Fiche technique PD438C - Photodiode PIN au silicium semi-lentille 4,8mm - Tension inverse 32V - Dissipation 150mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le PD438C est une photodiode PIN au silicium rapide et très sensible, logée dans un boîtier plastique cylindrique à vue latérale. Sa fonction principale est de convertir la lumière incidente, en particulier dans le spectre infrarouge, en un courant électrique. Une caractéristique clé de ce composant est que le boîtier en époxy agit lui-même comme un filtre infrarouge (IR) intégré, dont le spectre est adapté aux émetteurs IR courants. Cette conception simplifie l'intégration système en réduisant le besoin d'un filtre externe. Le dispositif se caractérise par des temps de réponse rapides, une photosensibilité élevée et une faible capacité de jonction, le rendant adapté aux applications nécessitant une détection lumineuse rapide et précise.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques absolues maximales

Le dispositif est conçu pour fonctionner de manière fiable dans les limites absolues suivantes, au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. La tension inverse maximale (V_R) est de 32V. La dissipation de puissance (P_d) ne doit pas dépasser 150 mW. La plage de température de fonctionnement (T_opr) est de -40°C à +85°C, tandis que la température de stockage (T_stg) s'étend de -40°C à +100°C. Pour l'assemblage, la température de soudure (T_sol) doit être maintenue à 260°C pendant une durée n'excédant pas 5 secondes pour éviter tout dommage thermique au boîtier et à la puce semi-conductrice.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Dans des conditions de test standard (Ta=25°C), le PD438C présente les paramètres de performance clés suivants. Sa bande passante de réponse spectrale (λ_0.5) s'étend de 400 nm à 1100 nm, avec une longueur d'onde de sensibilité maximale (λ_p) typiquement à 940 nm, l'alignant parfaitement avec les sources lumineuses infrarouges courantes. Lorsqu'elle est éclairée avec une irradiance de 5 mW/cm² à 940 nm, la tension en circuit ouvert typique (V_OC) est de 0,35V. Le courant de court-circuit (I_SC) est typiquement de 18 µA sous 1 mW/cm² à 940 nm. Sous une polarisation inverse de 5V et la même irradiance, le courant lumineux inverse (I_L) est typiquement de 18 µA (min. 10,2 µA). Le courant d'obscurité (I_d), qui est le courant de fuite en l'absence de lumière, est typiquement de 5 nA (max. 30 nA) à une tension inverse de 10V. La capacité totale des bornes (C_t) est typiquement de 25 pF sous une polarisation inverse de 3V et 1 MHz. Les temps de montée et de descente (t_r/t_f) sont tous deux typiquement de 50 ns lors d'un fonctionnement avec une polarisation inverse de 10V et une résistance de charge de 1 kΩ.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques cruciales pour les ingénieurs de conception. Lacourbe de sensibilité spectralemontre la réponse relative de la photodiode sur toute sa plage de longueurs d'onde de fonctionnement, confirmant le pic à 940 nm. Legraphique Dissipation de puissance vs Température ambianteillustre la dégradation de la puissance maximale admissible lorsque la température de fonctionnement augmente, ce qui est essentiel pour la gestion thermique. Lacourbe Courant d'obscurité vs Température ambiantedémontre comment le courant de fuite augmente avec la température, un facteur critique pour les applications en faible lumière ou à haute température. Legraphique Courant lumineux inverse vs Irradiance (Ee)montre la relation linéaire entre la puissance lumineuse incidente et le photocourant généré, confirmant la réponse prévisible du dispositif. Lacourbe Capacité des bornes vs Tension inverseindique comment la capacité de jonction diminue avec l'augmentation de la polarisation inverse, ce qui impacte directement la vitesse du dispositif. Enfin, legraphique Temps de réponse vs Résistance de chargemontre comment le temps de montée/descente est affecté par la charge externe, guidant la sélection d'une résistance de charge appropriée pour les circuits critiques en vitesse.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le PD438C est conditionné dans un format cylindrique à vue latérale avec un diamètre nominal de 4,8mm. Le dessin mécanique détaillé spécifie toutes les dimensions critiques, y compris l'espacement des broches, la hauteur du boîtier et la géométrie de la lentille. Le dessin note que les tolérances dimensionnelles sont typiquement de ±0,25mm sauf indication contraire. La configuration à vue latérale est particulièrement utile pour les applications où le trajet lumineux est parallèle à la surface de montage, comme dans les capteurs à fente ou les systèmes de détection de bord.

