PD70-01B/TR10 실리콘 평면형 PIN 포토다이오드 데이터시트 - 2.0x1.25x0.7mm - 역방향 전압 32V - 최대 감도 파장 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

PD70-01B/TR10은 광범위한 스펙트럼 범위에서 고감도 광 검출을 위해 설계된 실리콘 평면형 PIN 포토다이오드입니다. 그 핵심 장점은 P형과 N형 반도체 층 사이에 본질(I) 영역을 포함하는 PIN 구조에서 비롯됩니다. 이 본질 영역은 공핍층을 넓혀, 광전자 응용에 중요한 여러 핵심 성능 이점을 제공합니다.

핵심 장점 및 목표 시장:이 소자는 PIN 구조에서 낮아진 접합 정전용량과 효율적인 캐리어 수집 덕분에 높은 감도와 빠른 스위칭 시간을 제공합니다. 낮은 암전류는 우수한 신호 대 잡음비를 보장합니다. 컴팩트한 크기와 통합된 주광 필터(블랙 렌즈)와 결합되어, 소비자 가전 리모컨(TV, 가전제품), 적외선 음향 전송 시스템, 복사기, 엘리베이터 센서 및 신뢰할 수 있는 광학 감지가 필요한 다양한 산업 계측 및 제어 시스템을 포함한 다양한 응용 분야에 이상적으로 적합합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 소자를 지속적으로 동작시키는 것은 권장되지 않습니다.

• 역방향 전압 (V_R):32V. 이는 포토다이오드 단자에 역방향 바이어스로 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 전력 소산 (P_d):25°C에서 150 mW. 이는 소자가 처리할 수 있는 총 전기적 전력을 제한하며, 주로 역방향 누설 전류와 고조도 하의 광전류에 의해 결정됩니다.
• 온도 범위:동작: -25°C ~ +85°C; 보관: -40°C ~ +85°C. 이 소자는 넓은 산업용 온도 범위를 위해 설계되었습니다.
• 납땜 온도 (T_sol):최대 5초 동안 260°C. 이는 무연 리플로우 납땜 공정에 매우 중요합니다.

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이 파라미터들은 일반적인 동작 조건에서 소자의 성능을 정의합니다.

• 스펙트럼 대역폭 (λ_0.5):730 nm ~ 1100 nm. 이는 포토다이오드의 응답성이 최대값의 절반 이상인 파장 범위를 정의합니다. 가시광선 적색 영역부터 근적외선(NIR) 스펙트럼까지 감지합니다.
• 최대 감도 파장 (λ_P):940 nm (일반값). 이 소자는 일반적인 NIR 영역에서 최대 응답을 위해 최적화되어 있으며, 많은 IR LED의 방출과 일치합니다.
• 단락 전류 (I_SC):875 nm에서 1 mW/cm²의 조사도 하에서 35 μA (일반값). 이 파라미터는 바이어스 전압이 0인 상태(광전 모드)에서 측정됩니다.
• 역방향 광전류 (I_L):동일한 1 mW/cm², 875 nm 조건에서 V_R=5V일 때 25 μA (일반값). 역방향 바이어스(광전도 모드)로 동작하는 것은 광전 모드에 비해 일반적으로 더 높고 빠른 응답을 제공합니다.
• 역방향 암전류 (I_D):V_R=10V에서 5 nA (일반값), 30 nA (최대값). 이는 완전한 암흑 상태에서의 누설 전류입니다. 낮은 암전류는 약한 광 신호를 검출하는 데 필수적입니다.
• 역방향 항복 전압 (V_BR):170V (일반값), 최소 32V. 이는 역방향 전류가 급격히 증가하는 전압입니다. 정상 동작 역방향 전압은 이 값보다 훨씬 낮아야 합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 설계에 중요한 대표적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다.

• 스펙트럼 감도 곡선:이 그래프는 파장에 대한 상대 응답성을 보여줍니다. 약 940 nm에서의 피크와 730 nm에서 1100 nm까지 정의된 대역폭을 확인시켜 줍니다. 통합된 블랙 렌즈는 가시광선 필터 역할을 하여, 가시광선 범위의 감도를 감쇠시켜 주변광(주광)으로 인한 잡음을 줄입니다.
• 역방향 광전류 대 조사도 (Ee):이 곡선은 생성된 광전류(I_L)와 입사광 파워 밀도 사이의 선형 관계를 설명합니다. 이 선형성은 PIN 포토다이오드의 핵심 특징으로, 광 측정 응용에 적합하게 만듭니다.

