دیتاشیت فنی فوتودیود سیلیکونی PIN مدل PD333-3C/H0/L811 با قطر 5 میلی‌متر - ولتاژ معکوس 35 ولت - لنز شفاف آبی

1. مرور کلی محصول

PD333-3C/H0/L811 یک فوتودیود سیلیکونی PIN با سرعت و حساسیت بالا است که در یک پکیج پلاستیکی استاندارد با قطر 5 میلی‌متر کپسوله شده است. این قطعه از یک لنز اپوکسی شفاف آبی استفاده می‌کند که آن را به طیف وسیعی از تابش‌ها، شامل نور مرئی و طول‌موج‌های مادون قرمز، حساس می‌سازد. تمرکز اصلی طراحی آن بر دستیابی به زمان پاسخ سریع و حساسیت نوری بالا در حین حفظ ظرفیت پیوندی کوچک است که آن را برای کاربردهای نیازمند تشخیص دقیق و سریع نور مناسب می‌سازد.

مزایای کلیدی این قطعه شامل انطباق آن با استانداردهای مدرن زیست‌محیطی و ایمنی است. این یک محصول بدون سرب (Pb-Free) است، با مقررات REACH اتحادیه اروپا مطابقت دارد و الزامات بدون هالوژن را رعایت می‌کند، با محتوای برم (Br) و کلر (Cl) هر کدام کمتر از 900 ppm و مجموع آن‌ها کمتر از 1500 ppm. خود محصول به گونه‌ای طراحی شده است که در محدوده مشخصات سازگار با RoHS باقی بماند.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه برای کارکرد قابل اطمینان در محدوده‌های مشخص شده طراحی شده است. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• ولتاژ معکوس (V_R):35 ولت - حداکثر ولتاژ بایاس معکوسی که می‌توان به فوتودیود اعمال کرد.
• اتلاف توان (P_d):150 میلی‌وات - حداکثر توانی که قطعه می‌تواند تلف کند.
• دمای کارکرد (T_opr):25- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد - محدوده دمای محیط برای کارکرد عادی.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد - محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها (T_sol):260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 5 ثانیه.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (دمای محیط=25 درجه سانتی‌گراد)

این پارامترها عملکرد اصلی فوتودیود را در شرایط معمولی تعریف می‌کنند.

• پهنای باند طیفی (λ_0.1):400 نانومتر تا 1100 نانومتر. قطعه به نور از ناحیه بنفش/آبی تا نزدیک مادون قرمز پاسخ می‌دهد.
• طول‌موج حساسیت اوج (λ_P):940 نانومتر (معمول). فوتودیود در طیف نزدیک مادون قرمز بیشترین حساسیت را دارد.
• ولتاژ مدار باز (V_OC):0.38 ولت (معمول) تحت تابندگی 1 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع در 470 نانومتر.
• جریان اتصال کوتاه (I_SC):45 میکروآمپر (معمول) تحت تابندگی 1 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع در 470 نانومتر.
• جریان نور معکوس (I_L):این جریان نوری است که وقتی دیود تحت بایاس معکوس قرار می‌گیرد تولید می‌شود.
  • 46 میکروآمپر (معمول) در 470 نانومتر، V_R=5 ولت، E_e=1 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع.
  • 60 میکروآمپر (معمول) در 940 نانومتر (حساسیت اوج)، V_R=5 ولت، E_e=1 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع.
• جریان تاریکی معکوس (I_D):10 نانوآمپر (حداکثر) در V_R=10 ولت در تاریکی کامل. این جریان نشتی است و یک پارامتر کلیدی برای حساسیت در نور کم محسوب می‌شود.
• ولتاژ شکست معکوس (V_BR):130 ولت (معمول)، با حداقل 35 ولت، اندازه‌گیری شده در جریان معکوس 100 میکروآمپر در تاریکی.
• زاویه دید (2θ_1/2):80 درجه (معمول). این محدوده زاویه‌ای را تعریف می‌کند که فوتودیود نیمی از حساسیت محوری خود را حفظ می‌کند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه ضروری برای مهندسان طراح است.

