Fiche technique de la photodiode PIN au silicium PD15-22B/TR8 - Boîtier 3.5x4.0x1.65mm - Tension inverse 32V - Lentille noire - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La PD15-22B/TR8 est une photodiode PIN au silicium à haute vitesse et haute sensibilité, conçue pour les applications nécessitant une détection optique rapide. Elle est logée dans un boîtier CMS miniature à surface plane avec un moulage plastique noir et une lentille noire. Le dispositif est adapté spectralement aux sources de lumière visible et proche infrarouge, ce qui le rend approprié pour diverses applications de détection.

Les principaux avantages de ce composant incluent son temps de réponse rapide, qui lui permet de détecter les variations rapides d'intensité lumineuse, et sa haute photosensibilité, permettant un fonctionnement fiable même dans des conditions de faible luminosité. La faible capacité de jonction contribue à ses performances à haute vitesse. Le produit est conforme aux normes environnementales : sans plomb (Pb-free), conforme RoHS, conforme REACH UE et sans halogène (Brome <900 ppm, Chlore <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques absolues maximales

Le dispositif est conçu pour fonctionner de manière fiable dans les limites spécifiées. Dépasser ces caractéristiques absolues maximales peut causer des dommages permanents.

• Tension inverse (VR) :32 V. Il s'agit de la tension maximale pouvant être appliquée en polarisation inverse sans provoquer de claquage.
• Température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +85°C. Ceci définit la plage de température ambiante pour un fonctionnement normal du dispositif.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +100°C. Le dispositif peut être stocké dans cette plage lorsqu'il n'est pas en fonctionnement.
• Température de soudage (Tsol) :260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci est critique pour les processus de soudage par refusion.
• Puissance dissipée (Pc) :150 mW. La puissance maximale que le dispositif peut dissiper en toute sécurité.
• Niveau ESD HMB :Minimum 2000V. Indique la robustesse du dispositif contre les décharges électrostatiques selon le Modèle du Corps Humain.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à Ta=25°C et définissent les performances principales de la photodiode.

• Bande passante spectrale (λ) :730 nm à 1100 nm (à 10% de la sensibilité de crête). Le dispositif répond à la lumière dans cette plage de longueurs d'onde, avec une sensibilité de crête dans le proche infrarouge.
• Longueur d'onde de sensibilité de crête (λP) :Typiquement 940 nm. La longueur d'onde à laquelle la photodiode est la plus sensible.
• Tension en circuit ouvert (VOC) :Typiquement 0,41 V sous un éclairement énergétique (Ee) de 5 mW/cm² à λP=940nm. C'est la tension générée lorsque les bornes sont ouvertes.
• Courant de court-circuit (ISC) :Minimum 4,0 μA, Typique 6,5 μA sous Ee=1 mW/cm² à λP=875nm. C'est le courant généré lorsque les bornes sont court-circuitées.
• Courant photoélectrique inverse (IL) :Minimum 4,2 μA, Typique 6,5 μA sous Ee=1 mW/cm² à λP=875nm et VR=5V. C'est le photocourant généré lorsque la diode est polarisée en inverse, ce qui est le mode de fonctionnement typique pour les applications à haute vitesse.
• Courant inverse d'obscurité (ID) :Maximum 10 nA à VR=10V dans l'obscurité totale. C'est le faible courant de fuite qui circule même en l'absence de lumière.
• Tension de claquage inverse (BVR) :Minimum 32 V, Typique 170 V mesurée à un courant inverse (IR) de 100 μA dans l'obscurité.
• Temps de montée/descente (tr, tf) :Typiquement 10 ns chacun sous VR=5V et RL=1000 Ω. Ceci définit la vitesse de commutation de la photodiode.
• Angle de vue (2θ1/2) :Typiquement 130 degrés à VR=5V. Ceci indique un large champ de vision pour la détection de lumière.

