Fiche technique de la photodiode PIN planaire au silicium PD70-01B/TR10 - 2.0x1.25x0.7mm - Tension inverse 32V - Sensibilité de crête 940nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La PD70-01B/TR10 est une photodiode PIN planaire au silicium conçue pour la détection de lumière à haute sensibilité sur une large plage spectrale. Ses avantages principaux découlent de la structure PIN, qui intègre une région intrinsèque (I) entre les couches semi-conductrices de type P et N. Cette région intrinsèque élargit la zone de déplétion, ce qui confère plusieurs bénéfices clés pour les applications optoélectroniques.

Avantages principaux & Marché cible :Le composant offre une haute sensibilité et des temps de commutation rapides grâce à la capacité de jonction réduite et à la collecte efficace des porteurs dans la structure PIN. Le faible courant d'obscurité assure un bon rapport signal/bruit. Combiné à sa taille compacte et à son filtre de lumière ambiante intégré (lentille noire), il est idéalement adapté à diverses applications incluant les télécommandes d'électronique grand public (TV, appareils ménagers), les systèmes de transmission sonore infrarouge, les photocopieurs, les capteurs d'ascenseur, et divers systèmes industriels de mesure et de contrôle nécessitant une détection optique fiable.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Il n'est pas recommandé de faire fonctionner le composant en continu à ces limites.

• Tension inverse (V_R) :32V. C'est la tension maximale pouvant être appliquée en polarisation inverse aux bornes de la photodiode.
• Puissance dissipée (P_d) :150 mW à 25°C. Cela limite la puissance électrique totale que le composant peut supporter, principalement déterminée par le courant de fuite inverse et tout photocourant sous un éclairement élevé.
• Plages de température :Fonctionnement : -25°C à +85°C ; Stockage : -40°C à +85°C. Le composant est conçu pour une large plage de température industrielle.
• Température de soudage (T_sol) :260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci est critique pour les processus de soudage sans plomb par refusion.

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

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

• Bande passante spectrale (λ_0.5) :730 nm à 1100 nm. Ceci définit la plage de longueurs d'onde où la sensibilité de la photodiode est au moins la moitié de sa valeur de crête. Elle est sensible du rouge visible jusqu'au spectre proche infrarouge (NIR).
• Longueur d'onde de sensibilité de crête (λ_P) :940 nm (Typique). Le composant est optimisé pour une réponse maximale dans la région NIR commune, correspondant à l'émission de nombreuses LED IR.
• Courant de court-circuit (I_SC) :35 μA (Typique) sous un éclairement de 1 mW/cm² à 875 nm. Ce paramètre est mesuré avec une tension de polarisation nulle (mode photovoltaïque).
• Courant lumineux inverse (I_L) :25 μA (Typique) à V_R=5V dans les mêmes conditions de 1 mW/cm², 875 nm. Le fonctionnement en polarisation inverse (mode photoconducteur) offre généralement une réponse plus élevée et plus rapide par rapport au mode photovoltaïque.
• Courant d'obscurité inverse (I_D) :5 nA (Typique), 30 nA (Max) à V_R=10V. C'est le courant de fuite dans l'obscurité totale. Un faible courant d'obscurité est essentiel pour détecter des signaux lumineux faibles.
• Tension de claquage inverse (V_BR) :170V (Typique), avec un minimum de 32V. C'est la tension à laquelle le courant inverse augmente brusquement. La tension inverse de fonctionnement normale doit être bien inférieure à cette valeur.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut des courbes caractéristiques typiques cruciales pour la conception.

• Courbe de sensibilité spectrale :Ce graphique montre la sensibilité relative en fonction de la longueur d'onde. Il confirme le pic à ~940 nm et la bande passante définie de 730 nm à 1100 nm. La lentille noire intégrée agit comme un filtre de lumière visible, atténuant la sensibilité dans le spectre visible pour réduire le bruit de la lumière ambiante (lumière du jour).
• Courant lumineux inverse vs. Éclairement (Ee) :Cette courbe illustre la relation linéaire entre le photocourant généré (I_L) et la densité de puissance lumineuse incidente. La linéarité est une caractéristique clé des photodiodes PIN, les rendant adaptées aux applications de mesure de lumière.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

La PD70-01B/TR10 est fournie dans un boîtier CMS très petit. Les dimensions clés (en mm) incluent une taille de corps d'environ 2,0 x 1,25, avec une hauteur de 0,7 mm. La cathode est généralement identifiée par un coin marqué ou une encoche sur le boîtier. Des dessins dimensionnels détaillés avec des tolérances de ±0,1mm sont fournis pour la conception de l'empreinte PCB.

