Fiche technique de la photodiode PD95-21B/TR10 - Boîtier CMS rond 1,9mm - Lentille noire - Sensibilité de crête 940nm

1. Vue d'ensemble du produit

Le PD95-21B/TR10 est un composant subminiature à montage en surface (CMS) conçu pour des applications de détection de lumière haute performance. Il s'agit d'une photodiode PIN au silicium, un composant semi-conducteur fondamental qui convertit l'énergie lumineuse en courant électrique. Le dispositif est logé dans un boîtier rond compact de 1,9 mm de diamètre avec une configuration de broches distinctive en "Z", le rendant adapté aux processus d'assemblage automatisés. Le dessus du boîtier comporte une lentille plastique noire qui aide à définir le champ de vision et offre une certaine protection environnementale. Sa fonction principale est de détecter le rayonnement infrarouge, ses caractéristiques spectrales étant spécifiquement accordées pour correspondre aux diodes électroluminescentes infrarouges (IRED) courantes, ce qui en fait un composant récepteur idéal dans les systèmes optoélectroniques.

2. Caractéristiques clés et applications

2.1 Avantages principaux

La photodiode offre plusieurs avantages de performance cruciaux pour la conception électronique moderne :

• Temps de réponse rapide :La structure PIN, avec sa région intrinsèque (I), permet une collecte rapide des porteurs, permettant au dispositif de répondre rapidement aux variations d'intensité lumineuse. Ceci est essentiel pour la communication de données, la détection d'impulsions et la détection à haute vitesse.
• Haute sensibilité photoélectrique :Elle génère efficacement un courant électrique mesurable à partir de faibles niveaux de lumière incidente (éclairement énergétique), améliorant le rapport signal/bruit dans les circuits de détection.
• Faible capacité de jonction :Une faible capacité est critique pour maintenir une bande passante élevée et une réponse rapide, car elle minimise la constante de temps RC du circuit de détection.
• Compatibilité de fabrication robuste :Le dispositif est conçu pour résister aux processus standards de brasage par refusion infrarouge et en phase vapeur, facilitant un assemblage de carte PCB fiable.
• Conformité environnementale :Le composant est sans plomb (Pb-free), conforme au règlement REACH de l'UE, et répond aux exigences sans halogène (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm), s'alignant sur les normes environnementales et de sécurité mondiales.

2.2 Applications cibles

Cette photodiode est conçue pour les systèmes nécessitant une détection infrarouge fiable. Les domaines d'application typiques incluent :

• Systèmes appliqués infrarouges :Cela englobe un large éventail, y compris les télécommandes, les capteurs de proximité, la détection d'objets et les interrupteurs optiques coupants.
• Photocopieurs et imprimantes :Utilisés pour la détection de papier, la mesure du niveau de toner et les mécanismes de balayage où une détection précise de la lumière réfléchie ou transmise est nécessaire.
• Capteurs automobiles :Adaptés pour des projets de détection non critiques dans les véhicules, tels que les capteurs de pluie, les capteurs de luminosité crépusculaire ou la détection d'occupation intérieure, où la fiabilité sur une plage de température est importante.

3. Analyse des paramètres techniques

3.1 Valeurs maximales absolues

Ces limites définissent les conditions de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le fonctionnement doit toujours rester dans ces limites.

• Tension inverse (V_R) :32 V. La tension maximale qui peut être appliquée en polarisation inverse aux bornes de la diode sans provoquer de claquage.
• Température de fonctionnement (T_opr) :-25°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est spécifié pour fonctionner correctement.
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +85°C. La plage de température pour le stockage hors fonctionnement.
• Température de brasage (T_sol) :260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci définit la tolérance de température de crête pendant le brasage par refusion.
• Puissance dissipée (P_d) :150 mW à 25°C. La puissance maximale que le dispositif peut dissiper en toute sécurité sous forme de chaleur.

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

Ces paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement typiques.

