Scheda Tecnica del Fotodiodo PIN Planare al Silicio PD70-01B/TR7 - 2.0x1.25x0.9mm - Tensione Inversa 32V - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il PD70-01B/TR7 è un fotodiodo PIN planare al silicio ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono risposta rapida e alta sensibilità alla luce infrarossa. Le sue dimensioni compatte e le prestazioni robuste in un ampio intervallo di temperature lo rendono un componente versatile per vari sistemi elettronici.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questo fotodiodo offre diversi vantaggi chiave, tra cui un filtro luce diurna integrato per ridurre le interferenze della luce ambientale, alta sensibilità alla sua lunghezza d'onda di picco e una capacità di giunzione molto bassa che consente tempi di commutazione ridotti. Il suo piccolo package per montaggio superficiale è privo di piombo e conforme agli standard RoHS, REACH e senza alogeni. Queste caratteristiche lo rendono particolarmente adatto per l'elettronica di consumo, il controllo industriale e applicazioni di comunicazione come telecomandi per televisori ed elettrodomestici, trasmissione audio a infrarossi, videoregistratori, fotocopiatrici, sensori per ascensori e sistemi di misura e controllo generici.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è progettato per operare in modo affidabile entro limiti specificati. La tensione inversa massima (VR) è di 32V. Può funzionare in un intervallo di temperatura operativa (Topr) da -25°C a +85°C e essere conservato (Tstg) da -40°C a +85°C. La temperatura massima di saldatura (Tsol) è di 260°C per una durata non superiore a 5 secondi. La dissipazione di potenza (Pd) è nominalmente di 150 mW a una temperatura dell'aria libera pari o inferiore a 25°C.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Alla temperatura standard di 25°C, il fotodiodo presenta specifiche metriche di prestazione. La sua larghezza di banda spettrale (λ0.5) va da 730 nm a 1100 nm, con sensibilità di picco (λP) a 940 nm, collocandolo saldamente nello spettro del vicino infrarosso. Sotto un'irradianza di 1 mW/cm² a 940 nm, la corrente di cortocircuito tipica (ISC) è di 35 µA, e la tipica corrente luminosa inversa (IL) a VR=5V è di 25 µA (min. 17 µA). La corrente oscura inversa (ID) a VR=10V è tipicamente di 5 nA, con un massimo di 30 nA. La tensione di breakdown inversa (VBR) è minima 32V, tipicamente 170V a una corrente di 100 µA.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include curve caratteristiche tipiche che forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo oltre ai valori minimi, tipici e massimi tabulati.

3.1 Sensibilità Spettrale

Un grafico (Fig.1) illustra la risposta spettrale normalizzata in funzione della lunghezza d'onda. La curva mostra un rapido aumento della sensibilità a partire da circa 730 nm, con un picco a 940 nm, per poi diminuire gradualmente verso i 1100 nm. Ciò conferma la sua ottimizzazione per la rilevazione infrarossa, in particolare per i comuni emettitori IR a 940 nm, mentre il filtro luce diurna attenua la sensibilità nello spettro visibile.

3.2 Linearità della Risposta

Un altro grafico (Fig.2) traccia la Corrente Luminosa Inversa (IL) in funzione dell'Irradianza (Ee). Ci si aspetta che questa curva mostri una relazione altamente lineare, indicando che l'uscita di fotocorrente è direttamente proporzionale alla potenza della luce incidente nell'intervallo operativo, una caratteristica fondamentale per applicazioni di misura e controllo.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package e Polarità

Il PD70-01B/TR7 è fornito in un compatto package per montaggio superficiale. Sono forniti disegni dimensionali dettagliati. Le dimensioni del corpo del package sono approssimativamente 2,0 mm di lunghezza, 1,25 mm di larghezza e 0,9 mm di altezza (esclusi i terminali). Il catodo è tipicamente contrassegnato, spesso da una tacca, uno spigolo smussato o un punto sul package. I progettisti devono consultare il disegno dettagliato del package per l'esatto marcatore di identificazione della polarità e il layout dei pad per garantire un corretto design dell'impronta PCB e l'orientamento in assemblaggio.

4.2 Specifiche del Nastro Portacomponenti e della Bobina

Per l'assemblaggio automatizzato, il componente è fornito in nastro portacomponenti e bobina. La larghezza del nastro, le dimensioni delle tasche e il diametro della bobina sono specificati per essere compatibili con le attrezzature standard pick-and-place. La quantità di imballaggio standard è di 1000 pezzi per bobina.

5. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

5.1 Profilo di Rifusione

Per la saldatura senza piombo, deve essere seguito uno specifico profilo di temperatura. Il profilo consigliato include una fase di preriscaldamento, una zona di stabilizzazione, una temperatura di picco di rifusione non superiore a 260°C e una fase di raffreddamento controllata. Il tempo totale al di sopra del liquidus e la durata massima della temperatura di picco sono critici per prevenire danni termici al package epossidico e al die del semiconduttore. La rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte.

5.2 Saldatura Manuale e Rilavorazione

Se è necessaria la saldatura manuale, è necessario prestare estrema attenzione. La temperatura della punta del saldatore dovrebbe essere inferiore a 350°C e il tempo di contatto con ciascun terminale dovrebbe essere inferiore a 3 secondi per giunto utilizzando un saldatore con capacità di 25W o inferiore. È richiesto un intervallo di raffreddamento di più di due secondi tra la saldatura di ciascun terminale. Per la rilavorazione, è consigliato un saldatore a doppia testa per riscaldare simultaneamente entrambi i terminali ed evitare stress meccanici. La fattibilità e l'impatto della rilavorazione sulle caratteristiche del dispositivo dovrebbero essere valutate preventivamente.