4. 기계적 구조 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

PD70-01B/TR10은 매우 작은 표면 실장 패키지로 제공됩니다. 주요 치수(mm)는 본체 크기 약 2.0 x 1.25, 높이 0.7 mm를 포함합니다. 캐소드는 일반적으로 패키지에 표시된 모서리나 노치로 식별됩니다. PCB 풋프린트 설계를 위한 ±0.1mm 공차를 가진 상세 치수 도면이 제공됩니다.

4.2 극성 식별

정확한 설치를 위해 명확한 극성 표시가 필수적입니다. 데이터시트 패키지 다이어그램은 애노드와 캐소드 단자를 표시합니다. 역방향 바이어스를 인가할 때 잘못된 극성 연결은 다이오드를 순방향 바이어스 상태로 만들어 높은 전류 흐름과 손상을 초래할 수 있습니다.

5. 납땜 및 조립 가이드라인

적절한 처리는 신뢰성에 매우 중요합니다.

5.1 보관 및 습도 민감도

이 소자는 습도에 민감합니다. 주의사항은 다음과 같습니다: 원래 밀봉된 백에 ≤30°C/90%RH에서 보관; 출하 후 1년 이내 사용; 개봉 후 ≤30°C/70%RH에서 보관하고 168시간(7일) 이내 사용. 이를 초과할 경우, 납땜 전 60±5°C에서 24시간 동안 베이킹 처리가 필요합니다.

5.2 납땜 조건

• 리플로우 납땜:무연 솔더 온도 프로파일을 권장하며, 최고 온도는 260°C로 최대 5초까지 유지합니다. 리플로우는 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.
• 핸드 납땜:필요한 경우, 온도 <350°C, 전력 <25W의 인두를 사용하십시오. 단자당 접촉 시간은 <3초여야 하며, 단자 사이 간격은 >2초로 열 응력을 피하십시오.
• 수리:납땜 후에는 권장되지 않습니다. 불가피한 경우, 제거 시 반도체 다이에 가해지는 기계적 응력을 방지하기 위해 양쪽 단자를 동시에 가열할 수 있는 더블헤드 인두를 사용해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

표준 포장은 1000개가 들어 있는 릴 형식입니다(1000PCS/Reel). 릴 치수는 자동 피크 앤 플레이스 장비 처리를 위해 명시되어 있습니다. 릴의 라벨에는 부품 번호(P/N), 로트 번호(LOT No), 수량(QTY) 및 기타 추적 코드와 같은 중요한 정보가 포함됩니다.

7. 응용 노트 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 회로

포토다이오드는 두 가지 주요 모드로 사용될 수 있습니다:

1. 광전 모드 (제로 바이어스):포토다이오드는 외부 바이어스 없이 조명을 받을 때 전압/전류를 생성합니다. 이 모드는 매우 낮은 암전류와 잡음을 제공하지만 응답 속도가 느리고 선형성이 낮습니다.
2. 광전도 모드 (역방향 바이어스):외부 역방향 전압이 인가됩니다(예: I_L 테스트 조건에서와 같이 5V). 이 모드는 공핍 영역을 더욱 넓혀 접합 정전용량을 줄이고, 그 결과훨씬 더 빠른 스위칭 시간과 더 넓은 광 강도 범위에서 더 높은 선형성을 제공합니다. 이는 IR 리모컨 수신기와 같은 고속 검출에 선호되는 모드입니다.

7.2 핵심 설계 주의사항

• 전류 제한/보호:회로에서 동작할 때, 전류를 제한하기 위해 반드시 직렬 저항기를 사용해야 합니다. 주의사항에 명시된 바와 같이, "약간의 전압 변화도 큰 전류 변화를 일으킬 수 있습니다(소손이 발생할 수 있습니다)." 이는 역방향 바이어스 하의 포토다이오드가 매우 높은 광 강도에 노출되거나 실수로 순방향 바이어스되면 과도한 전류를 흘릴 수 있기 때문입니다.
• 회로 기판 레이아웃:포토다이오드를 증폭기나 비교기에 연결하는 트레이스에서 기생 정전용량과 인덕턴스를 최소화하십시오. 이는 고속 성능을 유지하는 데 매우 중요합니다.
• 주변광 제거:내장된 블랙 렌즈가 도움이 되지만, 주변광에서 최상의 성능을 위해 광학 필터링(추가 IR 통과 필터)과 전기적 필터링(동기 검출)이 필요할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

