Fiche technique de la photodiode LTR-C155DD-G - Longueur d'onde de crête 940nm - Tension inverse 5V - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La LTR-C155DD-G est un composant discret de photodiode infrarouge conçu pour les applications de détection dans le spectre du proche infrarouge. Elle fait partie d'une large famille de dispositifs optoélectroniques destinés aux systèmes nécessitant une détection fiable des signaux infrarouges. Sa fonction principale est de convertir la lumière infrarouge incidente en un courant électrique, permettant son utilisation comme élément récepteur ou capteur.

1.1 Avantages clés et marché cible

Ce composant offre plusieurs avantages clés pour les concepteurs. Il présente un rapport signal/bruit élevé, essentiel pour distinguer les commandes infrarouges valides du bruit de lumière ambiante dans des environnements comme les salons ou les bureaux. Le dispositif est compatible avec les équipements de placement automatique et les processus de soudage par refusion infrarouge, le rendant adapté aux lignes de production automatisées à grand volume. Ses marchés cibles principaux incluent l'électronique grand public pour les systèmes de télécommande, les systèmes de sécurité et d'alarme pour la détection de mouvement ou de faisceau, et diverses applications impliquant la transmission de données infrarouges à courte portée.

1.2 Caractéristiques

• Conforme aux directives RoHS et Produit Vert.
• Dotée d'un boîtier à vue de dessus avec une lentille plate transparente pour une réponse angulaire uniforme.
• Fournie en bande de 8mm sur bobines de 7 pouces de diamètre pour l'assemblage automatisé.
• Compatible avec les équipements de placement automatique (pick-and-place).
• Résiste aux processus standards de soudage par refusion infrarouge.
• Conditionnée dans un facteur de forme standard EIA.

1.3 Applications

• Modules récepteurs infrarouges pour télécommandes (TV, climatiseurs, décodeurs).
• Capteurs infrarouges montés sur PCB pour la détection de proximité ou d'objets.
• Systèmes d'alarme de sécurité utilisant des faisceaux infrarouges.
• Liaisons de transmission de données sans fil infrarouges simples.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Les caractéristiques électriques et optiques définissent les limites opérationnelles et les performances de la photodiode. Comprendre ces paramètres est essentiel pour une conception de circuit appropriée et pour garantir un fonctionnement fiable dans l'application prévue.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs spécifient les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement continu.

• Dissipation de puissance (Pd) :150 mW maximum. C'est la puissance totale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur, principalement due au courant de polarisation inverse et à tout photocourant sous un éclairement élevé.
• Tension inverse (VR) :30 V maximum. L'application d'une tension supérieure à celle-ci dans le sens inverse peut provoquer un claquage et endommager la jonction de la photodiode.
• Plage de température de fonctionnement (TA) :-40°C à +85°C. Le fonctionnement du dispositif est garanti dans cette plage de température ambiante.
• Plage de température de stockage (Tstg) :-55°C à +100°C. Le dispositif peut être stocké sans fonctionnement dans ces limites.
• Condition de soudage infrarouge :Résiste à une température de crête de 260°C pendant 10 secondes, ce qui correspond aux profils de refusion typiques sans plomb.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques (TA=25°C)

Ce sont les paramètres de performance typiques et garantis dans des conditions de test spécifiées.

