Hoja de Datos del Fotodiodo PIN de Silicio PD333-3C/H0/L811 de 5mm - Diámetro 5mm - Voltaje Inverso 35V - Lente Transparente - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El PD333-3C/H0/L811 es un fotodiodo PIN de silicio de alta velocidad y alta sensibilidad, encapsulado en un paquete plástico estándar de 5 mm de diámetro. El dispositivo utiliza una lente epoxi transparente, lo que lo hace sensible a un amplio espectro de radiación, incluyendo tanto luz visible como longitudes de onda infrarrojas. Su enfoque de diseño principal es lograr tiempos de respuesta rápidos y alta sensibilidad fotométrica, manteniendo una pequeña capacitancia de unión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una detección de luz precisa y rápida.

Las ventajas clave de este componente incluyen su cumplimiento con los estándares ambientales y de seguridad modernos. Es un producto sin plomo (Pb-Free), cumple con el reglamento REACH de la UE y se adhiere a los requisitos libres de halógenos, con un contenido de Bromo (Br) y Cloro (Cl) cada uno por debajo de 900 ppm y su suma por debajo de 1500 ppm. El producto en sí está diseñado para mantenerse dentro de las especificaciones compatibles con RoHS.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está diseñado para operar de manera confiable dentro de los límites especificados. Exceder estos valores puede causar daños permanentes.

• Voltaje Inverso (V_R):35 V - El voltaje de polarización inversa máximo que se puede aplicar al fotodiodo.
• Disipación de Potencia (P_d):150 mW - La potencia máxima que el dispositivo puede disipar.
• Temperatura de Operación (T_opr):-25°C a +85°C - El rango de temperatura ambiente para operación normal.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C - El rango de temperatura para almacenamiento no operativo.
• Temperatura de Soldadura de Terminales (T_sol):260°C durante un máximo de 5 segundos.

2.2 Características Electro-Ópticas (Ta=25°C)

Estos parámetros definen el rendimiento central del fotodiodo en condiciones típicas.

• Ancho de Banda Espectral (λ_0.1):400 nm a 1100 nm. El dispositivo responde a la luz desde la región violeta/azul hasta el infrarrojo cercano.
• Longitud de Onda de Sensibilidad Máxima (λ_P):940 nm (Típico). El fotodiodo es más sensible en el espectro del infrarrojo cercano.
• Voltaje en Circuito Abierto (V_OC):0.38 V (Típico) bajo una irradiancia de 1 mW/cm² a 470 nm.
• Corriente en Cortocircuito (I_SC):45 μA (Típico) bajo una irradiancia de 1 mW/cm² a 470 nm.
• Corriente de Luz Inversa (I_L):Esta es la fotocorriente generada cuando el diodo está polarizado inversamente.
  • 46 μA (Típico) a 470 nm, V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
  • 60 μA (Típico) a 940 nm (sensibilidad máxima), V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
• Corriente de Oscuridad Inversa (I_D):10 nA (Máximo) a V_R=10V en completa oscuridad. Esta es la corriente de fuga y es un parámetro clave para la sensibilidad en condiciones de poca luz.
• Voltaje de Ruptura Inversa (V_BR):130 V (Típico), con un mínimo de 35 V, medido a una corriente inversa de 100 μA en oscuridad.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):80° (Típico). Esto define el rango angular sobre el cual el fotodiodo mantiene la mitad de su sensibilidad en el eje.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características esenciales para los ingenieros de diseño.

3.1 Disipación de Potencia vs. Temperatura Ambiente

Un gráfico muestra la reducción de la disipación de potencia máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Los 150 mW nominales son válidos a 25°C, y disminuyen linealmente a 0 mW a 100°C. Esta curva es crítica para garantizar que el dispositivo no se sobrecaliente en el entorno de aplicación.

3.2 Sensibilidad Espectral

Esta curva ilustra la responsividad relativa del fotodiodo a lo largo de su rango de longitud de onda operativa (400-1100 nm), confirmando la sensibilidad máxima alrededor de 940 nm y una respuesta significativa en el espectro visible debido a la lente transparente.

3.3 Corriente de Luz Inversa vs. Irradiancia

Este gráfico demuestra la relación lineal entre la fotocorriente generada (I_L) y la densidad de potencia de la luz incidente (E_e). Confirma la idoneidad del dispositivo para aplicaciones de medición de luz donde la linealidad es importante.

3.4 Corriente de Oscuridad vs. Temperatura Ambiente

La corriente de oscuridad (I_D) aumenta exponencialmente con la temperatura. Esta curva es vital para aplicaciones que operan a temperaturas elevadas, ya que define el nivel de ruido base del detector.

3.5 Corriente de Luz Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar representa visualmente el ángulo de visión de 80°, mostrando cómo la fuerza de la señal detectada disminuye a medida que el ángulo de la luz incidente se aleja del eje central (0°).