4.2 Identification de la polarité

Le dispositif est un composant à deux bornes. La cathode est généralement identifiée par une broche plus longue, une encoche ou un méplat sur le corps du boîtier. Une connexion de polarité correcte est essentielle lors de l'application d'une polarisation inverse pour des performances optimales en mode photoconducteur.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le composant est conçu pour être soudé à une température de pointe de 260°C. Il est crucial que le temps au-dessus de la température liquidus (typiquement autour de 217°C pour la soudure sans plomb) soit limité à un maximum de 5 secondes pour éviter une contrainte thermique excessive sur le boîtier en époxy et les liaisons internes par fils. Les profils de soudure par refusion ou à la vague standard pour les assemblages sans plomb sont généralement applicables. Il convient de veiller à éviter toute contrainte mécanique sur les broches lors de la manipulation et du placement.

6. Informations d'emballage et de commande

La spécification d'emballage standard est de 500 pièces par sachet. Six sachets sont combinés en un carton intérieur, et dix cartons intérieurs constituent un carton d'expédition principal, soit un total de 30 000 pièces par carton principal. L'étiquette du produit comprend des champs pour le numéro de pièce client (CPN), le numéro de pièce du fabricant (P/N), la quantité d'emballage (QTY) et les informations de traçabilité du lot (N° de LOT).

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Le PD438C est bien adapté à diverses applications optoélectroniques. Sa grande vitesse le rend idéal pour ladétection photo rapidedans les liaisons de communication de données ou la détection d'impulsions. Il est couramment utilisé dans lesappareils électroniques grand publictels que les appareils photo et les caméscopes (magnétoscopes, caméras vidéo) pour les systèmes de mise au point automatique, la mesure de la lumière ou la détection de fin de bande. Il sert de capteur fiable dans lesinterrupteurs optoélectroniqueset les interrupteurs pour la détection de position, la détection d'objets et les systèmes d'encodeurs rotatifs. Le filtre IR intégré le rend particulièrement efficace dans les systèmes couplés à des LED IR 940 nm, filtrant la lumière visible indésirable.

7.2 Considérations de conception

Lors de la conception d'un circuit avec le PD438C, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Pourl'optimisation de la vitesse, faites fonctionner la photodiode avec une polarisation inverse suffisante (par ex. 5V-10V) pour minimiser la capacité de jonction et utilisez une résistance de charge de faible valeur, comme le montre la courbe temps de réponse vs résistance de charge, bien que cela se fasse au détriment de l'amplitude de la tension de sortie. Une configuration d'amplificateur de transimpédance (TIA) est souvent préférée pour convertir le faible photocourant en une tension utilisable tout en conservant la bande passante. Pour lesapplications sensibles au bruit, la spécification du courant d'obscurité et sa dépendance à la température sont critiques ; le refroidissement du dispositif ou l'utilisation de techniques de détection synchrone peut être nécessaire. La linéarité du photocourant avec l'irradiance simplifie les conceptions de mesure de puissance optique. Assurez-vous que l'ouverture optique et l'alignement sont corrects pour l'orientation du boîtier à vue latérale.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux photodiodes standard sans lentille ni filtre, le PD438C offre un avantage distinct grâce à sonépoxy intégrant une semi-lentille et un filtre IR. Cela élimine le besoin d'un filtre optique séparé, réduisant le nombre de composants, la complexité d'assemblage et le coût. Le boîtier à vue latérale est un facteur de forme spécifique qui résout les défis d'intégration dans les conceptions à espace restreint où les capteurs à vue de dessus ne peuvent pas être utilisés. Sa combinaison d'une vitesse relativement élevée (50 ns) et d'une bonne sensibilité (18 µA à 1 mW/cm²) offre un profil de performance équilibré pour de nombreuses applications de milieu de gamme, le positionnant entre les dispositifs très rapides et peu sensibles et les photodiodes plus lentes et plus sensibles.