6. Precauzioni per la Conservazione e la Manipolazione

6.1 Sensibilità all'Umidità

Questo dispositivo è sensibile all'umidità. La busta barriera all'umidità non deve essere aperta finché i componenti non sono pronti per l'uso. Prima dell'apertura, le condizioni di conservazione dovrebbero essere 30°C o meno e Umidità Relativa (UR) del 90% o meno. La durata totale di conservazione nella busta non aperta è di un anno. Dopo l'apertura, i componenti devono essere conservati a 30°C o meno e UR del 60% o meno e utilizzati entro 168 ore (7 giorni). Se il gel di silice essiccante indica saturazione o il tempo di conservazione viene superato, è necessario un trattamento di essiccamento a 60 ±5°C per 24 ore prima dell'uso.

6.2 Protezione Elettrica

Una precauzione critica è la protezione da sovracorrente. Essendo un diodo, deve essere utilizzato con una resistenza di limitazione della corrente in serie quando polarizzato. Senza questa resistenza, un piccolo aumento della tensione applicata può causare un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente, portando al burnout. Il valore della resistenza deve essere calcolato in base alla tensione operativa e alla fotocorrente o corrente oscura desiderata.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il PD70-01B/TR7 può essere utilizzato in due configurazioni principali: modalità fotovoltaica (bias zero) e modalità fotoconduttiva (bias inverso). In modalità fotovoltaica, genera una tensione/corrente quando illuminato, adatto per una semplice rilevazione della luce. In modalità fotoconduttiva (con una tensione di bias inverso applicata, ad es., 5V), la velocità di risposta è significativamente più veloce e la linearità è migliorata, rendendolo ideale per il rilevamento di impulsi ad alta velocità come nei telecomandi IR. Un circuito amplificatore di transimpedenza (TIA) è comunemente utilizzato per convertire la piccola fotocorrente in un segnale di tensione utilizzabile.

7.2 Considerazioni di Progetto

I fattori di progetto chiave includono:Polarizzazione:Scegliere la modalità operativa in base ai requisiti di velocità e linearità.Larghezza di Banda:La bassa capacità (implicita dal tempo di commutazione rapido) consente un'ampia larghezza di banda quando accoppiata a un opportuno amplificatore a basso rumore.Filtraggio Ottico:Il filtro luce diurna integrato è vantaggioso, ma per applicazioni specifiche, potrebbero essere necessari filtri ottici esterni aggiuntivi per bloccare lunghezze d'onda indesiderate.Layout PCB:Mantenere il fotodiodo e il suo amplificatore vicini per minimizzare la capacità parassita e il rumore captato. Assicurarsi che l'anodo e il catodo siano correttamente orientati secondo la marcatura del package.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai fotodiodi standard o ai fototransistor, la struttura PIN del PD70-01B/TR7 offre vantaggi distinti. La regione intrinseca (I) tra gli strati P e N riduce la capacità di giunzione, consentendo tempi di risposta più rapidi (tempo di commutazione ridotto). Ciò lo rende superiore per la trasmissione dati ad alta velocità via IR. La sua alta sensibilità e i parametri specificati della corrente oscura forniscono un buon rapporto segnale/rumore. Il filtro luce diurna integrato è una caratteristica pratica non presente in tutti i fotodiodi di base, semplificando il progetto per ambienti con luce ambientale.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Qual è lo scopo del filtro luce diurna?

Il filtro luce diurna attenua la sensibilità nello spettro della luce visibile (circa 400-700 nm). Ciò riduce il rumore e le interferenze da sorgenti di luce ambientale come la luce solare o l'illuminazione della stanza, consentendo al dispositivo di rilevare in modo più affidabile i segnali infrarossi modulati da un telecomando o da altre sorgenti IR.

9.2 Come scelgo il valore della resistenza in serie?

La resistenza in serie limita la corrente sia in condizioni di oscurità che di illuminazione. In modalità bias inverso, il valore della resistenza (R) può essere stimato usando la Legge di Ohm: R ≈ (Tensione di Alimentazione - Caduta di Tensione Inversa del Diodo) / Corrente Massima Prevista. La corrente dovrebbe essere mantenuta ben al di sotto del limite massimo di dissipazione di potenza. Iniziare con un valore conservativo (ad es., 10kΩ) e regolare in base all'ampiezza del segnale e ai requisiti di velocità.

9.3 Questo sensore può rilevare la luce visibile?

Sebbene il suo intervallo spettrale inizi a 730 nm (confine della luce rossa visibile), la sua sensibilità nello spettro visibile è molto bassa a causa del filtro luce diurna. È principalmente un rilevatore a infrarossi ottimizzato per 940 nm. Per la rilevazione della luce visibile, sarebbe necessario un fotodiodo senza filtro di blocco IR o luce diurna.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un fotodiodo PIN al silicio è un dispositivo a semiconduttore che converte la luce in corrente elettrica. Quando fotoni con energia maggiore del bandgap del silicio colpiscono il dispositivo, generano coppie elettrone-lacuna nella regione di svuotamento. In una struttura PIN, un'ampia regione intrinseca (I) è inserita tra le regioni di tipo P e di tipo N. Questa ampia regione I crea un'area di svuotamento più grande per l'assorbimento dei fotoni e, crucialmente, riduce la capacità di giunzione. Sotto bias inverso, il campo elettrico spazza questi portatori di carica verso i contatti, generando una fotocorrente proporzionale all'intensità della luce incidente. Il processo "planare" si riferisce alla tecnica di produzione, che tipicamente produce dispositivi con prestazioni stabili e consistenti.