Dokumen Teknikal PD15-22B/TR8 - Fotodiod PIN Silikon - Pakej 3.5x4.0x1.65mm - Voltan Songsang 32V - Kanta Hitam

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD15-22B/TR8 ialah fotodiod PIN silikon berkelajuan tinggi dan sensitiviti tinggi yang direka untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan optik pantas. Ia dibungkus dalam pakej peranti permukaan-pasang (SMD) miniatur dengan acuan plastik hitam dan kanta hitam. Peranti ini sepadan secara spektrum dengan sumber cahaya nampak dan inframerah dekat, menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi pengesan.

Kelebihan utama komponen ini termasuk masa respons pantas, yang membolehkannya mengesan perubahan pantas dalam keamatan cahaya, dan fotosensitiviti tinggi, membolehkan operasi yang boleh dipercayai walaupun dalam keadaan cahaya rendah. Kapasitansi simpang kecil menyumbang kepada prestasi kelajuan tingginya. Produk ini mematuhi piawaian alam sekitar, bebas plumbum (Pb-free), mematuhi RoHS, mematuhi EU REACH, dan bebas halogen (dengan Bromin <900 ppm, Klorin <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Peranti ini direka untuk beroperasi dengan boleh dipercayai dalam had yang ditetapkan. Melebihi Penarafan Maksimum Mutlak ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.

• Voltan Songsang (VR):32 V. Ini ialah voltan maksimum yang boleh dikenakan dalam keadaan pincang songsang tanpa menyebabkan pecah.
• Suhu Operasi (Topr):-40°C hingga +85°C. Ini mentakrifkan julat suhu persekitaran untuk operasi peranti biasa.
• Suhu Penyimpanan (Tstg):-40°C hingga +100°C. Peranti boleh disimpan dalam julat ini apabila tidak beroperasi.
• Suhu Pateri (Tsol):260°C untuk maksimum 5 saat. Ini adalah kritikal untuk proses pateri alir balik.
• Pelesapan Kuasa (Pc):150 mW. Kuasa maksimum yang boleh dipelesapkan oleh peranti dengan selamat.
• Tahap ESD HMB:Minimum 2000V. Menunjukkan ketahanan peranti terhadap nyahcas elektrostatik menggunakan Model Badan Manusia.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur pada Ta=25°C dan mentakrifkan prestasi teras fotodiod.

• Lebar Jalur Spektrum (λ):730 nm hingga 1100 nm (pada 10% sensitiviti puncak). Peranti bertindak balas kepada cahaya dalam julat panjang gelombang ini, dengan sensitiviti puncak dalam inframerah dekat.
• Panjang Gelombang Sensitiviti Puncak (λP):Biasanya 940 nm. Panjang gelombang di mana fotodiod paling sensitif.
• Voltan Litar Terbuka (VOC):Biasanya 0.41 V di bawah sinaran (Ee) 5 mW/cm² pada λP=940nm. Ini ialah voltan yang dijana apabila terminal dibuka.
• Arus Litar Pintas (ISC):Minimum 4.0 μA, Biasa 6.5 μA di bawah Ee=1 mW/cm² pada λP=875nm. Ini ialah arus yang dijana apabila terminal dipintaskan.
• Arus Cahaya Songsang (IL):Minimum 4.2 μA, Biasa 6.5 μA di bawah Ee=1 mW/cm² pada λP=875nm dan VR=5V. Ini ialah fotocarus yang dijana apabila diod dipincang songsang, iaitu mod operasi biasa untuk aplikasi berkelajuan tinggi.
• Arus Songsang Gelap (ID):Maksimum 10 nA pada VR=10V dalam kegelapan lengkap. Ini ialah arus bocor kecil yang mengalir walaupun tiada cahaya.
• Voltan Pecah Songsang (BVR):Minimum 32 V, Biasa 170 V diukur pada arus songsang (IR) 100 μA dalam kegelapan.
• Masa Naik/Jatuh (tr, tf):Biasanya 10 ns setiap satu di bawah VR=5V dan RL=1000 Ω. Ini mentakrifkan kelajuan pensuisan fotodiod.
• Sudut Pandangan (2θ1/2):Biasanya 130 darjah pada VR=5V. Ini menunjukkan medan pandangan yang luas untuk pengesanan cahaya.

3. Analisis Keluk Prestasi

Dokumen data menyediakan beberapa keluk ciri yang penting untuk jurutera reka bentuk.