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

Q : Quel est l'objectif de la "semi-lentille" ?

R : La semi-lentille aide à focaliser la lumière entrante sur la zone active de la puce de silicium, augmentant la surface de collecte effective et donc la réponse (sensibilité) du dispositif par rapport à une fenêtre plate.

Q : Pourquoi la sensibilité maximale est-elle à 940 nm ?

R : Les propriétés d'absorption inhérentes au silicium atteignent un pic dans la région du proche infrarouge. 940 nm est une longueur d'onde très courante pour les émetteurs infrarouges (LED), car elle est invisible à l'œil humain et facilement disponible. L'époxy est ajusté pour correspondre à cela.

Q : Dois-je utiliser cette photodiode en mode photovoltaïque (polarisation nulle) ou photoconducteur (polarisation inverse) ?

R : Pour une vitesse et une linéarité maximales, le mode photoconducteur (application d'une polarisation inverse, par ex. 5V) est recommandé. Il réduit la capacité de jonction et élargit la région de déplétion. Le mode photovoltaïque (polarisation nulle) offre un bruit plus faible (pas de courant d'obscurité) mais est plus lent.

Q : Comment la température affecte-t-elle les performances ?

R : Comme le montrent les courbes, le courant d'obscurité augmente significativement avec la température, ce qui peut être une source de bruit. Le photocourant lui-même a également un léger coefficient de température. Pour un fonctionnement stable, une compensation de température ou un environnement contrôlé peut être nécessaire dans les applications de précision.

10. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

Exemple 1 : Capteur de proximité infrarouge :Une LED IR émet des impulsions à 940 nm. La lumière réfléchie est détectée par le PD438C. Le boîtier à vue latérale permet à l'émetteur et au détecteur d'être placés sur le même PCB, faisant face à la même direction. Le filtre IR intégré dans le PD438C aide à rejeter la lumière visible ambiante, améliorant le rapport signal/bruit du signal IR réfléchi. Un microcontrôleur mesure le courant de la photodiode via un TIA pour déterminer la présence ou la distance d'un objet.

Exemple 2 : Interrupteur optique à fente :Le PD438C est monté d'un côté d'un support en U, faisant face à une LED IR de l'autre côté. Un objet passant à travers la fente interrompt le faisceau. Le temps de réponse rapide (50 ns) permet de détecter des événements très rapides ou d'encoder des mouvements rapides.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Une photodiode PIN est un dispositif semi-conducteur avec une large région intrinsèque (I) légèrement dopée prise en sandwich entre une région de type P et une région de type N. Lorsque des photons dont l'énergie est supérieure à la bande interdite du semi-conducteur (pour le silicium, longueurs d'onde inférieures à ~1100 nm) frappent le dispositif, ils génèrent des paires électron-trou dans la région intrinsèque. Sous l'influence du champ électrique interne (en mode photovoltaïque) ou d'une polarisation inverse appliquée (en mode photoconducteur), ces porteurs de charge sont séparés, créant un photocourant mesurable proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque permet un volume de déplétion plus important, ce qui améliore l'efficacité quantique (sensibilité) et réduit la capacité de jonction, permettant un fonctionnement à plus haute vitesse par rapport à une photodiode PN standard.

12. Tendances et évolutions du secteur

Le marché des photodiodes comme le PD438C continue d'être stimulé par les tendances de l'automatisation, de l'électronique grand public et de la communication. Il y a une poussée constante vers unevitesse plus élevéepour supporter des transmissions de données plus rapides dans les liaisons optiques. Unesensibilité améliorée(bruit plus faible, réponse plus élevée) permet un fonctionnement avec des émetteurs de plus faible puissance ou sur de plus longues distances. Laminiaturisationest une autre tendance clé, conduisant à des photodiodes dans des boîtiers CMS plus petits. De plus, l'intégration progresse, avec davantage de dispositifs incorporant la photodiode, l'amplificateur et parfois même la logique numérique dans un seul boîtier (par ex., réseaux de photodiodes, capteurs optiques intégrés). Le PD438C, avec son filtre optique intégré, représente une étape dans cette tendance d'intégration, simplifiant la nomenclature pour les concepteurs de systèmes.