Scheda Tecnica del Fotodiodo PIN Planare al Silicio PD70-01B/TR10 - 2.0x1.25x0.7mm - Tensione Inversa 32V - Sensibilità di Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il PD70-01B/TR10 è un fotodiodo PIN planare al silicio progettato per il rilevamento di luce ad alta sensibilità su un ampio spettro. I suoi vantaggi principali derivano dalla struttura PIN, che incorpora una regione intrinseca (I) tra gli strati semiconduttori di tipo P e N. Questa regione intrinseca allarga lo strato di svuotamento, offrendo diversi benefici prestazionali cruciali per le applicazioni optoelettroniche.

Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento:Il dispositivo offre alta sensibilità e tempi di commutazione rapidi grazie alla ridotta capacità di giunzione e all'efficiente raccolta dei portatori nella struttura PIN. La bassa corrente di buio garantisce un buon rapporto segnale/rumore. In combinazione con le dimensioni compatte e il filtro integrato per la luce diurna (lente nera), è ideale per applicazioni diversificate come telecomandi per elettronica di consumo (TV, elettrodomestici), sistemi di trasmissione audio a infrarossi, fotocopiatrici, sensori per ascensori e vari sistemi industriali di misura e controllo che richiedono un rilevamento ottico affidabile.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Limite Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente. Non è consigliabile far funzionare il dispositivo in modo continuativo a questi limiti.

• Tensione Inversa (V_R):32V. Questa è la massima tensione che può essere applicata in polarizzazione inversa ai terminali del fotodiodo.
• Dissipazione di Potenza (P_d):150 mW a 25°C. Questo limita la potenza elettrica totale che il dispositivo può gestire, determinata principalmente dalla corrente di dispersione inversa e da qualsiasi fotocorrente sotto elevata illuminazione.
• Intervalli di Temperatura:Funzionamento: -25°C a +85°C; Conservazione: -40°C a +85°C. Il dispositivo è progettato per un ampio intervallo di temperature industriali.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per un massimo di 5 secondi. Questo è critico per i processi di rifusione senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (Ta=25°C)

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche.

• Larghezza di Banda Spettrale (λ_0.5):730 nm a 1100 nm. Definisce l'intervallo di lunghezze d'onda in cui la responsività del fotodiodo è almeno la metà del suo valore di picco. È sensibile dal rosso visibile fino allo spettro del vicino infrarosso (NIR).
• Lunghezza d'Onda di Sensibilità di Picco (λ_P):940 nm (Tipico). Il dispositivo è ottimizzato per la massima risposta nella comune regione NIR, allineandosi all'emissione di molti LED IR.
• Corrente di Cortocircuito (I_SC):35 μA (Tipico) sotto un'irradianza di 1 mW/cm² a 875 nm. Questo parametro è misurato con tensione di polarizzazione zero (modalità fotovoltaica).
• Corrente di Luce Inversa (I_L):25 μA (Tipico) a V_R=5V nelle stesse condizioni di 1 mW/cm², 875 nm. Il funzionamento in polarizzazione inversa (modalità fotoconduttiva) generalmente fornisce una risposta più alta e più rapida rispetto alla modalità fotovoltaica.
• Corrente di Buio Inversa (I_D):5 nA (Tipico), 30 nA (Max) a V_R=10V. Questa è la corrente di dispersione in completa oscurità. Una bassa corrente di buio è essenziale per rilevare segnali luminosi deboli.
• Tensione di Breakdown Inversa (V_BR):170V (Tipico), con un minimo di 32V. Questa è la tensione alla quale la corrente inversa aumenta bruscamente. La normale tensione inversa di funzionamento dovrebbe essere ben al di sotto di questo valore.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include curve caratteristiche tipiche, cruciali per la progettazione.