3.1 Sensitiviti Spektrum

Keluk respons spektrum menunjukkan sensitiviti relatif fotodiod merentasi panjang gelombang yang berbeza. Ia mengesahkan sensitiviti puncak sekitar 940 nm, dengan respons berguna dari 730 nm hingga 1100 nm. Ini menjadikannya padanan ideal untuk pemancar inframerah seperti yang mempunyai panjang gelombang 850nm atau 940nm yang biasa digunakan dalam alat kawalan jauh, sensor jarak, dan pautan komunikasi data.

3.2 Arus Gelap vs. Suhu Persekitaran

Keluk ini menggambarkan bagaimana arus gelap (ID) meningkat secara eksponen dengan peningkatan suhu persekitaran. Pada 25°C, ia adalah di bawah 10 nA, tetapi ia boleh meningkat dengan ketara pada suhu yang lebih tinggi (contohnya, 85°C). Pereka bentuk mesti mengambil kira peningkatan paras hingar ini dalam aplikasi suhu tinggi atau apabila tahap cahaya yang sangat rendah perlu dikesan.

3.3 Arus Cahaya Songsang vs. Sinaran

Graf ini menunjukkan hubungan linear antara arus cahaya songsang (IL) dan sinaran cahaya insiden (Ee). Fotodiod mempamerkan kelinearan yang baik, bermakna arus keluaran adalah berkadar terus dengan keamatan cahaya dalam julat operasinya. Ini adalah penting untuk aplikasi pengesan cahaya analog di mana pengukuran keamatan yang tepat diperlukan.

3.4 Kapasitansi Terminal vs. Voltan Songsang

Kapasitansi simpang berkurangan apabila voltan pincang songsang (VR) meningkat. Kapasitansi yang lebih rendah adalah diingini untuk operasi berkelajuan tinggi kerana ia mengurangkan pemalar masa RC litar. Keluk menunjukkan bahawa menggunakan pincang songsang yang lebih tinggi (contohnya, 10V berbanding 5V) boleh mengurangkan kapasitansi dengan ketara, seterusnya meningkatkan lebar jalur dan masa respons.

3.5 Masa Respons vs. Rintangan Beban

Keluk ini menunjukkan pertukaran antara kelajuan respons dan amplitud isyarat. Masa naik/jatuh meningkat dengan rintangan beban (RL) yang lebih tinggi. Untuk respons terpantas, perintang beban nilai rendah (contohnya, 50 Ω) harus digunakan, tetapi ini akan menghasilkan isyarat voltan yang lebih kecil. Penguat transimpedans sering digunakan untuk mengatasi batasan ini, menyediakan kedua-dua kelajuan tinggi dan gandaan isyarat yang baik.

3.6 Arus Cahaya Relatif vs. Sesaran Sudut

Plot ini mencirikan sensitiviti sudut fotodiod. Sudut pandangan luas 130 darjah disahkan, menunjukkan bahawa isyarat yang dikesan kekal agak tinggi walaupun untuk cahaya insiden pada sudut yang ketara dari paksi pusat. Ini adalah bermanfaat untuk aplikasi di mana penjajaran tidak sempurna atau di mana medan pengesanan yang luas diperlukan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

PD15-22B/TR8 datang dalam pakej SMD padat. Dimensi utama adalah seperti berikut (semua dalam mm, toleransi ±0.1mm melainkan dinyatakan):

• Panjang Keseluruhan: 4.0 mm
• Lebar Keseluruhan: 3.5 mm
• Ketinggian Keseluruhan: 1.65 mm (biasa, dari satah dudukan ke atas kanta)
• Lebar Kaki: 1.55 mm ±0.05 mm
• Jarak Kaki: 2.95 mm
• Cadangan corak tanah terminal disediakan untuk susun atur PCB.

Anod dan katod ditanda dengan jelas pada lukisan pakej. Pin 1 ialah katod.

4.2 Dimensi Pita Pembawa dan Gegelung

Peranti dibekalkan pada pita dan gegelung untuk pemasangan automatik. Gegelung mengandungi 2000 keping. Dimensi terperinci untuk poket pita pembawa dan gegelung disediakan untuk memastikan keserasian dengan peralatan pick-and-place standard.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

5.1 Penyimpanan dan Kepekaan Kelembapan

Fotodiod adalah sensitif kepada kelembapan. Langkah berjaga-jaga mesti diambil untuk mengelakkan kerosakan semasa penyimpanan dan pengendalian.