PD70-01B/TR10은 컴팩트한 SMD 패키지에서 특징들을 결합하여 차별화됩니다:

• 표준 포토다이오드 대비:PIN 구조는 표준 PN 포토다이오드보다 낮은 정전용량과 빠른 응답을 제공합니다.
• 더 큰 PIN 다이오드 대비:작은 2.0x1.25mm 풋프린트는 공간이 제한된 고밀도 PCB 설계를 가능하게 합니다.
• 통합 필터:주광 필터(블랙 에폭시)가 포함되어 있어 가시광선 잡음을 차단하기 위한 외부 필터 필요성을 줄여 설계를 단순화합니다.
• 견고한 정격:넓은 동작 온도 범위(-25°C ~ +85°C)와 높은 일반적인 항복 전압(170V)은 설계 마진과 신뢰성을 제공합니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: "주광 필터"의 목적은 무엇입니까?

A: 블랙 렌즈 재료는 가시광선 스펙트럼(약 400-700 nm)의 빛을 감쇠시키는 반면 근적외선(700-1100 nm)은 통과시킵니다. 이는 가시광선을 포함하는 실내 주변 조명(형광등, LED, 백열등)으로부터의 간섭을 줄여, IR 기반 시스템의 신호 대 잡음비를 향상시킵니다.

Q: IR 리모컨 수신기에 광전 모드와 광전도 모드 중 어느 것을 사용해야 합니까?

A> 고속 펄스 검출(일반적으로 38-56 kHz 반송파)이 필요한 IR 리모컨 응용의 경우,광전도 모드 (역방향 바이어스)가 필수적입니다. 이 모드에서 감소된 정전용량은 소자가 고주파 변조에 응답할 수 있게 합니다.

Q: 필요한 직렬 저항기의 값을 어떻게 계산합니까?

A: 저항기는 최대 전류를 제한합니다. 역방향 바이어스 V_R를 인가하고, 예상 최대 광전류가 I_max라면, 간단한 직렬 저항기 R을 배치할 수 있습니다. 저항기 양단의 전압 강하는 다이오드의 바이어스를 크게 감소시켜서는 안 됩니다. 예를 들어, V_R= 5V이고 I_max~ 50μA인 경우, 10kΩ 저항기는 0.5V만 강하시켜 다이오드 양단에 4.5V를 남깁니다. 이 저항기는 우발적인 순방향 바이어스로부터 보호하는 데도 도움이 됩니다.

10. 동작 원리

PIN 포토다이오드는 내부 광전 효과의 원리로 동작합니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자들이 본질 영역에서 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성합니다. 역방향 바이어스된 공핍 영역(본질층에 의해 확대됨)에 존재하는 강한 전기장은 이 캐리어들을 신속하게 분리하여 각각의 단자로 표류하게 합니다. 이 전하의 이동은 입사광 강도에 비례하는 광전류를 구성합니다. 넓은 본질 영역이 핵심입니다: 광자 흡수를 위한 부피를 증가시키고(감도 향상), 접합 정전용량을 줄여줍니다(더 빠른 속도 가능).

11. 산업 동향

컴팩트하고 고속이며 민감한 광검출기에 대한 수요는 계속 성장하고 있습니다. PD70-01B/TR10과 같은 소자에 영향을 미치는 동향은 다음과 같습니다:

• 소형화:더 작은 소비자 가전 및 IoT 장치에 대한 추진은 성능을 유지하거나 향상시키면서 더 작은 광학 센서에 대한 필요성을 주도합니다.
• 증가된 통합:이산 포토다이오드가 여전히 필수적이지만, 포토다이오드를 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 및 기타 신호 조정 회로와 함께 단일 패키지로 통합하는 추세가 있어 설계를 단순화합니다.
• NIR 응용 확장:기존의 리모컨을 넘어, NIR 감지는 근접 감지, 제스처 인식, 스펙트럼 분석, 생체의학 모니터링과 같은 영역으로 확장되고 있으며, 이 모두 신뢰할 수 있는 광검출기를 필요로 합니다.
• 강화된 신뢰성 표준:환경 규정(RoHS, REACH, 할로겐 프리) 준수와 엄격한 자동차/산업 신뢰성 등급은 다양한 시장에서 사용되는 구성 요소에 대한 표준이 되어 가고 있습니다.