3.1 اتلاف توان در مقابل دمای محیط

یک نمودار کاهش مجاز حداکثر اتلاف توان را با افزایش دمای محیط نشان می‌دهد. مقدار نامی 150 میلی‌وات در 25 درجه سانتی‌گراد معتبر است و به صورت خطی تا 0 میلی‌وات در 100 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. این منحنی برای اطمینان از عدم گرمای بیش از حد قطعه در محیط کاربردی حیاتی است.

3.2 حساسیت طیفی

این منحنی پاسخ‌دهی نسبی فوتودیود را در محدوده طول‌موج عملیاتی آن (1100-400 نانومتر) نشان می‌دهد، که حساسیت اوج در حدود 940 نانومتر و پاسخ قابل توجه در طیف مرئی به دلیل لنز شفاف آبی را تأیید می‌کند.

3.3 جریان نور معکوس در مقابل تابندگی

این نمودار رابطه خطی بین جریان نوری تولید شده (I_L) و چگالی توان نور فرودی (E_e) را نشان می‌دهد. این موضوع مناسب بودن قطعه را برای کاربردهای اندازه‌گیری نور که خطی بودن مهم است، تأیید می‌کند.

3.4 جریان تاریکی در مقابل دمای محیط

جریان تاریکی (I_D) به صورت نمایی با دما افزایش می‌یابد. این منحنی برای کاربردهای عملیاتی در دمای بالا حیاتی است، زیرا سطح نویز پایه آشکارساز را تعریف می‌کند.

3.5 جریان نور نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی به صورت بصری زاویه دید 80 درجه را نشان می‌دهد و چگونگی کاهش قدرت سیگنال تشخیص داده شده را هنگامی که زاویه نور فرودی از محور مرکزی (0 درجه) دور می‌شود، نمایش می‌دهد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد پکیج

فوتودیود در یک پکیج استاندارد 5 میلی‌متری با پایه‌های شعاعی عرضه می‌شود. ابعاد کلیدی شامل قطر بدنه 5.0 میلی‌متر، ارتفاع معمول گنبد اپوکسی و فاصله پایه‌ها می‌شود. تمام تلرانس‌های نامشخص ±0.25 میلی‌متر است. یک نقشه ابعادی دقیق در دیتاشیت برای طراحی جای پای PCB ارائه شده است.

4.2 شناسایی قطبیت

کاتد (K) معمولاً توسط یک پایه بلندتر، یک نقطه صاف روی لبه پکیج یا سایر نشانه‌ها مطابق نقشه پکیج شناسایی می‌شود. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ مدار برای عملکرد صحیح بایاس معکوس رعایت شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دقت در حین لحیم‌کاری برای جلوگیری از آسیب به حباب اپوکسی و ساختار داخلی بسیار مهم است.

• قاعده کلی:حداقل فاصله 3 میلی‌متر از نقطه لحیم تا حباب اپوکسی حفظ شود. لحیم‌کاری فراتر از پایه تسمه اتصال توصیه می‌شود.
• لحیم‌کاری دستی:از هویه با دمای نوک حداکثر 350 درجه سانتی‌گراد (حداکثر 30 وات) استفاده کنید. زمان لحیم‌کاری برای هر پایه را به 3 ثانیه محدود کنید.
• لحیم‌کاری موجی/غوطه‌وری:پیش‌گرم تا حداکثر 100 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 60 ثانیه. دمای حمام لحیم نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند، با زمان ماند حداکثر 5 ثانیه.
• دستورالعمل‌های حیاتی:
  • از اعمال تنش مکانیکی به پایه‌ها در هنگامی که قطعه در دمای بالا است خودداری کنید.
  • لحیم‌کاری غوطه‌وری یا دستی را بیش از یک بار انجام ندهید.
  • حباب اپوکسی را تا زمانی که قطعه به دمای اتاق خنک شود، در برابر ضربه یا لرزش محافظت کنید.
  • از خنک‌کردن سریع از دمای اوج لحیم‌کاری خودداری کنید.
  • همیشه از کمترین دمای ممکن لحیم‌کاری که یک اتصال قابل اطمینان ایجاد می‌کند، استفاده کنید.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات بسته‌بندی

