Fiche technique de la photodiode PIN au silicium subminiature ronde 1,8mm PD42-21C/TR8 - Dimensions 1,8mm ronde - Sensibilité de crête 940nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La PD42-21C/TR8 est une photodiode PIN au silicium haute vitesse et haute sensibilité conçue pour les applications de détection infrarouge. Elle est conditionnée dans un boîtier CMS miniature rond de 1,8mm de diamètre, moulé en plastique noir avec une lentille hémisphérique en vue de dessus. Cette conception compacte la rend adaptée aux applications à espace limité nécessitant une détection infrarouge fiable.

Le dispositif est spectralement adapté aux diodes émettrices infrarouges courantes, optimisant ainsi les performances dans les systèmes où il est associé à une source IR. Ses principaux avantages incluent un temps de réponse rapide, une photosensibilité élevée et une faible capacité de jonction, éléments critiques pour la détection de signaux à haute vitesse.

1.1 Caractéristiques principales et conformité

• Temps de réponse rapide :Permet la détection de variations rapides du signal optique.
• Haute photosensibilité :Fournit un signal électrique important même à de faibles niveaux de lumière.
• Faible capacité de jonction :Contribue au fonctionnement à haute vitesse en réduisant les constantes de temps RC.
• Conditionnement :Fournie sur bande de 12mm montée sur une bobine de 7 pouces de diamètre pour l'assemblage automatisé.
• Conformité environnementale :Le produit est sans plomb, conforme aux réglementations RoHS et REACH de l'UE, et est sans halogène (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Applications cibles

Cette photodiode est conçue pour être utilisée dans divers systèmes électroniques nécessitant une détection infrarouge précise.

• Détecteurs photo haute vitesse
• Photocopieurs
• Machines de jeux et dispositifs interactifs
• Systèmes d'application infrarouge généraux (ex. : capteurs de proximité, transmission de données)

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Limites absolues maximales

Faire fonctionner le dispositif au-delà de ces limites peut causer des dommages permanents.

• Tension inverse (V_R) :32 V
• Température de fonctionnement (T_opr) :-25°C à +85°C
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +85°C
• Température de soudage (T_sol) :260°C pendant ≤5 secondes
• Dissipation de puissance (P_d) :150 mW à une température ambiante libre de 25°C ou moins

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

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

• Bande spectrale (λ_0.5) :730 nm à 1100 nm. Le dispositif est sensible dans le spectre du proche infrarouge.
• Longueur d'onde de sensibilité de crête (λ_P) :940 nm. La responsivité maximale se situe à cette longueur d'onde infrarouge.
• Tension en circuit ouvert (V_OC) :Typiquement 0,42 V lorsqu'elle est éclairée avec 5 mW/cm² à 940nm.
• Courant de court-circuit (I_SC) :2,0 à 12 μA (Typ. 5,0 μA) lorsqu'elle est éclairée avec 1 mW/cm² à 875nm.
• Courant photoélectrique inverse (I_L) :2,0 à 12 μA (Typ. 5,0 μA) à V_R=5V lorsqu'elle est éclairée avec 1 mW/cm² à 875nm. C'est le paramètre de fonctionnement principal en mode photoconducteur.
• Courant d'obscurité (I_D) :Maximum 10 nA à V_R=10V. C'est le courant de fuite en l'absence de lumière.
• Tension de claquage inverse (V_BR) :Minimum 32 V, Typique 170 V à I_R=100μA.
• Capacité totale (C_t) :Typiquement 5 pF à V_R=5V, f=1MHz. La faible capacité est essentielle pour une large bande passante.
• Temps de montée/descente (t_r, t_f) :Typiquement 6 ns chacun à V_R=10V, R_L=1kΩ. Ceci spécifie la vitesse de la réponse électrique à une impulsion lumineuse.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut des courbes caractéristiques typiques essentielles pour les ingénieurs de conception. Bien que les données graphiques spécifiques ne soient pas fournies sous forme textuelle, ces courbes illustrent généralement la relation entre les paramètres clés, aidant à prédire le comportement du dispositif dans des conditions non standard.

