Fiche technique de la photodiode PIN au silicium PD333-3C/H0/L811 - Diamètre 5mm - Tension inverse 35V - Lentille transparente - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La PD333-3C/H0/L811 est une photodiode PIN au silicium haute vitesse et haute sensibilité, encapsulée dans un boîtier plastique radial standard de 5mm de diamètre. Le dispositif utilise une lentille en époxy transparente, le rendant sensible à un large spectre de rayonnement, incluant à la fois la lumière visible et les longueurs d'onde infrarouges. Sa conception est principalement axée sur l'obtention de temps de réponse rapides et d'une haute sensibilité photoélectrique, tout en maintenant une faible capacité de jonction, ce qui la rend adaptée aux applications nécessitant une détection lumineuse précise et rapide.

Les principaux avantages de ce composant incluent sa conformité aux normes environnementales et de sécurité modernes. C'est un produit sans plomb (Pb-Free), conforme au règlement REACH de l'UE, et respectant les exigences sans halogène, avec une teneur en Brome (Br) et Chlore (Cl) inférieure à 900 ppm chacun et leur somme inférieure à 1500 ppm. Le produit lui-même est conçu pour rester dans les spécifications conformes à la directive RoHS.

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2.1 Caractéristiques maximales absolues

Le dispositif est conçu pour fonctionner de manière fiable dans les limites spécifiées. Le dépassement de ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Tension inverse (V_R) :35 V - La tension de polarisation inverse maximale pouvant être appliquée à la photodiode.
• Puissance dissipée (P_d) :150 mW - La puissance maximale que le dispositif peut dissiper.
• Température de fonctionnement (T_opr) :-25°C à +85°C - La plage de température ambiante pour un fonctionnement normal.
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C - La plage de température pour un stockage hors fonctionnement.
• Température de soudure des broches (T_sol) :260°C pendant un maximum de 5 secondes.

2.2 Caractéristiques électro-optiques (Ta=25°C)

Ces paramètres définissent les performances principales de la photodiode dans des conditions typiques.

• Largeur de bande spectrale (λ_0.1) :400 nm à 1100 nm. Le dispositif répond à la lumière de la région violette/bleue jusqu'au proche infrarouge.
• Longueur d'onde de sensibilité maximale (λ_P) :940 nm (Typique). La photodiode est la plus sensible dans le spectre du proche infrarouge.
• Tension en circuit ouvert (V_OC) :0,38 V (Typique) sous un éclairement énergétique de 1 mW/cm² à 470 nm.
• Courant de court-circuit (I_SC) :45 μA (Typique) sous un éclairement énergétique de 1 mW/cm² à 470 nm.
• Courant photoélectrique inverse (I_L) :C'est le photocourant généré lorsque la diode est polarisée en inverse.
  • 46 μA (Typique) à 470 nm, V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
  • 60 μA (Typique) à 940 nm (sensibilité maximale), V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
• Courant d'obscurité inverse (I_D) :10 nA (Maximum) à V_R=10V dans l'obscurité totale. C'est le courant de fuite et c'est un paramètre clé pour la sensibilité en faible lumière.
• Tension de claquage inverse (V_BR) :130 V (Typique), avec un minimum de 35 V, mesurée à un courant inverse de 100 μA dans l'obscurité.
• Angle de vue (2θ_1/2) :80° (Typique). Cela définit la plage angulaire sur laquelle la photodiode maintient la moitié de sa sensibilité sur l'axe.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour les ingénieurs de conception.

3.1 Puissance dissipée vs. Température ambiante

Un graphique montre la dégradation de la puissance maximale admissible dissipée lorsque la température ambiante augmente. La puissance nominale de 150 mW est valable à 25°C, et elle diminue linéairement jusqu'à 0 mW à 100°C. Cette courbe est cruciale pour garantir que le dispositif ne surchauffe pas dans l'environnement d'application.

