PD42-21B/TR8 1.8mm 원형 초소형 실리콘 PIN 포토다이오드 데이터시트 - 직경 1.8mm - 블랙 렌즈 - 기술 문서

1. 제품 개요

PD42-21B/TR8은 적외선 감지 응용 분야를 위해 설계된 고속, 고감도 실리콘 PIN 포토다이오드입니다. 블랙 플라스틱 몰드로 구성된 미니어처 1.8mm 직경의 구형 탑뷰 렌즈 표면 실장 장치(SMD) 패키지에 수납되어 있으며, 스펙트럼은 일반적인 적외선 발광 다이오드와 최적화되어 있습니다. 주된 기능은 입사광, 특히 적외선 스펙트럼의 빛을 전류로 변환하는 것입니다.

이 장치의 핵심 장점은 빠른 응답 시간, 높은 광감도 및 작은 접합 커패시턴스에서 비롯되며, 빠르고 신뢰할 수 있는 빛 감지가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 자동화 조립 공정과 호환되는 테이프 및 릴 형식으로 공급되며, 무연(Pb-free), RoHS 준수, EU REACH 준수 및 할로겐 프리로 현대적인 환경 기준을 준수합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 역방향 전압 (VR):32 V - 포토다이오드 단자에 역방향 바이어스로 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 (Topr):-25°C ~ +85°C - 정상적인 장치 동작을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 (Tstg):-40°C ~ +85°C - 비동작 상태에서 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 솔더링 온도 (Tsol):최대 5초 동안 260°C - 리플로우 솔더링 중 최고 온도 한계입니다.
• 전력 소산 (Pd):25°C에서 150 mW - 장치가 소산할 수 있는 최대 전력입니다.

2.2 전기-광학 특성

25°C에서 측정된 이 파라미터들은 지정된 테스트 조건에서 포토다이오드의 성능을 정의합니다.

• 스펙트럼 대역폭 (λ0.5):730 nm ~ 1100 nm - 포토다이오드의 응답성이 피크 값의 절반 이상인 파장 범위입니다. 이는 감도 창을 정의합니다.
• 최대 감도 파장 (λP):940 nm (일반값) - 포토다이오드가 가장 민감하게 반응하는 빛의 파장입니다. 이는 일반적인 940nm IR LED와 일치합니다.
• 개방 회로 전압 (VOC):Ee=5 mW/cm², λP=940nm 조건에서 0.42 V (일반값) - 전류가 흐르지 않는 상태(개방 회로)에서 조명 하에 포토다이오드 단자에 생성되는 전압입니다.
• 단락 전류 (ISC):Ee=1 mW/cm², λP=875nm 조건에서 4.0 μA (일반값) - 단자가 단락된 상태에서 조명 하에 포토다이오드를 통해 흐르는 전류입니다.
• 역방향 광전류 (IL):Ee=1 mW/cm², λP=875nm, VR=5V 조건에서 4.0 μA (일반값) - 장치가 역방향 바이어스되었을 때 생성되는 광전류입니다. 이는 대부분의 검출 회로에서 주요 동작 파라미터입니다.
• 암전류 (ID):VR=10V 조건에서 10 nA (최대값) - 장치가 완전한 어둠 속에 있을 때 흐르는 작은 역방향 누설 전류입니다. 값이 낮을수록 더 나은 신호 대 잡음비를 나타냅니다.
• 역방향 항복 전압 (VBR):IR=100μA 조건에서 32 V (최소값), 170 V (일반값) - 역방향 전류가 급격히 증가하는 전압입니다. 이 전압 근처 또는 이상에서 동작하면 손상을 초래할 수 있습니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 단일 지점 사양 이상의 장치 동작에 대한 시각적 통찰력을 제공하는 일반적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다.

3.1 스펙트럼 감도 (그림 1)

이 곡선은 포토다이오드의 상대 응답성을 입사광의 파장에 대해 표시합니다. 이는 940nm에서의 스펙트럼 대역폭과 최대 감도를 그래픽으로 확인시켜 줍니다. 곡선은 약 700nm 부근에서 감도가 급격히 상승하여 940nm에서 정점을 이루고, 1100nm 쪽으로 점차 감소하는 것을 보여줍니다. 이 형태는 실리콘 기반 광검출기의 특징입니다.

