ورقة بيانات الصمام الثنائي الضوئي من السيليكون المسطح PIN طراز PD70-01B/TR7 - أبعاد 2.0x1.25x0.9 مم - جهد عكسي 32 فولت - طول موجة الذروة 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد PD70-01B/TR7 صمامًا ثنائيًا ضوئيًا عالي الأداء من السيليكون المسطح من نوع PIN، مُصممًا للتطبيقات التي تتطلب استجابة سريعة وحساسية عالية للضوء تحت الأحمر. حجمه الصغير وأداؤه القوي عبر نطاق واسع من درجات الحرارة يجعله مكونًا متعدد الاستخدامات لمختلف الأنظمة الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم هذا الصمام الثنائي الضوئي عدة مزايا رئيسية، بما في ذلك مرشح ضوء النهار المدمج لتقليل تداخل الضوء المحيط، وحساسية عالية عند طول موجة الذروة، وسعة تقاطع منخفضة جدًا تتيح أزمنة تبديل قصيرة. عبوته السطحية الصغيرة خالية من الرصاص ومتوافقة مع معايير RoHS وREACH والخالية من الهالوجين. تجعل هذه الميزاته مناسبة بشكل خاص للإلكترونيات الاستهلاكية، والتحكم الصناعي، وتطبيقات الاتصالات مثل أجهزة التحكم عن بعد للتلفزيون والأجهزة المنزلية، ونقل الصوت بالأشعة تحت الحمراء، وأجهزة التسجيل، وآلات النسخ، ومستشعرات المصاعد، وأنظمة القياس والتحكم العامة.

2. تعمق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تم تصميم الجهاز للعمل بموثوقية ضمن الحدود المحددة. الحد الأقصى للجهد العكسي (VR) هو 32 فولت. يمكنه العمل في نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr) من -25°C إلى +85°C والتخزين (Tstg) من -40°C إلى +85°C. الحد الأقصى لدرجة حرارة اللحام (Tsol) هو 260°C لمدة لا تتجاوز 5 ثوانٍ. تبديد الطاقة (Pd) مقدر بـ 150 ميلي واط عند درجة حرارة هواء حر 25°C أو أقل.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

عند درجة الحرارة القياسية 25°C، يُظهر الصمام الثنائي الضوئي مقاييس أداء محددة. يتراوح عرض النطاق الطيفي (λ0.5) من 730 نانومتر إلى 1100 نانومتر، مع حساسية الذروة (λP) عند 940 نانومتر، مما يضعه بقوة في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة. تحت إشعاع قدره 1 ميلي واط/سم² عند 940 نانومتر، يكون تيار الدائرة القصيرة النموذجي (ISC) هو 35 ميكرو أمبير، والتيار الضوئي العكسي النموذجي (IL) عند VR=5V هو 25 ميكرو أمبير (الحد الأدنى 17 ميكرو أمبير). التيار المظلم العكسي (ID) عند VR=10V هو نموذجيًا 5 نانو أمبير، بحد أقصى 30 نانو أمبير. جهد الانهيار العكسي (VBR) هو 32 فولت كحد أدنى، نموذجيًا 170 فولت عند تيار 100 ميكرو أمبير.

3. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية التي توفر نظرة أعمق في سلوك الجهاز تتجاوز القيم الدنيا والنموذجية والقصوى المجدولة.

3.1 الحساسية الطيفية

يوضح الرسم البياني (الشكل 1) الاستجابة الطيفية الطبيعية مقابل الطول الموجي. يُظهر المنحنى ارتفاعًا حادًا في الحساسية يبدأ حوالي 730 نانومتر، ويبلغ ذروته عند 940 نانومتر، ثم ينخفض تدريجيًا نحو 1100 نانومتر. وهذا يؤكد تحسينه للكشف عن الأشعة تحت الحمراء، خاصة لمصابيح الأشعة تحت الحمراء الشائعة 940 نانومتر، بينما يقوم مرشح ضوء النهار بتخفيف الحساسية في الطيف المرئي.

3.2 خطية الاستجابة

يرسم رسم بياني آخر (الشكل 2) التيار الضوئي العكسي (IL) مقابل الإشعاع (Ee). من المتوقع أن يُظهر هذا المنحنى علاقة خطية للغاية، مما يشير إلى أن ناتج التيار الضوئي يتناسب طرديًا مع قوة الضوء الساقط عبر نطاق التشغيل، وهي ميزة حاسمة لتطبيقات القياس والتحكم.