3.2 Sensibilité spectrale

Cette courbe illustre la réponse relative de la photodiode sur sa plage de longueurs d'onde opérationnelle (400-1100 nm), confirmant la sensibilité maximale autour de 940 nm et une réponse significative dans le spectre visible grâce à la lentille transparente.

3.3 Courant photoélectrique inverse vs. Éclairement énergétique

Ce graphique démontre la relation linéaire entre le photocourant généré (I_L) et la densité de puissance lumineuse incidente (E_e). Il confirme l'aptitude du dispositif pour les applications de mesure de lumière où la linéarité est importante.

3.4 Courant d'obscurité vs. Température ambiante

Le courant d'obscurité (I_D) augmente de façon exponentielle avec la température. Cette courbe est vitale pour les applications fonctionnant à des températures élevées, car elle définit le bruit de fond du détecteur.

3.5 Courant photoélectrique relatif vs. Déplacement angulaire

Ce diagramme polaire représente visuellement l'angle de vue de 80°, montrant comment l'intensité du signal détecté diminue lorsque l'angle de la lumière incidente s'éloigne de l'axe central (0°).

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

La photodiode est fournie dans un boîtier radial à broches standard de 5mm. Les dimensions clés incluent un diamètre de corps de 5,0mm, une hauteur typique du dôme en époxy et un espacement des broches. Toutes les tolérances non spécifiées sont de ±0,25mm. Un dessin dimensionnel détaillé est fourni dans la fiche technique pour la conception de l'empreinte PCB.

4.2 Identification de la polarité

La cathode (K) est généralement identifiée par une broche plus longue, un méplat sur le bord du boîtier, ou un autre marquage selon le dessin du boîtier. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage du circuit pour un fonctionnement correct en polarisation inverse.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation soigneuse pendant la soudure est cruciale pour éviter d'endommager le bulbe en époxy et la structure interne.

• Règle générale :Maintenir une distance minimale de 3mm entre le joint de soudure et le bulbe en époxy. Il est recommandé de souder au-delà de la base de la barre de maintien.
• Soudure manuelle :Utiliser un fer avec une température de pointe ne dépassant pas 350°C (30W max). Limiter le temps de soudure à 3 secondes par broche.
• Soudure à la vague/par immersion :Préchauffer à un maximum de 100°C pendant jusqu'à 60 secondes. La température du bain de soudure ne doit pas dépasser 260°C, avec un temps d'immersion maximum de 5 secondes.
• Instructions critiques :
  • Éviter d'appliquer une contrainte mécanique sur les broches lorsque le dispositif est à haute température.
  • Ne pas effectuer de soudure par immersion ou manuelle plus d'une fois.
  • Protéger le bulbe en époxy des chocs ou vibrations jusqu'à ce que le dispositif refroidisse à température ambiante.
  • Éviter un refroidissement rapide depuis la température de soudure maximale.
  • Toujours utiliser la température de soudure la plus basse possible permettant d'obtenir un joint fiable.

6. Informations de conditionnement et de commande

6.1 Spécifications d'emballage

Les dispositifs sont emballés dans des sacs anti-statiques pour protection. Le flux d'emballage standard est :

1. 500 pièces par sac anti-statique.
2. 5 sacs (2500 pièces) par carton intérieur.
3. 10 cartons intérieurs (25 000 pièces) par carton extérieur principal.

6.2 Spécifications d'étiquetage

L'étiquette du produit contient des informations clés pour la traçabilité et l'identification, incluant le Numéro de pièce client (CPN), le Numéro de produit (P/N), la Quantité d'emballage (QTY), le Numéro de lot et les codes de date (identifiant du mois).

