Technisches Datenblatt für die 5mm Silizium-PIN-Fotodiode PD333-3C/H0/L811 - 5mm Durchmesser - 35V Sperrspannung - Wasserklares Linsengehäuse

1. Produktübersicht

Die PD333-3C/H0/L811 ist eine hochgeschwindigkeitsfähige, hochempfindliche Silizium-PIN-Fotodiode in einem standardmäßigen 5mm-Kunststoffgehäuse. Das Bauteil verfügt über eine wasserklare Epoxidlinse, die es für ein breites Strahlungsspektrum empfindlich macht, einschließlich sichtbarem Licht und infraroten Wellenlängen. Der Hauptentwicklungsfokus liegt auf der Erzielung schneller Ansprechzeiten und hoher Fotoempfindlichkeit bei gleichzeitig geringer Sperrschichtkapazität, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine präzise und schnelle Lichtdetektion erfordern.

Zu den Hauptvorteilen dieses Bauteils zählt die Einhaltung moderner Umwelt- und Sicherheitsstandards. Es handelt sich um ein bleifreies Produkt, das der EU REACH-Verordnung entspricht und halogenfrei ist, wobei der Brom- (Br) und Chlorgehalt (Cl) jeweils unter 900 ppm und deren Summe unter 1500 ppm liegt. Das Produkt selbst ist so ausgelegt, dass es innerhalb der RoHS-konformen Spezifikationen bleibt.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen zuverlässigen Betrieb innerhalb der spezifizierten Grenzen ausgelegt. Eine Überschreitung dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Sperrspannung (V_R):35 V - Die maximal anlegbare Sperrspannung an der Fotodiode.
• Verlustleistung (P_d):150 mW - Die maximale Leistung, die das Bauteil abführen kann.
• Betriebstemperatur (T_opr):-25°C bis +85°C - Der Umgebungstemperaturbereich für den Normalbetrieb.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C - Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebenen Zustand.
• Lötemperatur der Anschlüsse (T_sol):260°C für maximal 5 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Ta=25°C)

Diese Parameter definieren die Kernleistung der Fotodiode unter typischen Bedingungen.

• Spektralbandbreite (λ_0.1):400 nm bis 1100 nm. Das Bauteil reagiert auf Licht vom violetten/blauen Bereich bis weit in das nahe Infrarot.
• Wellenlänge der Spitzenempfindlichkeit (λ_P):940 nm (typisch). Die Fotodiode ist im nahen Infrarotspektrum am empfindlichsten.
• Leerlaufspannung (V_OC):0,38 V (typisch) bei einer Bestrahlungsstärke von 1 mW/cm² bei 470 nm.
• Kurzschlussstrom (I_SC):45 μA (typisch) bei einer Bestrahlungsstärke von 1 mW/cm² bei 470 nm.
• Fotostrom in Sperrrichtung (I_L):Dies ist der Fotostrom, der erzeugt wird, wenn die Diode in Sperrrichtung betrieben wird.
  • 46 μA (typisch) bei 470 nm, V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
  • 60 μA (typisch) bei 940 nm (Spitzenempfindlichkeit), V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
• Dunkelstrom in Sperrrichtung (I_D):10 nA (maximal) bei V_R=10V in völliger Dunkelheit. Dies ist der Leckstrom und ein Schlüsselparameter für die Empfindlichkeit bei schwachem Licht.
• Durchbruchspannung in Sperrrichtung (V_BR):130 V (typisch), mit einem Minimum von 35 V, gemessen bei einem Sperrstrom von 100 μA im Dunkeln.
• Öffnungswinkel (2θ_1/2):80° (typisch). Dies definiert den Winkelbereich, in dem die Fotodiode die Hälfte ihrer achsennahen Empfindlichkeit beibehält.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für Entwicklungsingenieure wesentlich sind.

3.1 Verlustleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Ein Diagramm zeigt die Reduzierung der maximal zulässigen Verlustleistung mit steigender Umgebungstemperatur. Die Nennleistung von 150 mW gilt bei 25°C und nimmt linear auf 0 mW bei 100°C ab. Diese Kurve ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das Bauteil in der Anwendungsumgebung nicht überhitzt.

