Hoja de Datos del Fotodiodo PIN Planar de Silicio PD70-01B/TR10 - 2.0x1.25x0.7mm - Tensión Inversa 32V - Sensibilidad Máxima 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El PD70-01B/TR10 es un fotodiodo PIN planar de silicio diseñado para la detección de luz de alta sensibilidad en un amplio rango espectral. Sus ventajas principales derivan de la estructura PIN, que incorpora una región intrínseca (I) entre las capas semiconductoras tipo P y tipo N. Esta región intrínseca amplía la zona de deplexión, lo que resulta en varios beneficios clave de rendimiento críticos para aplicaciones optoelectrónicas.

Ventajas Principales y Mercado Objetivo:El dispositivo ofrece alta sensibilidad y tiempos de conmutación rápidos debido a la capacitancia de unión reducida y la eficiente recolección de portadores en la estructura PIN. La baja corriente de oscuridad garantiza una buena relación señal-ruido. Combinado con su tamaño compacto y filtro de luz diurna integrado (lente negra), es ideal para diversas aplicaciones, incluyendo mandos a distancia de electrónica de consumo (TV, electrodomésticos), sistemas de transmisión de sonido por infrarrojos, fotocopiadoras, sensores de ascensor y varios sistemas de medición y control industrial que requieren detección óptica fiable.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente. No se recomienda operar el dispositivo continuamente en estos límites.

• Tensión Inversa (V_R):32V. Esta es la tensión máxima que se puede aplicar en polarización inversa a través de los terminales del fotodiodo.
• Disipación de Potencia (P_d):150 mW a 25°C. Esto limita la potencia eléctrica total que el dispositivo puede manejar, determinada principalmente por la corriente de fuga inversa y cualquier fotocorriente bajo alta iluminación.
• Rangos de Temperatura:Funcionamiento: -25°C a +85°C; Almacenamiento: -40°C a +85°C. El dispositivo está diseñado para un amplio rango de temperatura industrial.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto es crítico para los procesos de soldadura por reflujo sin plomo.

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

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de funcionamiento.

• Ancho de Banda Espectral (λ_0.5):730 nm a 1100 nm. Esto define el rango de longitudes de onda donde la responsividad del fotodiodo es al menos la mitad de su valor máximo. Es sensible desde el rojo visible hasta el espectro del infrarrojo cercano (NIR).
• Longitud de Onda de Sensibilidad Máxima (λ_P):940 nm (Típico). El dispositivo está optimizado para una respuesta máxima en la región NIR común, alineándose con la emisión de muchos LED IR.
• Corriente de Cortocircuito (I_SC):35 μA (Típico) bajo una irradiancia de 1 mW/cm² a 875 nm. Este parámetro se mide con tensión de polarización cero (modo fotovoltaico).
• Corriente Luminosa Inversa (I_L):25 μA (Típico) a V_R=5V bajo la misma condición de 1 mW/cm², 875 nm. Operar en polarización inversa (modo fotoconductivo) generalmente produce una respuesta más alta y más rápida en comparación con el modo fotovoltaico.
• Corriente de Oscuridad Inversa (I_D):5 nA (Típico), 30 nA (Máx.) a V_R=10V. Esta es la corriente de fuga en completa oscuridad. Una corriente de oscuridad baja es esencial para detectar señales de luz débiles.
• Tensión de Ruptura Inversa (V_BR):170V (Típico), con un mínimo de 32V. Esta es la tensión a la que la corriente inversa aumenta bruscamente. La tensión inversa de funcionamiento normal debe estar muy por debajo de este valor.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye curvas características típicas que son cruciales para el diseño.

