Fotodiodo de Silicio PIN Subminiatura Redondo de 1.8mm PD42-21C/TR8 - Hoja de Datos Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El PD42-21C/TR8 es un fotodiodo de silicio PIN de alta velocidad y alta sensibilidad diseñado para aplicaciones de detección infrarroja. Se presenta en un encapsulado SMD subminiatura redondo de 1.8mm de diámetro, con lente esférica vista superior, moldeado en plástico negro. Este diseño compacto lo hace idóneo para aplicaciones con espacio limitado que requieren una detección infrarroja fiable.

El dispositivo está espectralmente adaptado a los diodos emisores de infrarrojos comunes, optimizando el rendimiento en sistemas donde se empareja con una fuente IR. Sus ventajas clave incluyen un tiempo de respuesta rápido, alta fotosensibilidad y una pequeña capacitancia de unión, aspectos críticos para la detección de señales de alta velocidad.

1.1 Características Principales y Cumplimiento Normativo

• Tiempo de Respuesta Rápido:Permite detectar cambios rápidos en la señal óptica.
• Alta Sensibilidad Fotoeléctrica:Proporciona una salida eléctrica fuerte incluso con niveles de luz bajos.
• Capacitancia de Unión Pequeña:Contribuye a la operación de alta velocidad al reducir las constantes de tiempo RC.
• Embalaje:Suministrado en cinta de 12mm montada en un carrete de 7 pulgadas de diámetro para ensamblaje automatizado.
• Cumplimiento Ambiental:El producto está libre de plomo, cumple con las regulaciones RoHS y REACH de la UE, y está libre de halógenos (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Aplicaciones Objetivo

Este fotodiodo está diseñado para su uso en diversos sistemas electrónicos que requieren una detección infrarroja precisa.

• Fotodetectores de alta velocidad
• Fotocopiadoras
• Máquinas de juegos y dispositivos interactivos
• Sistemas de aplicación infrarroja general (ej., sensores de proximidad, transmisión de datos)

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos

Operar el dispositivo más allá de estos límites puede causar daños permanentes.

• Tensión Inversa (V_R):32 V
• Temperatura de Operación (T_opr):-25°C a +85°C
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +85°C
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante ≤5 segundos
• Disipación de Potencia (P_d):150 mW a o por debajo de 25°C de temperatura ambiente libre

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

Estos parámetros definen el rendimiento del fotodiodo en condiciones típicas.

• Ancho de Banda Espectral (λ_0.5):730 nm a 1100 nm. El dispositivo es sensible en todo el espectro del infrarrojo cercano.
• Longitud de Onda de Sensibilidad Máxima (λ_P):940 nm. La responsividad máxima ocurre en esta longitud de onda infrarroja.
• Tensión en Circuito Abierto (V_OC):Típicamente 0.42 V cuando se ilumina con 5 mW/cm² a 940nm.
• Corriente de Cortocircuito (I_SC):2.0 a 12 μA (Típ. 5.0 μA) cuando se ilumina con 1 mW/cm² a 875nm.
• Corriente Luminosa Inversa (I_L):2.0 a 12 μA (Típ. 5.0 μA) a V_R=5V cuando se ilumina con 1 mW/cm² a 875nm. Este es el parámetro operativo principal en modo fotoconductivo.
• Corriente de Oscuridad (I_D):Máximo 10 nA a V_R=10V. Esta es la corriente de fuga en ausencia de luz.
• Tensión de Ruptura Inversa (V_BR):Mínimo 32 V, Típico 170 V a I_R=100μA.
• Capacitancia Total (C_t):Típicamente 5 pF a V_R=5V, f=1MHz. La baja capacitancia es clave para un ancho de banda alto.
• Tiempo de Subida/Bajada (t_r, t_f):Típicamente 6 ns cada uno a V_R=10V, R_L=1kΩ. Esto especifica la velocidad de la respuesta eléctrica a un pulso de luz.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye curvas características típicas que son esenciales para los ingenieros de diseño. Aunque los datos gráficos específicos no se proporcionan en forma de texto, estas curvas suelen ilustrar la relación entre parámetros clave, ayudando a predecir el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

3.1 Información Implícita de las Curvas

Basándose en las características estándar de un fotodiodo, normalmente se grafican las siguientes relaciones:

