Hoja de Datos del Fotodiodo PIN Planar de Silicio PD70-01B/TR7 - 2.0x1.25x0.9mm - Voltaje Inverso 32V - Longitud de Onda Pico 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El PD70-01B/TR7 es un Fotodiodo PIN Planar de Silicio de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren respuesta rápida y alta sensibilidad a la luz infrarroja. Su tamaño compacto y su robusto rendimiento en un amplio rango de temperaturas lo convierten en un componente versátil para diversos sistemas electrónicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este fotodiodo ofrece varias ventajas clave, incluyendo un filtro de luz diurna integrado para reducir la interferencia de la luz ambiental, alta sensibilidad en su longitud de onda pico y una capacitancia de unión muy baja que permite tiempos de conmutación cortos. Su encapsulado pequeño de montaje superficial está libre de plomo y cumple con los estándares RoHS, REACH y libre de halógenos. Estas características lo hacen especialmente adecuado para electrónica de consumo, control industrial y aplicaciones de comunicación, como mandos a distancia para televisores y electrodomésticos, transmisión de audio por infrarrojos, videograbadoras, fotocopiadoras, sensores de ascensor y sistemas de medición y control de propósito general.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está diseñado para operar de manera confiable dentro de límites especificados. La tensión inversa máxima (VR) es de 32V. Puede funcionar en un rango de temperatura de operación (Topr) de -25°C a +85°C y ser almacenado (Tstg) desde -40°C hasta +85°C. La temperatura máxima de soldadura (Tsol) es de 260°C durante una duración no superior a 5 segundos. La disipación de potencia (Pd) está clasificada en 150 mW a una temperatura ambiente de 25°C o inferior.

2.2 Características Electro-Ópticas

A una temperatura estándar de 25°C, el fotodiodo exhibe métricas de rendimiento específicas. Su ancho de banda espectral (λ0.5) oscila entre 730 nm y 1100 nm, con una sensibilidad pico (λP) en 940 nm, ubicándolo firmemente en el espectro del infrarrojo cercano. Bajo una irradiancia de 1 mW/cm² a 940 nm, la corriente de cortocircuito típica (ISC) es de 35 µA, y la corriente luminosa inversa típica (IL) a VR=5V es de 25 µA (mín. 17 µA). La corriente oscura inversa (ID) a VR=10V es típicamente de 5 nA, con un máximo de 30 nA. La tensión de ruptura inversa (VBR) es mínima de 32V, típicamente 170V a una corriente de 100 µA.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye curvas características típicas que proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo más allá de los valores mínimos, típicos y máximos tabulados.

3.1 Sensibilidad Espectral

Un gráfico (Fig.1) ilustra la respuesta espectral normalizada frente a la longitud de onda. La curva muestra un aumento pronunciado en la sensibilidad comenzando alrededor de 730 nm, alcanzando un pico en 940 nm, y luego disminuyendo gradualmente hacia los 1100 nm. Esto confirma su optimización para la detección infrarroja, particularmente para emisores IR comunes de 940 nm, mientras que el filtro de luz diurna atenúa la sensibilidad en el espectro visible.

3.2 Linealidad de la Respuesta

Otro gráfico (Fig.2) representa la Corriente Luminosa Inversa (IL) frente a la Irradiancia (Ee). Se espera que esta curva muestre una relación altamente lineal, lo que indica que la salida de fotocorriente es directamente proporcional a la potencia de la luz incidente en el rango operativo, una característica crítica para aplicaciones de medición y control.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado y Polaridad

El PD70-01B/TR7 viene en un encapsulado compacto de montaje superficial. Se proporcionan dibujos dimensionales detallados. Las dimensiones del cuerpo del encapsulado son aproximadamente 2.0 mm de longitud, 1.25 mm de ancho y 0.9 mm de altura (excluyendo las patillas). El cátodo suele estar marcado, a menudo por una muesca, un borde biselado o un punto en el encapsulado. Los diseñadores deben consultar el dibujo detallado del encapsulado para identificar el marcador de polaridad exacto y el diseño de las almohadillas, a fin de garantizar un diseño correcto de la huella en la PCB y la orientación del montaje.

4.2 Especificaciones de la Cinta Portadora y la Bobina

Para el montaje automatizado, el componente se suministra en cinta portadora y bobina. Se especifican el ancho de la cinta, las dimensiones de los alvéolos y el diámetro de la bobina para ser compatibles con equipos estándar de pick-and-place. La cantidad de embalaje estándar es de 1000 piezas por bobina.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

5.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Para la soldadura sin plomo, se debe seguir un perfil de temperatura específico. El perfil recomendado incluye una etapa de precalentamiento, una zona de estabilización, una temperatura máxima de reflujo que no exceda los 260°C y una fase de enfriamiento controlado. El tiempo total por encima del líquido y la duración máxima de la temperatura pico son críticos para evitar daños térmicos al encapsulado epoxi y al chip semiconductor. La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces.

5.2 Soldadura Manual y Rework

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado. La temperatura de la punta del soldador debe estar por debajo de 350°C, y el tiempo de contacto con cada terminal debe ser inferior a 3 segundos por junta de soldadura utilizando un soldador con una capacidad de 25W o menos. Se requiere un intervalo de enfriamiento de más de dos segundos entre la soldadura de cada terminal. Para rework, se recomienda un soldador de doble punta para calentar ambos terminales simultáneamente y evitar tensiones mecánicas. La viabilidad y el impacto del rework en las características del dispositivo deben evaluarse previamente.

