm
• 전체 너비: 3.5 mm
• 전체 높이: 1.65 mm (일반적, 시트 평면에서 렌즈 상단까지)
• 리드 폭: 1.55 mm ±0.05 mm
• 리드 피치: 2.95 mm
• PCB 레이아웃을 위한 단자 랜드 패턴 권장사항이 제공됩니다.

애노드와 캐소드는 패키지 도면에 명확히 표시되어 있습니다. 핀 1이 캐소드입니다.

4.2 캐리어 테이프 및 릴 치수

이 소자는 자동화 조립을 위해 테이프 및 릴에 공급됩니다. 릴 하나에는 2000개가 들어 있습니다. 캐리어 테이프 포켓과 릴의 상세 치수가 제공되어 표준 피크 앤 플레이스 장비와의 호환성을 보장합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 보관 및 습기 민감도

이 포토다이오드는 습기에 민감합니다. 보관 및 취급 중 손상을 방지하기 위해 주의를 기울여야 합니다.

• 사용 준비가 될 때까지 방습 봉지를 개봉하지 마십시오.
• 개봉 전에는 ≤30°C 및 ≤90% RH 조건에서 보관하십시오.
• 출하 후 1년 이내에 사용하십시오.
• 개봉 후에는 ≤30°C 및 ≤60% RH 조건에서 보관하십시오.
• 봉지 개봉 후 168시간(7일) 이내에 사용하십시오.
• 보관 시간을 초과하거나 건조제가 습기를 나타내는 경우, 사용 전 최소 24시간 동안 60 ±5°C에서 베이킹하십시오.

5.2 리플로우 솔더링 프로파일

권장되는 무연 리플로우 솔더링 온도 프로파일이 제공됩니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• 예열 및 소킹 영역.
• 피크 온도는 260°C를 초과하지 않아야 합니다.
• 240°C 이상의 시간은 제어되어야 합니다.
• 리플로우 솔더링은 2회를 초과하여 수행해서는 안 됩니다.
• 가열 중 부품에 기계적 스트레스를 가하지 마십시오.
• 솔더링 후 PCB를 휘지 마십시오.

5.3 핸드 솔더링 및 재작업

핸드 솔더링이 필요한 경우:

• 팁 온도 <350°C의 솔더링 아이언을 사용하십시오.
• 단자당 접촉 시간을 ≤3초로 제한하십시오.
• 정격 전력 <25W의 아이언을 사용하십시오.
• 각 단자를 솔더링할 때마다 >2초의 냉각 간격을 두십시오.
• 솔더링 후 수리는 권장되지 않습니다. 불가피한 경우, 듀얼 헤드 솔더링 아이언을 사용하여 두 단자를 동시에 가열하고 열 스트레스를 최소화하십시오. 모든 재작업 후 소자 기능을 확인하십시오.

6. 응용 노트 및 설계 고려사항

6.1 대표적인 응용 분야

• 고속 광 검출기:10 ns의 응답 시간 덕분에 광 데이터 링크, 인코더, 레이저 검출에 적합합니다.
• 복사기 및 스캐너:문서 존재 감지, 에지 검출, 토너 밀도 센싱에 사용됩니다.
• 게임기 및 소비자 가전:근접 감지, 제스처 인식, IR 리모컨 수신기에 사용됩니다.

6.2 주요 설계 고려사항

• 전류 제한/보호:데이터시트는 보호를 위해 외부 직렬 저항을 반드시 사용해야 한다고 명시적으로 경고합니다. 약간의 전압 변화도 큰 전류 변화를 일으켜 소손으로 이어질 수 있습니다. 이 저항은 다이오드를 통과하는 전류를 제한합니다.
• 속도를 위한 바이어스:최적의 고속 성능을 위해 포토다이오드를 역방향 바이어스 모드(광전도 모드)로 동작시키십시오. 특성 곡선에서 보여주듯이, 더 높은 역방향 전압(최대 정격까지)은 접합 커패시턴스를 줄이고 응답 시간을 개선합니다.
• 회로 토폴로지:광전류를 전압으로 변환하기 위해 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 사용을 고려하십시오. 이 구성은 낮은 입력 임피던스(포토다이오드 전압을 일정하게 유지하여 커패시턴스 변조 최소화), 높은 대역폭, 제어 가능한 이득을 제공합니다. 피드백 저항과 증폭기 대역폭의 선택이 전체 시스템 성능을 결정합니다.
• 광학 설계:블랙 렌즈는 잡광 감도를 줄이는 데 도움이 됩니다. 광 경로가 깨끗하고 장애물이 없도록 하십시오. 넓은 130도의 시야각은 기계적 정렬에 유연성을 제공합니다.
• 열 관리:특히 고정밀 또는 고온 응용 분야에서 암전류가 온도와 함께 증가하는 점을 고려하십시오. 온도 보상 회로가 필요할 수 있습니다.