• Curva de Sensibilidad Espectral:Este gráfico muestra la responsividad relativa frente a la longitud de onda. Confirma el pico en ~940 nm y el ancho de banda definido de 730 nm a 1100 nm. La lente negra integrada actúa como un filtro de luz visible, atenuando la sensibilidad en el rango visible para reducir el ruido de la luz ambiental (luz diurna).
• Corriente Luminosa Inversa vs. Irradiancia (Ee):Esta curva ilustra la relación lineal entre la fotocorriente generada (I_L) y la densidad de potencia de la luz incidente. La linealidad es una característica clave de los fotodiodos PIN, lo que los hace adecuados para aplicaciones de medición de luz.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El PD70-01B/TR10 viene en un encapsulado de montaje superficial muy pequeño. Las dimensiones clave (en mm) incluyen un tamaño de cuerpo de aproximadamente 2.0 x 1.25, con una altura de 0.7 mm. El cátodo se identifica típicamente por una esquina marcada o una muesca en el encapsulado. Se proporcionan dibujos dimensionales detallados con tolerancias de ±0.1mm para el diseño de la huella en PCB.

4.2 Identificación de Polaridad

Una marcado de polaridad claro es esencial para una instalación correcta. El diagrama del encapsulado en la hoja de datos indica los terminales de ánodo y cátodo. Una conexión de polaridad incorrecta al aplicar polarización inversa polarizará directamente el diodo, lo que podría causar un flujo de corriente alto y daños.

5. Guías de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es crítico para la fiabilidad.

5.1 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

El dispositivo es sensible a la humedad. Las precauciones incluyen: almacenar en la bolsa sellada original a ≤30°C/90%HR; usar dentro de 1 año desde el envío; después de abrir, almacenar a ≤30°C/70%HR y usar dentro de 168 horas (7 días). Si se excede, se requiere un tratamiento de secado a 60±5°C durante 24 horas antes de soldar.

5.2 Condiciones de Soldadura

• Soldadura por Reflujo:Se recomienda un perfil de temperatura de soldadura sin plomo, con una temperatura máxima de 260°C durante hasta 5 segundos. No se debe realizar el reflujo más de dos veces.
• Soldadura Manual:Si es necesario, use un soldador con temperatura <350°C y potencia <25W. El tiempo de contacto por terminal debe ser <3 segundos, con intervalos >2 segundos entre terminales para evitar estrés térmico.
• Reparación:No se recomienda después de soldar. Si es inevitable, se debe usar un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente durante la extracción para evitar estrés mecánico en el chip semiconductor.

6. Información de Embalaje y Pedido

El embalaje estándar es en carrete que contiene 1000 piezas (1000PCS/Reel). Las dimensiones del carrete se especifican para el manejo en equipos de colocación automática. La etiqueta en el carrete incluye información crítica como Número de Parte (P/N), Número de Lote (LOT No), cantidad (QTY) y otros códigos de trazabilidad.

7. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El fotodiodo se puede usar en dos modos principales:

1. Modo Fotovoltaico (Polarización Cero):El fotodiodo genera un voltaje/corriente cuando se ilumina, sin aplicar polarización externa. Este modo ofrece corriente de oscuridad y ruido muy bajos, pero tiene una velocidad de respuesta más lenta y menor linealidad.
2. Modo Fotoconductivo (Polarización Inversa):Se aplica un voltaje inverso externo (por ejemplo, 5V como en la condición de prueba de I_L). Este modo amplía aún más la región de deplexión, reduciendo la capacitancia de unión y resultando entiempos de conmutación mucho más rápidosy mayor linealidad en un rango más amplio de intensidad de luz. Este es el modo preferido para detección de alta velocidad como receptores de mandos a distancia IR.

7.2 Precauciones Críticas de Diseño

• Limitación/Protección de Corriente:Cuando opera en un circuito, DEBE usarse una resistencia en serie para limitar la corriente. Como se indica en las precauciones, "un ligero cambio de voltaje causará un gran cambio de corriente (puede ocurrir quemado)". Esto se debe a que un fotodiodo bajo polarización inversa, si se expone a una intensidad de luz muy alta o si se polariza directamente por error, puede conducir corriente excesiva.
• Diseño del Circuito Impreso:Minimice la capacitancia e inductancia parásitas en las pistas que conectan el fotodiodo al amplificador o comparador. Esto es vital para preservar el rendimiento de alta velocidad.
• Rechazo de Luz Ambiental:La lente negra incorporada ayuda, pero para el mejor rendimiento con luz ambiental, puede ser necesario el filtrado óptico (un filtro paso IR adicional) y el filtrado eléctrico (detección síncrona).