4.2 Identification de la polarité

Un marquage de polarité clair est essentiel pour une installation correcte. Le diagramme du boîtier dans la fiche technique indique les bornes anode et cathode. Une connexion de polarité incorrecte lors de l'application d'une polarisation inverse polarisera la diode en direct, pouvant entraîner un courant élevé et des dommages.

5. Guide de soudage et d'assemblage

Une manipulation appropriée est critique pour la fiabilité.

5.1 Stockage et sensibilité à l'humidité

Le composant est sensible à l'humidité. Les précautions incluent : stockage dans le sac scellé d'origine à ≤30°C/90%HR ; utilisation dans l'année suivant l'expédition ; après ouverture, stockage à ≤30°C/70%HR et utilisation dans les 168 heures (7 jours). Si ces limites sont dépassées, un traitement de séchage à 60±5°C pendant 24 heures est requis avant soudage.

5.2 Conditions de soudage

• Soudage par refusion :Un profil de température de soudure sans plomb est recommandé, avec une température de pic de 260°C pendant jusqu'à 5 secondes. La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois.
• Soudage manuel :Si nécessaire, utiliser un fer à souder avec une température <350°C et une puissance <25W. Le temps de contact par borne doit être <3 secondes, avec des intervalles >2 secondes entre les bornes pour éviter les contraintes thermiques.
• Réparation :Non recommandée après soudage. Si inévitable, un fer à souder double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes lors du retrait pour éviter les contraintes mécaniques sur la puce semi-conductrice.

6. Conditionnement et informations de commande

Le conditionnement standard est une bobine contenant 1000 pièces (1000PCS/Bobine). Les dimensions de la bobine sont spécifiées pour la manipulation par équipement automatique de placement. L'étiquette sur la bobine inclut des informations critiques telles que la Référence (P/N), le Numéro de lot (LOT No), la quantité (QTY) et d'autres codes de traçabilité.

7. Notes d'application et considérations de conception

7.1 Circuits d'application typiques

La photodiode peut être utilisée dans deux modes principaux :

1. Mode photovoltaïque (Polarisation nulle) :La photodiode génère une tension/courant lorsqu'elle est éclairée, sans polarisation externe appliquée. Ce mode offre un très faible courant d'obscurité et un bruit réduit, mais a une vitesse de réponse plus lente et une linéarité inférieure.
2. Mode photoconducteur (Polarisation inverse) :Une tension inverse externe est appliquée (par ex., 5V comme dans la condition de test I_L). Ce mode élargit davantage la région de déplétion, réduisant la capacité de jonction et résultant endes temps de commutation beaucoup plus rapideset une linéarité supérieure sur une plage d'intensité lumineuse plus large. C'est le mode préféré pour la détection haute vitesse comme les récepteurs de télécommande IR.

7.2 Précautions de conception critiques

• Limitation/Protection du courant :Lors du fonctionnement dans un circuit, une résistance série DOIT être utilisée pour limiter le courant. Comme indiqué dans les précautions, "un léger décalage de tension provoquera un grand changement de courant (un grillage peut se produire)." En effet, une photodiode sous polarisation inverse, si exposée à une très haute intensité lumineuse ou si polarisée en direct par erreur, peut conduire un courant excessif.
• Conception du circuit imprimé :Minimisez la capacité et l'inductance parasites dans les pistes reliant la photodiode à l'amplificateur ou au comparateur. Ceci est vital pour préserver les performances haute vitesse.
• Rejet de la lumière ambiante :La lentille noire intégrée aide, mais pour une performance optimale en lumière ambiante, un filtrage optique (un filtre passe-IR supplémentaire) et un filtrage électrique (détection synchrone) peuvent être nécessaires.

