PD70-01B/TR7 Silizium-Planar-PIN-Fotodiode Datenblatt - 2.0x1.25x0.9mm - 32V Sperrspannung - 940nm Peak-Wellenlänge - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die PD70-01B/TR7 ist eine leistungsstarke Silizium-Planar-PIN-Fotodiode für Anwendungen, die schnelles Ansprechverhalten und hohe Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht erfordern. Ihre kompakte Bauform und robuste Leistung über einen weiten Temperaturbereich machen sie zu einer vielseitigen Komponente für verschiedene elektronische Systeme.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese Fotodiode bietet mehrere Schlüsselvorteile, darunter einen integrierten Tageslichtfilter zur Reduzierung von Umgebungslichtstörungen, hohe Empfindlichkeit bei ihrer Peak-Wellenlänge und eine sehr niedrige Sperrschichtkapazität, die kurze Schaltzeiten ermöglicht. Ihr kleines, oberflächenmontierbares Gehäuse ist bleifrei und entspricht den RoHS-, REACH- und halogenfreien Standards. Diese Eigenschaften machen sie besonders geeignet für Unterhaltungselektronik, industrielle Steuerungen und Kommunikationsanwendungen wie Fernbedienungen für Fernseher und Geräte, Infrarot-Audioübertragung, Videorekorder, Kopierer, Aufzugssensoren sowie allgemeine Mess- und Steuerungssysteme.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen zuverlässigen Betrieb innerhalb spezifizierter Grenzen ausgelegt. Die maximale Sperrspannung (VR) beträgt 32V. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) liegt zwischen -25°C und +85°C, die Lagertemperatur (Tstg) zwischen -40°C und +85°C. Die maximale Löttemperatur (Tsol) beträgt 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden. Die Verlustleistung (Pd) ist mit 150 mW bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur spezifiziert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Bei einer Standardtemperatur von 25°C weist die Fotodiode spezifische Leistungskennwerte auf. Ihre spektrale Bandbreite (λ0.5) reicht von 730 nm bis 1100 nm, mit einer Spitzenempfindlichkeit (λP) bei 940 nm, was sie eindeutig im nahen Infrarotspektrum verortet. Unter einer Bestrahlungsstärke von 1 mW/cm² bei 940 nm beträgt der typische Kurzschlussstrom (ISC) 35 µA und der typische Sperrlichtstrom (IL) bei VR=5V 25 µA (min. 17 µA). Der Sperrdunkelstrom (ID) bei VR=10V beträgt typisch 5 nA, maximal 30 nA. Die Sperrdurchbruchspannung (VBR) beträgt mindestens 32V, typisch 170V bei einem Strom von 100 µA.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien, die tiefere Einblicke in das Bauteilverhalten über die tabellierten Minimal-, Typ- und Maximalwerte hinaus bieten.

3.1 Spektrale Empfindlichkeit

Ein Diagramm (Abb.1) zeigt die normierte spektrale Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die Kurve zeigt einen steilen Anstieg der Empfindlichkeit ab etwa 730 nm, ein Maximum bei 940 nm und ein allmähliches Abfallen bis 1100 nm. Dies bestätigt die Optimierung für die Infrarotdetektion, insbesondere für gängige 940-nm-IR-Emitter, während der Tageslichtfilter die Empfindlichkeit im sichtbaren Spektrum dämpft.

3.2 Linearität des Ansprechverhaltens

Ein weiteres Diagramm (Abb.2) stellt den Sperrlichtstrom (IL) über der Bestrahlungsstärke (Ee) dar. Diese Kurve zeigt eine hochlineare Beziehung, was bedeutet, dass der Fotostromausgang im Betriebsbereich direkt proportional zur einfallenden Lichtleistung ist – ein entscheidendes Merkmal für Mess- und Steueranwendungen.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die PD70-01B/TR7 ist in einem kompakten, oberflächenmontierbaren Gehäuse erhältlich. Detaillierte Maßzeichnungen sind beigefügt. Die Gehäuseabmessungen betragen etwa 2,0 mm Länge, 1,25 mm Breite und 0,9 mm Höhe (ohne Anschlüsse). Die Kathode ist typischerweise markiert, oft durch eine Kerbe, eine abgeschrägte Kante oder einen Punkt auf dem Gehäuse. Entwickler müssen die detaillierte Gehäusezeichnung für die genaue Polungskennzeichnung und das Pad-Layout konsultieren, um ein korrektes PCB-Footprint-Design und die richtige Montageausrichtung sicherzustellen.

