Ficha Técnica do Fotodíodo de Silício PIN PD15-22B/TR8 - Pacote 3.5x4.0x1.65mm - Tensão Reversa 32V - Lente Preta - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD15-22B/TR8 é um fotodíodo de silício PIN de alta velocidade e sensibilidade, projetado para aplicações que requerem detecção óptica rápida. Ele é encapsulado em um pacote SMD (dispositivo de montagem em superfície) miniatura de topo plano, com moldagem plástica preta e uma lente preta. O dispositivo é espectralmente compatível com fontes de luz visível e infravermelho próximo, tornando-o adequado para uma variedade de aplicações de sensoriamento.

As principais vantagens deste componente incluem seu tempo de resposta rápido, que permite detectar mudanças rápidas na intensidade da luz, e sua alta fotossensibilidade, permitindo operação confiável mesmo em condições de baixa luminosidade. A pequena capacitância da junção contribui para seu desempenho de alta velocidade. O produto está em conformidade com padrões ambientais, sendo livre de chumbo (Pb-free), compatível com RoHS, compatível com REACH da UE e livre de halogênios (com Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

O dispositivo foi projetado para operar de forma confiável dentro dos limites especificados. Exceder essas Especificações Máximas Absolutas pode causar danos permanentes.

• Tensão Reversa (VR):32 V. Esta é a tensão máxima que pode ser aplicada na condição de polarização reversa sem causar ruptura.
• Temperatura de Operação (Topr):-40°C a +85°C. Isso define a faixa de temperatura ambiente para a operação normal do dispositivo.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-40°C a +100°C. O dispositivo pode ser armazenado dentro desta faixa quando não estiver em operação.
• Temperatura de Soldagem (Tsol):260°C por no máximo 5 segundos. Isto é crítico para os processos de soldagem por refluxo.
• Dissipação de Potência (Pc):150 mW. A potência máxima que o dispositivo pode dissipar com segurança.
• Nível ESD HMB:Mínimo 2000V. Indica a robustez do dispositivo contra descarga eletrostática usando o Modelo do Corpo Humano.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos a Ta=25°C e definem o desempenho principal do fotodíodo.

• Largura de Banda Espectral (λ):730 nm a 1100 nm (a 10% da sensibilidade de pico). O dispositivo responde à luz dentro desta faixa de comprimento de onda, com sensibilidade de pico no infravermelho próximo.
• Comprimento de Onda de Sensibilidade de Pico (λP):Tipicamente 940 nm. O comprimento de onda no qual o fotodíodo é mais sensível.
• Tensão de Circuito Aberto (VOC):Tipicamente 0,41 V sob uma irradiância (Ee) de 5 mW/cm² em λP=940nm. Esta é a tensão gerada quando os terminais estão em aberto.
• Corrente de Curto-Circuito (ISC):Mínimo 4,0 μA, Típico 6,5 μA sob Ee=1 mW/cm² em λP=875nm. Esta é a corrente gerada quando os terminais estão em curto.
• Corrente Luminosa Reversa (IL):Mínimo 4,2 μA, Típico 6,5 μA sob Ee=1 mW/cm² em λP=875nm e VR=5V. Esta é a fotocorrente gerada quando o diodo está polarizado reversamente, que é o modo de operação típico para aplicações de alta velocidade.
• Corrente Reversa de Escuro (ID):Máximo 10 nA em VR=10V na completa escuridão. Esta é a pequena corrente de fuga que flui mesmo quando não há luz presente.
• Tensão de Ruptura Reversa (BVR):Mínimo 32 V, Típico 170 V medido a uma corrente reversa (IR) de 100 μA no escuro.
• Tempo de Subida/Descida (tr, tf):Tipicamente 10 ns cada sob VR=5V e RL=1000 Ω. Isso define a velocidade de comutação do fotodíodo.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):Tipicamente 130 graus em VR=5V. Isso indica um amplo campo de visão para detecção de luz.

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que são essenciais para engenheiros de projeto.