• Respuesta Espectral:Una curva que muestra la responsividad relativa frente a la longitud de onda, con un pico en 940 nm y cayendo a la mitad en 730 nm y 1100 nm.
• Corriente vs. Iluminancia (I_Lvs. E_e):Se espera que sea lineal en un amplio rango, confirmando la idoneidad del fotodiodo para la medición analógica de luz.
• Capacitancia vs. Tensión Inversa (C_tvs. V_R):La capacitancia típicamente disminuye al aumentar la polarización inversa, lo que afecta la respuesta en frecuencia.
• Corriente de Oscuridad vs. Temperatura (I_Dvs. T):La corriente de oscuridad se duplica aproximadamente por cada aumento de 10°C en la temperatura, lo cual es crítico para la operación a alta temperatura.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El fotodiodo viene en un encapsulado redondo subminiatura con un diámetro de cuerpo de 1.8mm. Los dibujos mecánicos detallados en la hoja de datos especifican todas las dimensiones críticas, incluida la altura de la lente, el espaciado de los terminales y la huella general. Las tolerancias son típicamente de ±0.1mm a menos que se indique lo contrario. Se proporciona un diseño sugerido de pads para referencia en el diseño del PCB, pero se recomienda a los ingenieros modificarlo según su proceso de ensamblaje específico y requisitos térmicos.

4.2 Identificación de Polaridad y Montaje

El encapsulado SMD tiene una orientación específica. El dibujo de la hoja de datos indica los terminales de cátodo y ánodo. La polaridad correcta es crucial para el funcionamiento adecuado del circuito. El cuerpo de plástico negro con una lente esférica clara ayuda a la sensibilidad direccional.

5. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El manejo adecuado es vital para mantener la fiabilidad y el rendimiento del dispositivo.

5.1 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

• No abra la bolsa a prueba de humedad hasta que esté listo para su uso.
• Almacene las bolsas sin abrir a 10°C~30°C y ≤90% HR.
• Úselo dentro de un año desde el envío.
• Después de abrir, los dispositivos deben usarse dentro de las 168 horas (vida útil en planta) cuando se almacenan a 10°C~30°C y ≤60% HR. De lo contrario, deben ser secados nuevamente y almacenados en una bolsa seca.
• Procedimiento de secado: 96 horas a 60°C ± 5°C y <5% HR.

5.2 Condiciones de Soldadura

• Soldadura por Reflujo:Se proporciona un perfil de temperatura recomendado. No exceda dos ciclos de reflujo.
• Soldadura Manual:Use un soldador con una temperatura de punta <350°C y potencia <25W. El tiempo de contacto por terminal debe ser <3 segundos. Permita un intervalo de 2 segundos entre soldar cada terminal para evitar daños térmicos.
• Evite el estrés mecánico en el dispositivo durante el calentamiento y evite deformar el PCB después de soldar.

5.3 Rework y Reparación

No se recomienda reparar después de soldar. Si es inevitable, use un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y levantar el componente de manera uniforme. Siempre verifique la funcionalidad del dispositivo después de cualquier rework.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

El dispositivo se empaqueta en cinta portadora con dimensiones especificadas en la hoja de datos. La cantidad estándar es de 1000 piezas por carrete de 7 pulgadas. Las dimensiones de la cinta garantizan la compatibilidad con el equipo estándar de pick-and-place para SMD.

6.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta del carrete contiene información estándar para trazabilidad y ensamblaje correcto: Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte (P/N), Número de Lote, Cantidad, Longitud de Onda de Pico (HUE), Rangos (CAT), Referencia (REF), Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL-X) y Origen de Fabricación.

7. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

7.1 Protección del Circuito

Crítico:Debe usarse una resistencia limitadora de corriente externa en serie con el fotodiodo cuando opere en modo fotoconductivo (polarizado inversamente). Sin ella, un pequeño cambio de voltaje puede causar una gran sobrecorriente, quemando potencialmente el dispositivo.

7.2 Polarización y Acondicionamiento de Señal

El fotodiodo puede usarse en dos modos principales:

• Modo Fotovoltaico (Polarización Cero):Genera un voltaje (V_OC). Ofrece bajo ruido pero respuesta más lenta.
• Modo Fotoconductivo (Polarización Inversa):Operado con un voltaje inverso (ej., 5V como en las especificaciones). Esto reduce la capacitancia de unión (acelerando la respuesta) y mejora la linealidad, pero aumenta la corriente de oscuridad. Un amplificador de transimpedancia (TIA) se usa comúnmente para convertir la fotocorriente (I_L) en una señal de voltaje utilizable.

7.3 Diseño Óptico

La lente esférica tiene un ángulo de visión específico. Para un acoplamiento óptimo, alinee la fuente IR dentro de este ángulo. La carcasa negra minimiza las reflexiones internas y la diafonía de la luz ambiental.