3.1 Informations implicites des courbes

Basé sur les caractéristiques standard d'une photodiode, les relations suivantes sont généralement tracées :

• Réponse spectrale :Une courbe montrant la responsivité relative en fonction de la longueur d'onde, avec un pic à 940 nm et une chute à la moitié à 730 nm et 1100 nm.
• Courant vs. Éclairement (I_Lvs. E_e) :Devrait être linéaire sur une large plage, confirmant l'aptitude de la photodiode pour la mesure analogique de la lumière.
• Capacité vs. Tension inverse (C_tvs. V_R) :La capacité diminue généralement avec l'augmentation de la polarisation inverse, affectant la réponse en fréquence.
• Courant d'obscurité vs. Température (I_Dvs. T) :Le courant d'obscurité double approximativement tous les 10°C d'augmentation de température, ce qui est critique pour un fonctionnement à haute température.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

La photodiode est conditionnée dans un boîtier rond subminiature d'un diamètre de corps de 1,8mm. Des dessins mécaniques détaillés dans la fiche technique spécifient toutes les dimensions critiques, y compris la hauteur de la lentille, l'espacement des broches et l'empreinte globale. Les tolérances sont généralement de ±0,1mm sauf indication contraire. Un schéma de pastilles recommandé est fourni pour référence dans la conception du PCB, mais il est conseillé aux ingénieurs de le modifier en fonction de leur processus d'assemblage spécifique et de leurs exigences thermiques.

4.2 Identification de la polarité et montage

Le boîtier CMS a une orientation spécifique. Le dessin de la fiche technique indique les bornes cathode et anode. La polarité correcte est cruciale pour le bon fonctionnement du circuit. Le corps en plastique noir avec une lentille sphérique claire contribue à la sensibilité directionnelle.

5. Recommandations de soudage et d'assemblage

Une manipulation appropriée est vitale pour maintenir la fiabilité et les performances du dispositif.

5.1 Stockage et sensibilité à l'humidité

• Ne pas ouvrir le sac étanche à l'humidité avant d'être prêt à l'emploi.
• Stocker les sacs non ouverts à 10°C~30°C et ≤90% HR.
• Utiliser dans l'année suivant l'expédition.
• Après ouverture, les dispositifs doivent être utilisés dans les 168 heures (durée de vie au sol) lorsqu'ils sont stockés à 10°C~30°C et ≤60% HR. Sinon, ils doivent être reséchés et stockés dans un sac sec.
• Procédure de séchage : 96 heures à 60°C ± 5°C et <5% HR.

5.2 Conditions de soudage

• Soudage par refusion :Un profil de température recommandé est fourni. Ne pas dépasser deux cycles de refusion.
• Soudage manuel :Utiliser un fer à souder avec une température de pointe <350°C et une puissance <25W. Le temps de contact par borne doit être <3 secondes. Laisser un intervalle de 2 secondes entre le soudage de chaque borne pour éviter les dommages thermiques.
• Éviter les contraintes mécaniques sur le dispositif pendant le chauffage et éviter la déformation du PCB après soudage.

5.3 Réparation et retouche

La réparation après soudage n'est pas recommandée. Si elle est inévitable, utiliser un fer à souder double tête pour chauffer simultanément les deux bornes et soulever le composant uniformément. Toujours vérifier la fonctionnalité du dispositif après toute retouche.

6. Informations de conditionnement et de commande

6.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le dispositif est conditionné dans une bande porteuse dont les dimensions sont spécifiées dans la fiche technique. La quantité standard est de 1000 pièces par bobine de 7 pouces. Les dimensions de la bande assurent la compatibilité avec les équipements standard de placement CMS.

6.2 Informations sur l'étiquette

L'étiquette de la bobine contient des informations standard pour la traçabilité et un assemblage correct : Numéro de pièce client (CPN), Numéro de pièce (P/N), Numéro de lot, Quantité, Longueur d'onde de crête (HUE), Rangs (CAT), Référence (REF), Niveau de sensibilité à l'humidité (MSL-X) et Origine de fabrication.

7. Considérations de conception pour l'application

7.1 Protection du circuit

Critique :Une résistance de limitation de courant externe doit être utilisée en série avec la photodiode lors d'un fonctionnement en mode photoconducteur (polarisation inverse). Sans cela, un petit changement de tension peut provoquer une forte surintensité, risquant de griller le dispositif.

7.2 Polarisation et conditionnement du signal

La photodiode peut être utilisée dans deux modes principaux :

• Mode photovoltaïque (polarisation nulle) :Génère une tension (V_OC). Offre un faible bruit mais une réponse plus lente.
• Mode photoconducteur (polarisation inverse) :Fonctionne avec une tension inverse (ex. : 5V comme dans les spécifications). Cela réduit la capacité de jonction (accélérant la réponse) et améliore la linéarité mais augmente le courant d'obscurité. Un amplificateur de transimpédance (TIA) est couramment utilisé pour convertir le photocourant (I_L) en un signal de tension utilisable.