3.2 역방향 광전류 대 조사도 (그림 2)

이 그래프는 생성된 광전류(IL)와 입사광 파워 밀도(Ee) 사이의 관계를 설명합니다. 광전도 모드(역방향 바이어스)에서 동작하는 PIN 포토다이오드의 경우, 이 관계는 일반적으로 넓은 범위에서 선형적입니다. 이 선형성은 출력 신호가 빛의 강도에 직접 비례해야 하는 아날로그 빛 감지 응용 분야에서 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

PD42-21B/TR8은 1.8mm 본체 직경을 가진 원형 초소형 장치입니다. 상세한 기계 도면은 전체 높이, 렌즈 형상, 리드 간격 및 패드 권장 사항을 포함한 모든 중요한 치수를 제공합니다. 제안된 패드 레이아웃은 참고용이며, 설계자는 특정 PCB 설계 규칙 및 열/기계적 요구 사항에 따라 조정해야 합니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수 공차는 일반적으로 ±0.1mm입니다.

4.2 극성 식별

장치에는 두 개의 단자가 있습니다. 역방향 바이어스 회로에서 올바른 동작을 위해서는 정확한 극성 연결이 필수적입니다. 데이터시트 도면은 캐소드와 애노드를 표시합니다. 일반적으로 더 긴 리드 또는 패키지의 특정 마킹이 캐소드를 나타냅니다. 캐소드를 더 높은 양전압(역방향 바이어스)에 연결하는 것이 표준 동작 조건입니다.

4.3 포장 사양

부품은 7인치 직경 릴에 엠보싱된 캐리어 테이프로 공급됩니다. 테이프 치수(포켓 크기, 피치 등)는 표준 SMD 픽 앤 플레이스 장비와의 호환성을 보장하기 위해 명시됩니다. 각 릴에는 1000개가 들어 있으며, 이는 중간 규모 생산에 일반적인 수량입니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 리플로우 솔더링 프로파일

이 장치는 무연(Pb-free) 리플로우 솔더링 공정에 적합합니다. 최대 피크 온도는 260°C를 초과해서는 안 되며, 260°C 이상의 시간은 제한되어야 합니다. 플라스틱 패키지 및 내부 다이 어태치에 대한 열 응력 손상을 방지하기 위해 리플로우 사이클의 총 횟수는 2회를 초과해서는 안 됩니다.

5.2 핸드 솔더링

수동 솔더링이 필요한 경우 각별한 주의가 필요합니다. 솔더링 아이언 팁 온도는 350°C 이하로 유지해야 하며, 리드당 접촉 시간은 3초 이내로 제한해야 합니다. 저전력 아이언(≤25W)을 권장합니다. 각 단자를 솔더링할 때마다 냉각 간격을 두어 국부적인 과열을 방지해야 합니다.

5.3 재작업 및 수리

초기 솔더링 후 재작업은 강력히 권장하지 않습니다. 불가피한 경우, 과도한 기계적 응력을 가하지 않고 안전하게 제거할 수 있도록 양쪽 단자를 동시에 가열하는 전용 더블 헤드 솔더링 아이언을 사용해야 합니다. 재작업으로 인한 장치 성능에 대한 잠재적 영향은 사전에 평가되어야 합니다.

6. 보관 및 취급 주의사항

• 습기 민감도:이 장치는 습기에 민감합니다. 사용 준비가 될 때까지 백을 개봉해서는 안 됩니다. 사전 조건화 보관은 ≤30°C 및 ≤90% RH에서 이루어져야 합니다.
• 플로어 라이프:습기 차단 백을 개봉한 후, ≤30°C 및 ≤60% RH에서 보관할 경우 168시간(7일) 이내에 부품을 사용해야 합니다.
• 베이킹:보관 시간을 초과하거나 건조제가 높은 습도를 나타내는 경우, 60±5°C에서 24시간 동안 베이킹 처리가 필요합니다. 이는 흡수된 수분을 제거하고 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위함입니다.

7. 응용 제안

7.1 일반적인 응용 회로

주요 응용 분야는 고속 광검출기입니다. 일반적인 회로에서 포토다이오드는 최대 정격 미만의 전압(예: 테스트 조건과 같이 5V)으로 역방향 바이어스됩니다. 광전류(IL)는 부하 저항(RL)을 통해 흐릅니다. 빛의 강도에 비례하는 RL 양단의 전압 강하는 이후의 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 또는 전압 증폭기에 의해 증폭됩니다. 빠른 응답 시간으로 인해 펄스 광 검출 및 데이터 통신에 적합합니다.

