Hoja de Datos del Fotodiodo LTR-C155DD-G - Longitud de Onda Pico 940nm - Voltaje Inverso 5V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTR-C155DD-G es un componente discreto de fotodiodo infrarrojo diseñado para aplicaciones de sensado en el espectro del infrarrojo cercano. Forma parte de una amplia familia de dispositivos optoelectrónicos destinados a sistemas que requieren una detección fiable de señales infrarrojas. Su función principal es convertir la luz infrarroja incidente en una corriente eléctrica, permitiendo su uso como elemento receptor o sensor.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este componente ofrece varias ventajas clave para los diseñadores. Presenta una alta relación señal-ruido, crucial para distinguir comandos infrarrojos válidos del ruido de luz ambiental en entornos como salones u oficinas. El dispositivo es compatible con equipos de colocación automática y procesos de soldadura por reflujo infrarrojo, lo que lo hace adecuado para líneas de fabricación automatizadas de gran volumen. Sus mercados objetivo principales incluyen la electrónica de consumo para sistemas de control remoto, sistemas de seguridad y alarma para detección de movimiento o haz, y diversas aplicaciones que implican transmisión de datos infrarrojos de corto alcance.

1.2 Características

• Cumple con las directivas RoHS y Producto Verde.
• Presenta un encapsulado de vista superior con una lente plana transparente para una respuesta angular consistente.
• Suministrado en cinta de 8mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro para ensamblaje automatizado.
• Compatible con equipos de colocación automática (pick-and-place).
• Resiste procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo.
• Encapsulado en un factor de forma estándar EIA.

1.3 Aplicaciones

• Módulos receptores infrarrojos para mandos a distancia (TV, AC, decodificadores).
• Sensores infrarrojos montados en PCB para detección de proximidad o presencia de objetos.
• Sistemas de alarma de seguridad que utilizan haces infrarrojos.
• Enlaces simples de transmisión inalámbrica de datos por infrarrojos.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Las características eléctricas y ópticas definen los límites operativos y el rendimiento del fotodiodo. Comprender estos parámetros es esencial para un diseño de circuito adecuado y para garantizar un funcionamiento fiable dentro de la aplicación prevista.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos valores especifican los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No son para operación continua.

• Disipación de Potencia (Pd):150 mW máximo. Esta es la potencia total que el dispositivo puede disipar como calor, principalmente de la corriente de polarización inversa y cualquier fotocorriente bajo alta iluminación.
• Voltaje Inverso (VR):30 V máximo. Aplicar un voltaje superior a este en dirección inversa puede causar ruptura y dañar la unión del fotodiodo.
• Rango de Temperatura de Operación (TA):-40°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-55°C a +100°C. El dispositivo puede almacenarse sin operar dentro de estos límites.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Resiste una temperatura pico de 260°C durante 10 segundos, lo que se alinea con perfiles típicos de reflujo sin plomo (Pb-free).

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (TA=25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos y garantizados bajo condiciones de prueba especificadas.

• Voltaje Directo (Vf):0.4V a 1.0V con If=1mA. Este parámetro es relevante si el fotodiodo se polariza en directa inadvertidamente; no es su modo de operación normal.
• Voltaje de Ruptura Inversa V(BR):30V mínimo con IR=100µA. Esto confirma que el dispositivo puede manejar de forma segura el voltaje inverso máximo nominal.
• Corriente Oscura Inversa (ID):100 nA máximo con VR=5V, Ee=0mW/cm². Esta es la corriente de fuga cuando no hay luz presente. Una corriente oscura más baja mejora la sensibilidad a señales débiles.
• Voltaje de Circuito Abierto (VOC):0.4V máximo con λ=940nm, Ee=0.5mW/cm². Este es el voltaje generado por el fotodiodo en modo fotovoltaico (sin polarización externa) bajo iluminación.
• Tiempo de Subida (Tr) y Tiempo de Bajada (Tf):0.30µs y 0.28µs típicos, respectivamente, con VR=10V, RL=1kΩ. Estos parámetros definen la velocidad de conmutación, haciendo al dispositivo adecuado para decodificar señales infrarrojas moduladas (ej., de mandos a distancia que operan a 38-40 kHz).
• Corriente Luminosa Inversa (Ip):16 µA típico (10 µA mínimo) con VR=5V, λ=940nm, Ee=1mW/cm². Esta es la fotocorriente generada cuando el diodo está polarizado en inversa, que es el modo de operación estándar para respuesta lineal y velocidad.
• Corriente de Cortocircuito (Is):16 µA típico bajo las mismas condiciones que Ip. En modo fotovoltaico, esta es la corriente máxima que el dispositivo puede entregar.
• Capacitancia Total (CT):14 pF típico con VR=3V, f=1MHz. Esta capacitancia de unión afecta la respuesta de alta frecuencia; una capacitancia más baja permite un mayor ancho de banda.
• Longitud de Onda de Sensado Pico (λp):910 nm típico. El fotodiodo es más sensible a la luz infrarroja en esta longitud de onda, lo que lo hace ideal para emparejar con diodos emisores de infrarrojos (IREDs) de 940nm.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los gráficos proporcionados ofrecen una visión visual del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

3.1 Fotocorriente vs. Irradiancia

La curva muestra la relación entre la potencia de luz incidente (irradiancia Ee) y la fotocorriente generada (Ip). Para un fotodiodo que opera en la región lineal (polarizado en inversa), esta relación es típicamente lineal. El gráfico confirma que con 1 mW/cm² de luz de 940nm, la fotocorriente es aproximadamente 16 µA, como se indica en la tabla. Esta linealidad es crucial para aplicaciones de sensado analógico.