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El PD70-01B/TR10 se diferencia por su combinación de características en un encapsulado SMD compacto:

• vs. Fotodiodos Estándar:La estructura PIN ofrece menor capacitancia y respuesta más rápida que los fotodiodos PN estándar.
• vs. Diodos PIN Más Grandes:Su huella diminuta de 2.0x1.25mm permite diseños de PCB de alta densidad donde el espacio es limitado.
• Filtro Integrado:La inclusión de un filtro de luz diurna (epoxi negro) simplifica el diseño al reducir la necesidad de un filtro externo para bloquear el ruido de luz visible.
• Valores Límite Robustos:Un amplio rango de temperatura de funcionamiento (-25°C a +85°C) y una alta tensión de ruptura típica (170V) proporcionan margen de diseño y fiabilidad.

9. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es el propósito del "filtro de luz diurna"?

R: El material de la lente negra atenúa la luz en el espectro visible (aproximadamente 400-700 nm) mientras permite el paso de la luz del infrarrojo cercano (700-1100 nm). Esto reduce la interferencia de la iluminación ambiental interior (fluorescente, LED, incandescente) que contiene luz visible, mejorando la relación señal-ruido para sistemas basados en IR.

P: ¿Debo usar esto en modo fotovoltaico o fotoconductivo para un receptor de mando a distancia IR?

R: Para aplicaciones de control remoto IR que requieren detección de pulsos rápidos (portadora típicamente de 38-56 kHz), elmodo fotoconductivo (polarización inversa)es obligatorio. La capacitancia reducida en este modo permite que el dispositivo responda a la modulación de alta frecuencia.

P: ¿Cómo calculo el valor de la resistencia en serie requerida?

R: La resistencia limita la corriente máxima. Si se aplica una polarización inversa V_R, y la fotocorriente máxima esperada es I_max, se puede colocar una simple resistencia en serie R. La caída de voltaje a través de ella no debe reducir significativamente la polarización en el diodo. Por ejemplo, con V_R= 5V e I_max~ 50μA, una resistencia de 10kΩ caería solo 0.5V, dejando 4.5V a través del diodo. La resistencia también ayuda a proteger contra una polarización directa accidental.

10. Principio de Funcionamiento

Un fotodiodo PIN opera según el principio del efecto fotoeléctrico interno. Los fotones con energía mayor que el bandgap del semiconductor son absorbidos en la región intrínseca, creando pares electrón-hueco. El fuerte campo eléctrico presente en la región de deplexión polarizada inversamente (que se amplía por la capa intrínseca) separa rápidamente estos portadores, haciendo que se desplacen a los terminales respectivos. Este movimiento de carga constituye una fotocorriente que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. La amplia región intrínseca es clave: aumenta el volumen para la absorción de fotones (mejorando la sensibilidad) y reduce la capacitancia de unión (permitiendo mayor velocidad).

11. Tendencias de la Industria

La demanda de fotodetectores compactos, de alta velocidad y sensibles continúa creciendo. Las tendencias que influyen en dispositivos como el PD70-01B/TR10 incluyen:

• Miniaturización:La presión por dispositivos electrónicos de consumo y IoT más pequeños impulsa la necesidad de sensores ópticos cada vez más pequeños con un rendimiento mantenido o mejorado.
• Mayor Integración:Si bien los fotodiodos discretos siguen siendo esenciales, existe una tendencia a integrar el fotodiodo con un amplificador de transimpedancia (TIA) y otros circuitos de acondicionamiento de señal en un solo encapsulado, simplificando el diseño.
• Expansión de Aplicaciones NIR:Más allá de los mandos a distancia tradicionales, la detección NIR se está expandiendo a áreas como detección de proximidad, reconocimiento de gestos, análisis espectral y monitorización biomédica, todas requiriendo fotodetectores fiables.
• Estándares de Fiabilidad Mejorados:El cumplimiento de regulaciones ambientales (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) y estrictos grados de fiabilidad automotriz/industrial se está convirtiendo en estándar para componentes utilizados en varios mercados.