7.3 Conception optique

La lentille sphérique a un angle de vision spécifique. Pour un couplage optimal, alignez la source IR dans cet angle. Le boîtier noir minimise les réflexions internes et la diaphonie de la lumière ambiante.

8. Comparaison et positionnement technique

Comparée aux photodiodes standard, la PD42-21C/TR8 offre un équilibre entre vitesse (6 ns), sensibilité (5 μA typique à 1mW/cm²) et une empreinte CMS très compacte. Sa sensibilité de crête à 940nm en fait un partenaire direct pour de nombreuses LED IR à bas coût. La faible capacité est un facteur différenciant clé pour les applications haute fréquence par rapport aux dispositifs avec des zones actives plus grandes.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

9.1 Quelle est la différence entre I_SCet I_L?

I_SC(Courant de court-circuit) est mesuré avec une tension nulle aux bornes de la diode. I_L(Courant photoélectrique inverse) est mesuré sous une polarisation inverse appliquée (ex. : 5V). Dans une photodiode PIN bien conçue, ces valeurs sont très similaires, comme indiqué dans la fiche technique (les deux Typ. 5,0 μA). I_Lest le paramètre le plus pratique pour la conception de circuit en fonctionnement polarisé.

9.2 Comment choisir la valeur de la résistance série ?

La résistance limite le courant sous un éclairement maximal. Calculez R ≥ (Tension d'alimentation) / (I_LMax). D'après les spécifications, I_LMax est de 12 μA. Pour une polarisation de 5V, R doit être ≥ 5V / 12μA ≈ 417 kΩ. Une valeur de départ courante est de 100 kΩ, qui définit également la bande passante conjointement avec la capacité de jonction.

9.3 Peut-elle être utilisée pour la détection de lumière visible ?

Sa plage spectrale commence à 730 nm, ce qui est dans le proche infrarouge. Elle a une très faible sensibilité à la lumière visible (longueurs d'onde inférieures à 700 nm). Pour la lumière visible, une photodiode avec une sensibilité de crête dans la plage 550-650 nm serait plus appropriée.

10. Exemple pratique d'utilisation

Scénario : Capteur de proximité infrarouge dans une manette de jeu.

1. Appariement des composants :La PD42-21C/TR8 est associée à une LED IR de 940nm.
2. Conception du circuit :La photodiode est polarisée en inverse avec 3,3V via une résistance de 100 kΩ. Sa sortie est connectée à l'entrée inverseuse d'un ampli-op configuré en TIA avec une résistance de contre-réaction de 1 MΩ et un petit condensateur de contre-réaction (ex. : 1 pF) pour stabiliser la réponse.
3. Fonctionnement :La LED IR émet un signal pulsé. Lorsqu'un objet (ex. : la main d'un utilisateur) s'approche, il réfléchit la lumière IR vers la photodiode. Le TIA convertit l'augmentation du photocourant en une impulsion de tension mesurable.
4. Avantages :Le temps de réponse rapide de la photodiode permet une détection rapide des mouvements de main. Sa petite taille s'intègre facilement dans le boîtier compact de la manette. La haute sensibilité assure un fonctionnement fiable même avec des signaux réfléchis faibles.

11. Principe de fonctionnement

Une photodiode PIN est constituée d'une large région intrinsèque (I) légèrement dopée, prise en sandwich entre des régions semi-conductrices de type P et de type N. Lorsqu'elle est polarisée en inverse, la région intrinsèque se dépeuple complètement, créant un fort champ électrique. Les photons incidents dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite du semi-conducteur sont absorbés, créant des paires électron-trou. Le champ électrique intense sépare rapidement ces porteurs, générant un photocourant proportionnel à l'intensité lumineuse. Par rapport à une photodiode PN standard, la large région intrinsèque réduit la capacité de jonction (permettant une haute vitesse) et augmente le volume d'absorption des photons (améliorant la sensibilité).

12. Tendances de l'industrie

La demande pour des photodétecteurs miniatures et haute vitesse continue de croître, portée par les applications dans l'électronique grand public (smartphones, wearables), l'automobile (LiDAR, détection dans l'habitacle) et l'automatisation industrielle. Les tendances incluent une miniaturisation accrue, l'intégration des photodiodes avec des circuits d'amplification et de numérisation sur une seule puce (ex. : capteurs optiques intégrés), et l'amélioration des performances dans des bandes de longueur d'onde spécifiques pour des applications émergentes comme la reconnaissance de gestes et la détection 3D. Des dispositifs comme la PD42-21C/TR8 représentent une solution mature et fiable pour les applications à grand volume et sensibles au coût nécessitant une détection infrarouge robuste.