8. Comparaison et différenciation technique

La PD70-01B/TR10 se différencie par la combinaison de ses fonctionnalités dans un boîtier CMS compact :

• vs. Photodiodes standard :La structure PIN offre une capacité inférieure et une réponse plus rapide que les photodiodes PN standard.
• vs. Diodes PIN plus grandes :Son empreinte minuscule de 2,0x1,25mm permet des conceptions PCB à haute densité où l'espace est limité.
• Filtre intégré :L'inclusion d'un filtre de lumière du jour (résine noire) simplifie la conception en réduisant le besoin d'un filtre externe pour bloquer le bruit de la lumière visible.
• Caractéristiques robustes :Une large plage de température de fonctionnement (-25°C à +85°C) et une tension de claquage typique élevée (170V) offrent une marge de conception et une fiabilité accrues.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quel est le but du "filtre de lumière du jour" ?

R : Le matériau de la lentille noire atténue la lumière dans le spectre visible (environ 400-700 nm) tout en laissant passer la lumière proche infrarouge (700-1100 nm). Cela réduit les interférences de l'éclairage ambiant intérieur (fluorescent, LED, incandescent) qui contient de la lumière visible, améliorant le rapport signal/bruit pour les systèmes basés sur l'IR.

Q : Dois-je utiliser ce composant en mode photovoltaïque ou photoconducteur pour un récepteur de télécommande IR ?

R> Pour les applications de télécommande IR qui nécessitent une détection d'impulsions rapides (porteuse typiquement 38-56 kHz), lemode photoconducteur (polarisation inverse)est obligatoire. La capacité réduite dans ce mode permet au composant de répondre à la modulation haute fréquence.

Q : Comment calculer la valeur de la résistance série requise ?

R : La résistance limite le courant maximum. Si une polarisation inverse V_Rest appliquée, et que le photocourant maximum attendu est I_max, une simple résistance série R peut être placée. La chute de tension à ses bornes ne doit pas réduire significativement la polarisation sur la diode. Par exemple, avec V_R= 5V et I_max~ 50μA, une résistance de 10kΩ ne chutera que de 0,5V, laissant 4,5V aux bornes de la diode. La résistance aide également à se protéger contre une polarisation directe accidentelle.

10. Principe de fonctionnement

Une photodiode PIN fonctionne sur le principe de l'effet photoélectrique interne. Les photons dont l'énergie est supérieure à la bande interdite du semi-conducteur sont absorbés dans la région intrinsèque, créant des paires électron-trou. Le fort champ électrique présent dans la région de déplétion polarisée en inverse (qui est agrandie par la couche intrinsèque) sépare rapidement ces porteurs, les faisant dériver vers les bornes respectives. Ce mouvement de charge constitue un photocourant proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque est la clé : elle augmente le volume d'absorption des photons (améliorant la sensibilité) et réduit la capacité de jonction (permettant une vitesse plus rapide).

11. Tendances de l'industrie

La demande pour des photodétecteurs compacts, rapides et sensibles continue de croître. Les tendances influençant des composants comme la PD70-01B/TR10 incluent :

• Miniaturisation :La pression pour des appareils électroniques grand public et IoT plus petits stimule le besoin de capteurs optiques toujours plus petits avec des performances maintenues ou améliorées.
• Intégration accrue :Bien que les photodiodes discrètes restent essentielles, il y a une tendance à intégrer la photodiode avec un amplificateur de transimpédance (TIA) et d'autres circuits de conditionnement de signal dans un seul boîtier, simplifiant la conception.
• Expansion des applications NIR :Au-delà des télécommandes traditionnelles, la détection NIR s'étend à des domaines comme la détection de proximité, la reconnaissance de gestes, l'analyse spectrale et la surveillance biomédicale, tous nécessitant des photodétecteurs fiables.
• Normes de fiabilité renforcées :La conformité aux réglementations environnementales (RoHS, REACH, Sans Halogène) et aux grades de fiabilité automobile/industrielle stricts devient la norme pour les composants utilisés dans divers marchés.