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El fotodiodo viene en un paquete estándar de 5 mm con terminales radiales. Las dimensiones clave incluyen un diámetro del cuerpo de 5.0 mm, una altura típica de la cúpula epoxi y el espaciado de los terminales. Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.25 mm. Se proporciona un dibujo dimensional detallado en la hoja de datos para el diseño de la huella en la PCB.

4.2 Identificación de Polaridad

El cátodo (K) se identifica típicamente por un terminal más largo, una marca plana en el borde del encapsulado u otra marca según el dibujo del paquete. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje del circuito para una operación de polarización inversa adecuada.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El manejo cuidadoso durante la soldadura es crucial para evitar daños a la bombilla epoxi y a la estructura interna.

• Regla General:Mantenga una distancia mínima de 3 mm desde la unión de soldadura hasta la bombilla epoxi. Se recomienda soldar más allá de la base de la barra de sujeción.
• Soldadura Manual:Use un soldador con una temperatura de punta que no exceda los 350°C (30W máximo). Limite el tiempo de soldadura a 3 segundos por terminal.
• Soldadura por Ola/Inmersión:Precaliente a un máximo de 100°C durante hasta 60 segundos. La temperatura del baño de soldadura no debe exceder los 260°C, con un tiempo de permanencia máximo de 5 segundos.
• Instrucciones Críticas:
  • Evite aplicar estrés mecánico a los terminales mientras el dispositivo está a alta temperatura.
  • No realice soldadura por inmersión o manual más de una vez.
  • Proteja la bombilla epoxi de golpes o vibraciones hasta que el dispositivo se enfríe a temperatura ambiente.
  • Evite el enfriamiento rápido desde la temperatura máxima de soldadura.
  • Utilice siempre la temperatura de soldadura más baja posible que logre una unión confiable.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificación de Embalaje

Los dispositivos se empaquetan en bolsas antiestáticas para su protección. El flujo de empaquetado estándar es:

1. 500 piezas por bolsa antiestática.
2. 5 bolsas (2500 piezas) por caja interior.
3. 10 cajas interiores (25,000 piezas) por caja maestra exterior.

6.2 Especificación de Etiqueta

La etiqueta del producto contiene información clave para trazabilidad e identificación, incluyendo Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Producto (P/N), Cantidad de Empaque (QTY), Número de Lote y códigos de fecha (identificador de mes).

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Detección Fotográfica de Alta Velocidad:Adecuado para enlaces de comunicación de datos (por ejemplo, controles remotos IR, codificadores ópticos, sensores de proximidad) donde se necesita detección de pulsos rápida.
• Sistemas de Seguridad:Puede usarse en haces de detección de intrusión, detectores de humo o sensado de luz ambiental para control automático de iluminación.
• Sistemas de Cámara:Aplicable para fotometría, control automático de exposición o como sensor de control de filtro de corte IR.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Polarización:Para la respuesta y linealidad más rápidas, opere el fotodiodo en modo de polarización inversa (fotoconductivo). Un amplificador de transimpedancia (TIA) se usa comúnmente para convertir la fotocorriente en un voltaje.
• Ancho de Banda vs. Sensibilidad:La capacitancia de unión (implícita en la respuesta rápida) y el valor de la resistencia de carga determinarán el ancho de banda del circuito. Existe un compromiso entre el ancho de banda (R más baja) y la sensibilidad/voltaje de salida (R más alta).
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 80° es relativamente amplio. Para sensado direccional, puede ser necesario un diafragma o un tubo de lente para restringir el campo de visión.
• Compensación de Corriente de Oscuridad:En aplicaciones de precisión con poca luz, la corriente de oscuridad y su variación con la temperatura pueden necesitar ser compensadas en el circuito de acondicionamiento de señal.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los fotodiodos PN estándar, este fotodiodo PIN ofrece ventajas distintas:

• Tiempo de Respuesta Más Rápido:La región intrínseca (I) en una estructura PIN reduce la capacitancia de unión, permitiendo velocidades de conmutación y ancho de banda más altos.
• Linealidad Mejorada:La amplia región intrínseca permite una mejor linealidad de la fotocorriente con respecto a la potencia de la luz incidente en un amplio rango.
• Corriente de Oscuridad Más Baja (a voltajes comparables):Aunque depende del diseño específico, la estructura a veces puede permitir corrientes de fuga más bajas.
• Sensibilidad de Espectro Amplio:La lente transparente, a diferencia de las lentes teñidas, no filtra la luz visible, lo que la convierte en una opción versátil para aplicaciones que necesitan respuesta desde el visible hasta el IR cercano.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Cuál es la diferencia entre operar a 470 nm frente a 940 nm?

R: El fotodiodo es significativamente más sensible en su longitud de onda máxima de 940 nm (60 μA típico vs. 46 μA a 470 nm bajo las mismas condiciones). Para una salida de señal máxima, las fuentes IR alrededor de 940 nm son ideales. La respuesta a 470 nm permite que el dispositivo también se use con fuentes de luz visible azul/verde.

P2: ¿Puedo usar este fotodiodo sin un voltaje de polarización inversa?