3.2 Spektrale Empfindlichkeit

Diese Kurve veranschaulicht die relative Empfindlichkeit der Fotodiode über ihren Betriebswellenlängenbereich (400-1100 nm), bestätigt die Spitzenempfindlichkeit bei etwa 940 nm und zeigt eine signifikante Reaktion im sichtbaren Spektrum aufgrund der wasserklaren Linse.

3.3 Fotostrom in Sperrrichtung in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke

Dieses Diagramm zeigt den linearen Zusammenhang zwischen dem erzeugten Fotostrom (I_L) und der einfallenden Lichtleistungsdichte (E_e). Es bestätigt die Eignung des Bauteils für Lichtmessanwendungen, bei denen Linearität wichtig ist.

3.4 Dunkelstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Der Dunkelstrom (I_D) steigt exponentiell mit der Temperatur an. Diese Kurve ist für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen von entscheidender Bedeutung, da sie das Grundrauschen des Detektors definiert.

3.5 Relativer Fotostrom in Abhängigkeit vom Winkel

Dieses Polardiagramm stellt den 80°-Öffnungswinkel visuell dar und zeigt, wie die Stärke des erfassten Signals abfällt, wenn der Einfallswinkel des Lichts von der Mittelachse (0°) abweicht.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Die Fotodiode ist in einem standardmäßigen 5mm-Radialgehäuse mit Anschlussdrähten erhältlich. Wichtige Abmessungen sind ein Gehäusedurchmesser von 5,0 mm, eine typische Epoxidkuppelhöhe und der Anschlussdrahtabstand. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,25 mm. Für das Leiterplattenlayout ist eine detaillierte Maßzeichnung im Datenblatt enthalten.

4.2 Polungsidentifikation

Die Kathode (K) wird typischerweise durch einen längeren Anschlussdraht, eine flache Stelle am Gehäuserand oder andere Markierungen gemäß der Gehäusezeichnung identifiziert. Für einen korrekten Betrieb in Sperrrichtung muss die Polung während des Schaltungsaufbaus beachtet werden.

5. Richtlinien für Lötung und Montage

Sorgfältige Handhabung während des Lötens ist entscheidend, um Schäden an der Epoxidkuppel und der inneren Struktur zu vermeiden.

• Allgemeine Regel:Halten Sie einen Mindestabstand von 3 mm zwischen der Lötstelle und der Epoxidkuppel ein. Es wird empfohlen, außerhalb der Basis des Verbindungsstegs zu löten.
• Handlötung:Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur von maximal 350°C (max. 30W). Begrenzen Sie die Lötzeit auf 3 Sekunden pro Anschlussdraht.
• Wellen-/Tauchlötung:Vorwärmen auf maximal 100°C für bis zu 60 Sekunden. Die Badetemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, mit einer maximalen Verweilzeit von 5 Sekunden.
• Kritische Anweisungen:
  • Vermeiden Sie mechanische Belastung der Anschlussdrähte, während das Bauteil eine hohe Temperatur hat.
  • Führen Sie Tauch- oder Handlötung nicht mehr als einmal durch.
  • Schützen Sie die Epoxidkuppel vor Stößen oder Vibrationen, bis das Bauteil auf Raumtemperatur abgekühlt ist.
  • Vermeiden Sie eine schnelle Abkühlung von der maximalen Löttemperatur.
  • Verwenden Sie stets die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Verpackungsspezifikation

Die Bauteile sind zum Schutz in antistatischen Beuteln verpackt. Der Standardverpackungsablauf ist:

1. 500 Stück pro antistatischem Beutel.
2. 5 Beutel (2500 Stück) pro Innenkarton.
3. 10 Innenkartons (25.000 Stück) pro Außenkarton (Master).

6.2 Etikettenspezifikation

Das Produktetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation, einschließlich Kunden-Teilenummer (CPN), Produktnummer (P/N), Packmenge (QTY), Losnummer und Datumscodes (Monatskennung).

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hochgeschwindigkeits-Fotodetektion:Geeignet für Datenkommunikationsverbindungen (z.B. IR-Fernbedienungen, optische Encoder, Näherungssensoren), bei denen eine schnelle Impulserkennung benötigt wird.
• Sicherheitssysteme:Kann in Einbruchmeldeanlagen, Rauchmeldern oder zur Umgebungslichtmessung für automatische Lichtsteuerung eingesetzt werden.
• Kamerassysteme:Einsetzbar für Belichtungsmessung, automatische Belichtungssteuerung oder als Sensor für IR-Sperrfiltersteuerung.