3.2 Sensibilidad Espectral

Este gráfico traza la sensibilidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Muestra un pico alrededor de 910nm y una respuesta significativa en el rango de aproximadamente 800nm a 1050nm. La sensibilidad cae abruptamente para la luz visible (por debajo de 700nm), lo que es beneficioso para rechazar el ruido de luz ambiental de fuentes como bombillas incandescentes o luz solar. La inclusión de un filtro, como se menciona en la descripción, agudizaría aún más este corte.

3.3 Disipación de Potencia Total vs. Temperatura Ambiente

Esta curva de reducción ilustra cómo la disipación de potencia máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. A 25°C, se permite el total de 150 mW. A medida que la temperatura se eleva hacia el límite máximo de operación de 85°C, la disipación de potencia permitida disminuye linealmente. Esto es crítico para la gestión térmica en el diseño de la aplicación para prevenir sobrecalentamiento.

3.4 Diagrama de Sensibilidad Angular

El diagrama polar representa la sensibilidad relativa a diferentes ángulos de luz incidente. Un fotodiodo con una lente plana, como este, típicamente tiene un ángulo de visión relativamente amplio (a menudo alrededor de ±60 grados donde la sensibilidad cae al 50%). Este ángulo amplio es ventajoso para receptores que necesitan capturar señales de un área amplia sin alineación precisa.

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones de Contorno

El dispositivo se ajusta a un contorno de encapsulado estándar de la industria. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del cuerpo, el espaciado de las patillas y la altura total. El encapsulado está diseñado para tecnología de montaje superficial (SMT). Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario.

4.2 Identificación de Polaridad y Diseño de Pads

El cátodo está típicamente marcado en el encapsulado. La hoja de datos proporciona las dimensiones sugeridas de las almohadillas de soldadura para el diseño del PCB. Un diseño de pad recomendado asegura una junta de soldadura fiable y una estabilidad mecánica adecuada durante y después del proceso de reflujo. Se recomienda usar una plantilla metálica con un espesor de 0.1mm a 0.12mm para la aplicación de la pasta de soldar.

5. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

El componente está calificado para procesos de soldadura por reflujo sin plomo (Pb-free). Se proporciona un perfil de temperatura sugerido, adhiriéndose a los estándares JEDEC. Los parámetros clave incluyen una zona de precalentamiento (150-200°C), una temperatura pico que no exceda los 260°C, y un tiempo por encima del líquido (TAL) que asegure la formación adecuada de la junta de soldadura sin exponer el componente a un estrés térmico excesivo. El dispositivo puede resistir este perfil durante un máximo de 10 segundos en la temperatura pico, hasta dos veces.

5.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, debe realizarse con una temperatura de punta del soldador que no exceda los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a un máximo de 3 segundos por junta. Esto minimiza el riesgo de daño térmico al dado semiconductor o al encapsulado plástico.

5.3 Condiciones de Almacenamiento

Para prevenir la absorción de humedad, que puede causar "popcorning" durante el reflujo, se exigen condiciones de almacenamiento específicas. En su bolsa sellada a prueba de humedad original con desecante, el dispositivo debe almacenarse a ≤30°C y ≤90% HR y usarse dentro de un año. Una vez abierta la bolsa, los componentes deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% HR y, idealmente, procesarse dentro de una semana. Para un almacenamiento más prolongado fuera del embalaje original, se requiere un horneado a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes de la soldadura.

5.4 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura, solo deben usarse solventes a base de alcohol como alcohol isopropílico. Deben evitarse limpiadores químicos agresivos o fuertes, ya que pueden dañar el material del encapsulado o la lente.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El componente se suministra en cinta portadora con relieve con una cinta protectora de cubierta. El ancho de la cinta es de 8mm, enrollada en un carrete estándar de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. Cada carrete contiene 3000 piezas. El empaquetado cumple con las especificaciones ANSI/EIA 481-1-A-1994, asegurando compatibilidad con alimentadores automáticos.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Configuración de Circuito Típica

El modo de operación más común para un fotodiodo como el LTR-C155DD-G es el modo fotoconductivo. Aquí, el diodo está polarizado en inversa con un voltaje (ej., 5V, como en la condición de prueba). La fotocorriente generada es proporcional a la intensidad de la luz. Esta corriente puede convertirse en un voltaje usando una resistencia de carga (RL). El valor de RL afecta tanto la amplitud del voltaje de salida como el ancho de banda (velocidad) del circuito debido a la constante de tiempo RC formada con la capacitancia de unión del fotodiodo (CT). Para aplicaciones de alta velocidad como la decodificación de mandos a distancia IR de 38 kHz, se usa una RL más pequeña (ej., 1kΩ a 10kΩ). Para mayor sensibilidad en condiciones de poca luz, se recomienda una RL más grande o un circuito de amplificador de transimpedancia (TIA).