قطعات در کیسه‌های ضد استاتیک برای محافظت بسته‌بندی می‌شوند. جریان استاندارد بسته‌بندی به شرح زیر است:

1. 500 قطعه در هر کیسه ضد استاتیک.
2. 5 کیسه (2500 قطعه) در هر کارتن داخلی.
3. 10 کارتن داخلی (25000 قطعه) در هر کارتن اصلی خارجی.

6.2 مشخصات برچسب

برچسب محصول حاوی اطلاعات کلیدی برای ردیابی و شناسایی است، شامل شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره محصول (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، شماره لات و کدهای تاریخ (شناسه ماه).

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• تشخیص نوری با سرعت بالا:مناسب برای پیوندهای ارتباط داده‌ای (مانند کنترل‌های از راه دور مادون قرمز، انکودرهای نوری، سنسورهای مجاورتی) که در آن‌ها تشخیص پالس سریع مورد نیاز است.
• سیستم‌های امنیتی:می‌تواند در پرتوهای تشخیص نفوذ، دودسنج‌ها یا حس‌گری نور محیط برای کنترل روشنایی خودکار استفاده شود.
• سیستم‌های دوربین:قابل استفاده برای نورسنجی، کنترل نوردهی خودکار یا به عنوان سنسور کنترل فیلتر قطع مادون قرمز.

7.2 ملاحظات طراحی

• بایاس:برای سریع‌ترین پاسخ و خطی بودن، فوتودیود را در حالت بایاس معکوس (رسانایی نوری) به کار ببرید. یک تقویت‌کننده ترانسمپدانس (TIA) معمولاً برای تبدیل جریان نوری به ولتاژ استفاده می‌شود.
• پهنای باند در مقابل حساسیت:ظرفیت پیوندی (که با پاسخ سریع اشاره شده است) و مقدار مقاومت بار، پهنای باند مدار را تعیین خواهند کرد. یک مصالحه بین پهنای باند (مقاومت کمتر) و حساسیت/ولتاژ خروجی (مقاومت بیشتر) وجود دارد.
• طراحی نوری:زاویه دید 80 درجه نسبتاً وسیع است. برای حس‌گری جهت‌دار، ممکن است یک دیافراگم یا لوله لنز برای محدود کردن میدان دید لازم باشد.
• جبران جریان تاریکی:در کاربردهای دقیق نور کم، ممکن است جریان تاریکی و تغییرات آن با دما نیاز به جبران در مدار شرط‌سازی سیگنال داشته باشد.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فوتودیودهای استاندارد PN، این فوتودیود PIN مزایای متمایزی ارائه می‌دهد:

• زمان پاسخ سریع‌تر:ناحیه ذاتی (I) در ساختار PIN ظرفیت پیوندی را کاهش می‌دهد و سرعت سوئیچینگ و پهنای باند بالاتر را ممکن می‌سازد.
• خطی بودن بهبود یافته:ناحیه ذاتی وسیع امکان خطی بودن بهتر جریان نوری نسبت به توان نور فرودی در یک محدوده گسترده را فراهم می‌کند.
• جریان تاریکی کمتر (در ولتاژهای قابل مقایسه):اگرچه وابسته به طراحی خاص است، اما ساختار گاهی اوقات امکان جریان‌های نشتی کمتر را فراهم می‌کند.
• حساسیت طیف گسترده:لنز شفاف آبی، برخلاف لنزهای رنگی، نور مرئی را فیلتر نمی‌کند و آن را به انتخابی همه‌کاره برای کاربردهای نیازمند پاسخ از مرئی تا نزدیک مادون قرمز تبدیل می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: تفاوت کارکرد در 470 نانومتر در مقابل 940 نانومتر چیست؟