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Détection photoélectrique haute vitesse :Adaptée aux liaisons de communication de données (ex. : télécommandes IR, codeurs optiques, capteurs de proximité) où une détection d'impulsions rapide est nécessaire.
• Systèmes de sécurité :Peut être utilisée dans les faisceaux de détection d'intrusion, détecteurs de fumée, ou pour la détection de lumière ambiante pour le contrôle automatique de l'éclairage.
• Systèmes de caméra :Applicable pour la mesure de lumière, le contrôle automatique d'exposition, ou comme capteur de contrôle de filtre coupant IR.

7.2 Considérations de conception

• Polarisation :Pour la réponse la plus rapide et la meilleure linéarité, faire fonctionner la photodiode en mode polarisé inverse (photoconducteur). Un amplificateur de transimpédance (TIA) est couramment utilisé pour convertir le photocourant en tension.
• Bande passante vs. Sensibilité :La capacité de jonction (impliquée par la réponse rapide) et la valeur de la résistance de charge détermineront la bande passante du circuit. Un compromis existe entre la bande passante (R plus faible) et la sensibilité/tension de sortie (R plus élevée).
• Conception optique :L'angle de vue de 80° est relativement large. Pour une détection directionnelle, un diaphragme ou un tube à lentille peut être nécessaire pour restreindre le champ de vision.
• Compensation du courant d'obscurité :Dans les applications de précision en faible lumière, le courant d'obscurité et sa variation avec la température peuvent nécessiter une compensation dans le circuit de conditionnement du signal.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux photodiodes PN standard, cette photodiode PIN offre des avantages distincts :

• Temps de réponse plus rapide :La région intrinsèque (I) dans une structure PIN réduit la capacité de jonction, permettant des vitesses de commutation et une bande passante plus élevées.
• Linéarité améliorée :La large région intrinsèque permet une meilleure linéarité du photocourant par rapport à la puissance lumineuse incidente sur une large plage.
• Courant d'obscurité plus faible (à tensions comparables) :Bien que dépendant de la conception spécifique, la structure peut parfois permettre des courants de fuite plus faibles.
• Sensibilité à large spectre :La lentille transparente, contrairement aux lentilles teintées, ne filtre pas la lumière visible, en faisant un choix polyvalent pour les applications nécessitant une réponse du visible au proche-IR.

9. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q1 : Quelle est la différence entre un fonctionnement à 470nm et à 940nm ?

R : La photodiode est nettement plus sensible à sa longueur d'onde maximale de 940nm (60 μA typique vs. 46 μA à 470nm dans les mêmes conditions). Pour un signal de sortie maximal, les sources IR autour de 940nm sont idéales. La réponse à 470nm permet également d'utiliser le dispositif avec des sources de lumière visible bleue/verte.

Q2 : Puis-je utiliser cette photodiode sans tension de polarisation inverse ?

R : Oui, elle peut être utilisée en mode photovoltaïque (polarisation nulle), générant la tension en circuit ouvert (V_OC). Cependant, pour les applications haute vitesse ou la plupart des applications linéaires, la polarisation inverse (mode photoconducteur) est recommandée car elle réduit la capacité de jonction et améliore le temps de réponse.

Q3 : À quel point la règle de distance de soudure de 3mm est-elle critique ?

R : Très critique. Une chaleur excessive conduite le long de la broche peut fissurer le joint d'étanchéité en époxy ou endommager la puce semi-conductrice, entraînant une défaillance immédiate ou une fiabilité à long terme réduite.

Q4 : Que signifie la spécification "Angle de vue" pour ma conception ?

R : Cela signifie que la photodiode détectera efficacement la lumière dans un cône de 80° (40° hors axe dans n'importe quelle direction). La lumière incidente à des angles supérieurs produira un signal significativement plus faible. Ceci est important pour aligner le capteur avec une source lumineuse ou définir une zone de détection.