7.2 Consideraciones de Diseño Óptico

Para optimizar el rendimiento, la fuente infrarroja (IRED) debe tener una longitud de onda de emisión que coincida con la sensibilidad pico del fotodiodo (alrededor de 940nm). Se puede colocar un filtro óptico frente al fotodiodo para bloquear la luz visible, mejorando significativamente la relación señal-ruido en entornos con luz ambiental fuerte. El amplio ángulo de visión del fotodiodo simplifica la alineación óptica pero también puede hacerlo más susceptible a la luz parásita; un apantallamiento mecánico puede ayudar a definir el campo de visión.

7.3 Consideraciones de Diseño de Placa

Siga el diseño de pads de soldadura recomendado para asegurar una buena soldabilidad y resistencia mecánica. En circuitos analógicos sensibles, mantenga las trazas del ánodo y cátodo del fotodiodo lo más cortas posible para minimizar la captación de ruido y la capacitancia parásita. Una conexión a tierra y un apantallamiento adecuados pueden ser necesarios en entornos eléctricamente ruidosos.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con un fototransistor, un fotodiodo como el LTR-C155DD-G ofrece un tiempo de respuesta más rápido (sub-microsegundo vs. microsegundos), lo que lo hace superior para transmisión de datos de alta velocidad o recepción de señales moduladas. También proporciona una salida más lineal en relación con la intensidad de la luz. En comparación con otros fotodiodos, sus características clave incluyen un encapsulado estandarizado para ensamblaje automatizado, compatibilidad con reflujo sin plomo y un rendimiento de alta velocidad especificado adecuado para protocolos IR de consumo.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Cuál es la diferencia entre la Corriente Luminosa Inversa (Ip) y la Corriente de Cortocircuito (Is)?

La Corriente Luminosa Inversa (Ip) se mide con el fotodiodo bajo un voltaje de polarización inversa (ej., 5V). Esta es la condición de operación estándar para respuesta lineal y velocidad. La Corriente de Cortocircuito (Is) se mide con cero voltios a través del diodo (modo fotovoltaico). El valor típico es similar, pero el modo fotovoltaico tiene una respuesta más lenta y una salida de corriente dependiente del voltaje.

9.2 ¿Cómo elijo el valor de la resistencia de carga (RL)?

La elección implica un compromiso entre el ancho de banda y la amplitud de la señal. Para una señal IR de 38kHz, el período es de unos 26µs. El tiempo de subida/bajada del fotodiodo (0.3µs) es mucho más rápido que esto, por lo que no es el factor limitante. La constante de tiempo RC (RL * CT) debe ser significativamente menor que el ancho de pulso que necesita detectar. Para una resistencia de 1kΩ y una capacitancia de 14pF, la constante de tiempo es de 14ns, lo que es excelente para alta velocidad. Una RL más grande da un voltaje de salida mayor para el mismo nivel de luz pero reduce el ancho de banda y puede aumentar el ruido.

9.3 ¿Por qué se requiere horneado si las piezas se almacenan fuera de la bolsa?

Los encapsulados plásticos SMT pueden absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura por reflujo a alta temperatura, esta humedad atrapada puede vaporizarse rápidamente, creando presión interna que puede delaminar el encapsulado o agrietar el dado, un fenómeno conocido como "popcorning". El horneado elimina esta humedad absorbida, previniendo este modo de fallo.

10. Introducción al Principio de Operación

Un fotodiodo es una unión PN semiconductor. Cuando fotones con energía mayor que el bandgap del semiconductor golpean la región de agotamiento de la unión, pueden excitar electrones de la banda de valencia a la banda de conducción, creando pares electrón-hueco. Bajo la influencia del campo eléctrico interno (inherente a la unión o mejorado por un voltaje de polarización inversa externo), estos portadores de carga se separan, generando una corriente medible en un circuito externo. Esta fotocorriente es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente, siempre que el dispositivo opere dentro de su región lineal. La longitud de onda pico de sensibilidad está determinada por la energía del bandgap del material semiconductor utilizado.

11. Tendencias de Desarrollo

La tendencia en sensores infrarrojos discretos como los fotodiodos es hacia una mayor miniaturización de los encapsulados mientras se mantienen o mejoran parámetros de rendimiento como una corriente oscura más baja, mayor velocidad y una resistencia mejorada a la interferencia de luz ambiental. La integración es otra tendencia clave, con dispositivos que combinan el fotodiodo con un amplificador dedicado, filtro y lógica digital en un solo encapsulado para crear "módulos receptores IR" completos que simplifican el diseño del producto final. También existe un impulso continuo hacia una mayor fiabilidad y compatibilidad con estándares ambientales y de fabricación cada vez más estrictos, como los para aplicaciones automotrices o industriales.