پاسخ: فوتودیود در طول‌موج اوج خود یعنی 940 نانومتر به طور قابل توجهی حساسیت بیشتری دارد (60 میکروآمپر معمول در مقابل 46 میکروآمپر در 470 نانومتر تحت شرایط یکسان). برای حداکثر خروجی سیگنال، منابع مادون قرمز حول 940 نانومتر ایده‌آل هستند. پاسخ در 470 نانومتر همچنین امکان استفاده از قطعه با منابع نور مرئی آبی/سبز را فراهم می‌کند.

سوال 2: آیا می‌توانم از این فوتودیود بدون ولتاژ بایاس معکوس استفاده کنم؟

پاسخ: بله، می‌توان آن را در حالت فوتوولتائیک (بایاس صفر) استفاده کرد و ولتاژ مدار باز (V_OC) را تولید کرد. با این حال، برای کاربردهای پرسرعت یا اکثر کاربردهای خطی، بایاس معکوس (حالت رسانایی نوری) توصیه می‌شود زیرا ظرفیت پیوندی را کاهش می‌دهد و زمان پاسخ را بهبود می‌بخشد.

سوال 3: قاعده فاصله 3 میلی‌متری لحیم‌کاری چقدر حیاتی است؟

پاسخ: بسیار حیاتی. گرمای بیش از حد منتقل شده از طریق پایه می‌تواند باعث ترک خوردن درز اپوکسی یا آسیب به تراشه نیمه‌هادی شود که منجر به خرابی فوری یا کاهش قابلیت اطمینان بلندمدت می‌شود.

سوال 4: مشخصه "زاویه دید" برای طراحی من چه معنایی دارد؟

پاسخ: به این معنی است که فوتودیود به طور مؤثر نور را درون یک مخروط 80 درجه‌ای (40 درجه خارج از محور در هر جهت) تشخیص خواهد داد. نور فرودی در زوایای بیشتر از این، سیگنال به طور قابل توجهی ضعیف‌تری تولید خواهد کرد. این موضوع برای هم‌تراز کردن سنسور با منبع نور یا تعریف یک ناحیه تشخیص مهم است.

10. مثال کاربردی عملی

طراحی یک سنسور مجاورتی ساده:

PD333-3C/H0/L811 می‌تواند با یک LED مادون قرمز (مثلاً تابش در 940 نانومتر) جفت شود تا یک سنسور مجاورتی یا تشخیص شیء ایجاد کند. LED مادون قرمز با یک جریان پالسی راه‌اندازی می‌شود. فوتودیود که در مجاورت LED قرار دارد اما از نظر نوری ایزوله شده است، نور مادون قرمز منعکس شده از یک شیء را تشخیص می‌دهد. خروجی فوتودیود به یک TIA و سپس یک مقایسه‌گر متصل می‌شود. هنگامی که هیچ شیئی وجود ندارد، سیگنال تشخیص داده شده کم است (فقط مادون قرمز محیط). هنگامی که یک شیء نزدیک می‌شود، پالس منعکس شده سیگنال را بالاتر از یک آستانه تنظیم شده افزایش می‌دهد و مقایسه‌گر را فعال می‌کند. زمان پاسخ سریع دیود PIN امکان تشخیص سریع را فراهم می‌کند و می‌تواند از سیگنال‌های مدوله شده برای رد تداخل نور محیط پشتیبانی کند.