• Tension directe (Vf) :0,4V à 1,0V à If=1mA. Ce paramètre est pertinent si la photodiode est polarisée en direct par inadvertance ; ce n'est pas son mode de fonctionnement normal.
• Tension de claquage inverse V(BR) :30V minimum à IR=100µA. Ceci confirme que le dispositif peut supporter en toute sécurité la tension inverse maximale nominale.
• Courant d'obscurité inverse (ID) :100 nA maximum à VR=5V, Ee=0mW/cm². C'est le courant de fuite en l'absence de lumière. Un courant d'obscurité plus faible améliore la sensibilité aux signaux faibles.
• Tension en circuit ouvert (VOC) :0,4V maximum à λ=940nm, Ee=0,5mW/cm². C'est la tension générée par la photodiode en mode photovoltaïque (sans polarisation externe) sous éclairement.
• Temps de montée (Tr) & Temps de descente (Tf) :0,30µs et 0,28µs typiques, respectivement, à VR=10V, RL=1kΩ. Ces paramètres définissent la vitesse de commutation, rendant le dispositif adapté au décodage de signaux infrarouges modulés (par exemple, des télécommandes fonctionnant à 38-40 kHz).
• Courant lumineux inverse (Ip) :16 µA typique (10 µA min) à VR=5V, λ=940nm, Ee=1mW/cm². C'est le photocourant généré lorsque la diode est polarisée en inverse, ce qui est le mode de fonctionnement standard pour une réponse linéaire et la vitesse.
• Courant de court-circuit (Is) :16 µA typique dans les mêmes conditions que Ip. En mode photovoltaïque, c'est le courant maximum que le dispositif peut délivrer.
• Capacité totale (CT) :14 pF typique à VR=3V, f=1MHz. Cette capacité de jonction affecte la réponse haute fréquence ; une capacité plus faible permet une bande passante plus élevée.
• Longueur d'onde de détection de crête (λp) :910 nm typique. La photodiode est la plus sensible à la lumière infrarouge à cette longueur d'onde, la rendant idéale pour être associée à des diodes émettrices infrarouges (IRED) à 940nm.

3. Analyse des courbes de performance

Les graphiques fournis offrent un aperçu visuel du comportement du dispositif dans différentes conditions.

3.1 Photocourant vs. Éclairement énergétique

La courbe montre la relation entre la puissance lumineuse incidente (éclairement énergétique Ee) et le photocourant généré (Ip). Pour une photodiode fonctionnant dans la région linéaire (polarisée en inverse), cette relation est typiquement linéaire. Le graphique confirme qu'à 1 mW/cm² de lumière à 940nm, le photocourant est d'environ 16 µA, comme indiqué dans le tableau. Cette linéarité est cruciale pour les applications de détection analogique.

3.2 Sensibilité spectrale

Ce graphique trace la sensibilité radiante relative en fonction de la longueur d'onde. Il montre un pic autour de 910nm et une réponse significative dans la plage d'environ 800nm à 1050nm. La sensibilité chute brusquement pour la lumière visible (en dessous de 700nm), ce qui est bénéfique pour rejeter le bruit de lumière ambiante provenant de sources comme les ampoules à incandescence ou la lumière du soleil. L'inclusion d'un filtre, comme mentionné dans la description, accentuerait encore cette coupure.

3.3 Dissipation de puissance totale vs. Température ambiante

Cette courbe de déclassement illustre comment la dissipation de puissance maximale autorisée diminue lorsque la température ambiante augmente. À 25°C, la pleine puissance de 150 mW est permise. Lorsque la température s'approche de la limite maximale de fonctionnement de 85°C, la dissipation de puissance autorisée diminue linéairement. Ceci est critique pour la gestion thermique dans la conception de l'application afin d'éviter la surchauffe.

3.4 Diagramme de sensibilité angulaire

Le diagramme polaire représente la sensibilité relative à différents angles de la lumière incidente. Une photodiode avec une lentille plate, comme celle-ci, a typiquement un angle de vision relativement large (souvent autour de ±60 degrés où la sensibilité tombe à 50%). Cet angle large est avantageux pour les récepteurs qui doivent capter des signaux depuis une large zone sans alignement précis.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions de contour

Le dispositif est conforme à un contour de boîtier industriel standard. Les dimensions clés incluent la taille du corps, l'espacement des broches et la hauteur totale. Le boîtier est conçu pour la technologie de montage en surface (SMT). Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1mm sauf indication contraire.