4. المعلومات الميكانيكية والعبوة

4.1 أبعاد العبوة والقطبية

يأتي PD70-01B/TR7 في عبوة سطحية مدمجة. يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة. أبعاد جسم العبوة تقريبًا 2.0 مم في الطول، و1.25 مم في العرض، و0.9 مم في الارتفاع (باستثناء الأطراف). عادةً ما يتم تمييز الكاثود، غالبًا بشق، أو حافة مائلة، أو نقطة على العبوة. يجب على المصممين الرجوع إلى رسم العبوة التفصيلي لمعرفة علامة تحديد القطبية الدقيقة وتخطيط الوسادة لضمان تصميم بصمة PCB الصحيحة واتجاه التجميع.

4.2 مواصفات الشريط الحامل والبكرة

للتجميع الآلي، يتم توريد المكون في شريط حامل وبكرة. يتم تحديد عرض الشريط، وأبعاد الجيب، وقطر البكرة لتكون متوافقة مع معدات الاختيار والوضع القياسية. كمية التعبئة القياسية هي 1000 قطعة لكل بكرة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

للحام الخالي من الرصاص، يجب اتباع ملف درجة حرارة محدد. يتضمن الملف الموصى به مرحلة تسخين مسبق، ومنطقة نقع، ودرجة حرارة ذروة إعادة تدفق لا تتجاوز 260°C، ومرحلة تبريد مُتحكم بها. إجمالي الوقت فوق السائل والحد الأقصى لمدة درجة حرارة الذروة أمران بالغا الأهمية لمنع التلف الحراري للعبوة الإيبوكسي وشريحة أشباه الموصلات. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين.

5.2 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°C، ويجب أن يكون وقت التلامس مع كل طرف أقل من 3 ثوانٍ لكل وصلة لحام باستخدام مكواة بقدرة 25 واط أو أقل. مطلوب فترة تبريد تزيد عن ثانيتين بين لحام كل طرف. لإعادة العمل، يوصى باستخدام مكواة لحام برأس مزدوج لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي. يجب تقييم جدوى وتأثير إعادة العمل على خصائص الجهاز مسبقًا.

6. احتياطات التخزين والتعامل

6.1 الحساسية للرطوبة

هذا الجهاز حساس للرطوبة. لا ينبغي فتح كيس الحاجز للرطوبة حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. قبل الفتح، يجب أن تكون ظروف التخزين 30°C أو أقل و 90% رطوبة نسبية (RH) أو أقل. إجمالي مدة الصلاحية في الكيس غير المفتوح هي سنة واحدة. بعد الفتح، يجب تخزين المكونات عند 30°C أو أقل و 60% RH أو أقل واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا أشار هلام السيليكا المُجفف إلى التشبع أو تم تجاوز وقت التخزين، فإنه يلزم معالجة بالخبز عند 60 ±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

6.2 الحماية الكهربائية

احتياط حرج هو الحماية من التيار الزائد. باعتباره صمامًا ثنائيًا، يجب تشغيله مع مقاومة محددة للتيار على التوالي عند الانحياز. بدون هذا المقاوم، يمكن أن يتسبب زيادة صغيرة في الجهد المطبق في زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار، مما يؤدي إلى الاحتراق. يجب حساب قيمة المقاوم بناءً على جهد التشغيل والتيار الضوئي أو المظلم المطلوب.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

يمكن استخدام PD70-01B/TR7 في تكوينين أساسيين: وضع الخلايا الكهروضوئية (انحياز صفري) ووضع الموصلية الضوئية (انحياز عكسي). في الوضع الكهروضوئي، يولد جهدًا/تيارًا عند الإضاءة، وهو مناسب للكشف البسيط عن الضوء. في وضع الموصلية الضوئية (مع تطبيق جهد انحياز عكسي، على سبيل المثال 5 فولت)، تكون سرعة الاستجابة أسرع بشكل ملحوظ، وتتحسن الخطية، مما يجعله مثاليًا للكشف النبضي عالي السرعة كما في أجهزة التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء. تُستخدم دائرة مضخم المعاوقة العابرة (TIA) بشكل شائع لتحويل التيار الضوئي الصغير إلى إشارة جهد قابلة للاستخدام.