R: Sí, se puede usar en modo fotovoltaico (polarización cero), generando el voltaje en circuito abierto (V_OC). Sin embargo, para aplicaciones de alta velocidad o la mayoría de las aplicaciones lineales, se recomienda la polarización inversa (modo fotoconductivo), ya que reduce la capacitancia de unión y mejora el tiempo de respuesta.

P3: ¿Qué tan crítica es la regla de distancia de soldadura de 3 mm?

R: Muy crítica. El calor excesivo conducido por el terminal puede agrietar el sello epoxi o dañar el chip semiconductor, lo que lleva a una falla inmediata o a una confiabilidad a largo plazo reducida.

P4: ¿Qué significa la especificación "Ángulo de Visión" para mi diseño?

R: Significa que el fotodiodo detectará la luz de manera efectiva dentro de un cono de 80° (40° fuera del eje en cualquier dirección). La luz incidente en ángulos mayores que este producirá una señal significativamente más débil. Esto es importante para alinear el sensor con una fuente de luz o definir una zona de detección.

10. Ejemplo Práctico de Uso

Diseño de un Sensor de Proximidad Simple:

El PD333-3C/H0/L811 puede emparejarse con un LED infrarrojo (por ejemplo, que emita a 940 nm) para crear un sensor de proximidad o detección de objetos. El LED IR se acciona con una corriente pulsada. El fotodiodo, colocado adyacente al LED pero aislado ópticamente, detecta la luz IR reflejada por un objeto. La salida del fotodiodo se conecta a un TIA y luego a un comparador. Cuando no hay un objeto presente, la señal detectada es baja (solo IR ambiental). Cuando un objeto se acerca, el pulso reflejado aumenta la señal por encima de un umbral establecido, activando el comparador. El tiempo de respuesta rápido del diodo PIN permite una detección rápida y puede soportar señales moduladas para rechazar la interferencia de la luz ambiental.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un fotodiodo PIN es un dispositivo semiconductor con una estructura de tres capas: tipo P, Intrínseca (no dopada) y tipo N (P-I-N). Cuando se polariza inversamente, la región intrínseca se agota completamente de portadores de carga, creando una amplia región de campo eléctrico. Los fotones incidentes en el dispositivo con energía mayor que el bandgap del semiconductor crean pares electrón-hueco. El fuerte campo eléctrico en la región intrínseca barre rápidamente estos portadores a sus terminales respectivos, generando una fotocorriente que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. La amplia región intrínseca es clave: reduce la capacitancia de unión (permitiendo alta velocidad) y aumenta el volumen donde los fotones pueden ser absorbidos (mejorando la sensibilidad, especialmente para longitudes de onda más largas como el IR).

12. Tendencias y Contexto de la Industria

Los fotodiodos PIN de silicio como el PD333-3C/H0/L811 siguen siendo componentes fundamentales en la optoelectrónica. Las tendencias actuales en la industria incluyen:

• Miniaturización:Si bien 5 mm es un paquete estándar de orificio pasante, existe un fuerte impulso hacia paquetes de dispositivo de montaje superficial (SMD) (por ejemplo, 0805, 0603) para montaje automatizado y diseños con espacio limitado.
• Integración:Integración creciente del fotodiodo con amplificación, filtrado y lógica digital en el mismo chip para crear "sensores ópticos inteligentes" que proporcionan una salida digital procesada.
• Rendimiento Mejorado:El desarrollo continuo se centra en reducir aún más la corriente de oscuridad, mejorar la sensibilidad (responsividad) en longitudes de onda específicas y expandir el rango espectral hacia el infrarrojo más profundo utilizando materiales como InGaAs.
• Optimización para Aplicaciones Específicas:Los fotodiodos se están adaptando para aplicaciones emergentes en electrónica de consumo (sensores de teléfonos inteligentes, wearables), automotriz (LiDAR, sensado en cabina) y automatización industrial (visión artificial, espectroscopía).

A pesar de estas tendencias, el clásico fotodiodo PIN de orificio pasante continúa siendo ampliamente utilizado en prototipos, kits educativos, controles industriales y aplicaciones donde se valora la robustez y la facilidad de soldadura manual.

13. Descargo de Responsabilidad y Notas de Uso

Acompañan a estos datos del producto descargos legales y técnicos críticos:

1. El fabricante se reserva el derecho de ajustar los materiales del producto.
2. El producto cumple con las especificaciones publicadas durante 12 meses a partir de la fecha de envío.
3. Los gráficos y valores típicos son de referencia; no son límites mínimos o máximos garantizados.
4. El fabricante no asume ninguna responsabilidad por daños resultantes de la operación fuera de los Límites Absolutos Máximos o del uso indebido.
5. El contenido de la hoja de datos tiene derechos de autor; su reproducción requiere consentimiento previo.
6. Aviso de Seguridad Importante:Este productono está destinadopara su uso en aplicaciones militares, de aviación, automotrices, médicas, de soporte vital, de salvamento o cualquier otra aplicación crítica para la seguridad donde una falla podría provocar lesiones o la muerte humanas. Para dichas aplicaciones, se debe obtener una autorización expresa.