4.2 Identification de polarité et conception des pastilles

La cathode est typiquement marquée sur le boîtier. La fiche technique fournit les dimensions suggérées des pastilles de soudure pour la conception du PCB. Une conception de pastille recommandée assure une soudure fiable et une stabilité mécanique appropriée pendant et après le processus de refusion. Il est conseillé d'utiliser un pochoir métallique d'une épaisseur de 0,1mm à 0,12mm pour l'application de la pâte à souder.

5. Directives de soudage et d'assemblage

5.1 Profil de soudage par refusion

Le composant est qualifié pour les processus de soudage par refusion sans plomb. Un profil de température suggéré est fourni, conforme aux normes JEDEC. Les paramètres clés incluent une zone de préchauffage (150-200°C), une température de crête ne dépassant pas 260°C, et un temps au-dessus du liquidus (TAL) qui assure la formation correcte du joint de soudure sans exposer le composant à un stress thermique excessif. Le dispositif peut supporter ce profil pendant un maximum de 10 secondes à la température de crête, jusqu'à deux fois.

5.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, il doit être effectué avec une température de pointe de fer à souder ne dépassant pas 300°C, et le temps de contact doit être limité à un maximum de 3 secondes par joint. Cela minimise le risque de dommage thermique à la puce semi-conductrice ou au boîtier plastique.

5.3 Conditions de stockage

Pour éviter l'absorption d'humidité, qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion, des conditions de stockage spécifiques sont imposées. Dans son sac d'origine scellé étanche à l'humidité avec dessiccant, le dispositif doit être stocké à ≤30°C et ≤90% HR et utilisé dans l'année. Une fois le sac ouvert, les composants doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% HR et idéalement traités dans la semaine. Pour un stockage plus long hors de l'emballage d'origine, un séchage à environ 60°C pendant au moins 20 heures avant le soudage est requis.

5.4 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est requis, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique doivent être utilisés. Les nettoyants chimiques agressifs doivent être évités car ils peuvent endommager le matériau du boîtier ou la lentille.

6. Conditionnement et informations de commande

6.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le composant est fourni sur bande porteuse gaufrée avec une bande de couverture protectrice. La largeur de la bande est de 8mm, enroulée sur une bobine standard de 7 pouces (178mm) de diamètre. Chaque bobine contient 3000 pièces. Le conditionnement est conforme aux spécifications ANSI/EIA 481-1-A-1994, assurant la compatibilité avec les chargeurs automatiques.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Configuration de circuit typique

Le mode de fonctionnement le plus courant pour une photodiode comme la LTR-C155DD-G est le mode photoconducteur. Ici, la diode est polarisée en inverse avec une tension (par exemple, 5V, comme dans la condition de test). Le photocourant généré est proportionnel à l'intensité lumineuse. Ce courant peut être converti en tension en utilisant une résistance de charge (RL). La valeur de RL affecte à la fois l'amplitude de la tension de sortie et la bande passante (vitesse) du circuit en raison de la constante de temps RC formée avec la capacité de jonction (CT) de la photodiode. Pour les applications haute vitesse comme le décodage de télécommande IR à 38 kHz, une RL plus petite (par exemple, 1kΩ à 10kΩ) est utilisée. Pour une sensibilité plus élevée dans des conditions de faible luminosité, une RL plus grande ou un circuit d'amplificateur de transimpédance (TIA) est recommandé.

7.2 Considérations de conception optique

Pour optimiser les performances, la source infrarouge (IRED) doit avoir une longueur d'onde d'émission correspondant à la sensibilité de crête de la photodiode (autour de 940nm). Un filtre optique peut être placé devant la photodiode pour bloquer la lumière visible, améliorant significativement le rapport signal/bruit dans des environnements à forte lumière ambiante. Le large angle de vision de la photodiode simplifie l'alignement optique mais peut aussi la rendre plus sensible à la lumière parasite ; un écran mécanique peut aider à définir le champ de vision.