7.2 Designüberlegungen

• Vorspannung:Für die schnellste Ansprechzeit und Linearität sollte die Fotodiode im Sperrrichtungsbetrieb (photoleitender Modus) betrieben werden. Ein Transimpedanzverstärker (TIA) wird üblicherweise verwendet, um den Fotostrom in eine Spannung umzuwandeln.
• Bandbreite vs. Empfindlichkeit:Optisches Design:
• Der 80°-Öffnungswinkel ist relativ breit. Für richtungsabhängige Erfassung kann eine Blende oder ein Linsenrohr erforderlich sein, um das Sichtfeld einzuschränken.Dunkelstromkompensation:
• In präzisen Anwendungen mit schwachem Licht müssen der Dunkelstrom und seine Temperaturabhängigkeit möglicherweise in der Signalaufbereitungsschaltung kompensiert werden.8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-PN-Fotodioden bietet diese PIN-Fotodiode deutliche Vorteile:

Schnellere Ansprechzeit:

• Die intrinsische (I) Zone in einer PIN-Struktur verringert die Sperrschichtkapazität, was höhere Schaltgeschwindigkeiten und Bandbreite ermöglicht.Verbesserte Linearität:
• Die breite intrinsische Zone ermöglicht eine bessere Linearität des Fotostroms in Bezug auf die einfallende Lichtleistung über einen weiten Bereich.Geringerer Dunkelstrom (bei vergleichbaren Spannungen):
• Obwohl vom spezifischen Design abhängig, kann die Struktur manchmal geringere Leckströme ermöglichen.Breitspektrum-Empfindlichkeit:
• Die wasserklare Linse filtert im Gegensatz zu getönten Linsen kein sichtbares Licht heraus, was sie zu einer vielseitigen Wahl für Anwendungen macht, die eine Reaktion von sichtbar bis nahes IR benötigen.9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Betrieb bei 470nm und 940nm?

A: Die Fotodiode ist bei ihrer Spitzenwellenlänge von 940nm deutlich empfindlicher (60 μA typisch vs. 46 μA bei 470nm unter gleichen Bedingungen). Für maximale Signalausgabe sind IR-Quellen um 940nm ideal. Die Reaktion bei 470nm ermöglicht es, das Bauteil auch mit blauen/grünen sichtbaren Lichtquellen zu verwenden.

F2: Kann ich diese Fotodiode ohne eine Sperrspannung betreiben?

A: Ja, sie kann im Photovoltaikmodus (Null-Vorspannung) betrieben werden und erzeugt dabei die Leerlaufspannung (V

). Für Hochgeschwindigkeits- oder die meisten linearen Anwendungen wird jedoch der Betrieb in Sperrrichtung (photoleitender Modus) empfohlen, da dies die Sperrschichtkapazität verringert und die Ansprechzeit verbessert._OCF3: Wie kritisch ist die 3mm-Lötabstandsregel?

A: Sehr kritisch. Übermäßige Wärme, die über den Anschlussdraht geleitet wird, kann die Epoxidabdichtung zum Reißen bringen oder den Halbleiterchip beschädigen, was zu sofortigem Ausfall oder reduzierter Langzeitzuverlässigkeit führt.

F4: Was bedeutet die "Öffnungswinkel"-Spezifikation für mein Design?

A: Sie bedeutet, dass die Fotodiode Licht effektiv innerhalb eines 80°-Kegels (40° außerhalb der Achse in jede Richtung) erfasst. Licht, das in größeren Winkeln einfällt, erzeugt ein deutlich schwächeres Signal. Dies ist wichtig für die Ausrichtung des Sensors mit einer Lichtquelle oder die Definition eines Erfassungsbereichs.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Entwurf eines einfachen Näherungssensors:

Die PD333-3C/H0/L811 kann mit einer Infrarot-LED (z.B. mit Emission bei 940nm) kombiniert werden, um einen Näherungs- oder Objekterkennungssensor zu erstellen. Die IR-LED wird mit einem gepulsten Strom angesteuert. Die Fotodiode, die neben der LED platziert aber optisch isoliert ist, detektiert das von einem Objekt reflektierte IR-Licht. Der Ausgang der Fotodiode wird mit einem TIA und dann einem Komparator verbunden. Wenn kein Objekt vorhanden ist, ist das erfasste Signal niedrig (nur Umgebungs-IR). Wenn sich ein Objekt nähert, erhöht der reflektierte Puls das Signal über einen eingestellten Schwellenwert und löst den Komparator aus. Die schnelle Ansprechzeit der PIN-Diode ermöglicht eine schnelle Erkennung und kann modulierte Signale unterstützen, um Umgebungslichtstörungen zu unterdrücken.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine PIN-Fotodiode ist ein Halbleiterbauelement mit einer Dreischichtstruktur: P-Typ, Intrinsisch (undotiert) und N-Typ (P-I-N). Bei Betrieb in Sperrrichtung wird die intrinsische Zone vollständig von Ladungsträgern entleert, wodurch eine breite elektrische Feldregion entsteht. Photonen, die mit einer Energie größer als die Bandlücke des Halbleiters auf das Bauteil treffen, erzeugen Elektron-Loch-Paare. Das starke elektrische Feld in der intrinsischen Zone transportiert diese Ladungsträger schnell zu ihren jeweiligen Anschlüssen und erzeugt einen Fotostrom, der proportional zur einfallenden Lichtintensität ist. Die breite intrinsische Zone ist der Schlüssel: Sie verringert die Sperrschichtkapazität (ermöglicht hohe Geschwindigkeit) und erhöht das Volumen, in dem Photonen absorbiert werden können (verbessert die Empfindlichkeit, insbesondere für längere Wellenlängen wie IR).

12. Branchentrends und Kontext

Silizium-PIN-Fotodioden wie die PD333-3C/H0/L811 bleiben grundlegende Komponenten in der Optoelektronik. Aktuelle Trends in der Branche umfassen:

Miniaturisierung:

• Während 5mm ein Standard-Durchsteckgehäuse ist, gibt es einen starken Trend zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen (z.B. 0805, 0603) für automatisierte Montage und platzbeschränkte Designs.Integration:
• Zunehmende Integration der Fotodiode mit Verstärkung, Filterung und digitaler Logik auf dem Chip, um "intelligente optische Sensoren" zu schaffen, die ein verarbeitetes digitales Ausgangssignal liefern.Verbesserte Leistung:
• Die laufende Entwicklung konzentriert sich auf die weitere Reduzierung des Dunkelstroms, die Verbesserung der Empfindlichkeit (Responsivität) bei bestimmten Wellenlängen und die Erweiterung des Spektralbereichs in tieferes Infrarot mit Materialien wie InGaAs.Anwendungsspezifische Optimierung:
• Fotodioden werden für neue Anwendungen in der Unterhaltungselektronik (Smartphone-Sensoren, Wearables), Automobil (LiDAR, Innenraumsensorik) und Industrieautomatisierung (Maschinelles Sehen, Spektroskopie) maßgeschneidert.Trotz dieser Trends bleibt die klassische Durchsteck-PIN-Fotodiode in Prototyping, Bildungskits, Industrie-Steuerungen und Anwendungen weit verbreitet, bei denen Robustheit und einfache Handlötung geschätzt werden.

Wichtige rechtliche und technische Haftungsausschlüsse begleiten diese Produktdaten:

Der Hersteller behält sich das Recht vor, Produktmaterialien anzupassen.

1. Das Produkt erfüllt die veröffentlichten Spezifikationen für 12 Monate ab dem Versanddatum.
2. Diagramme und typische Werte dienen der Referenz; sie sind keine garantierten Mindest- oder Höchstgrenzen.
3. Der Hersteller übernimmt keine Verantwortung für Schäden, die durch Betrieb außerhalb der absoluten Maximalwerte oder Missbrauch entstehen.
4. Der Inhalt des Datenblatts ist urheberrechtlich geschützt; eine Vervielfältigung erfordert vorherige Zustimmung.
5. Wichtiger Sicherheitshinweis:
6. Dieses Produkt istnicht vorgesehenfür den Einsatz in militärischen, Luftfahrt-, Automobil-, medizinischen, lebenserhaltenden, lebensrettenden oder anderen sicherheitskritischen Anwendungen, bei denen ein Ausfall zu menschlichen Verletzungen oder zum Tod führen könnte. Für solche Anwendungen muss eine ausdrückliche Genehmigung eingeholt werden.for use in military, aircraft, automotive, medical, life-sustaining, life-saving, or any other safety-critical application where failure could lead to human injury or death. For such applications, explicit authorization must be obtained.