• Curva di Sensibilità Spettrale:Questo grafico mostra la responsività relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma il picco a ~940 nm e la larghezza di banda definita da 730 nm a 1100 nm. La lente nera integrata funge da filtro per la luce visibile, attenuando la sensibilità nel range visibile per ridurre il rumore dalla luce ambientale (diurna).
• Corrente di Luce Inversa vs. Irradianza (Ee):Questa curva illustra la relazione lineare tra la fotocorrente generata (I_L) e la densità di potenza della luce incidente. La linearità è una caratteristica chiave dei fotodiodi PIN, rendendoli adatti per applicazioni di misura della luce.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

Il PD70-01B/TR10 è fornito in un package SMD molto piccolo. Le dimensioni chiave (in mm) includono un corpo di circa 2.0 x 1.25, con un'altezza di 0.7 mm. Il catodo è tipicamente identificato da un angolo marcato o da una tacca sul package. Sono forniti disegni dimensionali dettagliati con tolleranze di ±0.1mm per la progettazione dell'impronta PCB.

4.2 Identificazione della Polarità

Una chiara marcatura di polarità è essenziale per un'installazione corretta. Il diagramma del package nella scheda tecnica indica i terminali anodo e catodo. Una connessione di polarità errata quando si applica una polarizzazione inversa porterà il diodo in polarizzazione diretta, potenzialmente causando un'elevata corrente e danni.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta è fondamentale per l'affidabilità.

5.1 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

Il dispositivo è sensibile all'umidità. Le precauzioni includono: conservare nella busta sigillata originale a ≤30°C/90%UR; utilizzare entro 1 anno dalla spedizione; dopo l'apertura, conservare a ≤30°C/70%UR e utilizzare entro 168 ore (7 giorni). Se superati, è necessario un trattamento di essiccamento a 60±5°C per 24 ore prima della saldatura.

5.2 Condizioni di Saldatura

• Rifusione:Si raccomanda un profilo di temperatura per saldatura senza piombo, con una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 5 secondi. La rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte.
• Saldatura Manuale:Se necessario, utilizzare un saldatore con temperatura <350°C e potenza <25W. Il tempo di contatto per terminale dovrebbe essere <3 secondi, con intervalli >2 secondi tra i terminali per evitare stress termico.
• Riparazione:Non raccomandata dopo la saldatura. Se inevitabile, durante la rimozione si deve utilizzare un saldatore a doppia punta per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali, per prevenire stress meccanico sul die del semiconduttore.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

L'imballaggio standard è in bobina contenente 1000 pezzi (1000PCS/Bobina). Le dimensioni della bobina sono specificate per la gestione da parte di apparecchiature pick-and-place automatizzate. L'etichetta sulla bobina include informazioni critiche come Numero di Parte (P/N), Numero di Lotto (LOT No), quantità (QTY) e altri codici di tracciabilità.

7. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il fotodiodo può essere utilizzato in due modalità principali:

1. Modalità Fotovoltaica (Polarizzazione Zero):Il fotodiodo genera una tensione/corrente quando illuminato, senza alcuna polarizzazione esterna applicata. Questa modalità offre una corrente di buio e un rumore molto bassi, ma ha una velocità di risposta più lenta e una minore linearità.
2. Modalità Fotoconduttiva (Polarizzazione Inversa):Viene applicata una tensione inversa esterna (es. 5V come nella condizione di test I_L). Questa modalità allarga ulteriormente la regione di svuotamento, riducendo la capacità di giunzione e risultando intempi di commutazione molto più rapidie una maggiore linearità su un intervallo più ampio di intensità luminosa. Questa è la modalità preferita per il rilevamento ad alta velocità come nei ricevitori per telecomandi IR.

7.2 Precauzioni Critiche di Progettazione

• Limitazione/Protezione della Corrente:Quando operato in un circuito, DEVE essere utilizzata una resistenza in serie per limitare la corrente. Come indicato nelle precauzioni, "un leggero spostamento di tensione causerà un grande cambiamento di corrente (può verificarsi un burnout)". Questo perché un fotodiodo sotto polarizzazione inversa, se esposto a un'intensità luminosa molto elevata o se polarizzato direttamente per errore, può condurre una corrente eccessiva.
• Layout della Scheda a Circuito Stampato:Minimizzare la capacità e l'induttanza parassita nelle tracce che collegano il fotodiodo all'amplificatore o al comparatore. Questo è vitale per preservare le prestazioni ad alta velocità.
• Reiezione della Luce Ambientale:La lente nera integrata aiuta, ma per le migliori prestazioni in presenza di luce ambientale, possono essere necessari un filtraggio ottico (un filtro passa-IR aggiuntivo) e un filtraggio elettrico (rilevamento sincrono).