10. Exemple pratique d'utilisation

Conception d'un capteur de proximité simple :

La PD333-3C/H0/L811 peut être associée à une LED infrarouge (ex. : émettant à 940nm) pour créer un capteur de proximité ou de détection d'objet. La LED IR est pilotée par un courant pulsé. La photodiode, placée à côté de la LED mais isolée optiquement, détecte la lumière IR réfléchie par un objet. La sortie de la photodiode est connectée à un TIA puis à un comparateur. Lorsqu'aucun objet n'est présent, le signal détecté est faible (IR ambiant uniquement). Lorsqu'un objet s'approche, l'impulsion réfléchie augmente le signal au-dessus d'un seuil défini, déclenchant le comparateur. Le temps de réponse rapide de la diode PIN permet une détection rapide et peut supporter des signaux modulés pour rejeter les interférences de lumière ambiante.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Une photodiode PIN est un dispositif semi-conducteur avec une structure à trois couches : P-type, Intrinsèque (non dopée) et N-type (P-I-N). Lorsqu'elle est polarisée en inverse, la région intrinsèque se vide complètement de porteurs de charge, créant une large région de champ électrique. Les photons incidents sur le dispositif avec une énergie supérieure à la largeur de bande interdite du semi-conducteur créent des paires électron-trou. Le champ électrique intense dans la région intrinsèque balaie rapidement ces porteurs vers leurs bornes respectives, générant un photocourant proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque est la clé : elle réduit la capacité de jonction (permettant une haute vitesse) et augmente le volume où les photons peuvent être absorbés (améliorant la sensibilité, surtout pour les longueurs d'onde plus longues comme l'IR).

12. Tendances et contexte industriel

Les photodiodes PIN au silicium comme la PD333-3C/H0/L811 restent des composants fondamentaux en optoélectronique. Les tendances actuelles de l'industrie incluent :

• Miniaturisation :Bien que le boîtier traversant 5mm soit standard, il y a une forte poussée vers les boîtiers CMS (ex. : 0805, 0603) pour l'assemblage automatisé et les conceptions à espace restreint.
• Intégration :Intégration croissante de la photodiode avec une amplification, un filtrage et une logique numérique sur puce pour créer des "capteurs optiques intelligents" fournissant une sortie numérique traitée.
• Performance améliorée :Le développement continu se concentre sur la réduction supplémentaire du courant d'obscurité, l'amélioration de la sensibilité (réponse) à des longueurs d'onde spécifiques et l'expansion de la plage spectrale vers l'infrarouge profond en utilisant des matériaux comme l'InGaAs.
• Optimisation spécifique à l'application :Les photodiodes sont adaptées pour les applications émergentes dans l'électronique grand public (capteurs de smartphone, wearables), l'automobile (LiDAR, capteurs d'habitacle) et l'automatisation industrielle (vision industrielle, spectroscopie).

Malgré ces tendances, la photodiode PIN traversante classique continue d'être largement utilisée dans le prototypage, les kits éducatifs, les contrôles industriels et les applications où la robustesse et la facilité de soudure manuelle sont appréciées.

13. Clause de non-responsabilité et notes d'utilisation

Des clauses de non-responsabilité légales et techniques critiques accompagnent ces données produit :

1. Le fabricant se réserve le droit d'ajuster les matériaux du produit.
2. Le produit répond aux spécifications publiées pendant 12 mois à compter de la date d'expédition.
3. Les graphiques et valeurs typiques sont donnés à titre indicatif ; ils ne constituent pas des limites minimales ou maximales garanties.
4. Le fabricant n'assume aucune responsabilité pour les dommages résultant d'un fonctionnement en dehors des Caractéristiques Maximales Absolues ou d'une mauvaise utilisation.
5. Le contenu de la fiche technique est protégé par le droit d'auteur ; sa reproduction nécessite un consentement préalable.
6. Avis de sécurité important :Ce produit estnon destinéà une utilisation dans des applications militaires, aéronautiques, automobiles, médicales, de maintien de la vie, de sauvetage, ou toute autre application critique pour la sécurité où une défaillance pourrait entraîner des blessures ou la mort. Pour de telles applications, une autorisation explicite doit être obtenue.