3. Analyse des courbes de performance

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

3.1 Sensibilité spectrale

La courbe de réponse spectrale montre la sensibilité relative de la photodiode à différentes longueurs d'onde. Elle confirme une sensibilité de crête autour de 940 nm, avec une réponse utile de 730 nm à 1100 nm. Cela en fait un choix idéal pour les émetteurs infrarouges comme ceux de 850nm ou 940nm couramment utilisés dans les télécommandes, capteurs de proximité et liaisons de communication de données.

3.2 Courant d'obscurité en fonction de la température ambiante

Cette courbe illustre comment le courant d'obscurité (ID) augmente de façon exponentielle avec la température ambiante. À 25°C, il est inférieur à 10 nA, mais il peut augmenter significativement à des températures plus élevées (par exemple, 85°C). Les concepteurs doivent tenir compte de cette augmentation du bruit de fond dans les applications à haute température ou lorsque des niveaux de lumière très faibles doivent être détectés.

3.3 Courant photoélectrique inverse en fonction de l'éclairement énergétique

Ce graphique montre la relation linéaire entre le courant photoélectrique inverse (IL) et l'éclairement énergétique incident (Ee). La photodiode présente une bonne linéarité, ce qui signifie que le courant de sortie est directement proportionnel à l'intensité lumineuse sur sa plage de fonctionnement. Ceci est crucial pour les applications de détection de lumière analogique où une mesure précise de l'intensité est requise.

3.4 Capacité des bornes en fonction de la tension inverse

La capacité de jonction diminue lorsque la tension de polarisation inverse (VR) augmente. Une capacité plus faible est souhaitable pour un fonctionnement à haute vitesse car elle réduit la constante de temps RC du circuit. La courbe montre que l'application d'une polarisation inverse plus élevée (par exemple, 10V au lieu de 5V) peut réduire significativement la capacité, améliorant ainsi la bande passante et le temps de réponse.

3.5 Temps de réponse en fonction de la résistance de charge

Cette courbe démontre le compromis entre la vitesse de réponse et l'amplitude du signal. Le temps de montée/descente augmente avec une résistance de charge (RL) plus élevée. Pour la réponse la plus rapide, une résistance de charge de faible valeur (par exemple, 50 Ω) doit être utilisée, mais cela produira un signal de tension plus faible. Un amplificateur de transimpédance est souvent utilisé pour surmonter cette limitation, offrant à la fois une haute vitesse et un bon gain de signal.

3.6 Courant photoélectrique relatif en fonction du déplacement angulaire

Ce tracé caractérise la sensibilité angulaire de la photodiode. Le large angle de vue de 130 degrés est confirmé, montrant que le signal détecté reste relativement élevé même pour une lumière incidente à des angles significatifs par rapport à l'axe central. Ceci est bénéfique pour les applications où l'alignement n'est pas parfait ou où un large champ de détection est nécessaire.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

La PD15-22B/TR8 est fournie dans un boîtier CMS compact. Les dimensions clés sont les suivantes (toutes en mm, tolérances ±0,1mm sauf indication contraire) :

• Longueur totale : 4,0 mm
• Largeur totale : 3,5 mm
• Hauteur totale : 1,65 mm (typique, du plan d'assise au sommet de la lentille)
• Largeur des broches : 1,55 mm ±0,05 mm
• Pas des broches : 2,95 mm
• Des recommandations pour le motif de pastilles de terminaison sont fournies pour la conception du PCB.

L'anode et la cathode sont clairement marquées sur le dessin du boîtier. La broche 1 est la cathode.

4.2 Dimensions de la bande porteuse et de la bobine

Le dispositif est fourni sur bande et bobine pour l'assemblage automatisé. La bobine contient 2000 pièces. Des dimensions détaillées pour les alvéoles de la bande porteuse et de la bobine sont fournies pour assurer la compatibilité avec les équipements standard de pick-and-place.

5. Recommandations de soudage et d'assemblage

5.1 Stockage et sensibilité à l'humidité

La photodiode est sensible à l'humidité. Des précautions doivent être prises pour éviter les dommages pendant le stockage et la manipulation.