• Jangan buka beg kalis lembap sehingga sedia untuk digunakan.
• Sebelum membuka, simpan pada ≤30°C dan ≤90% RH.
• Gunakan dalam tempoh satu tahun dari penghantaran.
• Selepas membuka, simpan pada ≤30°C dan ≤60% RH.
• Gunakan dalam tempoh 168 jam (7 hari) selepas membuka beg.
• Jika masa penyimpanan terlampaui atau penyerap lembap menunjukkan kelembapan, bakar pada 60 ±5°C untuk minimum 24 jam sebelum digunakan.

5.2 Profil Pateri Alir Balik

Profil suhu pateri alir balik bebas plumbum yang disyorkan disediakan. Parameter utama termasuk:

• Zon pra-panas dan rendaman.
• Suhu puncak tidak melebihi 260°C.
• Masa di atas 240°C harus dikawal.
• Pateri alir balik tidak boleh dilakukan lebih daripada dua kali.
• Elakkan tekanan mekanikal pada komponen semasa pemanasan.
• Jangan meledingkan PCB selepas pateri.

5.3 Pateri Tangan dan Kerja Semula

Jika pateri tangan diperlukan:

• Gunakan besi pateri dengan suhu hujung <350°C.
• Hadkan masa sentuhan kepada ≤3 saat setiap terminal.
• Gunakan besi dengan penarafan kuasa <25W.
• Benarkan selang penyejukan >2 saat antara pateri setiap terminal.
• Pembaikan selepas pateri tidak disyorkan. Jika tidak dapat dielakkan, gunakan besi pateri berkepala dua untuk memanaskan kedua-dua terminal serentak dan mengurangkan tekanan haba. Sahkan fungsi peranti selepas sebarang kerja semula.

6. Nota Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Aplikasi Biasa

• Pengesan Foto Berkelajuan Tinggi:Sesuai untuk pautan data optik, pengekod, dan pengesanan laser kerana masa respons 10 ns.
• Mesin Salin dan Pengimbas:Digunakan untuk mengesan kehadiran dokumen, pengesanan tepi, dan pengesanan ketumpatan toner.
• Mesin Permainan dan Elektronik Pengguna:Digunakan dalam pengesanan jarak, pengecaman isyarat, dan penerima kawalan jauh IR.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk Kritikal

• Had Arus/Perlindungan:Dokumen data dengan jelas memberi amaran bahawa perintang siri luaran MESTI digunakan untuk perlindungan. Peralihan voltan sedikit boleh menyebabkan perubahan arus yang besar, berpotensi menyebabkan terbakar. Perintang ini menghadkan arus melalui diod.
• Pincang untuk Kelajuan:Untuk prestasi berkelajuan tinggi optimum, operasikan fotodiod dalam mod pincang songsang (mod fotokonduktif). Voltan songsang yang lebih tinggi (sehingga penarafan maksimum) akan mengurangkan kapasitansi simpang dan meningkatkan masa respons, seperti yang ditunjukkan dalam keluk ciri.
• Topologi Litar:Untuk menukar fotocarus kepada voltan, pertimbangkan untuk menggunakan penguat transimpedans (TIA). Konfigurasi ini menyediakan impedans input rendah (mengekalkan voltan fotodiod malar, yang meminimumkan modulasi kapasitansi), lebar jalur tinggi, dan gandaan yang boleh dikawal. Pilihan perintang suap balik dan lebar jalur penguat akan menentukan prestasi sistem keseluruhan.
• Reka Bentuk Optik:Kanta hitam membantu mengurangkan sensitiviti cahaya sesat. Pastikan laluan optik bersih dan bebas daripada halangan. Sudut pandangan luas 130 darjah menawarkan fleksibiliti dalam penjajaran mekanikal.
• Pengurusan Haba:Ambil kira peningkatan arus gelap dengan suhu, terutamanya dalam aplikasi ketepatan tinggi atau suhu tinggi. Litar pampasan suhu mungkin diperlukan.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Prosedur pembungkusan standard melibatkan meletakkan gegelung ke dalam beg kalis lembap aluminium bersama penyerap lembap dan label yang sesuai. Label termasuk medan untuk Nombor Bahagian Pelanggan (CPN), Nombor Pengeluaran (P/N), Kuantiti (QTY), Pangkat (CAT), Panjang Gelombang Puncak (HUE), Rujukan (REF), Nombor Lot (LOT No.), dan Tempat Pengeluaran.

Panduan pemilihan peranti mengesahkan model PD15-22B/TR8 menggunakan cip Silikon dan mempunyai Kanta Hitam.