7.3 Considérations de placement

Suivez le placement recommandé des pastilles de soudure pour assurer une bonne soudabilité et une résistance mécanique. Dans les circuits analogiques sensibles, gardez les pistes de l'anode et de la cathode de la photodiode aussi courtes que possible pour minimiser la captation de bruit et la capacité parasite. Une mise à la terre et un blindage appropriés peuvent être nécessaires dans des environnements électriquement bruyants.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparée à un phototransistor, une photodiode comme la LTR-C155DD-G offre un temps de réponse plus rapide (sub-microseconde contre microsecondes), la rendant supérieure pour la transmission de données haute vitesse ou la réception de signaux modulés. Elle fournit également une sortie plus linéaire par rapport à l'intensité lumineuse. Comparée à d'autres photodiodes, ses caractéristiques clés incluent un boîtier standardisé pour l'assemblage automatisé, une compatibilité avec la refusion sans plomb, et des performances haute vitesse spécifiées adaptées aux protocoles IR grand public.

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

9.1 Quelle est la différence entre le Courant lumineux inverse (Ip) et le Courant de court-circuit (Is) ?

Le Courant lumineux inverse (Ip) est mesuré avec la photodiode sous une tension de polarisation inverse (par exemple, 5V). C'est la condition de fonctionnement standard pour une réponse linéaire et la vitesse. Le Courant de court-circuit (Is) est mesuré avec zéro volt aux bornes de la diode (mode photovoltaïque). La valeur typique est similaire, mais le mode photovoltaïque a une réponse plus lente et une sortie de courant dépendante de la tension.

9.2 Comment choisir la valeur de la résistance de charge (RL) ?

Le choix implique un compromis entre la bande passante et l'amplitude du signal. Pour un signal IR à 38kHz, la période est d'environ 26µs. Le temps de montée/descente de la photodiode (0,3µs) est beaucoup plus rapide que cela, donc ce n'est pas le facteur limitant. La constante de temps RC (RL * CT) doit être significativement plus petite que la largeur d'impulsion que vous devez détecter. Pour une résistance de 1kΩ et une capacité de 14pF, la constante de temps est de 14ns, ce qui est excellent pour la haute vitesse. Une RL plus grande donne une tension de sortie plus grande pour le même niveau de lumière mais réduit la bande passante et peut augmenter le bruit.

9.3 Pourquoi un séchage est-il requis si les pièces sont stockées hors du sac ?

Les boîtiers SMT en plastique peuvent absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudage par refusion à haute température, cette humidité piégée peut s'évaporer rapidement, créant une pression interne qui peut délaminer le boîtier ou fissurer la puce - un phénomène connu sous le nom d'effet "pop-corn". Le séchage élimine cette humidité absorbée, empêchant ce mode de défaillance.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Une photodiode est une jonction PN semi-conductrice. Lorsque des photons dont l'énergie est supérieure à la bande interdite du semi-conducteur frappent la région de déplétion de la jonction, ils peuvent exciter des électrons de la bande de valence vers la bande de conduction, créant des paires électron-trou. Sous l'influence du champ électrique interne (inhérent à la jonction ou renforcé par une tension de polarisation inverse externe), ces porteurs de charge sont séparés, générant un courant mesurable dans un circuit externe. Ce photocourant est directement proportionnel à l'intensité de la lumière incidente, à condition que le dispositif fonctionne dans sa région linéaire. La longueur d'onde de sensibilité de crête est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur utilisé.

11. Tendances de développement

La tendance pour les capteurs infrarouges discrets comme les photodiodes est une miniaturisation accrue des boîtiers tout en maintenant ou en améliorant les paramètres de performance tels qu'un courant d'obscurité plus faible, une vitesse plus élevée et une résistance accrue aux interférences de la lumière ambiante. L'intégration est une autre tendance clé, avec des dispositifs combinant la photodiode, un amplificateur dédié, un filtre et une logique numérique dans un seul boîtier pour créer des "modules récepteurs IR" complets qui simplifient la conception du produit final. Il y a également une poussée continue pour une fiabilité plus élevée et une compatibilité avec des normes environnementales et de fabrication de plus en plus strictes, comme celles pour les applications automobiles ou industrielles.