3.1 Sensibilidade Espectral

A curva de resposta espectral mostra a sensibilidade relativa do fotodíodo em diferentes comprimentos de onda. Ela confirma a sensibilidade de pico em torno de 940 nm, com resposta útil de 730 nm a 1100 nm. Isso o torna uma combinação ideal para emissores infravermelhos, como aqueles com comprimentos de onda de 850nm ou 940nm, comumente usados em controles remotos, sensores de proximidade e enlaces de comunicação de dados.

3.2 Corrente de Escuro vs. Temperatura Ambiente

Esta curva ilustra como a corrente de escuro (ID) aumenta exponencialmente com o aumento da temperatura ambiente. A 25°C, está abaixo de 10 nA, mas pode aumentar significativamente em temperaturas mais altas (por exemplo, 85°C). Os projetistas devem considerar esse aumento do piso de ruído em aplicações de alta temperatura ou quando níveis de luz muito baixos precisam ser detectados.

3.3 Corrente Luminosa Reversa vs. Irradiância

Este gráfico mostra a relação linear entre a corrente luminosa reversa (IL) e a irradiância da luz incidente (Ee). O fotodíodo exibe boa linearidade, o que significa que a corrente de saída é diretamente proporcional à intensidade da luz em sua faixa de operação. Isso é crucial para aplicações de sensoriamento de luz analógico onde é necessária medição precisa da intensidade.

3.4 Capacitância dos Terminais vs. Tensão Reversa

A capacitância da junção diminui à medida que a tensão de polarização reversa (VR) aumenta. Uma capacitância mais baixa é desejável para operação de alta velocidade, pois reduz a constante de tempo RC do circuito. A curva mostra que aplicar uma polarização reversa mais alta (por exemplo, 10V em vez de 5V) pode reduzir significativamente a capacitância, melhorando assim a largura de banda e o tempo de resposta.

3.5 Tempo de Resposta vs. Resistência de Carga

Esta curva demonstra o compromisso entre velocidade de resposta e amplitude do sinal. O tempo de subida/descida aumenta com maior resistência de carga (RL). Para a resposta mais rápida, deve-se usar um resistor de carga de baixo valor (por exemplo, 50 Ω), mas isso produzirá um sinal de tensão menor. Um amplificador de transimpedância é frequentemente usado para superar essa limitação, fornecendo alta velocidade e bom ganho de sinal.

3.6 Corrente Luminosa Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico caracteriza a sensibilidade angular do fotodíodo. O amplo ângulo de visão de 130 graus é confirmado, mostrando que o sinal detectado permanece relativamente alto mesmo para luz incidente em ângulos significativos fora do eixo central. Isso é benéfico para aplicações onde o alinhamento não é perfeito ou onde é necessário um amplo campo de detecção.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Pacote

O PD15-22B/TR8 vem em um pacote SMD compacto. As dimensões principais são as seguintes (todas em mm, tolerâncias ±0,1mm, salvo especificação):

• Comprimento Total: 4,0 mm
• Largura Total: 3,5 mm
• Altura Total: 1,65 mm (típico, do plano de assentamento ao topo da lente)
• Largura do Terminal: 1,55 mm ±0,05 mm
• Passo dos Terminais: 2,95 mm
• Recomendações para o padrão de solda dos terminais são fornecidas para o layout da PCB.

O ânodo e o cátodo estão claramente marcados no desenho do pacote. O pino 1 é o cátodo.

4.2 Dimensões da Fita Transportadora e da Bobina

O dispositivo é fornecido em fita e bobina para montagem automatizada. A bobina contém 2000 peças. Dimensões detalhadas para os compartimentos da fita transportadora e da bobina são fornecidas para garantir compatibilidade com equipamentos padrão de pick-and-place.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

O fotodíodo é sensível à umidade. Precauções devem ser tomadas para evitar danos durante o armazenamento e manuseio.