11. معرفی اصل عملکرد

یک فوتودیود PIN یک دستگاه نیمه‌هادی با ساختار سه لایه است: نوع P، ذاتی (بدون آلایش) و نوع N (P-I-N). هنگامی که تحت بایاس معکوس قرار می‌گیرد، ناحیه ذاتی کاملاً از حامل‌های بار خالی می‌شود و یک ناحیه میدان الکتریکی وسیع ایجاد می‌کند. فوتون‌های فرودی بر روی دستگاه با انرژی بیشتر از گاف انرژی نیمه‌هادی، جفت‌های الکترون-حفره ایجاد می‌کنند. میدان الکتریکی قوی در ناحیه ذاتی به سرعت این حامل‌ها را به ترمینال‌های مربوطه خود می‌راند و یک جریان نوری تولید می‌کند که متناسب با شدت نور فرودی است. ناحیه ذاتی وسیع کلیدی است: ظرفیت پیوندی را کاهش می‌دهد (امکان سرعت بالا را فراهم می‌کند) و حجمی که در آن فوتون‌ها می‌توانند جذب شوند را افزایش می‌دهد (حساسیت را بهبود می‌بخشد، به ویژه برای طول‌موج‌های بلندتر مانند مادون قرمز).

12. روندها و زمینه صنعت

فوتودیودهای سیلیکونی PIN مانند PD333-3C/H0/L811 همچنان اجزای اساسی در اپتوالکترونیک هستند. روندهای فعلی در صنعت شامل موارد زیر است:

• کوچک‌سازی:در حالی که 5 میلی‌متر یک پکیج استاندارد سوراخ‌دار است، رانش قوی به سمت پکیج‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) (مانند 0805، 0603) برای مونتاژ خودکار و طراحی‌های با محدودیت فضا وجود دارد.
• یکپارچه‌سازی:یکپارچه‌سازی فزاینده فوتودیود با تقویت، فیلتر کردن و منطق دیجیتال روی تراشه برای ایجاد "سنسورهای نوری هوشمند" که خروجی دیجیتال پردازش شده ارائه می‌دهند.
• عملکرد بهبود یافته:توسعه مستمر بر کاهش بیشتر جریان تاریکی، بهبود حساسیت (پاسخ‌دهی) در طول‌موج‌های خاص و گسترش محدوده طیفی به مادون قرمز عمیق‌تر با استفاده از موادی مانند InGaAs متمرکز است.
• بهینه‌سازی خاص کاربرد:فوتودیودها برای کاربردهای نوظهور در الکترونیک مصرفی (سنسورهای تلفن همراه، پوشیدنی‌ها)، خودرو (LiDAR، حس‌گری درون کابین) و اتوماسیون صنعتی (بینایی ماشین، طیف‌سنجی) سفارشی می‌شوند.

علیرغم این روندها، فوتودیود PIN سوراخ‌دار کلاسیک همچنان به طور گسترده در نمونه‌سازی اولیه، کیت‌های آموزشی، کنترل‌های صنعتی و کاربردهایی که استحکام و سهولت لحیم‌کاری دستی ارزشمند است، استفاده می‌شود.

13. سلب مسئولیت و نکات استفاده

سلب مسئولیت‌های حقوقی و فنی حیاتی همراه با این اطلاعات محصول است:

1. تولیدکننده حق تنظیم مواد محصول را برای خود محفوظ می‌دارد.
2. محصول به مدت 12 ماه از تاریخ حمل، با مشخصات منتشر شده مطابقت دارد.
3. نمودارها و مقادیر معمول برای مرجع هستند؛ آن‌ها حداقل یا حداکثر محدوده تضمین شده نیستند.
4. تولیدکننده هیچ مسئولیتی در قبال خسارات ناشی از کارکرد خارج از مقادیر حداکثر مطلق یا استفاده نادرست نمی‌پذیرد.
5. محتوای دیتاشیت دارای حق کپی‌رایت است؛ تکثیر نیاز به رضایت قبلی دارد.
6. اطلاعیه ایمنی مهم:این محصولبرای استفاده درکاربردهای نظامی، هواپیما، خودرو، پزشکی، حیات‌بخش، نجات‌بخش یا هر کاربرد ایمنی-حیاتی دیگری که خرابی می‌تواند منجر به آسیب یا مرگ انسان شود، در نظر گرفته نشده است. برای چنین کاربردهایی، باید مجوز صریح اخذ شود.