• Bande spectrale (λ_0.5) :730 nm à 1100 nm. C'est la plage de longueurs d'onde où la sensibilité de la photodiode est au moins la moitié de sa valeur de crête. Cela confirme que le dispositif est sensible dans tout le spectre du proche infrarouge.
• Longueur d'onde de sensibilité de crête (λ_P) :940 nm (Typique). La longueur d'onde de la lumière à laquelle la photodiode est la plus sensible. Cela correspond parfaitement au pic d'émission de nombreuses LED infrarouges GaAlAs standard.
• Courant de court-circuit (I_SC) :4 µA (Typique) à E_e=1 mW/cm², λ=875 nm. Le courant généré lorsque les bornes de la photodiode sont court-circuitées (tension de polarisation nulle). C'est une mesure directe de l'efficacité de génération du photocourant.
• Courant photoélectrique inverse (I_L) :4 µA (Typique) à E_e=1 mW/cm², λ=875 nm, V_R=5V. Le courant qui circule sous polarisation inverse lorsqu'elle est éclairée. Le fonctionnement en polarisation inverse (mode photoconducteur) offre généralement une réponse plus rapide et une sortie plus linéaire que le mode à polarisation nulle (mode photovoltaïque).
• Courant d'obscurité inverse (I_D) :10 nA (Max) à V_R=10V. Le faible courant de fuite qui circule dans des conditions de polarisation inverse en l'absence totale de lumière. Un faible courant d'obscurité est critique pour détecter les signaux lumineux faibles, car il représente le bruit de fond du dispositif.
• Tension de claquage inverse (V_BR) :32 V (Min), 170 V (Typique). La tension à laquelle le courant inverse augmente brusquement. Le dispositif ne doit jamais être utilisé près de ce point.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de performance typiques qui fournissent une vision plus approfondie que des spécifications ponctuelles.

4.1 Sensibilité spectrale (Fig. 1)

Cette courbe représente graphiquement la sensibilité de la photodiode en fonction de la longueur d'onde de la lumière incidente. Elle montre une courbe en forme de cloche, culminant à environ 940 nm et diminuant vers les points spécifiés de 730 nm et 1100 nm à la moitié de la sensibilité de crête. Cette courbe est essentielle pour accorder la photodiode à une source lumineuse spécifique, garantissant une force de signal maximale.

4.2 Courant photoélectrique inverse vs. Éclairement énergétique (Fig. 2)

Ce graphique illustre la relation entre le photocourant généré (I_L) et la densité de puissance lumineuse incidente (E_e). Pour une photodiode PIN bien conçue fonctionnant dans sa région linéaire, cette relation doit être hautement linéaire. La pente de cette ligne représente la sensibilité de la photodiode (typiquement en A/W). Cette linéarité est cruciale pour les applications de mesure analogique de la lumière.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est un boîtier rond de 1,9 mm de diamètre. Des dessins mécaniques détaillés sont fournis dans la fiche technique, spécifiant toutes les dimensions critiques, y compris le diamètre du corps, la hauteur, l'espacement des broches et leurs dimensions. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1 mm sauf indication contraire. Le style de broches en "Z" est conçu pour fournir un empreinte stable pour le montage en surface et soulager les contraintes mécaniques.

5.2 Identification de la polarité

La photodiode est un composant polarisé. Le dessin de la fiche technique indique clairement les bornes cathode et anode. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage de la carte de circuit pour un fonctionnement correct en configuration de polarisation inverse.

5.3 Spécifications de la bande transporteuse et de la bobine

Pour l'assemblage automatisé, les composants sont fournis en bande transporteuse et en bobine. La fiche technique inclut les dimensions des alvéoles de la bande, le diamètre de la bobine et l'orientation. La quantité d'emballage standard est de 1000 pièces par bobine.

6. Directives de brasage et d'assemblage

6.1 Stockage et sensibilité à l'humidité

La photodiode est sensible à l'humidité. Des précautions doivent être prises pour éviter l'effet "pop-corn" ou la délamination pendant le brasage par refusion :

• Stocker les sachets non ouverts à ≤30°C et ≤90% HR.
• Utiliser les composants dans un délai d'un an.
• Après ouverture, stocker à ≤30°C et ≤70% HR.
• Utiliser dans les 168 heures (7 jours) après ouverture du sachet barrière à l'humidité.
• Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessiccant indique une entrée d'humidité, cuire à 60±5°C pendant 24 heures avant utilisation.

6.2 Profil de température de brasage par refusion

Un profil de température de brasage par refusion sans plomb est recommandé. Le profil doit être contrôlé pour s'assurer que la température de crête du corps ne dépasse pas 260°C pendant plus de 5 secondes. Le brasage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois pour éviter les dommages thermiques au boîtier plastique et à la puce semi-conductrice.