4.2 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Für die automatisierte Bestückung wird die Komponente auf Trägerband und Rolle geliefert. Die Bandbreite, die Taschenabmessungen und der Spulendurchmesser sind spezifiziert, um mit Standard-Bestückungsautomaten kompatibel zu sein. Die Standardpackungsmenge beträgt 1000 Stück pro Spule.

5. Löt- und Bestückungsrichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofil

Für bleifreies Löten muss ein spezifisches Temperaturprofil eingehalten werden. Das empfohlene Profil umfasst eine Aufwärmphase, eine Haltezone, eine maximale Reflow-Temperatur von nicht mehr als 260°C und eine kontrollierte Abkühlphase. Die Gesamtzeit oberhalb der Liquidustemperatur und die maximale Dauer der Spitzentemperatur sind kritisch, um thermische Schäden am Epoxidgehäuse und dem Halbleiterchip zu verhindern. Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

5.2 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten erforderlich ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Temperatur der Lötspitze sollte unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit mit jedem Anschluss sollte pro Lötstelle weniger als 3 Sekunden betragen, wobei ein Lötkolben mit einer Leistung von 25W oder weniger verwendet wird. Zwischen dem Löten der einzelnen Anschlüsse ist ein Abkühlintervall von mehr als zwei Sekunden erforderlich. Für Nacharbeiten wird ein Doppelspitzen-Lötkolben empfohlen, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung zu vermeiden. Die Durchführbarkeit und Auswirkung von Nacharbeiten auf die Bauteileigenschaften sollte vorab bewertet werden.

6. Lager- und Handhabungshinweise

6.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Dieses Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich. Die Feuchtigkeitssperrbeutel sollten erst geöffnet werden, wenn die Komponenten verwendet werden sollen. Vor dem Öffnen sollten die Lagerbedingungen 30°C oder weniger und 90% relative Luftfeuchtigkeit (RH) oder weniger betragen. Die Gesamthaltbarkeit im ungeöffneten Beutel beträgt ein Jahr. Nach dem Öffnen müssen die Komponenten bei 30°C oder weniger und 60% RH oder weniger gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Wenn der Silicagel-Trockenmittelbeutel Sättigung anzeigt oder die Lagerzeit überschritten wird, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60 ±5°C für 24 Stunden erforderlich.

6.2 Elektrischer Schutz

Eine kritische Vorsichtsmaßnahme ist der Überstromschutz. Als Diode muss sie im Betrieb mit einem vorgeschalteten strombegrenzenden Widerstand betrieben werden. Ohne diesen Widerstand kann eine kleine Erhöhung der angelegten Spannung zu einem großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg führen, der zum Durchbrennen führt. Der Widerstandswert muss basierend auf der Betriebsspannung und dem gewünschten Fotostrom oder Dunkelstrom berechnet werden.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die PD70-01B/TR7 kann in zwei primären Konfigurationen verwendet werden: Fotovoltaischer Modus (Null-Vorspannung) und Fotoleitender Modus (Sperrvorspannung). Im fotovoltaischen Modus erzeugt sie bei Beleuchtung eine Spannung/einen Strom und eignet sich für einfache Lichtdetektion. Im fotoleitenden Modus (mit angelegter Sperrvorspannung, z.B. 5V) ist die Ansprechgeschwindigkeit deutlich höher und die Linearität verbessert, was sie ideal für die Hochgeschwindigkeits-Pulsdetektion wie in IR-Fernbedienungen macht. Eine Transimpedanzverstärker (TIA)-Schaltung wird üblicherweise verwendet, um den kleinen Fotostrom in ein nutzbares Spannungssignal umzuwandeln.