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il PD70-01B/TR10 si differenzia grazie alla combinazione di caratteristiche in un compatto package SMD:

• vs. Fotodiodi Standard:La struttura PIN offre una capacità inferiore e una risposta più rapida rispetto ai fotodiodi PN standard.
• vs. Diodi PIN più Grandi:La sua piccola impronta di 2.0x1.25mm consente progetti PCB ad alta densità dove lo spazio è limitato.
• Filtro Integrato:L'inclusione di un filtro per la luce diurna (resina epossidica nera) semplifica la progettazione riducendo la necessità di un filtro esterno per bloccare il rumore della luce visibile.
• Specifiche Robuste:Un ampio intervallo di temperatura operativa (-25°C a +85°C) e un'elevata tensione di breakdown tipica (170V) forniscono margine di progettazione e affidabilità.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo del "filtro per la luce diurna"?

R: Il materiale della lente nera attenua la luce nello spettro visibile (circa 400-700 nm) mentre lascia passare la luce nel vicino infrarosso (700-1100 nm). Questo riduce l'interferenza dell'illuminazione ambientale interna (fluorescente, LED, incandescente) che contiene luce visibile, migliorando il rapporto segnale/rumore per i sistemi basati su IR.

D: Devo usarlo in modalità fotovoltaica o fotoconduttiva per un ricevitore IR per telecomando?

R> Per applicazioni di telecomando IR che richiedono il rilevamento di impulsi rapidi (tipicamente portante a 38-56 kHz), lamodalità fotoconduttiva (polarizzazione inversa)è obbligatoria. La capacità ridotta in questa modalità consente al dispositivo di rispondere alla modulazione ad alta frequenza.

D: Come calcolo il valore della resistenza in serie richiesta?

R: La resistenza limita la corrente massima. Se si applica una polarizzazione inversa V_R, e la fotocorrente massima attesa è I_max, si può inserire una semplice resistenza in serie R. La caduta di tensione ai suoi capi non dovrebbe ridurre significativamente la polarizzazione sul diodo. Ad esempio, con V_R= 5V e I_max~ 50μA, una resistenza da 10kΩ causerebbe una caduta di soli 0.5V, lasciando 4.5V ai capi del diodo. La resistenza aiuta anche a proteggere da una polarizzazione diretta accidentale.

10. Principio di Funzionamento

Un fotodiodo PIN opera sul principio dell'effetto fotoelettrico interno. I fotoni con energia maggiore della banda proibita del semiconduttore vengono assorbiti nella regione intrinseca, creando coppie elettrone-lacuna. Il forte campo elettrico presente nella regione di svuotamento polarizzata inversamente (che è allargata dallo strato intrinseco) separa rapidamente questi portatori, facendoli spostare verso i rispettivi terminali. Questo movimento di carica costituisce una fotocorrente proporzionale all'intensità della luce incidente. L'ampia regione intrinseca è la chiave: aumenta il volume per l'assorbimento dei fotoni (migliorando la sensibilità) e riduce la capacità di giunzione (consentendo una maggiore velocità).

11. Tendenze del Settore

La domanda di fotodiodi compatti, veloci e sensibili continua a crescere. Le tendenze che influenzano dispositivi come il PD70-01B/TR10 includono:

• Miniaturizzazione:La spinta verso dispositivi elettronici di consumo e IoT più piccoli guida la necessità di sensori ottici sempre più piccoli con prestazioni mantenute o migliorate.
• Integrazione Aumentata:Sebbene i fotodiodi discreti rimangano essenziali, c'è una tendenza verso l'integrazione del fotodiodo con un amplificatore di transimpedenza (TIA) e altri circuiti di condizionamento del segnale in un unico package, semplificando la progettazione.
• Espansione delle Applicazioni NIR:Oltre ai telecomandi tradizionali, il rilevamento NIR si sta espandendo in aree come il rilevamento di prossimità, il riconoscimento gestuale, l'analisi spettrale e il monitoraggio biomedico, tutte richiedenti fotodiodi affidabili.
• Standard di Affidabilità Migliorati:La conformità alle normative ambientali (RoHS, REACH, Senza Alogeni) e a severi gradi di affidabilità automobilistici/industriali sta diventando standard per i componenti utilizzati in vari mercati.