• Não abra o saco à prova de umidade até estar pronto para uso.
• Antes de abrir, armazene a ≤30°C e ≤90% UR.
• Use dentro de um ano a partir do envio.
• Após a abertura, armazene a ≤30°C e ≤60% UR.
• Use dentro de 168 horas (7 dias) após abrir o saco.
• Se o tempo de armazenamento for excedido ou o dessecante indicar umidade, faça uma secagem a 60 ±5°C por no mínimo 24 horas antes do uso.

5.2 Perfil de Soldagem por Refluxo

Um perfil de temperatura de soldagem por refluxo sem chumbo recomendado é fornecido. Os parâmetros principais incluem:

• Zona de pré-aquecimento e estabilização.
• Temperatura de pico não deve exceder 260°C.
• O tempo acima de 240°C deve ser controlado.
• A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes.
• Evite estresse mecânico no componente durante o aquecimento.
• Não deforme a PCB após a soldagem.

5.3 Soldagem Manual e Retrabalho

Se a soldagem manual for necessária:

• Use um ferro de soldar com temperatura da ponta <350°C.
• Limite o tempo de contato a ≤3 segundos por terminal.
• Use um ferro com potência nominal <25W.
• Permita um intervalo de resfriamento de >2 segundos entre soldar cada terminal.
• Reparo após a soldagem não é recomendado. Se inevitável, use um ferro de soldar de duas pontas para aquecer simultaneamente ambos os terminais e minimizar o estresse térmico. Verifique a funcionalidade do dispositivo após qualquer retrabalho.

6. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Aplicações Típicas

• Fotodetector de Alta Velocidade:Adequado para enlaces de dados ópticos, codificadores e detecção a laser devido ao seu tempo de resposta de 10 ns.
• Copiadoras e Scanners:Usado para detectar presença de documentos, detecção de bordas e sensoriamento de densidade de toner.
• Máquinas de Jogo e Eletrônicos de Consumo:Empregado em sensoriamento de proximidade, reconhecimento de gestos e receptores de controle remoto IR.

6.2 Considerações Críticas de Projeto

• Limitação/Proteção de Corrente:A ficha técnica alerta explicitamente que um resistor externo em série DEVE ser usado para proteção. Uma leve mudança na tensão pode causar uma grande mudança na corrente, potencialmente levando à queima. Este resistor limita a corrente através do diodo.
• Polarização para Velocidade:Para o melhor desempenho de alta velocidade, opere o fotodíodo no modo de polarização reversa (modo fotocondutor). Uma tensão reversa mais alta (até a especificação máxima) reduzirá a capacitância da junção e melhorará o tempo de resposta, conforme mostrado nas curvas características.
• Topologia do Circuito:Para converter a fotocorrente em uma tensão, considere usar um amplificador de transimpedância (TIA). Esta configuração fornece baixa impedância de entrada (mantendo a tensão do fotodíodo constante, o que minimiza a modulação de capacitância), alta largura de banda e ganho controlável. A escolha do resistor de realimentação e da largura de banda do amplificador determinará o desempenho geral do sistema.
• Projeto Óptico:A lente preta ajuda a reduzir a sensibilidade à luz difusa. Certifique-se de que o caminho óptico esteja limpo e livre de obstruções. O amplo ângulo de visão de 130 graus oferece flexibilidade no alinhamento mecânico.
• Gerenciamento Térmico:Considere o aumento da corrente de escuro com a temperatura, especialmente em aplicações de alta precisão ou alta temperatura. Circuitos de compensação de temperatura podem ser necessários.

7. Informações de Embalagem e Pedido

O procedimento de embalagem padrão envolve colocar as bobinas em um saco à prova de umidade de alumínio junto com um dessecante e etiquetas apropriadas. A etiqueta inclui campos para Número da Peça do Cliente (CPN), Número de Produção (P/N), Quantidade (QTY), Categorias (CAT), Comprimento de Onda de Pico (HUE), Referência (REF), Número do Lote (LOT No.) e Local de Produção.

O guia de seleção do dispositivo confirma que o modelo PD15-22B/TR8 usa um chip de Silício e tem uma Lente Preta.