6. Precauciones de Almacenamiento y Manipulación

6.1 Sensibilidad a la Humedad

Este dispositivo es sensible a la humedad. La bolsa con barrera de humedad no debe abrirse hasta que los componentes estén listos para su uso. Antes de abrir, las condiciones de almacenamiento deben ser de 30°C o menos y 90% de Humedad Relativa (HR) o menos. La vida útil total en la bolsa sin abrir es de un año. Después de abrir, los componentes deben almacenarse a 30°C o menos y 60% HR o menos y usarse dentro de las 168 horas (7 días). Si el desecante de gel de sílice indica saturación o se excede el tiempo de almacenamiento, se requiere un tratamiento de horneado a 60 ±5°C durante 24 horas antes de su uso.

6.2 Protección Eléctrica

Una precaución crítica es la protección contra sobrecorriente. Como diodo, debe operarse con una resistencia limitadora de corriente en serie cuando está polarizado. Sin esta resistencia, un pequeño aumento en el voltaje aplicado puede causar un gran aumento, potencialmente destructivo, en la corriente, lo que lleva a la quemadura del componente. El valor de la resistencia debe calcularse en función del voltaje de operación y la fotocorriente o corriente oscura deseada.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El PD70-01B/TR7 puede usarse en dos configuraciones principales: modo fotovoltaico (polarización cero) y modo fotoconductivo (polarización inversa). En modo fotovoltaico, genera un voltaje/corriente cuando es iluminado, siendo adecuado para detección de luz simple. En modo fotoconductivo (con un voltaje de polarización inversa aplicado, p.ej., 5V), la velocidad de respuesta es significativamente más rápida y se mejora la linealidad, lo que lo hace ideal para la detección de pulsos de alta velocidad como en mandos a distancia IR. Un circuito de amplificador de transimpedancia (TIA) se usa comúnmente para convertir la pequeña fotocorriente en una señal de voltaje utilizable.

7.2 Consideraciones de Diseño

Los factores clave de diseño incluyen:Polarización:Elija el modo de operación según los requisitos de velocidad y linealidad.Ancho de Banda:La baja capacitancia (implícita en el tiempo de conmutación rápido) permite un alto ancho de banda cuando se combina con un amplificador de bajo ruido adecuado.Filtrado Óptico:El filtro de luz diurna integrado es beneficioso, pero para aplicaciones específicas, pueden necesitarse filtros ópticos externos adicionales para bloquear longitudes de onda no deseadas.Diseño de la PCB:Mantenga el fotodiodo y su amplificador cerca para minimizar la capacitancia parásita y la captación de ruido. Asegúrese de que el ánodo y el cátodo estén orientados correctamente según el marcado del encapsulado.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con fotodiodos estándar o fototransistores, la estructura PIN del PD70-01B/TR7 ofrece ventajas distintivas. La región intrínseca (I) entre las capas P y N reduce la capacitancia de unión, permitiendo tiempos de respuesta más rápidos (tiempo de conmutación corto). Esto lo hace superior para la transmisión de datos de alta velocidad vía IR. Su alta sensibilidad y los parámetros especificados de corriente oscura proporcionan una buena relación señal-ruido. El filtro de luz diurna integrado es una característica práctica que no se encuentra en todos los fotodiodos básicos, simplificando el diseño para entornos con luz ambiental.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

9.1 ¿Cuál es el propósito del filtro de luz diurna?

El filtro de luz diurna atenúa la sensibilidad en el espectro de luz visible (aproximadamente 400-700 nm). Esto reduce el ruido y la interferencia de fuentes de luz ambiental como la luz solar o la iluminación de la habitación, permitiendo que el dispositivo detecte de manera más confiable las señales infrarrojas moduladas de un mando a distancia u otra fuente IR.

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

La resistencia en serie limita la corriente tanto en condiciones de oscuridad como de iluminación. En modo de polarización inversa, el valor de la resistencia (R) se puede estimar usando la Ley de Ohm: R ≈ (Voltaje de Alimentación - Caída de Voltaje Inverso del Diodo) / Corriente Máxima Esperada. La corriente debe mantenerse muy por debajo del límite máximo de disipación de potencia. Comience con un valor conservador (p.ej., 10kΩ) y ajústelo según la amplitud de la señal y los requisitos de velocidad.

9.3 ¿Puede este sensor detectar luz visible?

Aunque su rango espectral comienza en 730 nm (límite de la luz roja visible), su sensibilidad en el espectro visible es muy baja debido al filtro de luz diurna. Es principalmente un detector infrarrojo optimizado para 940 nm. Para la detección de luz visible, se requeriría un fotodiodo sin filtro bloqueador de IR o de luz diurna.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Fotodiodo PIN de Silicio es un dispositivo semiconductor que convierte la luz en corriente eléctrica. Cuando fotones con energía mayor que el bandgap del silicio impactan el dispositivo, generan pares electrón-hueco en la región de agotamiento. En una estructura PIN, una amplia región intrínseca (I) está intercalada entre las regiones tipo P y tipo N. Esta amplia región I crea un área de agotamiento más grande para la absorción de fotones y, crucialmente, reduce la capacitancia de unión. Bajo polarización inversa, el campo eléctrico barre estos portadores de carga hacia los contactos, generando una fotocorriente que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. El proceso "planar" se refiere a la técnica de fabricación, que típicamente produce dispositivos con un rendimiento estable y consistente.