7. 포장 및 주문 정보

표준 포장 절차는 릴을 건조제와 적절한 라벨과 함께 알루미늄 방습 봉지에 넣는 것입니다. 라벨에는 고객 부품 번호(CPN), 생산 번호(P/N), 수량(QTY), 등급(CAT), 피크 파장(HUE), 참조(REF), 로트 번호(LOT No.), 생산 장소 필드가 포함됩니다.

소자 선택 가이드는 모델 PD15-22B/TR8이 실리콘 칩을 사용하고 블랙 렌즈를 가짐을 확인합니다.

8. 기술 비교 및 포지셔닝

PD15-22B/TR8은 표준 SMD 패키지의 범용 고속 실리콘 PIN 포토다이오드로 자리매김합니다. 주요 차별점은 속도(10 ns), 감도, 넓은 시야각, 강력한 환경 규정 준수(RoHS, 할로겐 프리)의 균형 잡힌 조합입니다. 느린 포토다이오드나 포토트랜지스터와 비교하여 펄스 광 검출에 우수한 성능을 제공합니다. 더 전문화된 초고속 포토다이오드와 비교하여 나노초 범위의 응답 시간이 필요한 주류 응용에 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 블랙 렌즈는 주변광이 있는 환경에서 클리어 렌즈 버전보다 유리하며, 원치 않는 신호를 억제하는 데 도움이 됩니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 단락 회로 전류(ISC)와 역방향 광전류(IL)의 차이는 무엇인가요?

A: ISC는 다이오드 양단 전압이 0(단락 상태)일 때 측정됩니다. IL은 역방향 바이어스 전압(예: 5V)이 인가된 상태에서 측정됩니다. IL은 일반적으로 포토다이오드가 선형성과 속도를 위해 역방향 바이어스로 동작되므로 회로 설계에 사용되는 파라미터입니다.

Q: 직렬 저항이 왜 필수인가요?

A> 포토다이오드의 I-V 특성은 순방향에서 매우 가파릅니다. 순방향 전압의 작은 증가도 매우 크고 파괴적일 수 있는 전류를 흐르게 할 수 있습니다. 직렬 저항은 이 전류를 안전한 값으로 제한합니다.

Q: 동작 역방향 전압은 어떻게 선택하나요?

A> 트레이드오프가 포함됩니다. 더 높은 역방향 전압(예: 10-20V)은 더 빠른 응답을 위해 커패시턴스를 줄이지만, 암전류를 약간 증가시키고 더 많은 전력을 소비합니다. 더 낮은 전압(예: 5V)은 많은 응용에 충분하며 암전류를 최소로 유지합니다. 커패시턴스 대 전압 곡선을 참조하십시오.

Q: 이 포토다이오드는 가시광선을 감지할 수 있나요?

A> 네, 분광 범위가 730 nm에서 시작하며, 이는 가시 스펙트럼의 진한 빨간색 부분입니다. 그러나 최대 감도는 근적외선(940 nm)에 있으므로, 가시광선(특히 파란색과 녹색)에 대한 응답성은 적외선보다 낮을 것입니다.

10. 동작 원리

PIN 포토다이오드는 빛을 전류로 변환하는 반도체 소자입니다. P형과 N형 반도체 영역 사이에 넓고 약하게 도핑된 본질(I) 영역이 끼워진 구조(P-I-N 구조)로 구성됩니다. 충분한 에너지를 가진 광자가 본질 영역에 충돌하면 전자-정공 쌍을 생성합니다. 내부 전기장(종종 외부 역방향 바이어스 전압에 의해 강화됨)의 영향 아래에서, 이들 전하 캐리어는 분리되어 입사광 강도에 비례하는 광전류를 생성합니다. 넓은 본질 영역은 표준 PN 포토다이오드에 비해 더 높은 양자 효율(더 많은 광 흡수)과 더 낮은 접합 커패시턴스를 가능하게 하며, 이는 직접적으로 더 높은 감도와 더 빠른 응답 시간으로 이어집니다.

11. 산업 동향

PD15-22B/TR8과 같은 포토다이오드에 대한 수요는 여러 지속적인 트렌드에 의해 주도됩니다. 사물인터넷(IoT)과 스마트 기기의 확산은 주변광 센서, 근접 센서, 간단한 광 통신 링크에 대한 필요성을 증가시킵니다. 산업 및 소비자 분야의 자동화는 광학 인코더와 물체 감지 센서에 의존합니다. 소형화를 위한 지속적인 추진으로 더 작은 SMD 패키지가 등장하고, 포토다이오드가 증폭 및 신호 조정 회로와 단일 모듈로 통합되는 고집적화가 이루어지고 있습니다. 더 나아가, 에너지 효율성과 환경 책임에 대한 강조는 RoHS 및 할로겐 프리 제조와 같은 표준 준수를 글로벌 시장에서 사용되는 부품의 기본 요구 사항으로 만듭니다.