• Ne pas ouvrir le sac anti-humidité avant d'être prêt à l'utilisation.
• Avant ouverture, stocker à ≤30°C et ≤90% HR.
• Utiliser dans un délai d'un an après l'expédition.
• Après ouverture, stocker à ≤30°C et ≤60% HR.
• Utiliser dans les 168 heures (7 jours) après l'ouverture du sac.
• Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessicant indique de l'humidité, sécher à 60 ±5°C pendant au moins 24 heures avant utilisation.

5.2 Profil de soudage par refusion

Un profil de température de soudage par refusion sans plomb recommandé est fourni. Les paramètres clés incluent :

• Zone de préchauffage et de stabilisation.
• La température de pic ne doit pas dépasser 260°C.
• Le temps au-dessus de 240°C doit être contrôlé.
• Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois.
• Éviter les contraintes mécaniques sur le composant pendant le chauffage.
• Ne pas déformer le PCB après soudage.

5.3 Soudage manuel et retouche

Si un soudage manuel est nécessaire :

• Utiliser un fer à souder avec une température de pointe <350°C.
• Limiter le temps de contact à ≤3 secondes par borne.
• Utiliser un fer d'une puissance nominale <25W.
• Laisser un intervalle de refroidissement de >2 secondes entre le soudage de chaque borne.
• La réparation après soudage n'est pas recommandée. Si elle est inévitable, utiliser un fer à souder à deux pointes pour chauffer simultanément les deux bornes et minimiser la contrainte thermique. Vérifier la fonctionnalité du dispositif après toute retouche.

6. Notes d'application et considérations de conception

6.1 Applications typiques

• Détecteur photo haute vitesse :Adapté aux liaisons de données optiques, encodeurs et détection laser grâce à son temps de réponse de 10 ns.
• Photocopieurs et scanners :Utilisé pour détecter la présence de documents, la détection de bord et la mesure de densité de toner.
• Machines de jeux et électronique grand public :Employé dans la détection de proximité, la reconnaissance de gestes et les récepteurs de télécommande infrarouge.

6.2 Considérations de conception critiques

• Limitation/Protection du courant :La fiche technique avertit explicitement qu'une résistance série externe DOIT être utilisée pour la protection. Un léger décalage de tension peut provoquer un grand changement de courant, pouvant conduire à la destruction. Cette résistance limite le courant traversant la diode.
• Polarisation pour la vitesse :Pour des performances optimales à haute vitesse, faire fonctionner la photodiode en mode de polarisation inverse (mode photoconducteur). Une tension inverse plus élevée (jusqu'à la valeur maximale) réduira la capacité de jonction et améliorera le temps de réponse, comme le montrent les courbes caractéristiques.
• Topologie du circuit :Pour convertir le photocourant en tension, envisager d'utiliser un amplificateur de transimpédance (TIA). Cette configuration offre une faible impédance d'entrée (maintenant la tension de la photodiode constante, ce qui minimise la modulation de capacité), une bande passante élevée et un gain contrôlable. Le choix de la résistance de contre-réaction et de la bande passante de l'amplificateur déterminera les performances globales du système.
• Conception optique :La lentille noire aide à réduire la sensibilité à la lumière parasite. S'assurer que le trajet optique est propre et sans obstruction. Le large angle de vue de 130 degrés offre une flexibilité dans l'alignement mécanique.
• Gestion thermique :Prendre en compte l'augmentation du courant d'obscurité avec la température, en particulier dans les applications de haute précision ou à haute température. Des circuits de compensation de température peuvent être nécessaires.

7. Informations sur l'emballage et la commande

La procédure d'emballage standard consiste à placer les bobines dans un sac anti-humidité en aluminium avec un dessicant et des étiquettes appropriées. L'étiquette comprend des champs pour le numéro de pièce client (CPN), le numéro de production (P/N), la quantité (QTY), les catégories (CAT), la longueur d'onde de crête (HUE), la référence (REF), le numéro de lot (LOT No.) et le lieu de production.

Le guide de sélection du dispositif confirme que le modèle PD15-22B/TR8 utilise une puce de silicium et possède une lentille noire.