7.2 설계 고려사항

• 바이어스 전압:최적의 속도와 선형성을 위해 역방향 바이어스 전압(예: 5V)을 권장합니다. 더 높은 바이어스는 접합 커패시턴스를 더욱 줄여 대역폭을 증가시킬 수 있지만, V_R.
• 전류 제한/보호:주의사항에서 언급된 바와 같이, 포토다이오드 자체는 전류를 제한하지 않습니다. 고강도 빛에 노출되거나 잘못 연결될 수 있는 회로에서는 접합을 손상시킬 수 있는 과도한 전류를 방지하기 위해 직렬 저항이 필요할 수 있습니다.
• 광학 설계:블랙 렌즈는 잡광 감도를 줄이는 데 도움이 됩니다. 최적의 성능을 위해 포토다이오드는 IR 소스(예: 850nm 또는 940nm LED)와 짝을 이루어야 하며, 원치 않는 주변광, 특히 어느 정도 감지할 수 있는 가시광선을 차단하기 위해 광학 필터를 사용하는 것이 좋습니다.

7.3 응용 시나리오

• 고속 광 검출:빠른 켜기/끄기 빛 전환을 감지해야 하는 광 차단 시스템, 물체 계수 및 인코더에 적합합니다.
• 복사기 및 스캐너:문서 존재 감지, 종이 걸림 감지 센서로 사용하거나 접촉 이미지 센서(CIS)의 이미지 감지 어레이의 일부로 사용할 수 있습니다.
• 게임기 및 소비자 가전:IR 리모컨 수신기, 근접 센서 및 제스처 인식 시스템에 사용됩니다.
• 적외선 응용 시스템:데이터 전송, 거리 측정(비행 시간) 또는 단순 존재 감지를 위해 변조되거나 펄스된 적외선을 사용하는 모든 시스템.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 PN 포토다이오드와 비교하여, PIN 구조는 주요 장점을 제공합니다: 더 넓은 공핍 영역("I" 또는 본질 영역)으로 인해더 낮은 접합 커패시턴스(더 빠른 응답 가능)를 가지며, 더 낮은 역방향 바이어스 전압에서 효율적으로 동작할 수 있습니다. 작은 1.8mm 패키지는 공간이 제한된 설계에 이상적입니다. 블랙 렌즈는 투명 렌즈 변종과 비교하여 어느 정도 내장된 가시광선 억제 기능을 제공하며, 이는 IR 전용 응용 분야에 유익합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 단락 전류(I_SC)와 역방향 광전류(I_L)의 차이는 무엇입니까?

A: I_SC는 다이오드 양단 전압이 0인 상태(광전지 모드)에서 측정됩니다. I_L는 역방향 바이어스가 인가된 상태(광전도 모드)에서 측정됩니다. I_L는 일반적으로 회로 설계에 사용되는 파라미터로, 더 안정적이고 선형적이며 역방향 바이어스가 응답 속도를 높입니다.

Q: 암전류가 중요한 이유는 무엇입니까?

A: 암전류는 포토다이오드의 노이즈 플로어입니다. 저조도 응용 분야에서 높은 암전류는 작은 광전류 신호를 가려 감도와 신호 대 잡음비를 감소시킬 수 있습니다. 최대 10 nA 사양은 실리콘 포토다이오드 기준으로 상당히 낮습니다.

Q: 가시광선 소스와 함께 사용할 수 있습니까?

A: 예, 하지만 효율이 감소합니다. 스펙트럼 응답 곡선은 약 730nm부터 감도를 보이므로, 적색 및 근적외선은 잘 감지할 것입니다. 가시광선(예: 파란색 또는 녹색)에 대한 최적의 성능을 위해서는 다른 스펙트럼 피크를 가진 포토다이오드가 더 적합할 것입니다.

10. 동작 원리

PIN 포토다이오드는 p형 영역, 본질(도핑되지 않은) 영역 및 n형 영역을 가진 반도체 장치입니다. 역방향 바이어스되면 주로 본질층에 걸쳐 넓은 공핍 영역이 형성됩니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 입사 광자는 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성합니다. 공핍 영역의 강한 전기장은 이 쌍들을 신속하게 분리하여 각각의 단자로 표류하게 하여, 입사광 강도에 비례하는 광전류를 생성합니다. 본질층은 커패시턴스를 줄이고 더 넓은 영역에서 효율적인 캐리어 수집을 가능하게 하여 속도와 양자 효율을 향상시킵니다.