6.3 Brasage manuel et retouche

Si un brasage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise :

• Utiliser un fer à souder avec une température inférieure à 350°C et une puissance nominale inférieure à 25W.
• Limiter le temps de contact par broche à 3 secondes.
• Laisser un intervalle de refroidissement d'au moins 2 secondes entre le brasage de chaque broche.
• Éviter les contraintes mécaniques sur le composant pendant le chauffage.
• La retouche est fortement déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder double tête spécialisé doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux broches, évitant ainsi les contraintes thermiques. La fonctionnalité du dispositif doit être vérifiée après toute tentative de retouche.

6.4 Considérations de conception de la carte de circuit

Après le brasage, la carte de circuit ne doit pas être voilée ou pliée, car cela peut transférer des contraintes à la puce semi-conductrice fragile ou aux soudures, pouvant potentiellement provoquer une défaillance.

7. Considérations de conception d'application

7.1 Protection contre les surintensités

Une note de conception critique : La photodiode elle-même n'a pas de limitation de courant interne. Lorsqu'elle est utilisée en polarisation inverse, même une petite augmentation de tension peut provoquer une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant si le dispositif est exposé à la lumière. Par conséquent, une résistance série externedoitêtre utilisée dans le circuit de polarisation pour limiter le courant maximum dans des conditions d'éclairage intense et éviter la destruction.

7.2 Polarisation et circuits d'interface

La photodiode peut être utilisée dans deux modes principaux :

1. Mode photoconducteur (Polarisation inverse) :L'application d'une tension de polarisation inverse (par exemple, 5V comme dans la condition de test) élargit la région de déplétion, réduisant la capacité de jonction et accélérant le temps de réponse. C'est le mode préféré pour les applications haute vitesse et linéaires. La sortie est une source de courant, typiquement convertie en tension à l'aide d'un amplificateur de transimpédance (TIA).
2. Mode photovoltaïque (Polarisation nulle) :La photodiode génère sa propre tension lorsqu'elle est éclairée, fonctionnant comme une cellule solaire. Ce mode offre un très faible courant d'obscurité mais a une réponse plus lente et une linéarité moindre. Il convient à la mesure de lumière basse fréquence où la simplicité est clé.

7.3 Conception optique

La lentille noire fournit un angle de vision défini. Pour une performance optimale, la conception du système doit prendre en compte l'alignement entre la source de lumière infrarouge (par exemple, une LED) et la photodiode, ainsi que les sources potentielles d'interférence de lumière ambiante (par exemple, la lumière du soleil, les ampoules à incandescence) qui se situent dans sa plage spectrale. Des filtres optiques peuvent être nécessaires dans des environnements à forte lumière ambiante.

8. Comparaison technique et sélection

Le PD95-21B/TR10 appartient à une catégorie de photodiodes au silicium avec lentille noire. Lors de la sélection d'une photodiode, les ingénieurs doivent comparer les paramètres clés par rapport aux exigences de l'application : vitesse de réponse (liée à la capacité et à la polarisation), sensibilité (I_L), correspondance spectrale avec la source lumineuse, taille du boîtier et robustesse environnementale. La combinaison de ce dispositif - petite taille, bonne sensibilité, réponse rapide et compatibilité CMS - en fait un candidat sérieux pour les applications de détection infrarouge grand public et industrielles à volume élevé et à espace contraint, où fiabilité et coût sont équilibrés.

9. Principes de fonctionnement

Une photodiode PIN est un dispositif semi-conducteur avec une structure à trois couches : silicium de type P, Intrinsèque (non dopé) et de type N. Lorsque des photons ayant une énergie supérieure à la bande interdite du silicium frappent la région intrinsèque, ils créent des paires électron-trou. Dans une diode PIN polarisée en inverse, le champ électrique dans la large région intrinsèque balaie ces porteurs vers leurs bornes respectives, générant un photocourant proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque est la clé de sa performance : elle crée une grande zone de déplétion pour l'absorption des photons (augmentant la sensibilité) et réduit la capacité de jonction (augmentant la vitesse).

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

Les informations fournies dans une fiche technique représentent les spécifications du fabricant au moment de la publication. Les courbes de performance typiques sont données à titre indicatif et ne représentent pas des valeurs minimales ou maximales garanties. Il est de la responsabilité du concepteur d'utiliser le dispositif dans ses Valeurs Maximales Absolues et de valider sa performance dans l'application finale spécifique. Ce produit n'est généralement pas destiné à être utilisé dans des systèmes critiques pour la sécurité, de maintien de la vie, militaires ou automobiles primaires sans qualification et approbation explicites du fabricant du composant.