8. Perbandingan dan Kedudukan Teknikal

PD15-22B/TR8 memposisikan dirinya sebagai fotodiod PIN silikon serba guna, berkelajuan tinggi dalam pakej SMD standard. Pembeza utama adalah gabungan seimbang kelajuan (10 ns), sensitiviti, sudut pandangan luas, dan pematuhan alam sekitar yang teguh (RoHS, Bebas Halogen). Berbanding dengan fotodiod atau fototransistor yang lebih perlahan, ia menawarkan prestasi unggul untuk pengesanan cahaya berdenyut. Berbanding dengan fotodiod berkelajuan tinggi ultra yang lebih khusus, ia menyediakan penyelesaian kos efektif untuk aplikasi arus perdana yang memerlukan masa respons dalam julat nanosaat. Kanta hitam adalah kelebihan berbanding versi kanta jernih dalam persekitaran dengan cahaya ambien, kerana ia membantu menindas isyarat yang tidak diingini.

9. Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah perbezaan antara Arus Litar Pintas (ISC) dan Arus Cahaya Songsang (IL)?

J: ISC diukur dengan voltan sifar merentasi diod (keadaan litar pintas). IL diukur dengan voltan pincang songsang dikenakan (contohnya, 5V). IL biasanya parameter yang digunakan dalam reka bentuk litar kerana fotodiod biasanya dikendalikan dalam pincang songsang untuk kelinearan dan kelajuan.

S: Mengapa perintang siri adalah wajib?

J: Ciri I-V fotodiod adalah sangat curam dalam arah hadapan. Peningkatan kecil dalam voltan hadapan boleh menyebabkan arus yang sangat besar, berpotensi merosakkan, mengalir. Perintang siri menghadkan arus ini kepada nilai yang selamat.

S: Bagaimana saya memilih voltan songsang operasi?

J: Ia melibatkan pertukaran. Voltan songsang yang lebih tinggi (contohnya, 10-20V) mengurangkan kapasitansi untuk respons lebih pantas tetapi meningkatkan arus gelap sedikit dan menggunakan lebih banyak kuasa. Voltan yang lebih rendah (contohnya, 5V) adalah mencukupi untuk banyak aplikasi dan mengekalkan arus gelap minimum. Rujuk keluk kapasitansi vs. voltan.

S: Bolehkah fotodiod ini mengesan cahaya nampak?

J: Ya, julat spektrumnya bermula pada 730 nm, yang berada dalam bahagian merah tua spektrum nampak. Walau bagaimanapun, sensitiviti puncaknya adalah dalam inframerah dekat (940 nm), jadi responsiviti kepada cahaya nampak (terutamanya biru dan hijau) akan lebih rendah daripada cahaya IR.

10. Prinsip Operasi

Fotodiod PIN ialah peranti semikonduktor yang menukar cahaya kepada arus elektrik. Ia terdiri daripada kawasan intrinsik (I) yang luas dan didop ringan yang diapit antara kawasan semikonduktor jenis-P dan jenis-N (membentuk struktur P-I-N). Apabila foton dengan tenaga yang mencukupi melanda kawasan intrinsik, ia mencipta pasangan elektron-lubang. Di bawah pengaruh medan elektrik dalaman (sering dipertingkatkan oleh voltan pincang songsang luaran), pembawa cas ini disapukan berasingan, menjana fotocarus yang berkadar dengan keamatan cahaya insiden. Kawasan intrinsik yang luas membolehkan kecekapan kuantum yang lebih tinggi (lebih banyak penyerapan cahaya) dan kapasitansi simpang yang lebih rendah berbanding dengan fotodiod PN standard, yang secara langsung diterjemahkan kepada sensitiviti yang lebih tinggi dan masa respons yang lebih pantas.

11. Trend Industri

Permintaan untuk fotodiod seperti PD15-22B/TR8 didorong oleh beberapa trend berterusan. Perkembangan Internet Benda (IoT) dan peranti pintar meningkatkan keperluan untuk sensor cahaya ambien, sensor jarak, dan pautan komunikasi optik mudah. Automasi dalam sektor perindustrian dan pengguna bergantung pada pengekod optik dan sensor pengesanan objek. Terdapat dorongan berterusan untuk peminikuran, membawa kepada pakej SMD yang lebih kecil, dan untuk integrasi yang lebih tinggi, di mana fotodiod digabungkan dengan litar penguatan dan penyelarasan isyarat dalam modul tunggal. Tambahan pula, penekanan terhadap kecekapan tenaga dan tanggungjawab alam sekitar menjadikan pematuhan kepada piawaian seperti RoHS dan pembuatan bebas halogen sebagai keperluan asas untuk komponen yang digunakan dalam pasaran global.