7.2 اعتبارات التصميم

تشمل عوامل التصميم الرئيسية:الانحياز:اختر وضع التشغيل بناءً على متطلبات السرعة والخطية.عرض النطاق:السعة المنخفضة (المستنتجة من زمن التبديل السريع) تتيح عرض نطاق عالي عند اقترانها بمضخم منخفض الضوضاء مناسب.التصفية البصرية:مرشح ضوء النهار المدمج مفيد، ولكن للتطبيقات المحددة، قد تكون هناك حاجة إلى مرشحات بصرية خارجية إضافية لحجب الأطوال الموجية غير المرغوب فيها.تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة:اجعل الصمام الثنائي الضوئي ومضخمه قريبين من بعضهما البعض لتقليل السعة الطفيلية والتقاط الضوضاء. تأكد من أن الأنود والكاثود موجهان بشكل صحيح وفقًا لعلامة العبوة.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بالصمامات الثنائية الضوئية القياسية أو الترانزستورات الضوئية، فإن هيكل PIN لـ PD70-01B/TR7 يقدم مزايا مميزة. المنطقة الجوهرية (I) بين طبقات P و N تقلل من سعة التقاطع، مما يتيح أوقات استجابة أسرع (زمن تبديل قصير). وهذا يجعله متفوقًا لنقل البيانات عالي السرعة عبر الأشعة تحت الحمراء. توفر معلمات الحساسية العالية والتيار المظلم المحددة نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة. مرشح ضوء النهار المتكامل هو ميزة عملية لا توجد في جميع الصمامات الثنائية الضوئية الأساسية، مما يبسط التصميم لبيئات الضوء المحيط.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 ما هو الغرض من مرشح ضوء النهار؟

يخفف مرشح ضوء النهار الحساسية في طيف الضوء المرئي (حوالي 400-700 نانومتر). وهذا يقلل الضوضاء والتداخل من مصادر الضوء المحيط مثل ضوء الشمس أو إضاءة الغرفة، مما يسمح للجهاز بالكشف بشكل أكثر موثوقية عن إشارات الأشعة تحت الحمراء المضمنة من جهاز تحكم عن بعد أو مصدر آخر للأشعة تحت الحمراء.

9.2 كيف أختار قيمة المقاوم المتسلسل؟

يحد المقاوم المتسلسل التيار في كل من الظروف المظلمة والمضاءة. في وضع الانحياز العكسي، يمكن تقدير قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R ≈ (جهد التغذية - انخفاض الجهد العكسي للصمام الثنائي) / أقصى تيار متوقع. يجب الحفاظ على التيار أقل بكثير من حد تبديد الطاقة الأقصى. ابدأ بقيمة متحفظة (على سبيل المثال 10 كيلو أوم) واضبط بناءً على سعة الإشارة ومتطلبات السرعة.

9.3 هل يمكن لهذا المستشعر اكتشاف الضوء المرئي؟

بينما يبدأ نطاقه الطيفي عند 730 نانومتر (حد الضوء الأحمر المرئي)، فإن حساسيته في الطيف المرئي منخفضة جدًا بسبب مرشح ضوء النهار. إنه في المقام الأول كاشف للأشعة تحت الحمراء مُحسن لـ 940 نانومتر. للكشف عن الضوء المرئي، ستكون هناك حاجة إلى صمام ثنائي ضوئي بدون مرشح حاجب للأشعة تحت الحمراء أو مرشح ضوء النهار.

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الضوئي من السيليكون PIN هو جهاز أشباه موصلات يحول الضوء إلى تيار كهربائي. عندما تضرب الفوتونات ذات الطاقة الأكبر من فجوة النطاق للسيليكون الجهاز، فإنها تولد أزواج إلكترون-فجوة في منطقة الاستنزاف. في هيكل PIN، تُحصر منطقة جوهرية (I) واسعة بين مناطق النوع P والنوع N. تخلق منطقة I الواسعة هذه مساحة استنزاف أكبر لامتصاص الفوتونات، والأهم من ذلك، تقلل من سعة التقاطع. تحت الانحياز العكسي، يجتاح المجال الكهربائي حاملات الشحنة هذه إلى جهات الاتصال، مولدة تيارًا ضوئيًا يتناسب مع شدة الضوء الساقط. تشير العملية "المسطحة" إلى تقنية التصنيع، والتي تنتج عادةً أجهزة بأداء مستقر ومتسق.