7.2 Designüberlegungen

Wichtige Designfaktoren sind:Vorspannung:Wählen Sie den Betriebsmodus basierend auf Geschwindigkeits- und Linearitätsanforderungen.Bandbreite:Die niedrige Kapazität (impliziert durch kurze Schaltzeit) ermöglicht hohe Bandbreite in Kombination mit einem geeigneten rauscharmen Verstärker.Optische Filterung:Der integrierte Tageslichtfilter ist vorteilhaft, aber für spezifische Anwendungen können zusätzliche externe optische Filter erforderlich sein, um unerwünschte Wellenlängen zu blockieren.PCB-Layout:Halten Sie die Fotodiode und ihren Verstärker eng beieinander, um parasitäre Kapazitäten und Störeinstrahlung zu minimieren. Stellen Sie sicher, dass Anode und Kathode gemäß der Gehäusekennzeichnung korrekt ausgerichtet sind.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Fotodioden oder Fototransistoren bietet die PIN-Struktur der PD70-01B/TR7 deutliche Vorteile. Die intrinsische (I)-Zone zwischen den P- und N-Schichten reduziert die Sperrschichtkapazität und ermöglicht schnellere Ansprechzeiten (kurze Schaltzeit). Dies macht sie überlegen für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung via IR. Ihre hohe Empfindlichkeit und spezifizierte Dunkelstromparameter bieten ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis. Der integrierte Tageslichtfilter ist ein praktisches Merkmal, das nicht alle einfachen Fotodioden aufweisen, und vereinfacht das Design für Umgebungen mit Umgebungslicht.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Welchen Zweck hat der Tageslichtfilter?

Der Tageslichtfilter dämpft die Empfindlichkeit im sichtbaren Lichtspektrum (ca. 400-700 nm). Dies reduziert Rauschen und Störungen durch Umgebungslichtquellen wie Sonnenlicht oder Raumbeleuchtung und ermöglicht es dem Bauteil, die modulierten Infrarotsignale einer Fernbedienung oder anderer IR-Quellen zuverlässiger zu detektieren.

9.2 Wie wähle ich den Wert des Vorwiderstands?

Der Vorwiderstand begrenzt den Strom sowohl im Dunkeln als auch bei Beleuchtung. Im Sperrvorspannungsmodus kann der Widerstandswert (R) mit dem Ohmschen Gesetz abgeschätzt werden: R ≈ (Versorgungsspannung - Dioden-Sperrspannungsabfall) / Maximaler erwarteter Strom. Der Strom sollte deutlich unter der maximalen Verlustleistungsgrenze gehalten werden. Beginnen Sie mit einem konservativen Wert (z.B. 10kΩ) und passen Sie ihn basierend auf Signalamplitude und Geschwindigkeitsanforderungen an.

9.3 Kann dieser Sensor sichtbares Licht detektieren?

Obwohl ihr spektraler Bereich bei 730 nm (Grenze des roten sichtbaren Lichts) beginnt, ist ihre Empfindlichkeit im sichtbaren Spektrum aufgrund des Tageslichtfilters sehr gering. Sie ist primär ein Infrarotdetektor, der für 940 nm optimiert ist. Für die Detektion von sichtbarem Licht wäre eine Fotodiode ohne IR-Sperr- oder Tageslichtfilter erforderlich.

10. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Silizium-PIN-Fotodiode ist ein Halbleiterbauelement, das Licht in elektrischen Strom umwandelt. Wenn Photonen mit einer Energie größer als die Bandlücke von Silizium auf das Bauteil treffen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare in der Sperrschicht. In einer PIN-Struktur ist eine breite intrinsische (I)-Zone zwischen der P- und N-dotierten Region eingebettet. Diese breite I-Zone schafft einen größeren Verarmungsbereich für die Photonenabsorption und reduziert, entscheidend, die Sperrschichtkapazität. Unter Sperrvorspannung transportiert das elektrische Feld diese Ladungsträger zu den Kontakten und erzeugt einen Fotostrom, der proportional zur einfallenden Lichtintensität ist. Der "planare" Prozess bezieht sich auf das Herstellungsverfahren, das typischerweise Bauteile mit stabiler und konsistenter Leistung liefert.