8. Comparación y Posicionamiento Técnico

En comparación con los fotodiodos estándar, el PD42-21C/TR8 ofrece un equilibrio entre velocidad (6 ns), sensibilidad (5 μA típico a 1mW/cm²) y una huella SMD muy compacta. Su sensibilidad máxima de 940nm lo hace una coincidencia directa para muchos LEDs IR de bajo coste. La baja capacitancia es un diferenciador clave para aplicaciones de alta frecuencia en comparación con dispositivos con áreas activas más grandes.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

9.1 ¿Cuál es la diferencia entre I_SCe I_L?

I_SC(Corriente de Cortocircuito) se mide con voltaje cero a través del diodo. I_L(Corriente Luminosa Inversa) se mide bajo una polarización inversa aplicada (ej., 5V). En un fotodiodo PIN bien diseñado, estos valores son muy similares, como se muestra en la hoja de datos (ambos Típ. 5.0 μA). I_Les el parámetro más práctico para el diseño de circuitos en operación polarizada.

9.2 ¿Cómo elijo el valor de la resistencia en serie?

La resistencia limita la corriente bajo máxima iluminación. Calcule R ≥ (Tensión de Alimentación) / (I_LMáx.). De las especificaciones, I_LMáx. es 12 μA. Para una polarización de 5V, R debe ser ≥ 5V / 12μA ≈ 417 kΩ. Un valor inicial común es 100 kΩ, que también establece el ancho de banda en conjunto con la capacitancia de unión.

9.3 ¿Se puede usar para detección de luz visible?

Su rango espectral comienza en 730 nm, que está en el infrarrojo cercano. Tiene una sensibilidad muy baja a la luz visible (longitudes de onda por debajo de 700 nm). Para luz visible, sería más apropiado un fotodiodo con sensibilidad máxima en el rango de 550-650 nm.

10. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Escenario: Sensor de Proximidad Infrarrojo en un Mando de Juego.

1. Emparejamiento de Componentes:El PD42-21C/TR8 se empareja con un LED IR de 940nm.
2. Diseño del Circuito:El fotodiodo se polariza inversamente con 3.3V a través de una resistencia de 100 kΩ. Su salida se conecta a la entrada inversora de un amplificador operacional configurado como un TIA con una resistencia de realimentación de 1 MΩ y un pequeño condensador de realimentación (ej., 1 pF) para estabilizar la respuesta.
3. Operación:El LED IR emite una señal pulsada. Cuando un objeto (ej., la mano de un usuario) se acerca, refleja luz IR hacia el fotodiodo. El TIA convierte el aumento de la fotocorriente en un pico de voltaje medible.
4. Beneficios:La rápida respuesta del fotodiodo permite detectar rápidamente movimientos rápidos de la mano. Su pequeño tamaño encaja fácilmente en la carcasa compacta del mando. La alta sensibilidad garantiza un funcionamiento fiable incluso con señales reflejadas débiles.

11. Principio de Funcionamiento

Un fotodiodo PIN consiste en una región intrínseca (I) ancha y ligeramente dopada intercalada entre regiones semiconductoras de tipo P y tipo N. Cuando se polariza inversamente, la región intrínseca se agota completamente, creando un gran campo eléctrico. Los fotones incidentes con energía mayor que el bandgap del semiconductor son absorbidos, creando pares electrón-hueco. El fuerte campo eléctrico separa rápidamente estos portadores, generando una fotocorriente que es proporcional a la intensidad de la luz. En comparación con un fotodiodo PN estándar, la región intrínseca ancha reduce la capacitancia de unión (permitiendo alta velocidad) y aumenta el volumen para la absorción de fotones (mejorando la sensibilidad).

12. Tendencias de la Industria

La demanda de fotodetectores miniaturizados y de alta velocidad continúa creciendo, impulsada por aplicaciones en electrónica de consumo (smartphones, wearables), automoción (LiDAR, sensores en cabina) y automatización industrial. Las tendencias incluyen una mayor miniaturización, la integración de fotodiodos con circuitos de amplificación y digitalización en un solo chip (ej., sensores ópticos integrados) y un rendimiento mejorado en bandas de longitud de onda específicas para aplicaciones emergentes como el reconocimiento de gestos y la detección 3D. Dispositivos como el PD42-21C/TR8 representan una solución madura y fiable para aplicaciones de alto volumen y sensibles al coste que requieren una detección infrarroja robusta.