8. Comparação e Posicionamento Técnico

O PD15-22B/TR8 se posiciona como um fotodíodo de silício PIN de alta velocidade de uso geral em um pacote SMD padrão. Seus principais diferenciais são sua combinação equilibrada de velocidade (10 ns), sensibilidade, amplo ângulo de visão e robusta conformidade ambiental (RoHS, Livre de Halogênio). Comparado a fotodiodos mais lentos ou fototransistores, oferece desempenho superior para detecção de luz pulsada. Comparado a fotodiodos mais especializados e ultra-rápidos, fornece uma solução econômica para aplicações principais que requerem tempos de resposta na faixa de nanossegundos. A lente preta é uma vantagem sobre as versões com lente transparente em ambientes com luz ambiente, pois ajuda a suprimir sinais indesejados.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a diferença entre Corrente de Curto-Circuito (ISC) e Corrente Luminosa Reversa (IL)?

R: ISC é medida com tensão zero através do diodo (condição de curto-circuito). IL é medida com uma tensão de polarização reversa aplicada (por exemplo, 5V). IL é tipicamente o parâmetro usado no projeto de circuitos, pois os fotodiodos geralmente são operados em polarização reversa para linearidade e velocidade.

P: Por que um resistor em série é obrigatório?

R: A característica I-V de um fotodíodo é muito íngreme na direção direta. Um pequeno aumento na tensão direta pode causar uma corrente muito grande e potencialmente destrutiva. O resistor em série limita essa corrente a um valor seguro.

P: Como escolho a tensão reversa de operação?

R: Envolve um compromisso. Uma tensão reversa mais alta (por exemplo, 10-20V) reduz a capacitância para resposta mais rápida, mas aumenta ligeiramente a corrente de escuro e consome mais energia. Uma tensão mais baixa (por exemplo, 5V) é suficiente para muitas aplicações e mantém a corrente de escuro mínima. Consulte a curva de capacitância vs. tensão.

P: Este fotodíodo pode detectar luz visível?

R: Sim, sua faixa espectral começa em 730 nm, que está na parte vermelho escuro do espectro visível. No entanto, sua sensibilidade de pico está no infravermelho próximo (940 nm), portanto, sua responsividade à luz visível (especialmente azul e verde) será menor do que à luz IR.

10. Princípio de Funcionamento

Um fotodíodo PIN é um dispositivo semicondutor que converte luz em corrente elétrica. Consiste em uma região intrínseca (I) larga e levemente dopada, intercalada entre uma região semicondutora tipo P e uma tipo N (formando a estrutura P-I-N). Quando fótons com energia suficiente atingem a região intrínseca, eles criam pares elétron-lacuna. Sob a influência de um campo elétrico interno (frequentemente aumentado por uma tensão de polarização reversa externa), esses portadores de carga são separados, gerando uma fotocorrente que é proporcional à intensidade da luz incidente. A ampla região intrínseca permite maior eficiência quântica (maior absorção de luz) e menor capacitância de junção em comparação com um fotodíodo PN padrão, o que se traduz diretamente em maior sensibilidade e tempos de resposta mais rápidos.

11. Tendências da Indústria

A demanda por fotodiodos como o PD15-22B/TR8 é impulsionada por várias tendências em curso. A proliferação da Internet das Coisas (IoT) e dispositivos inteligentes aumenta a necessidade de sensores de luz ambiente, sensores de proximidade e enlaces de comunicação óptica simples. A automação nos setores industrial e de consumo depende de codificadores ópticos e sensores de detecção de objetos. Há um impulso contínuo para a miniaturização, levando a pacotes SMD menores, e para maior integração, onde fotodiodos são combinados com circuitos de amplificação e condicionamento de sinal em módulos únicos. Além disso, a ênfase na eficiência energética e responsabilidade ambiental torna a conformidade com padrões como RoHS e fabricação livre de halogênios um requisito básico para componentes usados nos mercados globais.