8. Comparaison et positionnement technique

La PD15-22B/TR8 se positionne comme une photodiode PIN au silicium polyvalente et à haute vitesse dans un boîtier CMS standard. Ses principaux points de différenciation sont sa combinaison équilibrée de vitesse (10 ns), de sensibilité, de large angle de vue et de sa robuste conformité environnementale (RoHS, sans halogène). Comparée aux photodiodes plus lentes ou aux phototransistors, elle offre des performances supérieures pour la détection de lumière pulsée. Comparée aux photodiodes ultra-rapides plus spécialisées, elle fournit une solution rentable pour les applications grand public nécessitant des temps de réponse de l'ordre de la nanoseconde. La lentille noire est un avantage par rapport aux versions à lentille claire dans les environnements avec lumière ambiante, car elle aide à supprimer les signaux indésirables.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la différence entre le courant de court-circuit (ISC) et le courant photoélectrique inverse (IL) ?

R : L'ISC est mesuré avec une tension nulle aux bornes de la diode (condition de court-circuit). L'IL est mesuré avec une tension de polarisation inverse appliquée (par exemple, 5V). L'IL est typiquement le paramètre utilisé dans la conception de circuit car les photodiodes sont généralement exploitées en polarisation inverse pour la linéarité et la vitesse.

Q : Pourquoi une résistance série est-elle obligatoire ?

R : La caractéristique I-V d'une photodiode est très raide dans le sens direct. Une faible augmentation de la tension directe peut provoquer un courant très important, potentiellement destructeur. La résistance série limite ce courant à une valeur sûre.

Q : Comment choisir la tension inverse de fonctionnement ?

R : Cela implique un compromis. Une tension inverse plus élevée (par exemple, 10-20V) réduit la capacité pour une réponse plus rapide mais augmente légèrement le courant d'obscurité et consomme plus de puissance. Une tension plus basse (par exemple, 5V) est suffisante pour de nombreuses applications et maintient le courant d'obscurité minimal. Se référer à la courbe capacité vs. tension.

Q : Cette photodiode peut-elle détecter la lumière visible ?

R : Oui, sa plage spectrale commence à 730 nm, ce qui se situe dans la partie rouge profond du spectre visible. Cependant, sa sensibilité de crête est dans le proche infrarouge (940 nm), donc sa réponse à la lumière visible (surtout bleue et verte) sera inférieure à celle pour la lumière IR.

10. Principe de fonctionnement

Une photodiode PIN est un dispositif semi-conducteur qui convertit la lumière en courant électrique. Elle est constituée d'une large région intrinsèque (I) faiblement dopée prise en sandwich entre une région semi-conductrice de type P et une de type N (formant la structure P-I-N). Lorsque des photons ayant suffisamment d'énergie frappent la région intrinsèque, ils créent des paires électron-trou. Sous l'influence d'un champ électrique interne (souvent renforcé par une tension de polarisation inverse externe), ces porteurs de charge sont séparés, générant un photocourant proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque permet une efficacité quantique plus élevée (plus d'absorption de lumière) et une capacité de jonction plus faible par rapport à une photodiode PN standard, ce qui se traduit directement par une sensibilité plus élevée et des temps de réponse plus rapides.

11. Tendances de l'industrie

La demande pour des photodiodes comme la PD15-22B/TR8 est tirée par plusieurs tendances en cours. La prolifération de l'Internet des Objets (IoT) et des appareils intelligents augmente le besoin de capteurs de lumière ambiante, de capteurs de proximité et de simples liaisons de communication optique. L'automatisation dans les secteurs industriel et grand public repose sur des encodeurs optiques et des capteurs de détection d'objets. Il y a une poussée continue pour la miniaturisation, conduisant à des boîtiers CMS plus petits, et pour une plus grande intégration, où les photodiodes sont combinées avec des circuits d'amplification et de conditionnement de signal dans des modules uniques. De plus, l'accent mis sur l'efficacité énergétique et la responsabilité environnementale fait de la conformité aux normes telles que RoHS et la fabrication sans halogène une exigence de base pour les composants utilisés sur les marchés mondiaux.